什么是区块最终性？比特币如何防止双花？
当你在商店购买某件商品时，你要交出现金以获得所支付的商品——这是一种明确的价值转移。在使用借记卡或信用卡等数字银行交易中，银行会与零售商沟通，确保从其账户中扣除相应的金额。然而，在加密货币的世界中，这一过程并不那么清晰。这就引发了一个问题：区块链网络如何防止同一加密货币被重复消费？这正是区块链技术起作用的地方，它通过区块最终性来确保交易的安全性。
什么是区块最终性？
区块最终性是指一旦交易被记录在区块链上，它就是永久不变的。与传统金融不同，传统金融中的交易可以被撤销，而区块链交易一旦实现最终性便是不可逆转的。这对维护网络的完整性至关重要，因为没有任何参与者可以篡改或更改过去的交易。
实现最终性的时点取决于特定区块链所使用的共识机制。无论是通过工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）还是其他共识模型，每个网络都有其方法来确定何时交易被确认并永久包含在区块链中。
区块最终性如何运作？
每个区块链网络都有其独特的特点，但区块最终性——一个确保安全性的重要概念——在所有网络中都存在，尽管实现方式各不相同。共识机制验证交易并确保去中心化网络的安全性，这非常重要，有助于实现跨区块链的最终性。
不同的区块链采用了不同的共识机制，这是根据其需求量身定制的。常见的例子有：工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）和历史证明（PoH）——后两者在 Solana 网络上共同使用。这些机制定义了交易的验证方式以及何时实现最终性，意味着交易被永久记录且无法撤销。
例如，比特币使用传统的工作量证明机制，矿工们竞相解决复杂算法以验证交易。PoW 有一个关键特征——“最长链规则”，与区块最终性相关。在此系统中，累积工作量最多的链被视为有效。随着更多区块在交易后被添加到比特币区块链上，其最终性也愈加增强，使其变得更加安全且不可逆转。
来源：gsr.io
在权益证明（PoS）网络中，最终性是通过不同的方式实现的。例如以太坊，在过渡到以太坊2.0后使用的就是 POS 机制。在这一机制下，与矿工不同的是，验证者是根据他们抵押的加密货币数量来选择的。这些验证者负责提议和验证新区块。PoS 网络使用诸如“Casper”的协议来强制执行最终性规则。
一旦区块被验证并添加到区块链上，逆转该区块就需要大多数验证者的共识，这意味着他们必须牺牲其抵押的资产。这种经济上的遏制，加上对多个确认的要求，确保了一旦交易在 PoS 网络上实现最终性，逆转交易就变得极其困难且成本高昂，因此 PoS 的安全性与工作量证明（PoW）网络一样，但效率和可扩展性更高。
区块最终性的类型
不同的区块链有不同方法实现最终性。在所有各类网络及其对应的共识机制中，区块链有四种主要类型的最终性。其分类是根据交易和区块一旦添加到网络后的确定性和不可逆转性程度进行的。主要有以下几种不同类型的区块最终性：
概率最终性
概率最终性是一种基于链的简单最终性，在工作量证明网络（如Dogechain）中最为常见。当一个区块被添加到网络后，虽然不会立即实现绝对最终性，但可以认为它是“可能最终”的，并且随着新区块在初始区块之上被记录，交易的概率和确定性会增加。一般认为，当交易被挖掘、记录在公共链上并且后续区块被挖掘后，概率最终性就已实现。
绝对最终性
绝对最终性意味着一旦交易得到确认，就具备了最高级别的永久性确定性。在绝对最终性下，一旦交易在区块链上被确认和记录，它就永远无法被更改或撤销。绝对最终性在使用联邦共识的区块链网络（如 Stellar 和 Ripple）中最为常见。联邦共识机制由一组受信任的验证者支持，他们通过确认单个区块来保护网络。
经济最终性
经济最终性有所不同，其安全性依赖于经济利益或损失。它是权益证明共识机制的一种特征，其中验证者必须抵押代币来参与网络安全。如果他们做出恶意行为，还会面临失去抵押代币的风险。因此，区块确认受到经济激励的驱动，安全性通过经济遏制得以维护。在以太坊等网络中，恶意行为（例如双花或撤销交易）的成本超过了验证区块的潜在奖励，从而确保了交易的最终性和网络的安全。
即时最终性
这是最高级别，也是最难实现的区块最终性类型。在即时最终性下，一旦交易被记录在网络上，即被视为确认并不可逆转。实际上，这种最终性的实现需要对传统区块链及交易确认过程进行重大修改。
无法确定所有网络是否已实现即时最终性，但一些使用拜占庭容错（BFT）共识机制的区块链（如Cosmos）被视为实现了近乎即时的最终性。Shardeum 协议就是尝试使用“共识证明”机制实现类似结果的网络，旨在保证网络上的交易的确认中有共享一个账本。
状态最终性
另一种最终性——状态最终性——更关注整体，即区块链本身而非单个交易。状态最终性考虑的是，区块链状态交易（如智能合约的执行）是否在完成后可以被修改或撤销。状态最终性也很重要，因为对于以太坊和 Solana 等去中心化协议来说，已执行智能合约的永久性至关重要，能醋精去中心化应用的安全性和效率。
为何区块最终性很重要？
区块最终性对网络安全和可靠性尤为重要。然而，这一基础概念在智能合约和双花问题的背景下最易于理解。
智能合约是去中心化应用程序的基石，尤其在以 Solana 和以太坊为代表的去中心化金融（DeFi）网络中最为常见。在去中心化金融中，智能合约自动化了诸如借贷、借款和交易等金融交易，无需中介的介入。区块最终性起着重要的作用，促进这些过程顺利且安全地运行。
例如，当用户在像 Uniswap 这样的去中心化交易所（DEX）上发起交易时，智能合约会自动匹配交易并在用户之间转移代币。一旦交易得到确认并记录在区块链上，区块最终性就使该交易不可更改。如果没有最终性，恶意行为者可能会逆转交易或利用系统漏洞，损害 DeFi 生态系统的完整性。如果没有区块最终性，这些合约的结果也将变得不确定，从而为潜在的争议或攻击（如双重支付或交易撤销）提供了机会。
双花的概念是另一个可以体现区块最终性重要性的例子。同一代币在多个交易中被多次消费就出现了双花问题。它被视为一种攻击，因为它允许恶意行为者多次花费相同的代币。区块最终性能确保一旦交易执行就被记录在案，从而防止双花问题。交易在链上确认并记录后，区块链账本就永久记录了该代币已用于特定交易的执行。例如，一旦交易得到验证，所有节点在工作量证明网络中共享的区块链记录会显示那些代币已经被消费。这样，恶意行为者便无法再次使用相同的代币。
不同 L1 网络中的区块最终性
区块最终性决定了每个已发布交易在区块链上的永久性。然而，区块链技术相当复杂，交易处理过程中涉及许多其他因素。
区块最终性并不是交易处理中要考虑的唯一因素。网络延迟、区块时间和每秒交易数（TPS）等其他概念同样重要。网络延迟是指从交易发出到被确认之间的观察时间。而区块时间则是指在每个区块被添加到网络之前所需的挖矿时间。每秒交易数（TPS）常常与网络延迟混淆，但 TPS 指的是网络每秒可以处理的交易总数，可以视为网络的吞吐量。
另外，区块高度、区块大小和孤块等概念也值得关注。区块高度和大小分别指网络链上当前区块之前的区块数量和链上可记录的总数据量。例如，比特币网络的常用区块大小为 1MB，而以太坊的也是 1MB。链上的孤块是最长链规则导致的结果。正如之前所解释的，比特币通过采用最长的经过验证的链而遵循最长链规则。因此，那些为支持更长链的已挖矿区块而被舍弃的区块便成为孤块，它们独立于其余区块链之外。
区块最终性的挑战
硬分叉
区块最终性面临的主要挑战是硬分叉的发生。区块链由于协议变化或参与者之间的分歧而分裂为两条不同的路径时，就会发生硬分叉。这会产生两个版本的区块链，两个版本都可以暂时声称自己是合法链。在最终性的环境中，硬分叉扰乱了交易永久且不可逆转的确定性。如果分叉链被接受为主导链，之前链上确认的交易可能会失效，从而削弱用户对网络最终性的信任。
网络延迟与通信延迟
另一个影响区块最终性的问题是网络延迟或节点之间的通信缓慢。在去中心化网络中，为就区块链的状态达成一致并确认交易，节点必须频繁通信。如果由于物理距离或网络拥堵导致通信延迟，可能会减缓区块验证，从而导致对交易最终性的确定性产生不确定性。在权益证明或工作量证明系统中，缓慢的区块传播可能导致暂时的分叉，从而延迟交易最终性。
智能合约漏洞
智能合约的漏洞也是区块最终性面临的问题，尤其是在支持去中心化应用的以太坊等平台上更是如此。如果智能合约存在漏洞或被恶意行为者利用，最初被认为最终的交易可能要被撤销或引起争议。虽然区块链能防止篡改交易历史，但智能合约十分复杂而增加了风险。如果合约遭到破坏，后果可能是严重的，因为即便是已最终确认的交易也可能因法律或社区干预而失效。
比较典型案例要属 2016 年臭名昭著的 DAO 黑客事件。当时攻击者利用去中心化自治组织（DAO）代码中的漏洞， 盗走了价值 6000 万美元的以太币。尽管区块链在技术上通过确认这些交易实现了最终性，但这一漏洞引发了以太坊网络的硬分叉，导致以太坊经典的出现。
51% 攻击
51%攻击是对区块最终性最严重的威胁之一。当单个实体或团体控制网络的算力或所质押代币超过 50% 时，就会发生此攻击。通过这一多数，他们可以创建替代链、双花攻击或逆转先前确认的交易，从而达到重写区块链历史的目的。这破坏了最终性的核心原则，因为攻击者有可能篡改曾被视为安全且不可逆转的区块。尽管在大型、成熟的网络上执行此类攻击较为困难，但对于较小或去中心化程度较低的区块链，这仍是一个令人十分担忧的问题。
结语
区块最终性是区块链技术的核心概念之一，它确保交易一旦被确认，就会永久生效且无法逆转。区块最终性在保护加密货币网络方面发挥着重要作用，有效防止诸如双花等恶意行为的发生。
随着区块链网络的不断发展，新共识机制和实现区块最终性的新方法不断涌现。然而，区块最终性所面临的挑战依然存在，这凸显了构建更强大网络的重要性。
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实现最终性的时点取决于特定区块链所使用的共识机制。无论是通过工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）还是其他共识模型，每个网络都有其方法来确定何时交易被确认并永久包含在区块链中。
区块最终性如何运作？
每个区块链网络都有其独特的特点，但区块最终性——一个确保安全性的重要概念——在所有网络中都存在，尽管实现方式各不相同。共识机制验证交易并确保去中心化网络的安全性，这非常重要，有助于实现跨区块链的最终性。
不同的区块链采用了不同的共识机制，这是根据其需求量身定制的。常见的例子有：工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）和历史证明（PoH）——后两者在 Solana 网络上共同使用。这些机制定义了交易的验证方式以及何时实现最终性，意味着交易被永久记录且无法撤销。
例如，比特币使用传统的工作量证明机制，矿工们竞相解决复杂算法以验证交易。PoW 有一个关键特征——“最长链规则”，与区块最终性相关。在此系统中，累积工作量最多的链被视为有效。随着更多区块在交易后被添加到比特币区块链上，其最终性也愈加增强，使其变得更加安全且不可逆转。
来源：gsr.io
在权益证明（PoS）网络中，最终性是通过不同的方式实现的。例如以太坊，在过渡到以太坊2.0后使用的就是 POS 机制。在这一机制下，与矿工不同的是，验证者是根据他们抵押的加密货币数量来选择的。这些验证者负责提议和验证新区块。PoS 网络使用诸如“Casper”的协议来强制执行最终性规则。
一旦区块被验证并添加到区块链上，逆转该区块就需要大多数验证者的共识，这意味着他们必须牺牲其抵押的资产。这种经济上的遏制，加上对多个确认的要求，确保了一旦交易在 PoS 网络上实现最终性，逆转交易就变得极其困难且成本高昂，因此 PoS 的安全性与工作量证明（PoW）网络一样，但效率和可扩展性更高。
区块最终性的类型
不同的区块链有不同方法实现最终性。在所有各类网络及其对应的共识机制中，区块链有四种主要类型的最终性。其分类是根据交易和区块一旦添加到网络后的确定性和不可逆转性程度进行的。主要有以下几种不同类型的区块最终性：
概率最终性
概率最终性是一种基于链的简单最终性，在工作量证明网络（如Dogechain）中最为常见。当一个区块被添加到网络后，虽然不会立即实现绝对最终性，但可以认为它是“可能最终”的，并且随着新区块在初始区块之上被记录，交易的概率和确定性会增加。一般认为，当交易被挖掘、记录在公共链上并且后续区块被挖掘后，概率最终性就已实现。
绝对最终性
绝对最终性意味着一旦交易得到确认，就具备了最高级别的永久性确定性。在绝对最终性下，一旦交易在区块链上被确认和记录，它就永远无法被更改或撤销。绝对最终性在使用联邦共识的区块链网络（如 Stellar 和 Ripple）中最为常见。联邦共识机制由一组受信任的验证者支持，他们通过确认单个区块来保护网络。
经济最终性
经济最终性有所不同，其安全性依赖于经济利益或损失。它是权益证明共识机制的一种特征，其中验证者必须抵押代币来参与网络安全。如果他们做出恶意行为，还会面临失去抵押代币的风险。因此，区块确认受到经济激励的驱动，安全性通过经济遏制得以维护。在以太坊等网络中，恶意行为（例如双花或撤销交易）的成本超过了验证区块的潜在奖励，从而确保了交易的最终性和网络的安全。
即时最终性
这是最高级别，也是最难实现的区块最终性类型。在即时最终性下，一旦交易被记录在网络上，即被视为确认并不可逆转。实际上，这种最终性的实现需要对传统区块链及交易确认过程进行重大修改。
无法确定所有网络是否已实现即时最终性，但一些使用拜占庭容错（BFT）共识机制的区块链（如Cosmos）被视为实现了近乎即时的最终性。Shardeum 协议就是尝试使用“共识证明”机制实现类似结果的网络，旨在保证网络上的交易的确认中有共享一个账本。
状态最终性
另一种最终性——状态最终性——更关注整体，即区块链本身而非单个交易。状态最终性考虑的是，区块链状态交易（如智能合约的执行）是否在完成后可以被修改或撤销。状态最终性也很重要，因为对于以太坊和 Solana 等去中心化协议来说，已执行智能合约的永久性至关重要，能醋精去中心化应用的安全性和效率。
为何区块最终性很重要？
区块最终性对网络安全和可靠性尤为重要。然而，这一基础概念在智能合约和双花问题的背景下最易于理解。
智能合约是去中心化应用程序的基石，尤其在以 Solana 和以太坊为代表的去中心化金融（DeFi）网络中最为常见。在去中心化金融中，智能合约自动化了诸如借贷、借款和交易等金融交易，无需中介的介入。区块最终性起着重要的作用，促进这些过程顺利且安全地运行。
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双花的概念是另一个可以体现区块最终性重要性的例子。同一代币在多个交易中被多次消费就出现了双花问题。它被视为一种攻击，因为它允许恶意行为者多次花费相同的代币。区块最终性能确保一旦交易执行就被记录在案，从而防止双花问题。交易在链上确认并记录后，区块链账本就永久记录了该代币已用于特定交易的执行。例如，一旦交易得到验证，所有节点在工作量证明网络中共享的区块链记录会显示那些代币已经被消费。这样，恶意行为者便无法再次使用相同的代币。
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另外，区块高度、区块大小和孤块等概念也值得关注。区块高度和大小分别指网络链上当前区块之前的区块数量和链上可记录的总数据量。例如，比特币网络的常用区块大小为 1MB，而以太坊的也是 1MB。链上的孤块是最长链规则导致的结果。正如之前所解释的，比特币通过采用最长的经过验证的链而遵循最长链规则。因此，那些为支持更长链的已挖矿区块而被舍弃的区块便成为孤块，它们独立于其余区块链之外。
区块最终性的挑战
硬分叉
区块最终性面临的主要挑战是硬分叉的发生。区块链由于协议变化或参与者之间的分歧而分裂为两条不同的路径时，就会发生硬分叉。这会产生两个版本的区块链，两个版本都可以暂时声称自己是合法链。在最终性的环境中，硬分叉扰乱了交易永久且不可逆转的确定性。如果分叉链被接受为主导链，之前链上确认的交易可能会失效，从而削弱用户对网络最终性的信任。
网络延迟与通信延迟
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智能合约漏洞
智能合约的漏洞也是区块最终性面临的问题，尤其是在支持去中心化应用的以太坊等平台上更是如此。如果智能合约存在漏洞或被恶意行为者利用，最初被认为最终的交易可能要被撤销或引起争议。虽然区块链能防止篡改交易历史，但智能合约十分复杂而增加了风险。如果合约遭到破坏，后果可能是严重的，因为即便是已最终确认的交易也可能因法律或社区干预而失效。
比较典型案例要属 2016 年臭名昭著的 DAO 黑客事件。当时攻击者利用去中心化自治组织（DAO）代码中的漏洞， 盗走了价值 6000 万美元的以太币。尽管区块链在技术上通过确认这些交易实现了最终性，但这一漏洞引发了以太坊网络的硬分叉，导致以太坊经典的出现。
51% 攻击
51%攻击是对区块最终性最严重的威胁之一。当单个实体或团体控制网络的算力或所质押代币超过 50% 时，就会发生此攻击。通过这一多数，他们可以创建替代链、双花攻击或逆转先前确认的交易，从而达到重写区块链历史的目的。这破坏了最终性的核心原则，因为攻击者有可能篡改曾被视为安全且不可逆转的区块。尽管在大型、成熟的网络上执行此类攻击较为困难，但对于较小或去中心化程度较低的区块链，这仍是一个令人十分担忧的问题。
结语
区块最终性是区块链技术的核心概念之一，它确保交易一旦被确认，就会永久生效且无法逆转。区块最终性在保护加密货币网络方面发挥着重要作用，有效防止诸如双花等恶意行为的发生。
随着区块链网络的不断发展，新共识机制和实现区块最终性的新方法不断涌现。然而，区块最终性所面临的挑战依然存在，这凸显了构建更强大网络的重要性。
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