趣解項目：號稱解決了區塊鏈+物聯網痛點的 IOTA 到底怎麼不靠譜？

閱讀本文之前，我們需要認清幾個事實。吞吐率有限，是因爲網絡帶寬有限。PoW 的難度高，是爲了避免輕而易舉地被 51% 攻擊。交易費的存在，讓專職礦工來解決普通用戶的需求。一個區塊容納多個交易的設計，提高了運行的效率。如果看不到這些背後的原理，卻盲目地去掉限速，去掉交易費，去掉區塊，然後用一個漏洞百出的底層技術，去設計產品方案，去講一個所謂天方夜譚的故事，這樣只會斷送這個項目的未來。

原文標題：《IOTA 物聯網電磁爐-讓 PoW 的耗電沒有遺憾》

一個荒唐的故事：幾年前，打車平臺激烈大戰的時候，有這樣一家創業公司橫空出世，號稱實現了零打車費，從根本上解決了人們出行中的痛點。而實現的方式是，讓用戶自己買輛車，然後自己給自己當司機。讓服務需求方自己給自己提供服務，從而節省了服務費。這一想法讓投資人非常驚訝，然後將創業者打出門去。

上面這個故事是小 C 我編的。但在區塊鏈這個圈子裏，卻真的有這樣一個公鏈項目，憑藉着區塊鏈的技術認知門檻，編概念講故事，號稱解決了區塊鏈+物聯網的痛點。這個項目在區塊鏈泡沫最高的時候，一度登上了市值榜 TOP10。這就是小 C 今天的要和大家講的項目：IOTA。

IOTA 是個啥？

首先，IOTA 是一個使用 DAG 賬本結構的區塊鏈系統。（注：DAG，Directed Acyclic Graph，中文全稱「有向無環圖」，所謂 DAG 結構，就是讓每個區塊或交易引用多個區塊或交易作爲父親。這樣所有的區塊或交易之間的父子關係構成一個有向圖。每個區塊或交易必須引用比自己早的交易，因此，這些區塊或交易的父子關係不可能出現循環。因此，這個結構被稱爲有向無環圖）它的賬本數據結構叫做 Tangle，翻譯成中文就是「糾纏，混亂」的意思。沒錯，這個名字非常貼切。因爲小 C 從研究 IOTA 的第一天開始，就被 IOTA 技術上各種奇葩不靠譜的方案繞暈了。

IOTA 的項目願景非常美好：它通過無區塊鏈，無交易費，無限可擴展，解決了物聯網場景中各種痛點。這簡直是重新定義了區塊鏈啊。但是，如果深扒 IOTA 的技術原理，你會發現 IOTA 實現方案非常不靠譜。有多不靠譜呢？比對着 excel 喊「二百五，求和」還不靠譜。

IOTA 到底怎麼不靠譜

小 C 先來說說這個無限可擴展。在 IOTA 原始的設定中，所有的交易構成一個 DAG。任何人 (或物聯網設備) 想發起交易，只需要引用其他兩個交易就可以了。沒有礦工，沒有區塊，沒有礦工賺交易費，你發交易的速度有多快，IOTA 的 TPS 就有多高。只要好人的交易總數足夠多，它就是安全的。

這簡直太 awesome 了，攻擊一個區塊鏈系統從來沒有像攻擊 IOTA 那樣簡單。不需要屯幣，不需要買礦機，我只要搞一臺電腦不停地，每分每秒不停地發交易，讓我的交易佔據全網的 50% 以上，我就攻擊成功了。

IOTA 大概也意識到了這個問題（被大家抨擊到不得不意識到這個問題）。於是 IOTA 後面改了，說每筆交易必須算一個 PoW，來防止女巫攻擊帶來的雙花問題的。納尼？說好的無限可擴展呢？

有了 PoW 的 IOTA 真是妙不可言啊。要知道，IOTA 應用場景是物聯網設備，物聯網設備跑 PoW 真是天才的想法啊。所謂的物聯網設備，就包括現在最火的智能家居，比如智能插座，智能音箱，智能冰箱等。那什麼樣的物聯網設備可以把 PoW 的優勢發揮到淋漓盡致呢？機智的小編我，馬上想到了物聯網智能電磁爐！我簡直迫不及待想買一個 IOTA 物聯網智能電磁爐，每次打開電磁爐的時候，它就開始進行 PoW 運算，發出的熱量也可以加熱食品。當你的晚飯做好了，一筆 IOTA 交易也就發出去了。

不僅如此，這個 IOTA 電磁爐還能提高烹飪的安全係數。它通過佔滿你家網絡的帶寬，讓你上不了網，杜絕你在烹飪的時候因爲刷微信刷微博把房子點着。因爲在 IOTA 中，發送每筆交易時，需要選擇兩筆交易作爲父親。這個要求看似簡單，但你需要保證：這兩筆交易的歷史中沒有非法交易，沒有衝突的交易。這需要同步大量的歷史，驗證歷史交易的正確性，處理衝突交易，並且保持與 IOTA 的 DAG 最新狀態同步。如果你偷懶不同步，那你的交易可能就因爲違反了一些規則被無效掉了。爲了重新發起這筆交易，你只好再做一頓飯。

在比特幣中，礦工負責做 PoW 運算，負責同步、驗證網絡交易，並處理衝突，用戶向礦工付交易費。IOTA 重新定義了區塊鏈，消滅了交易費，取而代之的是這些事情都得用戶自己來做。當比特幣的用戶坐在餐桌上喫烤鴨的時候， IOTA 的用戶還蹲在後廚親自養鴨子。小 C 認爲，IOTA 所謂的無交易費，本質上就是用從商品經濟回到自然經濟，這是倒退，不是創新。

當然，由於這個實在太不合理，於是 IOTA 的社區就有了彌補的方案。有一個叫 IOTA PoWer 的服務，它允許用戶付一筆錢，將自己的交易 PoW 計算等任務外包。可是小 C 我仔細一想，這不就是用戶發出一筆交易，然後付錢讓礦工給我打包進區塊嗎？這個區塊很特別，只能放一筆交易而已。由此可見，IOTA 所謂的無區塊鏈，不過是自欺欺人的宣傳點罷了。

對於上面荒誕的故事，IOTA 的擁護者可能會不服，他們認爲 IOTA 的 PoW 與比特幣的 PoW 目的是不一樣的，IOTA 的 PoW 只是爲了減少網絡中的垃圾交易，不會給用戶造成負擔。那就讓小 C 來帶着大家，具體算一算 IOTA 中 PoW 的難度怎麼設比較合理。

首先，我們要算一下 IOTA 網絡最高能跑到多少個 TPS？如果 IOTA 每秒產生 10000 筆交易，網絡帶寬的侷限性導致 IOTA 無法保證 DAG 賬本在全網的同步。如果賬本始終無法及時同步，那麼不同的節點就可能在不同的分叉上越走越遠，從此分道揚鑣，共識不再。所以 IOTA 的網絡中，每秒 10000 筆交易，不能再多了。

然後，我們要算一下 IOTA 的全網算力達到多少 TH/s 纔算安全？全網算力達到多少 TH/s，一個普通的家用電腦，才能在一頓飯的時間裏（1 小時）發出一筆交易？一個 Intel Core 2 Duo 的算力大概是 2.5MHash/s, 1 小時內可以嘗試 9G 次 Hash 嘗試。9G 次 Hash 嘗試發出一筆交易，目前 IOTA 主網的吞吐率只有 5TPS，如果壞人有 >45GHash/s 的算力，那麼他們就可以每秒產生 >5 筆交易，就可以在交易數量上佔據主導，從而進行 51% 算力攻擊。即使達到了 10000 TPS，90THash/s 依然可以進行 51% 算力攻擊。 90THash/s 是個什麼概念呢？一個螞蟻 S9 礦機的算力是 13.5THash/s，七臺螞蟻礦機的算力就可以超過 90THash/s。

哪怕普通用戶算 1 小時才能發起一筆交易，七臺 S9 螞蟻礦機就能完成對 IOTA 的雙花攻擊。IOTA 面臨着一個選擇：去讓用戶忍受更長的等待時間，還是讓攻破 IOTA 的門檻更低？

IOTA 選哪個？IOTA 哪個都不選， IOTA 選擇中心化！

爲了解決上述矛盾，IOTA 網絡中要額外使用一箇中心化的 Coordinator 來定期的驗證 DAG 和交易。這使得 IOTA 實際上變成了一箇中心化的系統。IOTA 聲稱，未來會取消這個中心化的 Coordinator。然而，基於上面的計算，即使網絡帶寬增加 100 倍，即使用戶願意忍受 1 小時才能發一筆交易，700 臺 S9 礦機依然能對 IOTA 發起雙花攻擊。與之相對應的是，比特幣的全網算力大約是 (50 EHash/s)，相當於 4000000 臺 S9 礦機。

給 IOTA 的建議

小 C 認爲，擺在 IOTA 面前兩條路，要麼在中心化的道路上繼續走下去，要麼積極推廣 PoW 外包方案。讓專門的礦工來處理交易打包、PoW 挖礦等事宜，讓用戶爲礦工付費。摒棄「無交易費、無區塊鏈、無限擴展」等這些不負責任的言辭。

但是即使 IOTA「改過自新」，接受了小 C 的建議，IOTA 本質上還是一個 1 個區塊只能包 1 筆交易的區塊 DAG。它違背了系統設計中最最通用的一個常識性的優化思想 –batching，就是批量處理。這意味着元數據帶來的開銷會顯著增加，同時會帶來很多系統實現上的性能挑戰。比如，當區塊鏈系統的吞吐率達到每秒幾千筆交易的時候，網絡帶寬通常會成爲瓶頸。而交易就是區塊鏈網絡中主要需要傳輸的數據。如果每筆交易都附帶許多 DAG 相關的元數據（例如對其它 DAG 結點的引用），那麼對網絡帶寬的壓力就會大大增加。另外，維護交易粒度的 DAG 也會大大增加本地計算的複雜度。

IOTA 的 DAG 中需要對每個交易結點維護一個累計權重，也就是所有直接或間接引用了該交易的交易個數。當一個新的交易被加入到 DAG 的尾部，所有它能夠直接或間接引用到的交易的累計權重都要需要更新，這個複雜度是和交易的個數成正比的。假設系統的吞吐率是 1000TPS，那麼系統從剛開始運行到 1 小時後，DAG 中的交易個數就會達到 360 萬。一天之後就會達到 8600 萬。之後每筆新加入的交易都會帶來接近 1 億次的權重更新，而且這個複雜度會越來越大。

總結

我們需要認清幾個事實。吞吐率有限，是因爲網絡帶寬有限。PoW 的難度高，是爲了避免輕而易舉地被 51% 攻擊。交易費的存在，讓專職礦工來解決普通用戶的需求。一個區塊容納多個交易的設計，提高了運行的效率。如果看不到這些背後的原理，卻盲目地去掉限速，去掉交易費，去掉區塊，然後用一個漏洞百出的底層技術，去設計產品方案，去講一個所謂天方夜譚的故事，這樣只會斷送這個項目的未來。