博士学习组成部分：区块链技术

本文首次发表于 Craig Wright 博士的博客上，经作者许可我们重新发表。

S1 – 操作定义

在研究区块链的可扩展性时，必须建立清晰的操作定义，以确保相关因素的测量一致且精确。然而，Walch（2017）认为，围绕区块链技术的流动性和有争议的语言所带来的挑战可能会导致问题。更具体地说，有人断言，区块链生态系统中使用的术语往往不精确、重叠和不一致。此外，不同的术语可以互换使用，从而增加了混乱。

这项研究认为，这种语言障碍使监管机构难以准确理解和评估该技术，可能导致不同司法管辖区的决策有缺陷和监管不一致。此外，区块链行业内的开发人员和其他人员经常从事夸大收益而低估风险的活动。正如 Walch（2020）在后来的论文中强调的那样，围绕区块链技术的模糊词汇可能使该技术的支持者更容易夸大其功能和优势，同时淡化潜在的风险和缺点。区块链技术的跨学科性质使这种情况变得更加复杂，这可能使监管机构由于缺乏专业知识而不愿挑战行业主张。

诸如“完整节点”之类的误导性术语可能会导致对区块链网络中节点的功能和能力的误解和误解。因此，有必要在本文中定义这些术语和定义。因此，在理解这些术语时，有必要提出一些可操作的定义来考虑：

交易吞吐量：这是指区块链网络在给定时间范围内处理的交易数量。必须定义特定的时间单位（例如每秒交易数、每分钟交易数）以准确衡量网络的可扩展性。
确认时间：表示交易被确认并添加到区块链所需的时间。这个定义应该包括它是指将交易包含在区块中所花费的时间，还是将一定数量的区块添加到包含交易的区块之上所花费的时间。
区块大小：它定义了区块链中区块的最大允许大小。这可以用字节或其他相关单位来衡量。区块大小在确定网络的可扩展性方面起着至关重要的作用，因为它会影响每个区块中可以包含的交易数量。
网络延迟：这是指在区块链网络上传播信息时所经历的时间延迟。网络延迟会影响网络的整体性能和可扩展性；因此，它应该被一致地定义和测量。
节点数：代表参与区块链网络的活跃节点总数。节点数量会显着影响网络的可扩展性，因此定义确定活动节点的准确标准至关重要。
共识机制：指区块链网络中节点间达成共识所采用的特定算法或协议。共识机制会影响可扩展性，其操作定义应包括有关所使用的特定算法和任何相关参数的详细信息。
计算能力：它定义了区块链网络中各个节点的处理能力。计算能力会影响交易验证和添加到区块链的速度。因此，操作定义应包括用于衡量计算能力的具体指标，例如哈希率或处理速度。
可扩展性指标：这包括用于评估区块链网络可扩展性的特定指标或标准。它可以是交易吞吐量、确认时间或决定网络处理增加的交易量的能力的任何其他可测量因素。

Nodes

在计算机科学中，节点是各种数据结构和网络系统中的基本概念（Trifa＆Khemakhem，2014）。节点的具体定义可能会根据上下文而有所不同，但通常，节点是指较大结构或网络中的单个元素或对象。在扩展用语中使用的术语（例如节点）和特定领域（例如区块链）的定义之间存在显着重叠。以下是不同计算机科学领域中节点的一些标准定义：

数据结构：在链表、树或图等数据结构中，节点表示结构内的单个元素或数据单元。每个节点通常包含一个值或数据有效负载以及一个或多个指向结构中其他节点的引用或指针。节点互连形成底层结构，实现高效的数据存储和操作。
网络：在网络中，节点是指可以通过网络发送、接收或转发数据的任何设备或实体。这可以包括计算机、服务器、路由器、交换机或任何其他支持网络的设备。网络中的每个节点都有唯一的地址或标识符，并在网络内数据包的传输和路由中发挥作用。
图论：在图论中，节点（也称为顶点）表示图中的离散对象或实体。图由一组节点和连接节点对的边组成。节点可以表示各种实体，例如个人、城市或网页，而边表示节点之间的关系或连接。
分布式系统：在分布式系统中，节点是指参与分布式网络或系统的计算设备或服务器。每个节点通常都有其处理能力、存储和通信能力。节点之间相互协作和通信，以去中心化的方式执行任务、共享数据并提供服务。

需要注意的是，节点的确切定义和特征可能会根据所讨论的特定应用程序或系统而有所不同。然而，节点的概念是计算机科学的基础构建块，支持数据表示、组织和操作，并促进网络和分布式系统内的通信和协调。

比特币白皮书标题为“网络”的第 5 节提供了对比特币网络中节点的操作定义的见解。以下是研究区块链网络中的节点时需要考虑的关键描述，特别是参考比特币白皮书（Wright，2008）中描述的概念：

存档节点：存档节点是维护整个区块链完整副本的计算机或设备。这些节点不验证和验证交易和区块。虽然这些被错误地称为“完整节点”，但它们参与的唯一活动是存储和传播交易历史的有限子集。在比特币网络中，存档节点被提升为维护区块链的完整性并参与共识机制。然而，唯一验证和验证交易的节点是白皮书第 5 节中定义的节点，也称为挖掘节点。
采矿节点：采矿节点是唯一可以正确称为完整节点的系统，因为它们参与采矿过程，它们竞争解决计算密集型难题以向区块链添加新块。挖掘节点验证交易并创建包含已验证交易的新块。他们为网络贡献计算能力，并负责保护和扩展区块链。
轻量级（SPV）节点：简化支付验证（SPV）节点也称为轻量级节点，不存储整个区块链，而是依靠全节点进行交易验证。这些节点维护一组有限的数据，通常仅存储区块头，并使用 Merkle 证明来验证特定区块中是否包含交易。 SPV 节点为不需要完整交易历史记录的用户提供了一个更轻量级的选项。
网络连接性：此操作定义是指节点与网络中其他节点连接和通信的能力。节点必须建立和维护网络连接来交换信息、传播交易和区块并参与共识过程。网络连接性可以通过节点拥有的链路数量或其连接质量来衡量。
共识参与：该定义涵盖节点积极参与区块链网络的共识机制。在比特币网络中，节点通过遵循工作量证明算法、贡献计算能力来挖掘新区块并验证交易来参与共识过程。参与程度可以根据专用于挖掘的计算资源或交易验证和传播的频率来评估。
节点多样性：指节点类型的多样性及其在网络中的分布。该操作定义考虑了完整节点、挖掘节点、SPV 节点和其他专用节点的存在。节点多样性可以影响网络的去中心化和弹性，因为不同类型的节点贡献独特的功能并有助于维护分布式生态系统。

通过考虑节点的这些操作定义，研究人员可以准确地描述和分析区块链网络中节点的特征、角色和交互，特别是关于比特币白皮书中概述的概念。此外，这些定义有助于理解区块链系统的节点架构、网络动态和整体功能。

权力下放

Baran (1964) 讨论了分布式通信网络的概念。在这项工作中，作者通过提出一种能够承受中断和故障的分布式网络架构，为去中心化网络的思想奠定了基础。 Baran 提出了由以网状结构连接的节点组成的网络的概念。这种分布式或去中心化的网络架构旨在通过允许消息通过多个路径路由而不是依赖于中央机构或单点故障来提供强大且有弹性的通信。

作为定义去中心化的一种方式，Baran（1964）首先提出的概念通过提倡冗余、容错和没有中央控制节点来建立去中心化网络的原则。这项工作极大地影响了去中心化系统的发展，并为该领域的进一步研究和进步奠定了基础。然而，随着“去中心化”一词的广泛替代使用（Walch，2017）以及由此产生的不同解释（取决于计算机科学中的背景和具体应用），有必要在分析区块链技术时精确定义该术语。

因此，虽然 Baran（1964）的论文是分布式网络领域的基础性论文，但当将其应用于比特币时，去中心化的全面定义需要检查更广泛的文献和研究。通过对这些因素建立清晰的操作解释，研究人员可以确保区块链网络可扩展性研究的一致性和可比性。此外，这些定义将有助于准确地设计实验、收集数据和分析结果。

S1 – 假设、限制和界定

在本节中，我们讨论与旨在衡量比特币网络的中心性、互连性、连通性和弹性的大型博士项目相关的假设和局限性。通过承认这些因素，我们可以确保透明度并全面了解研究结果的范围和潜在影响。

假设

比特币协议的稳定性：

我们假设比特币底层协议和网络架构在研究期间保持相对稳定。然而，协议的任何重大变化或更新都可能影响网络的结构和指标，从而可能影响研究结果的有效性。

假设有足够的有关比特币网络的数据和信息可供分析。该项目依赖于可访问的数据源，这些数据源提供相关的网络数据、节点信息和连接详细信息。然而，此类数据的可用性和质量可能会有所不同，可能会影响研究的准确性和可靠性。

网络拓扑的准确表示：

我们假设所选择的用于测量网络中心性、互连性、连接性和弹性的方法和工具可以准确地表示其拓扑。分析认为收集的数据有效地捕获了网络的结构和连接。

指标和方法的有效性：

该项目假设用于衡量中心性、互连性、连接性和弹性的选定指标和方法对于评估比特币网络来说是适当且有效的。此外，所选的指标应符合既定的理论框架，并证明与研究目标的相关性。

限制

数据可用性和完整性：

限制之一是数据可用性的潜在限制。比特币网络上的全面实时数据可能并不容易访问。研究人员可能不得不依赖公开的数据源，这些数据源可能无法捕获整个网络或提供最新信息。这种限制可能会影响分析的全面性和准确性。

数据准确性和采样偏差：

从不同来源获得的数据的准确性和完整性可能会有所不同。不准确或不完整的数据可能会引入偏差并影响研究结果的可靠性。此外，选择用于分析的节点可能会引入采样偏差，从而可能限制结果对整个比特币网络的普遍适用性。

并非所有网络节点都对研究人员可见或已知。例如，某些节点可能选择私下操作或保持隐藏，从而影响测量和分析的准确性。此外，缺乏完整的可见性可能会限制研究人员捕获整个网络特征的能力。

比特币网络是动态的，节点加入或离开网络，网络连接随着时间的推移而变化。该研究捕获了网络的特定快照，研究结果可能无法完全代表网络在较长时间内的行为。长期的网络动态可能需要进一步调查才能得到全面的了解。

研究可能不会考虑或解释影响网络中心性、互连性、连通性和弹性的外部因素。例如，监管变化、技术进步或网络攻击可能会影响网络的行为和指标。这些外部影响超出了当前研究的范围。

资金来源的可用性可能会影响研究的范围和规模。相反，资金的限制可能会限制数据分析的深度和广度，这可能会影响从研究结果中得出结论的程度。

界限

关注比特币网络：

该研究重点关注比特币网络及其中心性、互连性、连接性和弹性。其他区块链网络或加密货币超出了本研究的范围。因此，研究结果可能无法直接适用于其他网络或生态系统。

该研究仅限于特定时间段，分析捕获了该时间范围内比特币网络的状态。因此，网络动态、指标和特征可能会随着时间的推移而演变，研究结果可能无法反映未来或历史的网络行为。

该研究主要集中在协议层分析比特币网络。虽然网络的应用层以及相关的服务和应用程序可能会影响网络的行为，但本研究中并未明确检查它们。

该研究采用特定的方法和分析技术来衡量比特币网络的中心性、互联性、连通性和弹性。替代方法可能会产生不同的结果，但不在本研究的范围内进行探讨。

该研究限制了对影响比特币网络特征的外部因素的研究。经济状况、法律和监管变化或社会对加密货币的态度没有直接得到解决。这些因素可能会影响网络的行为和指标，但超出了本研究的范围。

虽然该研究旨在深入了解比特币网络的特征，但研究结果可能并不普遍适用于网络内的所有节点或参与者。此外，节点配置、地理分布和运营策略的变化可能会影响研究结果对整个网络的普遍性。

弹性范围有限：

网络弹性的调查仅限于与网络承受中断或攻击的能力相关的特定指标和指标。因此，该研究并未全面评估比特币网络可能面临的所有潜在威胁或漏洞。

结论

上述界定明确了博士研究项目的具体边界和范围。此外，认识到这些界限可以在定义的参数内对研究结果进行更有针对性的调查和解释。在研究场景中，研究人员恰好也是原始比特币系统的创建者，因此必须承认由于研究人员的个人观点和参与系统开发而可能产生偏见。

研究人员作为创建者的深入知识和观点可能会影响有关比特币网络的中心性、互连性和弹性的解释和结论。公开透明地解决这种偏见对于确保研究保持客观性和严谨性至关重要。通过披露角色和潜在偏见，研究人员可以让读者和审稿人在其创建者的视角下批判性地评估研究结果。这种透明度使人们能够更细致地了解研究，并鼓励该领域其他研究人员对结果进行独立验证和验证。

通过承认博士项目的假设和局限性，我们确保透明度并促进对研究范围和潜在影响的全面了解。此外，这些考虑因素为解释研究结果并将其置于背景中并指导未来的实地调查奠定了基础。

S1——过渡声明

这项研究的目的是使用可独立同行评审和验证的定量和可验证数据，根据科学方法的原则，批判性地检查比特币网络的中心性、网络节点之间的互连、连接性和弹性。必须承认，比特币网络是一个公共网络，可能会在定义特定结果时引入偏差，例如隐私、匿名以及加密货币领域内可追溯性和不可追溯性的对比目标。这些定义经常受到哲学讨论和不同观点的影响。

此外，这项研究认识到需要解决比特币作为货币支付系统背景下的可扩展性挑战。随着网络的发展和采用率的提高，评估网络处理更大交易量的能力，同时保持其去中心化、安全性和效率的核心原则变得至关重要。通过分析定量数据并利用既定的科学方法，本研究旨在帮助理解比特币网络内的扩展问题及其对其作为可靠支付系统的长期生存能力的影响。

S2 – 总体和抽样

在分析基于区块链的应用程序的扩展和节点分布时，涉及的人口是指参与区块链网络的节点的整个网络。在区块链中，节点是维护分布式账本副本并参与共识机制以验证和验证交易的单独计算机或设备。

这里的群体包括区块链网络内的所有节点，无论其地理位置、大小或计算能力如何。每个节点通过维护区块链的副本并参与验证过程，为网络的整体安全性和去中心化做出贡献。另一方面，采样涉及从总体中选择节点子集进行分析。采样旨在通过研究代表性子集来深入了解整个网络的特征、性能或行为（Campbell 等人，2020）。

在分析基于区块链的应用程序中的扩展时，采样有助于研究网络在不同事务负载下的性能。通过选择节点子集并观察它们在高交易量期间的行为，研究人员或开发人员可以推断整个网络的可扩展性。这种方法可以实现更有效的分析，因为分析整个节点群的计算成本可能很高。

同样，在检查节点分布时，采样可以帮助了解网络中节点的地理分布、计算能力或连接模式。研究人员可以通过选择节点样本并分析其属性来推断更广泛群体的信息。值得注意的是，抽样方法应经过精心设计，以确保样本具有代表性并避免偏差。选择样本时应考虑节点类型（例如“全节点”、挖掘节点）、地理位置、网络连接性和计算能力等因素。

总之，在分析扩展和节点分布时对基于区块链的应用程序进行采样所涉及的群体是指参与区块链网络的节点的整个网络。采样可以通过选择节点子集来深入了解整个网络的特征、性能和行为，从而实现更有效的分析。

参考资料

巴兰，P.（1964）。关于分布式通信网络。 IEEE 通信汇刊, 12(1), 1–9. https://doi.org/10.1109/TCOM.1964.1088883

Campbell, S.、Greenwood, M.、Prior, S.、Shearer, T.、Walkem, K.、Young, S.、Bywaters, D. 和 Walker, K. (2020)。有目的的抽样：复杂还是简单？研究案例。 护理研究杂志, 25(8), 652–661. https://doi.org/10.1177/1744987120927206

Trifa, Z. 和 Khemakhem, M. (2014)。 Sybil 节点作为针对 Sybil 攻击的缓解策略。 计算机科学程序, 32，1135–1140。 https://doi.org/10.1016/j.procs.2014.05.544

瓦尔奇，A.（2017）。 区块链的危险词汇：监管机构面临的又一挑战。 9。

瓦尔奇，A.（2020）。解构“去中心化”：探索加密系统的核心主张。在 论文网。 https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3326244

赖特，CS (2008)。比特币：点对点电子现金系统。 SSRN电子期刊。 https://doi.org/10.2139/ssrn.3440802

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资料来源：https://coingeek.com/Doctor-study-components-blockchain-technology/