矿工为了充分利用接收区块头和区块体之间的间隔时间,且避免与父区块中打包的交易发生冲突, 就不能往区块里填充交易,也就是说矿工只能尝试挖空块。

原文标题:《「知矿大学问答」矿工为何打包空块?》
撰文:晏文春

「知矿大学问答」是以问答的形式,邀请行业资深从业者,解答用户挖矿相关的提问。

来自 @ 地摊小王子 的提问:打包交易有手续费收入,为什么会有矿工打包空块呢?有人说打包空块的矿工是制造比特币网络拥堵的坏矿工,这种说法对吗?

知矿大学小编 @OWEN 的回答:比特币的空块是指,区块中仅打包了创币交易的区块。在《如果区块链会说话》一文介绍过,截止到目前,大约有 9 万空块,约占目前区块数量的 14%。这其中很多空块是在比特币早期产生的,那时候用比特币的用户极少,链上几乎没有交易产生,所以矿工也只能打包空块了。

后来比特币链上交易多了起来,内存池一直有等待矿工打包的交易,这种情况下,为什么矿工还会打包空块?@ 地摊小王子 提问是针对这种情况的,以下的回答也是针对这种情况的。

阴谋论

首先,打包空块的矿工是制造比特币网络拥堵的坏矿工,这是彻彻底底的阴谋论

假设真的有攻击者通过打包空块的方式来造成比特币网络拥堵,这种攻击非常低效,而且需要投入大量的成本。

目前比特币全网算力超过 100E,全网矿工每天(24 小时)大约挖出 144 个块,每个块打包交易的上限在 4000 笔左右。假设恶意矿工想控制 10% 的算力来进行「空块攻击」,他们需要控制超过 10E 的算力,这么大的算力规模,不管是通过租用算力,还是买矿机来实现,都是一笔非常巨大的成本支出。

参考 crypto51 的即时(6 月 17 日)数据来计算发起攻击的成本,crypto51 给出了对比特币进行 51% 算力攻击每小时需要的成本,我们假设的是 10% 的算力,也就是这个攻击成本的五分之一,每小时大约需要花费¥53 万,攻击成本非常高。当然这种攻击,还是可以得到区块奖励回报的。

打包空块是矿工恶意攻击?一分钟了解比特币矿工为何打包空块https://www.crypto51.app/?ref=block123

再来说「空块攻击」对比特币网络破坏效果。

空块攻击难以对比特币造成实质性的伤害,最终结果是损人利己、自讨没趣

假设比特币网络已经很拥堵了,用 10% 算力进行「空块攻击」,相当于区块大小被恶意矿工人为「缩小」了 10%,实际效果是平均每个区块能打包交易数量的上限「下降」了 10%。比特币网络如果实在太拥堵,又会反过来降低人们链上交易的需求,网络就变得不再拥堵了,这样一来,「空块攻击」的效果就难以起到持续性效果。

综上,「空块攻击」需要付出高昂的成本代价,在攻击效果上也很难持续,打包空块是矿工发起「空块攻击」的这种言论是不明真相者的阴谋论

矿工打包空块的真相是什么呢?

真相

矿工挖矿是一场比拼速度的竞赛。不仅要看谁先找到了符合系统要求的解,还要把找到的解,尽快广播出去。快,对于矿工来说是一件贯穿始终的事情

一个区块包含两部分,区块头和区块体。比特币客户端在对区块广播时,是将区块头和区块体分开传播的。区块头包含了版本号、父区块头哈希值、时间戳、默克尔树根哈希值、难度目标、随机数等 6 部分,它的大小只有 80 字节。交易信息被打包在区块体里。一个满载的区块大小为 1M,它是区块头大小的 12500 倍。

越多的信息量,传播延时越长。区块头和区块体的大小差异,造成其他矿工会先接收到新区块头数据,一段时间(一般在 10 秒之内)之后,再收到区块体的数据。

收到区块头数据还没收到区块体数据的这段时间,对于矿工来说,也是有成本的,矿机依旧在运行。

矿工为了充分利用这段时间进行挖矿,就不能往区块里填充交易,也就说矿工只能尝试挖空块。这是因为矿工没有收到父区块打包的交易数据,不知道父区块打包了哪些交易,如果矿工往区块里填充交易,可能会把已经被父区块打包的交易再次打包,这会造成区块数据不合法,之前为此付出努力都变成了无用功。为了避免这种情况发生,在这段时间,矿工明智的做法是不打包交易挖空块。如果这段时间刚好挖到新区块,那么挖出的块就是空块。

粗略统计了一下,在待确认交易内存池持续不空的情况下(从第二次减半之后至今),21 万多个区块中,大约有 0.75% 的空块。另外这部分空块的出块时间,与其父区块的时间间隔基本都在几十秒之内,这样很好印证了我们前面给出的信息延迟的解释

总结

矿工打包空块是出于经济利益的考量,这样做是矿工最明智的选择。矿 工为了充分利用这段时间进行挖矿,且避免与父区块中打包的交易发生冲突, 就不能往区块里填充交易,也就是说矿工只能尝试挖空块。打包空块是恶意矿工为了对比特币发起「空块攻击」,这是典型的阴谋论。

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