减半之后，对比特币进行51%攻击成本几何？

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本文来自 Crypto Briefing，原文作者：Andrey Shevchenko

比特币的网络安全在很大程度上依赖于区块奖励，而不是交易费用。而随着减半到来，矿工收入将再次减少，那么在这种情况下，仅靠交易费就足以维持这个网络吗？
网络安全意味着什么？
区块链网络的去中心化和不可篡改特性在于其对双花问题具备抗性。对于工作证明机制（PoW），这意味着它可抵抗与算力相关的“51% 攻击”。
注：在数字化货币系统中，由于数据的可复制性，使得系统可能存在同一笔数字资产因不当操作被重复使用的情况，这也称之为双花。为了解决双花问题，我们日常的数字资产使用依赖于第三方信任机构进行。这类机构对数据进行中心化管理，并通过实时修改账户余额的方法来防止双重支付的出现。而作为去中心化的点对点价值传输系统，比特币通过 UTXO、时间戳等技术的整合来解决双花问题。
控制一半以上的网络算力，从而控制一半以上的区块生产，这将允许一个实体以它认为合适的方式重新安排区块链网络。这样的攻击可能会 “撤销” 合法交易。通过创建看似有效的交易，然后将其逆转，攻击者便可以从交易所的交易中获利，而无需花费任何比特币。
总网络算力是用于保护区块链的计算能力，通常被认为是网络安全的衡量标准。若比特币算力居于高位，则经常被解读为价格的看涨指标——这意味着网络具备更高抵抗 51% 攻击的能力。
eToro 高级分析师 Mati Greenspan 曾在 9 月 27 日发推称，比特币算力回到所有历史高点，矿工显然没有被当周的价格走势吓到。

注：据 BTC.com 数据显示，9 月 27 日 4 点 33 分，比特币在区块高度 596736 处调整挖矿难度至 12.76 T，续刷新高，较 9 月 14 日增长 7.31%。此外，过去两周比特币平均算力首次突破 90 EH/s，为 91.24EH/s，远高于 9 月 14 日时的两周平均算力（85.08 EH/s）。
虽然这种解释通常是正确的，但它过于简单化了。
网络算力是任何给定时间内所有运行的挖矿设备算力的总和，不应该在真空中进行分析。这些设备的成本和算力效率可能相差多个数量级，而这直接影响进行 51% 攻击的成本。
在比特币的早期，挖矿可以在家用电脑上进行。时至今日，已经由高效的 ASIC 芯片贡献几乎所有的算力。这种变化是惊人的：2013 年，一台顶级的 CPU 可以以 64 MH/s 的速度挖矿，而现代的 ASIC 芯片可以以每秒 53 TH/s 的速度挖矿——这是 828124 倍的差距。
网络算力的大幅增长通常有两个原因：一是 BTC 价格的上涨，二是 ASIC 技术的进步。在这两种情况下，它都在不断上升，直到达到由最高效机器的盈利能力定义的新经济均衡（new economic equilibrium）。每增加一个设备，其他所有人分到的那块蛋糕就会变小，在某个时候，矿工们会开始关掉那些耗电比他们获得的奖励和收取费用还要多的矿机。
这两个增长触发点都在 2019 年出现了。比特币价格上涨了近三倍，而新的比特大陆 S17 系列 ASIC 矿机于 2019 年 4 月发布。因此，尽管下半年比特币价格在下降，但算力扔在持续上升。

51% 攻击的成本
通过计算需要多少顶级设备来重新创建现有的算力，可以大致估计进行 51% 攻击的成本。这种计算方法包含几种简化过程：它假设攻击者还没有控制算力的一部分，并且降低了运作这些新机器的生产、设置和电费折扣；它还假设，比特大陆和嘉楠耘智等主要 ASIC 矿机制造商愿意出售对应数量的矿机（而不是用于自行挖矿）。
矿机巨头比特大陆的 S17 Pro 矿机算力达 53 TH/s，每台售价 2500 美元。当前的算力是 90 EH/s。以此计算，进行 51% 攻击大约需要 170 万台这样的设备，费用为 42 亿美元。
令人惊讶的是，这并不比 2019 年 2 月高多少，当时 S15 还是最强力的 ASIC 矿机。S15 算力达 28 EH/s，价格为 1700 美元，以此计算的话，大约需要 26 亿美元来“搞定”44 EH/s 的网络算力。这意味着自那时至今，攻击成本只增加了 58%，而算力则增加了 104%。因此，在评估比特币安全性时，算力上涨这一指标可能会有一定误导性。
减半会影响安全吗？
最终，随着比特币区块奖励再次减半，网络安全将越来越取决于费用。在 2140 年的某个时候，区块奖励将完全停止，这意味着网络将需要完全依靠交易费运行——除非比特币的代码发生根本变化（这似乎不太可能）。

比特币交易每日收入（数据来源：Coin Metrics）
目前每天从费用中获得的收入约为 35 万美元，仅占每日区块奖励收入（1580 万美元）的 2.2%。随着减半迫近，费用将需要增加 22 倍来弥补收入的不足。否则，算力将下降，网络的安全性亦将下降。
这不仅仅是猜测，甚至已经有前车之鉴——莱特币在今年 8 月区块奖励减半后，该网络的算力下降了近 30%。如果 BTC 的价格保持不变，那么在其减半之后 51% 的攻击成本可能会下降到大约 21 亿美元。
与此同时，如果交易费增加，可能会阻碍网络的长期用户增长。2017 年 12 月，每日交易费收入达到 300 万美元的峰值。然而，网络必须首先经历严重的拥堵。当时在高峰期，在合理时间内处理一笔交易的费用超过 50 美元。
也就是说，在网络安全上花费太多或太少也是有可能的——而这些数字几乎完全是主观的。
2017 年末，比特币的算力达到每秒 10 EH/s，相当于大约 74 万台当时最先进的 S9 矿机提供的算力，价值 15 亿美元。与价格在接近 2 万美元的峰值时减半相比，比特币在今天减半会更安全。
然而，比特币采用还有很长的路要走。如果该网络完全依赖交易费用，51% 攻击的成本将不到 8500 万美元，约为其当前市值的 0.06%。当区块奖励继续减少时，这种趋势将如何展开还有待观察。