博士學習組成部分：區塊鏈技術

本文首次發表於 Craig Wright 博士的博客上，經作者許可我們重新發表。

S1 – 操作定義

在研究區塊鏈的可擴展性時，必須建立清晰的操作定義，以確保相關因素的測量一致且精確。然而，Walch（2017）認為，圍繞區塊鏈技術的流動性和有爭議的語言所帶來的挑戰可能會導致問題。更具體地說，有人斷言，區塊鏈生態系統中使用的術語往往不精確、重疊和不一致。此外，不同的術語可以互換使用，從而增加了混亂。

這項研究認為，這種語言障礙使監管機構難以準確理解和評估該技術，可能導致不同司法管轄區的決策有缺陷和監管不一致。此外，區塊鏈產業內的開發人員和其他人員經常從事誇大收益而低估風險的活動。正如 Walch（2020）在後來的論文中所強調的那樣，圍繞區塊鏈技術的模糊詞彙可能使該技術的支持者更容易誇大其功能和優勢，同時淡化潛在的風險和缺點。區塊鏈技術的跨學科性質使這種情況變得更加複雜，這可能使監管機構因缺乏專業知識而不願挑戰行業主張。

諸如「完整節點」之類的誤導性術語可能會導致對區塊鏈網路中節點的功能和能力的誤解和誤解。因此，有必要在本文中定義這些術語和定義。因此，在理解這些術語時，有必要提出一些可操作的定義來考慮：

交易吞吐量：這是指區塊鏈網路在給定時間範圍內處理的交易數量。必須定義特定的時間單位（例如每秒交易數、每分鐘交易數）以準確衡量網路的可擴展性。
確認時間：表示交易被確認並添加到區塊鏈所需的時間。這個定義應該包括它是指將交易包含在區塊中所花費的時間，還是將一定數量的區塊添加到包含交易的區塊之上所花費的時間。
區塊大小：它定義了區塊鏈中區塊的最大允許大小。這可以用位元組或其他相關單位來衡量。區塊大小在確定網路的可擴展性方面起著至關重要的作用，因為它會影響每個區塊中可以包含的交易數量。
網路延遲：這是指在區塊鏈網路上傳播訊息時所經歷的時間延遲。網路延遲會影響網路的整體效能和可擴展性；因此，它應該被一致地定義和測量。
節點數：代表參與區塊鏈網路的活躍節點總數。節點數量會顯著影響網路的可擴展性，因此定義確定活動節點的準確標準至關重要。
共識機制：指區塊鏈網路中節點間達成共識所採用的特定演算法或協定。共識機制會影響可擴展性，其操作定義應包括有關所使用的特定演算法和任何相關參數的詳細資訊。
運算能力：它定義了區塊鏈網路中各個節點的處理能力。運算能力會影響交易驗證和添加到區塊鏈的速度。因此，操作定義應包括用於衡量計算能力的具體指標，例如雜湊率或處理速度。
可擴展性指標：這包括用於評估區塊鏈網路可擴展性的特定指標或標準。它可以是交易吞吐量、確認時間或決定網路處理增加的交易量的能力的任何其他可測量因素。

節點

在電腦科學中，節點是各種資料結構和網路系統中的基本概念（Trifa＆Khemakhem，2014）。節點的特定定義可能會根據上下文而有所不同，但通常，節點是指較大結構或網路中的單一元素或物件。在擴展用語中使用的術語（例如節點）和特定領域（例如區塊鏈）的定義之間存在顯著重疊。以下是不同計算機科學領域中節點的一些標準定義：

資料結構：在鍊錶、樹或圖等資料結構中，節點表示結構內的單一元素或資料單元。每個節點通常包含一個值或資料有效負載以及一個或多個指向結構中其他節點的引用或指標。節點互連形成底層結構，實現高效率的資料儲存與操作。
網路：在網路中，節點是指任何可以透過網路發送、接收或轉發資料的裝置或實體。這可以包括電腦、伺服器、路由器、交換器或任何其他支援網路的設備。網路中的每個節點都有唯一的位址或標識符，並在網路內資料包的傳輸和路由中發揮作用。
圖論：在圖論中，節點（也稱為頂點）表示圖中的離散物件或實體。圖由一組節點和連接節點對的邊組成。節點可以表示各種實體，例如個人、城市或網頁，而邊表示節點之間的關係或連結。
分散式系統：在分散式系統中，節點是指參與分散式網路或系統的運算設備或伺服器。每個節點通常都有其處理能力、儲存和通訊能力。節點之間相互協作和通信，以去中心化的方式執行任務、共享資料並提供服務。

需要注意的是，節點的確切定義和特徵可能會根據所討論的特定應用程式或系統而有所不同。然而，節點的概念是電腦科學的基礎建構塊，支援資料表示、組織和操作，並促進網路和分散式系統內的通訊和協調。

比特幣白皮書標題為「網路」的第 5 節提供了對比特幣網路中節點的操作定義的見解。以下是研究區塊鏈網路中的節點時需要考慮的關鍵描述，特別是參考比特幣白皮書（Wright，2008）中所描述的概念：

存檔節點：存檔節點是維護整個區塊鏈完整副本的電腦或設備。這些節點不驗證和驗證交易和區塊。雖然這些被錯誤地稱為“完整節點”，但它們參與的唯一活動是儲存和傳播交易歷史的有限子集。在比特幣網路中，存檔節點被提升為維護區塊鏈的完整性並參與共識機制。然而，唯一驗證和驗證交易的節點是白皮書第 5 節中定義的節點，也稱為挖掘節點。
採礦節點：採礦節點是唯一可以正確稱為完整節點的系統，因為它們參與採礦過程，它們競爭解決計算密集型難題以向區塊鏈添加新區塊。挖掘節點驗證交易並建立包含已驗證交易的新區塊。他們為網路貢獻運算能力，並負責保護和擴展區塊鏈。
輕量級（SPV）節點：簡化支付驗證（SPV）節點也稱為輕量級節點，不儲存整個區塊鏈，而是依賴全節點進行交易驗證。這些節點維護一組有限的數據，通常僅儲存區塊頭，並使用 Merkle 證明來驗證特定區塊中是否包含交易。 SPV 節點為不需要完整交易歷史記錄的使用者提供了一個更輕量級的選項。
網路連接性：此操作定義是指節點與網路中其他節點連接和通訊的能力。節點必須建立和維護網路連接來交換資訊、傳播交易和區塊以及參與共識過程。網路連接性可以透過節點擁有的鏈路數量或其連接品質來衡量。
共識參與：此定義涵蓋節點積極參與區塊鏈網路的共識機制。在比特幣網路中，節點透過遵循工作量證明演算法、貢獻運算能力來挖掘新區塊並驗證交易來參與共識過程。參與程度可以根據專用於挖掘的計算資源或交易驗證和傳播的頻率來評估。
節點多樣性：指節點類型的多樣性及其在網路中的分佈。此操作定義考慮了完整節點、挖掘節點、SPV 節點和其他專用節點的存在。節點多樣性可以影響網路的去中心化和彈性，因為不同類型的節點貢獻獨特的功能並有助於維護分散式生態系統。

透過考慮節點的這些操作定義，研究人員可以準確地描述和分析區塊鏈網路中節點的特徵、角色和交互，特別是關於比特幣白皮書中概述的概念。此外，這些定義有助於理解區塊鏈系統的節點架構、網路動態和整體功能。

權力下放

Baran (1964) 討論了分散式通訊網路的概念。在這項工作中，作者提出一種能夠承受中斷和故障的分散式網路架構，為去中心化網路的想法奠定了基礎。 Baran 提出了由以網狀結構連接的節點所組成的網路的概念。這種分散式或去中心化的網路架構旨在透過允許訊息通過多個路徑路由而不是依賴中央機構或單點故障來提供強大且有彈性的通訊。

作為定義去中心化的一種方式，Baran（1964）首先提出的概念透過提倡冗餘、容錯和沒有中央控制節點來建立去中心化網路的原則。這項工作極大地影響了去中心化系統的發展，並為該領域的進一步研究和進步奠定了基礎。然而，隨著「去中心化」一詞的廣泛替代使用（Walch，2017）以及由此產生的不同解釋（取決於計算機科學中的背景和具體應用），有必要在分析區塊鏈技術時精確定義該術語。

因此，雖然 Baran（1964）的論文是分散式網路領域的基礎性論文，但當將其應用於比特幣時，去中心化的全面定義需要檢查更廣泛的文獻和研究。透過對這些因素建立清晰的操作解釋，研究人員可以確保區塊鏈網路可擴展性研究的一致性和可比性。此外，這些定義將有助於準確地設計實驗、收集數據和分析結果。

S1 – 假設、限制與界定

在本節中，我們討論與旨在衡量比特幣網路的中心性、互連性、連接性和彈性的大型博士計畫相關的假設和局限性。透過承認這些因素，我們可以確保透明度並全面了解研究結果的範圍和潛在影響。

假設

比特幣協議的穩定性：

我們假設比特幣底層協定和網路架構在研究期間保持相對穩定。然而，協議的任何重大變化或更新都可能影響網路的結構和指標，這可能會影響研究結果的有效性。

假設有足夠的有關比特幣網路的數據和資訊可供分析。該專案依賴可存取的資料來源，這些資料來源提供相關的網路資料、節點資訊和連接詳細資訊。然而，此類數據的可用性和品質可能會有所不同，可能會影響研究的準確性和可靠性。

網路拓撲的準確表示：

我們假設所選的用於測量網路中心性、互連性、連接性和彈性的方法和工具可以準確地表示其拓撲。分析認為收集的數據有效地捕捉了網路的結構和連接。

指標和方法的有效性：

該項目假設用於衡量中心性、互連性、連接性和彈性的選定指標和方法對於評估比特幣網路來說是適當且有效的。此外，所選的指標應符合既定的理論框架，並證明與研究目標的相關性。

限制

資料可用性和完整性：

限制之一是數據可用性的潛在限制。比特幣網路上的全面即時數據可能不容易存取。研究人員可能必須依賴公開的資料來源，這些資料來源可能無法擷取整個網路或提供最新資訊。這種限制可能會影響分析的全面性和準確性。

數據準確性和取樣偏差：

從不同來源獲得的數據的準確性和完整性可能會有所不同。不準確或不完整的數據可能會引入偏差並影響研究結果的可靠性。此外，選擇用於分析的節點可能會引入採樣偏差，從而可能限制結果對整個比特幣網路的普遍適用性。

並非所有網路節點都對研究人員可見或已知。例如，某些節點可能選擇私下操作或保持隱藏，從而影響測量和分析的準確性。此外，缺乏完整的可見性可能會限制研究人員捕捉整個網路特徵的能力。

比特幣網路是動態的，節點加入或離開網絡，網路連接隨著時間的推移而變化。該研究捕捉了網路的特定快照，研究結果可能無法完全代表網路在較長時間內的行為。長期的網路動態可能需要進一步調查才能得到全面的了解。

研究可能不會考慮或解釋影響網路中心性、互連性、連接性和彈性的外部因素。例如，監管變化、技術進步或網路攻擊可能會影響網路的行為和指標。這些外部影響超出了目前研究的範圍。

資金來源的可用性可能會影響研究的範圍和規模。相反，資金的限制可能會限制數據分析的深度和廣度，這可能會影響從研究結果中得出結論的程度。

界線

關注比特幣網路：

該研究重點關注比特幣網路及其中心性、互連性、連接性和彈性。其他區塊鏈網路或加密貨幣超出了本研究的範圍。因此，研究結果可能無法直接應用於其他網路或生態系統。

該研究僅限於特定時間段，分析捕獲了該時間範圍內比特幣網路的狀態。因此，網路動態、指標和特徵可能會隨著時間的推移而演變，研究結果可能無法反映未來或歷史的網路行為。

該研究主要集中在協議層分析比特幣網路。雖然網路的應用層以及相關的服務和應用程式可能會影響網路的行為，但本研究中並未明確檢視它們。

該研究採用特定的方法和分析技術來衡量比特幣網路的中心性、互聯性、連接性和彈性。替代方法可能會產生不同的結果，但不在本研究的範圍內進行探討。

該研究限制了對影響比特幣網路特徵的外部因素的研究。經濟狀況、法律和監管變化或社會對加密貨幣的態度沒有直接解決。這些因素可能會影響網路的行為和指標，但超出了本研究的範圍。

雖然該研究旨在深入了解比特幣網路的特徵，但研究結果可能並不普遍適用於網路內的所有節點或參與者。此外，節點配置、地理分佈和營運策略的變化可能會影響研究結果對整個網路的普遍性。

彈性範圍有限：

網路彈性的調查僅限於與網路承受中斷或攻擊的能力相關的特定指標和指標。因此，該研究並未全面評估比特幣網路可能面臨的所有潛在威脅或漏洞。

結論

上述界定明確了博士研究計畫的具體邊界和範圍。此外，認識到這些界限可以在定義的參數內對研究結果進行更有針對性的調查和解釋。在研究場景中，研究人員恰好也是原始比特幣系統的創建者，因此必須承認由於研究人員的個人觀點和參與系統開發而可能產生偏見。

研究人員作為創建者的深入知識和觀點可能會影響有關比特幣網路的中心性、互連性和彈性的解釋和結論。公開透明地解決這種偏見對於確保研究保持客觀性和嚴謹性至關重要。透過揭露角色和潛在偏見，研究人員允許讀者和審查者在其創建者的角度背景下批判性地評估研究結果。這種透明度使人們能夠更細緻地了解研究，並鼓勵該領域其他研究人員對結果進行獨立驗證和驗證。

透過承認博士計畫的假設和局限性，我們確保透明度並促進對研究範圍和潛在影響的全面了解。此外，這些考慮因素為解釋研究結果並將其置於背景中並指導未來的實地調查奠定了基礎。

S1——過渡聲明

這項研究的目的是使用可獨立同儕審查和驗證的定量和可驗證數據，根據科學方法的原則，批判性地檢查比特幣網路的中心性、網路節點之間的互連、連接性和彈性。必須承認，比特幣網路是一個公共網絡，可能會在定義特定結果時引入偏差，例如隱私、匿名以及加密貨幣領域內可追溯性和不可追溯性的對比目標。這些定義經常受到哲學討論和不同觀點的影響。

此外，這項研究認識到需要解決比特幣作為貨幣支付系統背景下的可擴展性挑戰。隨著網路的發展和採用率的提高，評估網路處理更大交易量的能力，同時保持其去中心化、安全性和效率的核心原則變得至關重要。透過分析定量數據並利用既定的科學方法，本研究旨在幫助理解比特幣網路內的擴展問題及其對其作為可靠支付系統的長期生存能力的影響。

S2 – 總體和抽樣

在分析基於區塊鏈的應用程式的擴展和節點分佈時，涉及的人口是指參與區塊鏈網路的節點的整個網路。在區塊鏈中，節點是維護分散式帳本副本並參與共識機制以驗證和驗證交易的單獨電腦或設備。

這裡的群體包括區塊鏈網路內的所有節點，無論其地理位置、大小或運算能力如何。每個節點透過維護區塊鏈的副本並參與驗證過程，為網路的整體安全性和去中心化做出貢獻。另一方面，採樣涉及從總體中選擇節點子集進行分析。採樣旨在透過研究代表性子集來深入了解整個網路的特徵、性能或行為（Campbell 等人，2020）。

在分析基於區塊鏈的應用程式中的擴展時，採樣有助於研究網路在不同事務負載下的效能。透過選擇節點子集並觀察它們在高交易量期間的行為，研究人員或開發人員可以推斷整個網路的可擴展性。這種方法可以實現更有效的分析，因為分析整個節點群的計算成本可能很高。

同樣，在檢查節點分佈時，採樣可以幫助了解網路中節點的地理分佈、運算能力或連接模式。研究人員可以透過選擇節點樣本並分析其屬性來推斷更廣泛群體的資訊。值得注意的是，抽樣方法應經過精心設計，以確保樣本具有代表性並避免偏差。選擇樣本時應考慮節點類型（例如「全節點」、挖掘節點）、地理位置、網路連接性和運算能力等因素。

總之，在分析擴展和節點分佈時對基於區塊鏈的應用程式進行採樣所涉及的群體是指參與區塊鏈網路的節點的整個網路。採樣可以透過選擇節點子集來深入了解整個網路的特徵、效能和行為，從而實現更有效的分析。

參考

巴蘭，P.（1964）。關於分佈式通信網絡。 IEEE 通信彙刊, 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. 與 Walker, K. (2020)。有目的的抽樣：複雜還是簡單？研究案例。 護理研究雜誌, 25(8), 652–661. https://doi.org/10.1177/1744987120927206

Trifa, Z. 與 Khemakhem, M. (2014)。 Sybil 節點作為針對 Sybil 攻擊的緩解策略。 計算機科學程序, 32，1135–1140。 https://doi.org/10.1016/j.procs.2014.05.544

瓦爾奇，A.（2017）。 區塊鏈的危險詞彙：監管機構面臨的另一個挑戰。 9。

瓦爾奇，A.（2020）。解構「去中心化」：探索加密系統的核心主張。在 論文網。 https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3326244

賴特，CS (2008)。比特幣：點對點電子現金系統。 SSRN電子期刊。 https://doi.org/10.2139/ssrn.3440802

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資料來源：https://coingeek.com/Doctor-study-components-blockchain-technology/