區塊鏈:王嘉平：區塊鏈為何有交易確認延遲？

為什么普遍認為比特幣系統確認6次便認定交易已可靠上鏈？

原文標題：《簡版區塊鏈本質論(5):性能本質之延遲》作者：王嘉平，中科院計算所博士，曾帶領團隊在NSDI2019發表高性能并行分片區塊鏈系統的論文

區塊鏈被大家關注是件好事情，但非常不希望看到各種區塊鏈項目盲目上馬，造成各種社會資源的浪費。區塊鏈技術本身尚在發展階段，還有很多核心技術問題有待突破，對區塊鏈技術本質還充斥著各種不同的理解。后面幾天我們將就區塊鏈的計算本質，技術難點，業務調整，社會影響等方面和大家分享。

(5)性能:交易確認延遲

在當下的主流公鏈中，一個交易從發出到最終確認上鏈，并非瞬間完成，而需要歷經一段不短時間，可能是十幾分鐘甚至高達幾個小時。這期間，大部分的時間是在排隊。就比特幣而言，大部分時候有近5000到10000個已經發出，但尚未得到確認的交易被臨時存儲在每個比特幣的節點中，這個存儲池被稱為mempool。大致每10分鐘，會有一批交易被確認上鏈，每批約2000到3000個交易。剩下的部分就在mempool中排隊等候。

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為什么要10分鐘才確認一批？為什么每批只有幾千個交易？可以在這里找到答案:

王嘉平：簡版區塊鏈本質論(3):性能本質之吞吐量

同時，這些交易的排隊并不是按先來后到確認的。每個交易的發出時，附帶了交易手續費，交易的確認會優先選取交易手續費高的。所以，通常網絡中交易過多的時候，比較著急的交易可以通過附帶更多的交易手續費來插隊。這也是為什么，網絡擁塞的時候，交易手續費會飆升。

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一個區塊鏈系統吞吐量低于其上應用的需求時，交易確認的延遲主要由交易排隊構成。這就是大家認為，提高吞吐量，提高TPS，會感覺區塊鏈變快。吞吐量確實是當下區塊鏈系統最需要改善的地方，并帶來更低的交易確認延遲。

除了排隊延遲，一個交易從發出到第一次確認上鏈的完整過程，包含以下過程:

1.該交易的全網廣播擴散，通常需要2,3秒2.交易排隊(前面已經討論過的步驟)3.一輪共識周期(需要一個出塊間隔的時間，例如比特幣是10分鐘)4.包含這個交易的區塊得到全網廣播擴散，通常需要4到8秒

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其中，步驟1和4主要由互聯網點對點通訊延遲和全網的節點數量決定。步驟2則由區塊鏈系統的共識算法及其參數決定。值得的注意的是，粗看來，大區塊大間隔或者小區塊小間隔都可以滿足特定的吞吐量，并且后者(小區塊)的確認延遲更小。但事實上，小區塊對帶寬的利用率大大小于大區塊，因為在每一個區塊中，除了被確認的交易數據，還包含完整的共識相關的算力證明數據或者驗證者的簽名數據。

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當然，類似吞吐量的提升，這里可以有個很簡單的解決方案，就是高度集中部署，所有節點在一個高速局域網內，從而實現秒級甚至毫秒級交易確認。但是，很難說這樣的系統還是不是一個區塊鏈系統。

上面講到的首次確認的時間延遲，對于不同安全性要求，人們可能需要在首次確認之后再觀察一段時間。我們第二篇的共識本質中，講到了兩類共識算法：

王嘉平：簡版區塊鏈本質論(2):共識本質

基于最終一致性的POW共識機制的區塊鏈系統是可能出現區塊回滾的，也就是說當一個交易被某區塊確認之后，該區塊有可能被作廢(孤塊)，從而導致之前確認過的交易會需要重新確認，并返回mempool。這種情況會小概率地發生，即使不存在惡意的攻擊。一個區塊成為孤塊從而導致其確認的交易被撤銷的概率會隨著時間流逝，緊接其后的更多區塊越來越多而指數級下降。

最后，被這個區塊的交易就幾乎不可能被撤銷了。這就是為什么，比特幣系統大家經驗上認為，需要6次確認來認定一個交易已經可靠上鏈了。而在即時一致性的共識系統中，例如BFT則不需要這個額外的等待。

這一篇的擴展閱讀:

王嘉平：區塊鏈公鏈如何才能快起來(一)

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比特幣Bitcoin，一種去中心化、非普遍全球可支付的加密數字貨幣，而多數國家則認為比特幣屬于虛擬商品，并非貨幣。比特幣的概念，誕生于2008年署名為中本聰的一篇論文，并于2009年1月3日，基于無國界的對等網絡，用共識主動性開源軟件發明創立。比特幣協議數量上限為2100萬枚，以避免通貨膨脹問題。使用比特幣是通過私鑰作為數字簽名，允許個人直接支付給他人，不需經過如銀行、清算中心、證券商等第三方機構，從而避免了高手續費、繁瑣流程以及受監管性的問題，任何用戶只要擁有可連接互聯網的數字設備皆可使用。比特幣BTCBitcoin查看更多

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