无许可区块链中完全去中心化的不可能性

比特币使用区块链技术和工作量证明（PoW）机制，其中节点消耗计算资源并因消耗这些资源而获得奖励。这种激励系统导致权力显著偏向少数称为矿池的节点。事实上，去中心化不佳不仅出现在基于 PoW 的币种中，也出现在采用其他机制（如权益证明（PoS）和委托权益证明（DPoS））的币种中。在本文中，我们针对这一中心化问题展开研究。为此，我们首先将 (m, \varepsilon, \delta)-去中心化定义为满足以下条件的状态：1) 至少有 m 个参与者运行节点；2) 最富有参与者与第 \delta 百分位参与者所运行节点的总资源算力之比小于或等于 1+\varepsilon。为考察是否可能实现良好的去中心化，我们给出了区块链激励系统达到 (m, \varepsilon, \delta)-去中心化的充分条件。当满足条件时，区块链系统以概率 1 达到完全去中心化。然而，要实现这一点，区块链系统应能够施加正的女巫成本，其中女巫成本定义为一名参与者运行多个节点的成本与多名参与者各运行一个节点的总成本之差。另一方面，我们证明在无女巫成本时，考虑到较大的贫富差距，达到 (m, \varepsilon, \delta)-去中心化的概率上界接近于 0。为确定各系统无法满足的条件，我们还依据我们的条件分析了市值前 100 币种中所有 PoW、PoS 和 DPoS 币种的协议。最后，我们对这些币种进行数据分析以验证我们的理论。