在一个（gè）夏日的下午（wǔ），我们两（liǎng）人坐在咖（kā）啡馆里海阔（kuò）天空地讨论区（qū）块（kuài）链技（jì）术（shù）。我们发现（xiàn）讨论的（de）焦点就在于区（qū）块链的效率。这种（zhǒng）对于效率的考量，主要是与（yǔ）现有基于中心化云计算（suàn）模（mó）式构建的标准互联网架构进行对比。进一（yī）步深入下（xià）去，我们觉（jiào）得这是一种去（qù）伪（wěi）存真的（de）过程，会影响到（dào）未（wèi）来区（qū）块（kuài）链和数字资产（chǎn）技（jì）术应用落地的发展。

与区块链（liàn）行业火热不同的（de）是，作为（wéi）一个普（pǔ）通的用户，似乎除了比（bǐ）特币（bì）、以太（tài）坊（fāng）钱包之外，依然用不（bú）到什么真（zhēn）正基于区块（kuài）链的（de）产品（pǐn）。为此，区块（kuài）链为普通用户到底能带来什么？这（zhè）是值得我们所（suǒ）有人去深刻反思的。也许，我们未必（bì）需要（yào）用（yòng）传统互联网产品的（de）标准去要求这些分布式新技术。然而（ér），面向（xiàng）未来可（kě）能出（chū）现的各种（zhǒng）技术（shù）融合的可能，与传（chuán）统方法和技（jì）术（shù）的对比，有利（lì）于我（wǒ）们梳理（lǐ）清楚（chǔ）这些新兴技术的性能（néng）特点与发展趋势，进而实现“区（qū）块链的可信（xìn）与效率”二者（zhě）兼顾。

1. 问题与挑战

1.1 区块链技术真的有效率吗？

区块链是一（yī）种区别于传统（tǒng）集中化（huà）分（fèn）布式（shì）计算构（gòu）架（jià）的技（jì）术。该（gāi）技术反其道（dào）而行之（zhī），采用了点（diǎn）对（duì）点的网络通讯模式（shì），通过冗（rǒng）余的（de）区块链数据（jù）存储模式和共识计算过程，去（qù）除了物理上的中心化。这种（zhǒng）技（jì）术确实（shí）带来了焕然一新的网络结构（gòu）模式，

但（dàn）是，另一方面（miàn），区块（kuài）链的架构模（mó）式，让人们对其实际应用中的效（xiào）率产生（shēng）了疑（yí）问（wèn）： 区块链的存（cún）储（chǔ）和（hé）计算，会有（yǒu）多个节点来（lái）做重复的存储和计（jì）算，会不会效（xiào）率较低并且费用（yòng）昂贵？特（tè）别是（shì）与（yǔ）中（zhōng）心化分布式计算技术（shù）比较（jiào），可以看（kàn）到，去中心化的（de）方（fāng）案千（qiān）好万好，最不好的一点就是：不经（jīng）济和低效。目（mù）前，在以太坊及之后的一些区块链里，秒级成（chéng）交已经成为了宣传点之一（yī）。为此我们就具体的情况从网络，账（zhàng）本存储，共识算法（fǎ），智（zhì）能合约等效率维度（dù）进行对比，提出（chū）挑战，引发（fā）思考，从而与（yǔ）业（yè）界同仁一起（qǐ）去追寻更好的答（dá）案。

为了便于进行实际的横向对比，我们取2018年8月15日（rì）的主流区块链运行数据做一个比较（jiào）。在下文中（zhōng），我们选取了（le）目前区（qū）块链中最主（zhǔ）流的（de）比（bǐ）特币（btc）和以太坊（ETH），有较长历史的莱特币（LTC），以及新近（jìn）得（dé）到普遍（biàn）关（guān）注的（de）加密（mì）币（bì）种达（dá）世币（DASH）等4个区块链公链项（xiàng）目，进行了专门的比较（jiào）。

1.1.1 典型区块链的计算效（xiào）率（lǜ）

2018年8月15日这一天，这四种公链基本的算力相关数据（jù）如下表所示。

该（gāi）表（biǎo）中，“H/s”表（biǎo）示每秒钟hash函数的（de）计算次（cì）数，前（qián）缀“T”表示10的9次方（fāng）（即10亿），“P”表（biǎo）示10的12次方（fāng）（即1万亿），”E“表示10的15次（cì）方（即1千万亿（yì））。所以（yǐ），基本（běn）看到为了维（wéi）持整个公链的共识计（jì）算效（xiào）果，各个公（gōng）链的计算都（dōu）是（shì）非常（cháng）惊人。

接（jiē）下（xià）来（lái），我们将以（yǐ）以太坊为（wéi）例，仔细分析一下以上算力是否经（jīng）济，效率如何（hé）：

（1）以太坊的（de）共识计算，每年耗电48亿元

由于各种公链（liàn）往往采用各自不同的共（gòng）识计算方（fāng）法，进而会采用不同的hash计算方（fāng）法，表面上难以直接横向比较（jiào）各个公（gōng）链的计算效率。所以，有一个（gè）变通的方法是估算在同一类（lèi）硬件中的执行效率，从而有直观的对比。例如，以ETH为例，我们可以假设全网采（cǎi）用了较为优化的AMD 580系列显（xiǎn）卡。以此为基准，我们可以进行一个（gè）大概的（de）估算。由各个数据来源报（bào）告所知（zhī），该（gāi）显（xiǎn）卡的实（shí）际计算能力（lì）为30 MH/s，即每秒钟计（jì）算“Ethash”的hash函数约（yuē）3千（qiān）万次（cì），实际消耗功率为 0.135 KW/h（即用电单位”度（dù）”）。为此（cǐ），简单可以（yǐ）估算出ETH全网约需要8,100,000张显卡（kǎ）。而（ér）主流的ETH矿机为8块显（xiǎn）卡的配置，所以估计（jì）需要约 1,000,000台的以太坊显（xiǎn）卡矿机。进一（yī）步估计出，ETH公链（liàn）的小时耗电数（shù）为，1,093,500 KW/h，而每天（即24小时）需要耗电 26,244,000 KW/h，来（lái）维持全网的运（yùn）行。大致按（àn）照每度电0.5元的费（fèi）用（yòng）核算，每天需要（yào）的电（diàn）费成本估算为13,122,000元（yuán），即每天千万（wàn）元（yuán）级别以上的（de）成（chéng）本。而（ér）一（yī）整（zhěng）年更将耗资47.9亿元（yuán）之巨。从中（zhōng）可以看（kàn）出，要维（wéi）持（chí）区块链的（de）公链系统———这种去中心化公共设施的计算，能源消耗惊人。

（2）以太坊的（de）硬件设备投入与（yǔ）维护，每年硬（yìng）件（jiàn）设备成本131亿元

从（cóng）公链系统所需投入的设备成本考虑，目前（qián）以太坊主流显卡矿机，包含（hán）8块（kuài）显卡，其成本大（dà）约为（wéi）2.5万元。那么（me），据此估算总共的网络（luò）需要250亿元的设备（bèi）投入。按照三年（nián）折（shé）旧来（lái）换算（suàn），估计为83亿元的每年费用。如果不考虑网络带宽成（chéng）本（běn），加上维护（hù）费用则进一（yī）步可以推算，一年的以太坊公链系（xì）统（tǒng）设备成（chéng）本在（zài）131亿元。因此（cǐ）可知，目前公链的设备投入与维（wéi）护成本非常（cháng）高。

（3）交易（yì）成本：以太（tài）坊VS中心化方（fāng）案=52:0.000013

交（jiāo）易费用上，以（yǐ）太坊（fāng）的交易（yì）成本（běn）也远远高于中心化解（jiě）决方案。据（jù） https://etherscan.io/ 数据（jù）统（tǒng）计，从2017年9月1日至（zhì）2018年9月1日，总（zǒng）共发生了约2.5亿笔交易。所（suǒ）以根据上述年度成本（běn）折（shé）算，则平（píng）均每笔交（jiāo）易（yì）的成（chéng）本在52元。与目前银行转（zhuǎn）账的费（fèi）用相比，没有任何优（yōu）势。就国内银行的普遍情况看，各行的柜台（tái）转账，普遍按（àn）照汇款金额（é）的0.5%至1%收取手续费，50元（yuán）封（fēng）顶。而网银和手机转账是免费的。因而，除非是高于（yú）5000元以上的大额度转（zhuǎn）账，用区块链进行小额度转账有（yǒu）点的得不（bú）偿（cháng）失。当然（rán），在（zài）某些特（tè）殊情（qíng）况下（xià），例（lì）如跨境（jìng）跨行的数字（zì）货币转账，由于不（bú）需要跨各（gè）国银（yín）行系统进（jìn）行（háng）复（fù）杂的兑换和结算，区块链方案的成本和转账时（shí）间会优于（yú）传统（tǒng）方案。

另一方（fāng）面（miàn），以全（quán）年2.5亿笔的交易量推算，以太坊网络（luò）平均每秒钟约执行8笔左右的交易，即8TPS。在基于（yú）工作量证明的去中心化方案中，近百万台矿机仅是（shì）在为了获得记账权，就消耗了（le）大量（liàng）的电力，并没（méi）有对记账本身带来多大帮（bāng）助。而上（shàng）万台全帐节点也（yě）是（shì）在任一时刻，只有一个（gè）节点在记（jì）账。对比传统（tǒng）的（de）中心化（huà）解决方案，要（yào）达（dá）到10TPS左右的交易量，用一（yī）台中（zhōng）等性能的服（fú）务器（qì）即（jí）可做到，其成本约为每（měi）年1万元。最后换算（suàn）成交易成本，仅为0.000013元，这是值得深（shēn）思的数字（zì）。

（4）转账费用：以太坊VS中心化（huà）方案（àn）=0.6:免费

与此（cǐ）相关的是，矿（kuàng）工费太贵（guì）。如果你要让一笔以太坊交（jiāo）易成立，是需要花费一定的矿工（gōng）费的。所谓矿工费，对（duì）于以太坊公链（liàn）来说，就是指交（jiāo）易发起者需要燃烧（shāo）一定的燃料Gas，但是Gas的费用是用（yòng）以太（tài）坊结算，用于奖励那些主（zhǔ）动传播这笔交易的人（rén）。而如果你（nǐ）想要在以太坊上实现“秒（miǎo）级（jí）信息传递”，高额的矿工费自然（rán）是少（shǎo）不了的。例如，据最近区块链浏览器应用 https://etherscan.io/txs中的数据，每（měi）笔（bǐ）普通速率（lǜ）的以太坊公链交易矿工费大约在（zài）0.0005ETH左右。按（àn）照（zhào）目（mù）前1个ETH兑（duì）换（huàn）约1200元（2018年（nián）9月初（chū）的价（jià）格）换算，即0.6元左（zuǒ）右。所以与（yǔ）目前（qián）银行（háng）转账（zhàng）的费率（lǜ）相（xiàng）比（bǐ），并没（méi）有太大（dà）的优势。因为大多（duō）数小额的银行转账是（shì）免费的。如（rú）果想做到高（gāo）速转账，每笔会（huì）上涨到0.003ETH左右（yòu），即3.6元（yuán）左右，甚至（zhì）更（gèng）高。

幸运的是（shì），目（mù）前以太坊等数字货币价（jià）格在历史的低（dī）位，所以转（zhuǎn）账费率相对便宜。但在牛（niú）市行情下，交易火爆时，以（yǐ）太坊的交（jiāo）易（yì）费率也会水涨（zhǎng）船高。例如（rú），2018年初（chū）以太坊曾上涨到（dào）1个ETH兑换约10000元左右。那么在那时，以人民（mín）币（bì）作（zuò）为结算单位，交易费率（lǜ）是现在费率的10倍，远远高于目前中心化的解决方案（àn）。

（5）全网有效记账计算能力（lì）仅相当于单机全帐（zhàng）节点

以太坊全网庞大（dà）的硬件设（shè）备（每年（nián）131亿元）支（zhī）持的巨（jù）大（dà）算（suàn）力（244TH/s）和（hé）巨大的（de）电力消耗（每年48亿元）仅仅（jǐn）是为（wéi）了达（dá）成POW共识，获取记账权，全（quán）网有效（xiào）计算能（néng）力（其（qí）有效记账算力）仅（jǐn）相当于单机全帐节点（一台（tái）普通的（de）服务器）。