阅读本文之前，我们需要认清几个事实。吞吐率有限，是因为网络带宽有限。PoW 的难度高，是为了避免轻而易举地被 51% 攻击。交易费的存在，让专职矿工来解决普通用户的需求。一个区块容纳多个交易的设计，提高了运行的效率。如果看不到这些背后的原理，却盲目地去掉限速，去掉交易费，去掉区块，然后用一个漏洞百出的底层技术，去设计产品方案，去讲一个所谓天方夜谭的故事，这样只会断送这个项目的未来。

原文标题：《IOTA 物联网电磁炉-让 PoW 的耗电没有遗憾》

一个荒唐的故事：几年前，打车平台激烈大战的时候，有这样一家创业公司横空出世，号称实现了零打车费，从根本上解决了人们出行中的痛点。而实现的方式是，让用户自己买辆车，然后自己给自己当司机。让服务需求方自己给自己提供服务，从而节省了服务费。这一想法让投资人非常惊讶，然后将创业者打出门去。

上面这个故事是小 C 我编的。但在区块链这个圈子里，却真的有这样一个公链项目，凭借着区块链的技术认知门槛，编概念讲故事，号称解决了区块链+物联网的痛点。这个项目在区块链泡沫最高的时候，一度登上了市值榜 TOP10。这就是小 C 今天的要和大家讲的项目：IOTA。

IOTA 是个啥？

首先，IOTA 是一个使用 DAG 账本结构的区块链系统。（注：DAG，Directed Acyclic Graph，中文全称「有向无环图」，所谓 DAG 结构，就是让每个区块或交易引用多个区块或交易作为父亲。这样所有的区块或交易之间的父子关系构成一个有向图。每个区块或交易必须引用比自己早的交易，因此，这些区块或交易的父子关系不可能出现循环。因此，这个结构被称为有向无环图）它的账本数据结构叫做 Tangle，翻译成中文就是「纠缠，混乱」的意思。没错，这个名字非常贴切。因为小 C 从研究 IOTA 的第一天开始，就被 IOTA 技术上各种奇葩不靠谱的方案绕晕了。

IOTA 的项目愿景非常美好：它通过无区块链，无交易费，无限可扩展，解决了物联网场景中各种痛点。这简直是重新定义了区块链啊。但是，如果深扒 IOTA 的技术原理，你会发现 IOTA 实现方案非常不靠谱。有多不靠谱呢？比对着 excel 喊「二百五，求和」还不靠谱。

IOTA 到底怎么不靠谱

小 C 先来说说这个无限可扩展。在 IOTA 原始的设定中，所有的交易构成一个 DAG。任何人 (或物联网设备) 想发起交易，只需要引用其他两个交易就可以了。没有矿工，没有区块，没有矿工赚交易费，你发交易的速度有多快，IOTA 的 TPS 就有多高。只要好人的交易总数足够多，它就是安全的。

这简直太 awesome 了，攻击一个区块链系统从来没有像攻击 IOTA 那样简单。不需要屯币，不需要买矿机，我只要搞一台电脑不停地，每分每秒不停地发交易，让我的交易占据全网的 50% 以上，我就攻击成功了。

IOTA 大概也意识到了这个问题（被大家抨击到不得不意识到这个问题）。于是 IOTA 后面改了，说每笔交易必须算一个 PoW，来防止女巫攻击带来的双花问题的。纳尼？说好的无限可扩展呢？

有了 PoW 的 IOTA 真是妙不可言啊。要知道，IOTA 应用场景是物联网设备，物联网设备跑 PoW 真是天才的想法啊。所谓的物联网设备，就包括现在最火的智能家居，比如智能插座，智能音箱，智能冰箱等。那什么样的物联网设备可以把 PoW 的优势发挥到淋漓尽致呢？机智的小编我，马上想到了物联网智能电磁炉！我简直迫不及待想买一个 IOTA 物联网智能电磁炉，每次打开电磁炉的时候，它就开始进行 PoW 运算，发出的热量也可以加热食品。当你的晚饭做好了，一笔 IOTA 交易也就发出去了。

不仅如此，这个 IOTA 电磁炉还能提高烹饪的安全系数。它通过占满你家网络的带宽，让你上不了网，杜绝你在烹饪的时候因为刷微信刷微博把房子点着。因为在 IOTA 中，发送每笔交易时，需要选择两笔交易作为父亲。这个要求看似简单，但你需要保证：这两笔交易的历史中没有非法交易，没有冲突的交易。这需要同步大量的历史，验证历史交易的正确性，处理冲突交易，并且保持与 IOTA 的 DAG 最新状态同步。如果你偷懒不同步，那你的交易可能就因为违反了一些规则被无效掉了。为了重新发起这笔交易，你只好再做一顿饭。

在比特币中，矿工负责做 PoW 运算，负责同步、验证网络交易，并处理冲突，用户向矿工付交易费。IOTA 重新定义了区块链，消灭了交易费，取而代之的是这些事情都得用户自己来做。当比特币的用户坐在餐桌上吃烤鸭的时候， IOTA 的用户还蹲在后厨亲自养鸭子。小 C 认为，IOTA 所谓的无交易费，本质上就是用从商品经济回到自然经济，这是倒退，不是创新。

当然，由于这个实在太不合理，于是 IOTA 的社区就有了弥补的方案。有一个叫 IOTA PoWer 的服务，它允许用户付一笔钱，将自己的交易 PoW 计算等任务外包。可是小 C 我仔细一想，这不就是用户发出一笔交易，然后付钱让矿工给我打包进区块吗？这个区块很特别，只能放一笔交易而已。由此可见，IOTA 所谓的无区块链，不过是自欺欺人的宣传点罢了。

对于上面荒诞的故事，IOTA 的拥护者可能会不服，他们认为 IOTA 的 PoW 与比特币的 PoW 目的是不一样的，IOTA 的 PoW 只是为了减少网络中的垃圾交易，不会给用户造成负担。那就让小 C 来带着大家，具体算一算 IOTA 中 PoW 的难度怎么设比较合理。

首先，我们要算一下 IOTA 网络最高能跑到多少个 TPS？如果 IOTA 每秒产生 10000 笔交易，网络带宽的局限性导致 IOTA 无法保证 DAG 账本在全网的同步。如果账本始终无法及时同步，那么不同的节点就可能在不同的分叉上越走越远，从此分道扬镳，共识不再。所以 IOTA 的网络中，每秒 10000 笔交易，不能再多了。

然后，我们要算一下 IOTA 的全网算力达到多少 TH/s 才算安全？全网算力达到多少 TH/s，一个普通的家用电脑，才能在一顿饭的时间里（1 小时）发出一笔交易？一个 Intel Core 2 Duo 的算力大概是 2.5MHash/s, 1 小时内可以尝试 9G 次 Hash 尝试。9G 次 Hash 尝试发出一笔交易，目前 IOTA 主网的吞吐率只有 5TPS，如果坏人有 >45GHash/s 的算力，那么他们就可以每秒产生 >5 笔交易，就可以在交易数量上占据主导，从而进行 51% 算力攻击。即使达到了 10000 TPS，90THash/s 依然可以进行 51% 算力攻击。 90THash/s 是个什么概念呢？一个蚂蚁 S9 矿机的算力是 13.5THash/s，七台蚂蚁矿机的算力就可以超过 90THash/s。

哪怕普通用户算 1 小时才能发起一笔交易，七台 S9 蚂蚁矿机就能完成对 IOTA 的双花攻击。IOTA 面临着一个选择：去让用户忍受更长的等待时间，还是让攻破 IOTA 的门槛更低？

IOTA 选哪个？IOTA 哪个都不选， IOTA 选择中心化！

为了解决上述矛盾，IOTA 网络中要额外使用一个中心化的 Coordinator 来定期的验证 DAG 和交易。这使得 IOTA 实际上变成了一个中心化的系统。IOTA 声称，未来会取消这个中心化的 Coordinator。然而，基于上面的计算，即使网络带宽增加 100 倍，即使用户愿意忍受 1 小时才能发一笔交易，700 台 S9 矿机依然能对 IOTA 发起双花攻击。与之相对应的是，比特币的全网算力大约是 (50 EHash/s)，相当于 4000000 台 S9 矿机。

给 IOTA 的建议

小 C 认为，摆在 IOTA 面前两条路，要么在中心化的道路上继续走下去，要么积极推广 PoW 外包方案。让专门的矿工来处理交易打包、PoW 挖矿等事宜，让用户为矿工付费。摒弃「无交易费、无区块链、无限扩展」等这些不负责任的言辞。

但是即使 IOTA「改过自新」，接受了小 C 的建议，IOTA 本质上还是一个 1 个区块只能包 1 笔交易的区块 DAG。它违背了系统设计中最最通用的一个常识性的优化思想 --batching，就是批量处理。这意味着元数据带来的开销会显著增加，同时会带来很多系统实现上的性能挑战。比如，当区块链系统的吞吐率达到每秒几千笔交易的时候，网络带宽通常会成为瓶颈。而交易就是区块链网络中主要需要传输的数据。如果每笔交易都附带许多 DAG 相关的元数据（例如对其它 DAG 结点的引用），那么对网络带宽的压力就会大大增加。另外，维护交易粒度的 DAG 也会大大增加本地计算的复杂度。

IOTA 的 DAG 中需要对每个交易结点维护一个累计权重，也就是所有直接或间接引用了该交易的交易个数。当一个新的交易被加入到 DAG 的尾部，所有它能够直接或间接引用到的交易的累计权重都要需要更新，这个复杂度是和交易的个数成正比的。假设系统的吞吐率是 1000TPS，那么系统从刚开始运行到 1 小时后，DAG 中的交易个数就会达到 360 万。一天之后就会达到 8600 万。之后每笔新加入的交易都会带来接近 1 亿次的权重更新，而且这个复杂度会越来越大。

总结

我们需要认清几个事实。吞吐率有限，是因为网络带宽有限。PoW 的难度高，是为了避免轻而易举地被 51% 攻击。交易费的存在，让专职矿工来解决普通用户的需求。一个区块容纳多个交易的设计，提高了运行的效率。如果看不到这些背后的原理，却盲目地去掉限速，去掉交易费，去掉区块，然后用一个漏洞百出的底层技术，去设计产品方案，去讲一个所谓天方夜谭的故事，这样只会断送这个项目的未来。