区块链从诞生到现在不足10年，虽然已经引起全世界的关注，但是很多相关技术还不够成熟，各方面对于区块链的技术探索 从来都没有停止过。关于区块链所存在的一些问题，例如资源消耗的问题、扩容问题、51%攻击的问题、区块间的博弈和冲突的问题等，业界内外都保持着广泛的 关注。为了解决这些问题，也出现了很多新的技术突破。

虽然技术尚不成熟，但人们依然对各种比特币项目保持着浓厚的兴趣，区块链项目大有成为下一个“风口”的趋势。当前，区 块链的活跃应用主要集中于数字资产、智能合约、跨境支付等领域。同时，区块链与大数据的结合、区块链在共享经济领域的应用、区块链生态等也是未来前景看好 的领域。

区块链技术存在的难题

区块链的“算力竞争”在保障“去中心化”的系统安全的同时，也带来了资源（特别是电力）的消耗，如何解决区块链运作而 带来的资源占用和浪费也将成为区块链大范围应用之前需要解决的问题。区块链的处理速度和规模也是一个问题，可以说，对区块链的扩容问题的探索一直都在进行 中。此外，由于矿池的出现，51%攻击的问题也值得关注。最后，设计激励相容的共识机制，提高系统内非法行为的成本，避免区块链的各节点在交互过程中发生 博弈与冲突，也是区块链有待解决的问题。

资源消耗的问题

区块链的共识机制是算力竞争，它非常依赖网络节点贡献的算力。

这些算力主要是用来做什么的呢？主要用于解决SHA256哈希和随机数的搜索，也就是用CPU进行纯粹的计算，并不会产生任何实际社会价值，因而一般意义上认为这些算力资源是一种“浪费”，浪费人力、浪费CPU等物力，同时被浪费掉的还有大量的电力资源。

正因为如此，人们对区块链共识机制的探索从来没有停止过。人们尝试过用其他的共识机制来代替算力竞争，不同的共识机制也 造就了大量的“山寨币”。但是到现在为止，算力竞争依然被认为是最安全、最牢靠的一种共识机制。比特币用户及拥护这种共识机制的人认为这些资源消耗是值得 的。

当前，挖矿所使用的算力大约为全网用户的万分之一，所以这些消耗尚在社会能源能够承受的范围内。与此同时，当前比特币的用户只有几百万。如果未来这个数字成数十倍甚至数百倍的增长呢？届时其消耗会给社会能源带来沉重的负担。

而在挖矿这一块，随着参与的矿工越来越多，挖矿的难度越来越大，对CPU、显卡等性能的要求也越来越高，当达到一定程度时，可能挖矿的收益会越来越低，矿工将不再乐意去挖矿。这也是一个问题。

因此，一旦区块链投入大规模的应用，如何解决区块链运作而带来的资源占用和浪费问题，仍然是一个需要解决的问题。

处理数据速度和规模的问题

现在区块链更多存储的是文本，存储文件很难，因为每个区块存储只有1MB，最大的比特币区块链上现在也就只有41.9万个区块，合集410GB。

比特币区块链交易频率约6.67次/秒，每次交易需要6个区块确认，10分钟才能产生一个区块，全网确认一次交易需要1个小时。以现有的规模，无法处理高频次的交易需求，例如证券交易等。像支付宝那样的处理规模，更是当前的区块链不可想象的。

因此，区块链想大规模投入应用，必须解决处理速度和规模的问题。

区块链每秒可处理的交易量主要受两个因素的限制：一是区块产生的速度（10分钟1个区块）；二是区块规模限制（现在默认是1MB）。因此要解决速度和规模的问题，也无非就两个方法，要么增大区块规模，要么增加区块产生速度。

这两个方式都是存在争议的，因为都有可能影响协议的安全保障。

首先，倘若提高区块链产生的速度（例如莱特币的区块是每2.5分钟产生一个），会出现许多冲突性的区块。正如我们前面所讲过的，很可能有些节点还没有更新完毕，新的区块就已经生产出来了，这一点我们前面在讲DAG时已经论述过。

而倘若扩大规模，则意味着更大的区块需要更长的时间通过网络进行传播（受制于带宽），并且同时产生的区块更可能处在区块们的顶部，也就是说它们会被丢弃。

区块链的扩容是一个业界很关注的问题，在区块链扩容问题上的分歧，还导致了比特币的硬分叉现象。

51%攻击的问题

随着区块链技术受到的关注日益增长，各类数字货币的价值飞涨，导致越来越多的投机者希望从挑战区块链的安全性中获利。其中一个无法回避的问题就是51%攻击的问题。

在区块链刚刚兴起的时候，无论是从技术论证的层面，还是从实际操作的层面，51%攻击的现象都是不可能存在的。

然而现在，随着区块链的发展和数字货币价值不断水涨船高，参与这一产业链的人越来越多。随着矿池的兴起，51%的攻击开始成为可能，区块链交易平台遭受攻击的事件频频发生。如何看待这个问题呢？

什么是51%攻击

区块链系统中每个节点（通常指一台计算机）的权利是一样的，任意节点被摧毁都不会影响整个系统的安全，也不会造成数据丢 失。同时，任何一个节点的账本数据都是一模一样的，也就意味着单个节点的数据篡改是没有任何意义的。因为如果系统发现两个账本对不上，它就认为拥有相同账 本数量相对较多的节点的版本才是真实的数据版本。那些少部分不一致的节点账本不是真实的，系统会自动舍弃这部分，认为其是被篡改过的。

因此，要想篡改区块链上的数据内容，除非能够控制整个系统中的大部分节点。也就是通常所说的51%攻击，才能发动对账本数据的更改。

当整个系统中的节点数量高达成千上万个，甚至数十万个时，篡改数据的可能性就会大大降低。因为，这些节点很可能分布在世界上每一个角落，理论上说，除非你能控制世界上大多数电脑，否则你没有机会去篡改区块链上的数据。

这就是区块链系统中的51%攻击的问题。

简单地讲，51%攻击指的就是，区块链系统是利用算力竞争达成共识的，那么一旦系统中有一方掌握足够的算力（超过51%），就可以使用算力优势撤销自己已经发生的付款交易。

过去，51%的攻击几乎是不可能存在的。

但是，现在随着矿池的兴起，出现了另外一种51%攻击的方法：构建出和原来一样的系统、一样多的节点（算力），攻击这个 区块链系统。比如，该系统原来有10000节点，那么攻击者部署另外10001个节点，然后加入这个区块链的系统中。由于攻击者已经获得了超过51%的控 制权，所以能够发动攻击。

51%的攻击问题不仅仅存在于比特币网络，它还可以存在于任何一种区块链系统。

以比特币为例，具体说来，其操作是这样的：

（1）掌握足够的算力，无论是控制矿池，还是利用其他计算资源，使自己的算力领先比特币网络的总算力，领先的幅度越大，成功的可能性越高。

（2）拿到足够的比特币作为筹码，无论是自己挖到的，还是从任何渠道买的。

（3）攻击者运用手中的算力，从自己对外付款交易之前的区块开始，重新构造后面的区块，利用算力优势与全网赛跑，让新创 建的区块长度超过原主分支区块，成为新的主分支。例如重新构造的区块链的长度为10，但不向网络广播，在此同时将所有的比特币在交易市场卖掉，提现，或者 也可以直接卖给某人或某一群人。这笔交易记录会显示在正常的区块链中。但由于正常的区块链的长度是9，而重新构造的区块链长度是10，交易结束后攻击者将 新构建的区块向网络广播出去，网络会确认其区块链是正确的。这样，由于撤销了所有对外付款交易，等于收回来所有已卖掉的比特币。但现金已经被攻击者提取 了，损失的是交易市场。

毫无疑问，如果51%的攻击经常发生，对比特币网络是致命的。

虽然现在比特币全网算力快速增长，但目前只有几大巨型矿池联合，才具有发动51%攻击的实力，普通个人或机构实施此攻击的可能性越来越小。如果是一些山寨的数字货币，遭受51%攻击的可能性就非常大了。

51%攻击的可能性

51%的攻击是需要成本的，这种攻击所付出的成本取决于系统原来的大小。原来系统节点越多，攻击者付出的成本越大。由于比特币是目前最庞大的区块链网络，根据计算，要想对比特币网络造成51%的攻击，所付出的成本高达270亿美元。

而且攻击者还面临着另一个困境，一旦它成功发动攻击，就会造成该系统的价值瞬间归零。也就是说，一旦攻击者成功篡改账 本，全网能够立刻识别出账本数据不一致，导致所有人都意识到该系统账本已经是不可靠的账本，那么意味着该账本所记录的数据变得没有价值，该系统中代币也会 变得毫无价值。也就是说，攻击者将无利可图。目前，全球主流的交易平台都已经实行了严格的实名认证，及时变现也是一个很大的难题。无利可图，矿工是不会轻 易发起攻击的。因此，到目前为止，51%的攻击也仅仅是一个理论上会存在的问题，实际从未出现过。

不过，在2016年6月初，4家中国矿池掌控了70%的全网算力：F2Pool、比特大陆（Bitmain）的蚂蚁矿池（Antpool）、BTCC矿池和币网矿池（BW.com）。如果这些算力结合到一起，那么意味着能够控制比特币市场。

正如美国康乃尔大学2014年文件中展示的那样，一个相互勾结的少数团体通过隐藏发掘的区块来故意分叉区块链，这样会使其他矿工的努力都变成徒劳。尽管这只是一种理论上的可能性，但是2014年Ghash.io矿池曾经掌控了50%的全网算力。

因此，51%攻击仍然是一个值得关注的问题。

区块内部的博弈和冲突

在比特币系统中，有一种“典型的区块截留攻击”。

矿池挖矿模式刚出现时，就存在区块截留攻击问题了。

它是由矿池的参与者发起的攻击，发起区块截留攻击的矿工只向矿池发送部分工作量证明，但是如果他们发现了完整的证明，他们将抛弃该证明。因此，矿池还是会向攻击者发放挖矿收益，但是矿池不能从攻击者的挖矿算力中受益。这减少了被攻击矿池的所有参与者的收益。

正常情况下人们不会这样做，因为这样也会减少攻击者自己的收益。但是，倘若一个矿池装作为另一个矿池工作，这种情况是可以发生的。

一个被攻击矿池的有效挖矿算力不会被攻击改变，但是它的收入被更多的矿工（包括攻击者）分享。

因此，如何设计激励相容的共识机制，提高系统内非法行为的成本，进而避免区块链的各节点在交互过程中发生博弈与冲突，也是区块链有待解决的问题之一。

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