區塊鏈與共識機制

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我們來談談區塊鏈與共識機制。這個主題常常被提到,卻很容易因為技術名詞過多而顯得遙遠。其實,理解區塊鏈的核心不必太複雜,因為它的出發點就是要解決

如何在沒有中央管理者的情況下,讓一群陌生人彼此信任

去中心化與節點

區塊鏈是一種去中心化的資料儲存技術。過去我們的交易或資訊記錄通常依賴銀行、政府或公司伺服器來維護,而區塊鏈則把這些記錄分散到全球成千上萬的節點。節點指的是參與網路的電腦或伺服器,每一台節點都保存一份完整或部分的帳本,並在有新交易發生時彼此比對、共同確認。

可以想像區塊鏈是一個分散的圖書館,每台節點就是一個分館,書籍更新時所有分館都要同步。即使某個分館出事,整體的知識仍然存在。這樣的結構讓系統更難被篡改,也能在部分節點出問題時依然保持正常運作。


A 轉給 B 的全流程

為了更清楚地理解,我們來看一個實際例子:A 要轉 0.1 顆比特幣給 B。

  1. 建立交易。A 在錢包裡輸入轉帳資訊,並用私鑰簽名,這個數位簽名能證明交易確實來自 A。
  2. 廣播到網路。交易被送到所有節點,經過驗證後暫存於交易池(Mempool或稱為Memory Pool)。
  3. 由礦工或驗證者收集。PoW 世界裡,礦工會從交易池中挑選交易打包成候選區塊,並透過算力競賽爭取寫入權;在 PoS 中,則由質押代幣的驗證者隨機被選中負責。
  4. 新增區塊。當某個礦工或驗證者成功新增區塊,它會被廣播給全網節點檢查,並最終連上區塊鏈。礦工或驗證者因此獲得獎勵:PoW 是新產生的幣加交易手續費,PoS 則多半是手續費。
  5. 完成確認。B 的錢包會偵測到這個新區塊,並顯示餘額增加。比特幣通常需要六個區塊確認,以太坊則幾分鐘內即可完成。

你可以把這整個過程想像成:A 在紙條上寫「我給 B 100 元」,並簽名,然後把紙條丟到全班的公告欄(交易池)。所有同學(節點)都看到,但還沒正式登記。老師(礦工或驗證者)透過比賽或抽籤,決定誰能把這張紙條抄進「全班日誌」(區塊)。一旦寫進去,日誌就上鎖,沒有人能再刪改,這筆記錄才算正式成立。


PoW 與 PoS 的共識邏輯

最早的答案是 PoW,Proof of Work,工作量證明。這種方式依靠算力解題來決定誰能新增區塊,安全性來自於龐大的計算成本,但同時帶來巨大的能源消耗。比特幣挖礦一年的用電量,甚至足以支撐一個中小型國家。

另一種答案是 PoS,Proof of Stake,權益證明。它透過質押來替代算力競爭。質押就像押金,誠實驗證能領取手續費獎勵,作弊則會被沒收押金。PoS 的好處是能耗極低,參與門檻也更低,讓更多人能成為節點。但它也存在風險,例如持幣越多的人更容易被選中,可能造成權力集中。

隨著以太坊在 2022 年完成合併,從 PoW 轉向 PoS,傳統的顯示卡挖礦需求幾乎瞬間消失。這不只是能源效率的提升,也讓 2017 到 2021 年間的挖礦熱潮逐漸退場,大量礦機被拋售,顯示卡市場重新回到遊戲與 AI 運算需求。

比特幣依然堅持使用 PoW,沒有跟隨改動。原因有幾個:

  • 比特幣的核心定位是「數位黃金」,它追求的是抗審查與長期安全性,而不是交易速度或能效。PoW 的高能耗被視為必要的安全成本,因為要攻擊比特幣就必須付出極高的電力與硬體成本。
  • 比特幣社群的開發氛圍極為保守,對於改動共識機制這種根本性變革,態度相當謹慎。他們普遍認為,穩定與安全比任何改良都重要。
  • 許多比特幣支持者對 PoS 有所保留,認為它可能導致幣越多的人越掌權,這與比特幣一開始人人憑算力競爭的理念有所衝突。雖然 PoW 也有礦池集中化的問題,但在他們眼中,PoS 更像是回到傳統金融的權力結構。

因此,比特幣與以太坊逐漸走向不同的路徑:

  • 比特幣:維持 PoW,定位為價值儲存的數位黃金
  • 以太坊:轉向 PoS,追求高效能與智能合約的應用生態

礦工其實不是在「挖礦」

傳統上我們習慣稱 PoW 的參與者為礦工,好像他們是在地底下挖比特幣。但事實上,他們真正的工作是:

  1. 驗證交易是否合法。
  2. 把交易打包成候選區塊。
  3. 透過算力競賽取得新增區塊的權利。
  4. 因此獲得獎勵(新幣 + 手續費)。

所謂挖礦只是比喻,因為每當礦工成功新增區塊,系統就會發放新幣,好像挖到金礦一樣。但本質上,他們並不是創造比特幣,而是協助驗證並維護網路安全,然後由系統發獎金作為回報。


從「A 轉給 B」這樣看似簡單的轉帳,到背後龐大的共識機制,我們可以看到區塊鏈真正的價值不在於產生多少新幣,而在於如何讓陌生人之間也能建立信任。PoW 和 PoS 是兩種不同的設計路徑,它們共同指向的,是一個不需要中央銀行、卻依然能保障交易安全的世界。


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邊喝邊想
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有些問題,邊喝點東西,邊想,會比較有答案。這裡是我閱讀、觀察、懷疑,然後慢慢轉化的地方。寫的東西有科技、咖啡、酒,偶爾是神話。如果你也喜歡慢慢想事情,跟著我的節奏,這裡或許適合你。
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