比特币和以太坊的矿工激励模型

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上一期提到，Conflux 经济模型的目标是有效激励生态中的各种角色，同时让链上有限的计算资源和存储资源得到更合理的分配。

在初始阶段比特币系统的运行机制，Conflux将直接激励直接建设者和生态建设者实现生态冷启动，同时使他们能够不断完善生态基础设施，为整个生态项目打下坚实的基础。

在运营阶段，Conflux 将持续激励系统维护人员，推动系统升级； 鼓励生态建设者推动社区用户持续为Conflux生态创造价值； 同时，通过市场化的系统资源配置，促进Conflux系统资源的自适应。

POW系统的主要维护者——矿工，主要负责系统中交易的验证和记录，是保证系统稳定的重要角色。 矿工激励是矿工收入的主要来源，因此矿工激励模型的设计直接影响到系统运行的可持续性。

那么主流公链是如何设计矿工激励模型的呢？

比特币/以太坊矿工激励模型

对于所有公链，尤其是基于 POW 的公链，设计合理的激励机制以鼓励所有参与者遵守规则是至关重要的。 比特币的激励机制设计也是其成功的核心因素之一。 我们常说，“比特币的安全是基于一半以上的矿工是好人”。 但在现实世界中，矿工都是逐利的，他们不是“好人”，也不具备天生的“诚实”美德。 大多数比特币矿工行为诚实的唯一原因是在比特币的激励机制下，“做一个好人”可以为他们带来最高的收益。

根据比特币的激励机制，矿工每在最长链上挖出一个区块，就可以获得一定数量的比特币作为区块奖励。 一开始奖励金额为50 BTC，之后每挖出210,000个区块，比特币的区块奖励减半。 截至2020年5月12日，比特币经历了第三次区块奖励减半，目前比特币的区块奖励为6.25 BTC。

除了区块奖励，比特币矿工的另一个收入来源是交易费。 每个用户在发起交易时都需要支付交易费用。 每个比特币区块中的所有交易费用都支付给挖出该区块的矿工。 在比特币的设计中，早期交易不多，区块奖励是矿工的主要收入来源； 手续费将取代区块奖励成为矿工收入的主要部分。 例如，在比特币区块 500439 中，交易费用超过 13 BTC，高于该区块 12.5 BTC 的区块奖励。

以太坊的矿工收入主要包括区块奖励和交易手续费，但与比特币相比有几点不同：

以太坊的基础区块奖励没有比特币的定期减半时间表。 在初始阶段，以太坊的基础区块奖励为 5 ETH。 在 2017 年名为拜占庭的硬分叉中，649 号提案被激活，基础区块奖励调整为 3 ETH。 随后，1234 号提案将基础奖励进一步降低至 2 ETH。

为了给智能合约消耗的计算资源定价，用户在以太坊发起交易时，不直接指定交易费用，而是指定一个交易费用单价，称为gas price。 当交易实际执行时，按照计算的数量消耗gas，gas消耗量乘以gas价格就是以太坊对每笔交易收取的最终交易手续费。

以太坊区块的产生速度更快比特币系统的运行机制，因此会有更多的分叉。 为了给矿工提供更好的挖矿体验，以太坊引入了“叔块”的概念。 每个区块除了可以选择自己的父块外，还可以选择最多两个“叔块”，每个被选中的叔块可以获得基础块奖励1/32的额外奖励。 对于主链区块选择的叔块，其中的交易不会被执行（系统不共享吞吐量），但挖出该区块的矿工也可以获得一定的奖励，具体数值为：

下面我们以Conflux共识机制为例，分析一下树图结构下的POW公链，在激励机制设计上面临的新挑战，以及我们的对策。

为什么树图结构不能利用比特币的激励机制呢？

Conflux保留所有区块的设计，不仅是为了充分利用网络带宽最大化交易吞吐量，也是为了防止攻击者通过操纵树图结构来丢弃诚实矿工的区块。 在这种情况下，如果我们采用比特币或以太坊的规则，每个区块的区块奖励是一个固定值，我们就会面临一个问题——我们称之为“零成本攻击”。

考虑在比特币网络中，攻击者试图挖掘分叉链以与主链（最长链）竞争。 如果攻击者成功，他当然可以获得分叉链上的所有区块奖励； 但如果比赛失败，整个分叉链将被丢弃，失败的攻击者将得不到任何奖励。 在这个过程中，攻击者消耗了大量的算力，支付了巨额的电费，还需要承担如果攻击失败会失去一切的风险。 因此，对比特币网络发起这种攻击的成本是相当可观的。

如果 Conflux 也采用比特币的固定区块奖励，攻击者在 Conflux 发起类似分叉链攻击失败，仍然可以获得与正常挖矿相同的区块奖励。 因为 Conflux 保留了所有的区块，并且这种情况下固定的区块奖励意味着不成功的攻击者不会受到惩罚。

从结果来看，失败的攻击者当然无法改变交易顺序或实现双花，但这并不意味着他们没有危及系统的安全性和稳定性。 首先，如果企图攻击的人不受到惩罚，矿工就不会有强烈的动力去严格遵守共识协议中规定的出块和引用规则。 能偷懒的地方，就一定会偷懒，最终可能导致算力无法遵守约定。 到确保系统安全所需的比例。 其次，虽然一次失败的攻击不会危及已确认交易的安全，但仍然会影响树图结构的收敛性。 直接后果是攻击期间的交易需要更长时间才能得到确认。 图结构也将变得更加复杂和难以维护。

我们不希望看到矿工任意违反共识规则，甚至试图发起攻击，因为激励机制没有对攻击未遂提供任何惩罚。 因此，我们在设计激励机制时，充分考虑了如何发现和惩罚涉嫌“未遂攻击”。 最终的解决方案是对没有及时传播的区块进行惩罚——不管该区块是否在生成后没有及时广播，或者在生成时故意忽略一些接收到的区块。

下一期我们将介绍Conflux树图结构下的矿工激励机制将如何设计，以及它与POW区块链经典链式结构的区别。