新兴全球加密货币市场的多尺度特征

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摘要翻译：
该评论介绍了加密货币的历史，并对其背后的区块链技术进行了描述。加密货币和交易它们的交易所之间的差异已经显示出来。中心部分调查了各种平台上加密货币价格变化的分析。将加密货币市场波动的统计特性与传统市场进行了比较。借助最新的统计物理方法，分析了加密货币市场的非线性相关性和多尺度特性。最后，追溯了100种资本金规模最大的加密货币之间相关结构的协同演化。并从比特币的角度考虑了Binance平台上加密货币网络的详细拓扑结构。最后，本文提出并讨论了新冠肺炎疫情对加密货币市场影响的一个有趣观察：最近，我们目睹了加密货币从投资者逃离传统市场的避险机会变成了与货币、股票和商品等传统金融工具基本耦合的全球市场的一部分的“阶段转变”。主要贡献是广泛地证明了加密货币市场的结构性自组织导致其在单个时间序列水平上获得了与外汇市场几乎无法区分的复杂性特征。然而，加密货币平台上汇率之间的相互关联与之不同。加密货币市场的同步性较差，信息流动更慢，这导致套利机会更频繁。审查中使用的方法允许发现后者，并发现领先-滞后关系。
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英文标题：
《Multiscale characteristics of the emerging global cryptocurrency market》
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作者：
Marcin W\\k{a}torek, Stanis{\\l}aw Dro\\.zd\\.z, Jaros{\\l}aw Kwapie\\\'n,
  Ludovico Minati, Pawe{\\l} O\\\'swi\\k{e}cimka, Marek Stanuszek
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最新提交年份：
2021
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分类信息：

一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：Statistical Finance        统计金融
分类描述：Statistical, econometric and econophysics analyses with applications to financial markets and economic data
统计、计量经济学和经济物理学分析及其在金融市场和经济数据中的应用
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一级分类：Computer Science        计算机科学
二级分类：Computational Engineering, Finance, and Science        计算工程、金融和科学
分类描述：Covers applications of computer science to the mathematical modeling of complex systems in the fields of science, engineering, and finance. Papers here are interdisciplinary and applications-oriented, focusing on techniques and tools that enable challenging computational simulations to be performed, for which the use of supercomputers or distributed computing platforms is often required. Includes material in ACM Subject Classes J.2, J.3, and J.4 (economics).
涵盖了计算机科学在科学、工程和金融领域复杂系统的数学建模中的应用。这里的论文是跨学科和面向应用的，集中在技术和工具，使挑战性的计算模拟能够执行，其中往往需要使用超级计算机或分布式计算平台。包括ACM学科课程J.2、J.3和J.4（经济学）中的材料。
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一级分类：Economics        经济学
二级分类：Econometrics        计量经济学
分类描述：Econometric Theory, Micro-Econometrics, Macro-Econometrics, Empirical Content of Economic Relations discovered via New Methods, Methodological Aspects of the Application of Statistical Inference to Economic Data.
计量经济学理论，微观计量经济学，宏观计量经济学，通过新方法发现的经济关系的实证内容，统计推论应用于经济数据的方法论方面。
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一级分类：Statistics        统计学
二级分类：Computation        计算
分类描述：Algorithms, Simulation, Visualization
算法、模拟、可视化
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英文摘要：
  The review introduces the history of cryptocurrencies, offering a description of the blockchain technology behind them. Differences between cryptocurrencies and the exchanges on which they are traded have been shown. The central part surveys the analysis of cryptocurrency price changes on various platforms. The statistical properties of the fluctuations in the cryptocurrency market have been compared to the traditional markets. With the help of the latest statistical physics methods the non-linear correlations and multiscale characteristics of the cryptocurrency market are analyzed. In the last part the co-evolution of the correlation structure among the 100 cryptocurrencies having the largest capitalization is retraced. The detailed topology of cryptocurrency network on the Binance platform from bitcoin perspective is also considered. Finally, an interesting observation on the Covid-19 pandemic impact on the cryptocurrency market is presented and discussed: recently we have witnessed a \"phase transition\" of the cryptocurrencies from being a hedge opportunity for the investors fleeing the traditional markets to become a part of the global market that is substantially coupled to the traditional financial instruments like the currencies, stocks, and commodities.   The main contribution is an extensive demonstration that structural self-organization in the cryptocurrency markets has caused the same to attain complexity characteristics that are nearly indistinguishable from the Forex market at the level of individual time-series. However, the cross-correlations between the exchange rates on cryptocurrency platforms differ from it. The cryptocurrency market is less synchronized and the information flows more slowly, which results in more frequent arbitrage opportunities. The methodology used in the review allows the latter to be detected, and lead-lag relationships to be discovered.
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2022-4-16 10:16:34 上传

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关键词：货币市场 Applications econometrics correlations Fluctuations

新兴全球加密货币市场的多尺度特征Marcin W@toreka,b,*,Stanisóaw Dro,d,a,b,**,Jaros,aw Kwapieáa,Ludovico Minatia,Pawe,o,wi cimkaa,c,Marek StanuszekbaComplex系统理论系，波兰科学院核物理研究所，UL。Radzikowskiego 152,31-342 Kraków，波兰计算机科学和电信学院，克拉科夫技术大学，UL。Warszawska 24,31-155 Kraków，波兰物理学、天文学和应用计算机科学学院，Jagiellonian University,UL.因此，它们被认为是已知的最复杂的系统之一。许多研究已经阐明了程式化的事实，也称为复杂性特征，在绝大多数金融市场上都可以观察到。这些包括所谓的回报分布的“肥尾巴”、波动性聚类、“长记忆”、伴随线性相关性的强随机性、持久性以及类似分形和甚至多重分形的e ects。加密货币市场在过去几年的惊人发展--从完全边缘到在中间证券交易所的水平上资本化--提供了一个独特的机会来观察它在短期内的演变。高频数据的可用性允许对加密货币交易所的交易从诞生到现在进行先进的统计分析。这打开了一扇窗口，允许量化伴随市场出现和成熟的复杂性特征的演化变化。因此，本综述的目的是研究加密货币市场的特性及其相关现象。目的是澄清，经过如此浮躁的发展，加密货币市场上复杂的汇率特征在多大程度上变得类似于传统和成熟的市场，如股票、债券、商品或货币。该评论介绍了加密货币的历史，并对其背后的区块链技术进行了描述。加密货币和交易它们的交易所之间的直接交易一直被显示出来。审查的中心部分调查了对各种平台上加密货币价格变化的分析。比较了加密货币市场与传统市场的统计特性。借助最新的统计物理学方法，即多重分形互相关分析和2021年3月9日提交给physics Reports的*marcin.watorek@pk.edu.pl**stanislaw.drozdz@ifj.edu.plpreprint,分析了加密货币市场的非线性相关和多尺度特征。在本文的最后一部分，运用矩阵和网络形式化方法，追溯了100种加密货币之间相关结构的协同演化过程。从比特币的角度考虑了Binance平台上加密货币网络的详细拓扑结构。

最后，本文介绍并讨论了关于新冠肺炎疫情对加密货币市场影响的有趣观察：最近，我们目睹了加密货币从传统市场投资者的对冲机会变成全球市场的一部分的“阶段转变”，全球市场与货币、股票和商品等传统金融工具密切相关。主要贡献是广泛证明，在交易频率、成交量和参与者数量增加的推动下，加密货币市场的结构自组织已经使其在单个时间序列的高度上获得了与外汇市场几乎无法区分的复杂性特征。然而，加密货币平台上的交换机之间的相互关联使其无法实现。加密货币市场缺乏同步性，信息发布更慢，这导致了更频繁的套利机会。审查中使用的方法允许发现后者，并发现超前-滞后关系。假设，描述汇率之间的相关性和层次关系的方法在本综述中提出可以用于构建投资组合和减少风险暴露。一种新的投资资产类别似乎正在出现，其中比特币承担了自然基础货币的角色进行交易。关键词：加密货币、复杂性度量、交叉相关性、分形、多尺度、复杂网络、领先滞后e-ect内容1导言12加密货币的出现和技术32.1历史：从物物交换到区块链。.............32.2核心技术。.............................52.2.1网络。...........................62.2.2达成全网共识的方法。........112.3加密资产和区块链技术的应用122.4加密货币交易。.........................163果实的统计特性183.1数据。...................................183.2平均事务间时间。.....................193.3波动分布。........................213.4个时间自相关。........................254多尺度相关性294.1基于去中心化的多重分形方法。..............304.1.1 MFCCA是MFDFA和DCCA的泛化。.....314.1.2减少互相关系数。............334.1.3λ(q)与ρ(q，s)的关系。.............344.2加密货币市场的Hurst指数分析。....354.3汇率的多重调整。...................374.3.1多尺度自相关的时间演化。....374.3.2货币和加密货币的多尺度特征。405多尺度互相关445.1 BTC和ETH的多尺度互相关。.........445.2交易平台上的多尺度交叉相关性。...495.2.1平台内多尺度互相关。..........505.2.2平台间多尺度互相关。..........585.2.3加密货币市场套利。............635.3外汇多尺度交叉相关和三角套利。...675.4新冠肺炎对加密货币市场和传统市场之间多尺度交叉相关性的影响。............736相关矩阵和互相关的网络分析786.1相关矩阵。...........................796.1.1相关矩阵元。..................

806.1.2相关矩阵特征值。.................806.1.3各种基础货币的最大特征值。......826.1.4拟幂等性。.......................876.1.5市场互相关结构的演变。.....876.2加密货币市场的最小生成树表示。906.3最大特征值与MST最大节点度的关系。.......946.4 Binance上的加密货币网络拓扑。............957摘要和结论99A来自Binance和Kraken的加密货币的全名和统计特性103B来自CoinMarketCap 110C的100个加密货币名称列表94个来自Binance 1111的加密货币名称列表。现代金融市场的特点是信息的快速传播。有大量的交易在市场参与者之间的直接投资视野。有养老基金，因为这些时间尺度是年，在这些时间里，专门的算法在秒甚至毫秒的水平上运行（高频交易）。市场行为是多种因素的结果，包括经济数据、公司业绩、央行干预、民意调查和公投结果、高层人士的个人推文以及参与者之间的互动。通过反馈，这导致了类似临界的现象，如投机性泡沫或崩溃。这种情况经常发生在几个小时甚至几分钟内--所谓的“西塔什崩溃”。这些特征无疑融入了复杂系统的特征，如大量元素、非线性相互作用、结构自组织和突现现象。LouisBachelier的工作[1]是对金融市场的定量研究的主题，他根据一个现在被称为Wiener过程的随机过程的累积分布函数(CDF)导出了期权价格的公式。后来贝诺特·曼德尔布罗特的作品被证明是一项开创性的成就[2]。在研究棉花价格时，他观察到，与人们普遍认为的相反，它们的概率分布函数(PDF)具有沉重的非高斯尾巴的特征。Mandelbrot也注意到了股票价格的分形结构。四分之一世纪前，统计物理学家开始对股票市场进行认真的研究，这导致了一门新学科--经济物理学的爆发[3,4]。此后开展的大量研究使研究人员能够更好地理解宏观层面（如投机性泡沫形成、市场崩溃、资产交叉关系、非线性自相关、投资组合演化等）和微观层面（订单属性、投资策略选择、价格形成等）各种现象的机制。随着对市场行为的理解，人们提出了更好地描述和预测市场行为的新模型，并开发和应用了实用的交易算法，特别是在高频交易中。自经济学开始以来，所有类型的市场都是研究的主题：股票市场[5,6,7,8]，商品市场[9,10,11]，期权和期货合约市场[12,13,14]，债券市场[15,16,17]，房地产市场[18,19,20]，以及外汇市场[21,22,23]。这些市场不是实验物理学家研究的典型复杂系统，但却能以最小的系统误差提供更高质量的数据，这也是它们受到广泛关注的原因之一。然而，有一个重要的问题与上述所有市场有着内在的联系：它们在成为研究对象之前已经存在了很长时间。因此，我们无法研究它们自起源以来的演化。

然而，大约在十年前，一个全新的市场建立了--一个加密货币市场，它简明扼要地克服了其他市场所缺乏的--一种观察它们从一开始到在短时间内相当成熟的结构自组织过程的可能性。一个主要的问题是，经过如此动态的发展，加密货币市场的复杂性特征在多大程度上与传统市场相似，尤其是在前面。加密货币--比特币(BTC)--是由一群昵称为中本聪（Satoshi Nakamoto）的人在2008年提出的[24]。这一新概念出现的日期似乎不是偶然的，因为它与2008-2010年全球金融危机的中心有关。为了缓解货币危机，中央银行开始大规模增加货币基础（“印钞”），削弱了对传统货币的信任。比特币协议基于对等网络和先前已知的公共和私人密钥加密技术，以及一种名为“工作证明”的新共识机制。比特币背后的想法是在人类历史上提供一种工具，允许任何地方的人相互信任，并在没有中央管理机构的情况下通过互联网进行交易。与目前国家/中央银行的改革不同，技术改革被提出。BTC到Firemat-currency exchange的广泛认可的平台是MT。Gox成立于2011年2月。此后，加密货币市场出现了惊人的发展。350个平台上已经有3600个加密货币，上市的加密货币对近3万对。目前整个市场的资本化约为3500亿美元（2020年10月[25])。在2017年被称为ICO狂热[26，27]的投机泡沫期间，它迅速增长，在2018年初达到8000多亿美元。一些韩国平台的BTC估值甚至达到2万美元。目前，市场高度分散，许多平台上都上市了相同的加密货币对。没有单一价格可以参考，不同于路透社提供的外汇价格。仅对BTC有2017年12月在CME group上推出的未来合同报价[28]。加密货币交易的另一个特点是，与外汇交易相比，加密货币交易通常是通过平台进行的。本文的目的是回顾用多种统计物理方法，特别是用多重分形方法和网络方法对加密货币市场进行研究的现有结果。我们的工作概述了加密货币引入的历史（第2.1节），并描述了它们背后的区块链技术（第2.2节），但其主要部分是对加密货币价格的mostimportant属性的回顾。将加密货币交易所的价格回报分布、自相关性和交易间时间与外汇交易所进行了比较（第3节）。然后描述了加密货币市场上的非线性、自相关和互相关以及多重分形特征。其中，PDF/CDF形式、自相关函数、Hurst指数和多尺度性质依赖于交易频率（第4节）。本文还讨论了一个交易平台内和两个交易平台之间的加密货币交换对之间以及加密货币平台与外汇之间的相互关联（第5节）。Trianglearbitrage e jectures是教派的一个主题。5.2.3.最新的新冠肺炎疫情对加密货币和传统金融市场之间相关性的影响在章节中涵盖。5.4.本审查报告的最后一部分讨论了网络办法的结果（第6节）。研究表明，目前BTC是其他密码学的天然基础加密货币。

cryptocurrencies2.1的出现和技术。历史：从物物交换到区块链，人类历史一直被离散事件所驱动，这些事件通过不连续的加速发展来塑造其进程。毫无疑问，这些事件之一就是以标准化硬币形式出现的货币，这种硬币大约在公元前600年被引入利迪亚。这一代货币在许多方面塑造了地中海文化[29]，并推动了贸易交换的持续增加。商人不再需要以物换物、以物换物或以物换物。第二代是纸币，出现在文艺复兴时期。它是由意大利银行引入的，随后被老牌国有银行接管。银行和纸币的发明打破了封建制度的现状，加强了拥有发行权力的民族国家。从那时起，可以很容易地向上向下调节货币供应，最终产生了现代资本主义[29]。20世纪出现了电子交易，这进一步加快了货币在整个经济中的流通，促进了经济增长。至关重要的是，纸币和电子货币使货币与其基本价值完全脱钩。1971年布雷顿森林体系崩溃后，汇率不再与黄金挂钩，不再以对国家的信任为基础。从那时起，货币系统地贬值，图中的美国元就是例证。1.此外，自黄金贬值以来，美元在流通中的数量一直在系统地增加，如图所示。2.目前，中央银行可以很容易地增加货币供应，而无需进行任何物理印刷。在2008年金融危机之后，所有主要中央银行都通过量化宽松计划(QE)显著地扩大了他们的货币基础，如图所示。2.顺便说一句，大约在同一时间，一种全新的金融资产出现了。这就是加密货币，比特币[24]。潜在的革命性想法是以一种新颖的方式将现有技术，即非对称密码学，与拥有新的“工作证明”共识机制的分布式数据库结合在一起，形成一个分散的、安全的寄存器（分布式账本技术，DLT)区块链[31]。目的是加密货币不受制于任何机构或政府；相反，它们是基于对技术基础设施的信任。它们允许以几乎零延迟的方式在世界任何地方发送信息资源。Thenetwork用户自己提供身份验证机制。加密货币概念结合了现金的优势，即交易的匿名性，以及电子交易的速度和方便。重要的是，与传统货币不同，比特币在设计上有一个内置的供应限制机制，这有助于防止其价值损失。最初，比特币似乎只是一种技术好奇，没有组织交易。描述了通过在线讨论组交换真实商品的个人交易，例如2010年5月以10,000比特币[32]购买两个比萨饼。然而，这个创新的想法很快就开始在最初的计算机极客圈子之外使用，扩展到更广泛的商业部门，最终，由于匿名性，也扩展到犯罪圈子。被广泛认可的交易所Mt.Gox于2010年7月推出，该交易所允许比特币与传统货币进行交易。不久之后，网上黑市，丝绸之路，1915年1925年1935年1945年1955年1965年1975年1985年2005年2015time0246810index 1982=100×102图1：美国元（美元）购买力指数。

资料来源：美联储理事会（美国）[30].创建：它允许任何商品的几乎不受监管的交易，并得到比特币支付和完全匿名的支持。也许令人担忧的是，这是比特币的初步实际应用。这无疑增加了需求，并助长了比特币价格的投机泡沫[26]，在2013年10月丝绸之路被联邦调查局关闭后，比特币价格破裂，最大的加密货币交易所Mt.Gox的交易于2014年2月停止，似乎是在一次导致85万英镑失踪的黑客攻击后。随着认可度的提高，这项技术变得越来越广泛。最终，加密货币所基于的区块链技术允许将其用于分散的注册中心，不仅用于商业目的，还用于以分布式形式执行计算机代码（脚本）。2013年底，以太坊分布式计算网络的想法被引入。该项目于2015年7月启动[33]。Ethereum平台允许任何人创建分散运行的应用程序，而不会出现停机、审查、欺诈或篡改代码的可能性。它还允许用户发布自己的tokensvia智能合约，该合约由计算机代码组成，在以太坊区块链的特定条件下执行规定的操作。这一创新很快就在通过所谓的初始投币融资机制(ICO)为各种项目筹集资金方面找到了应用。2017年，ICO经历了繁荣，这导致了加密货币市场的另一个投机泡沫，被称为ICO狂热[27]。当时，到2017年底，加密货币的数量翻了一番，从700种增加到1400种（第四章），整个美国货币基础的资本化197519801985199019952000200520152020time012345[美元]×1012图2：美元货币基础。资料来源：联邦储备系统（美国）理事会[30].市场达到8000亿美元（利率5）。不可避免的是，泡沫最终在2018年1月破灭，区块链技术目前的状态可以比作世纪之交的点泡沫。互联网的巨大潜力在当时的可能性中已经显而易见，但尚不清楚该技术将以何种特定方式发展。那时，仅仅提及一家公司有意从事与互联网相关的活动，就会导致股价大幅上涨[34]。加密货币也验证了类似的情况。随着steuphoric阶段的结束，2018年12月，比特币自上而下损失了80%的价值（第3章）。其他加密货币跌幅高达99%，其中一些不可避免地会崩溃。目前，区块链的实际应用正在涌现；这些将在下一节与加密货币的机制一起讨论。核心技术分发“电子现金”最直接的方法是滥用数据。然而，数字数据本身可以无限制地复制，这就产生了双重支出问题。因此，有必要建立一个电子登记簿，涵盖所有交易：因此，转移资金将包括交换登记簿中的条目。这种记录在电子银行系统中很常见，但加密货币概念的核心是放弃它们的核心特征，使它们成为2010年2011年2012年2013年2014201520162017年2018年2019年2020time110010000BTC/USD图3：比特币的美元价格。而是完全公开。通过这种方式，每个用户都可以独立地验证事务，从而产生另一个有价值的属性，即不可能破坏注册表历史记录。

这一挑战通过使用对等(P2P)网络、密码技术和在区块中连接交易来解决，然后在区块链中，即区块链。在本节中，在不失一般性的情况下，将以加密货币Bitcoin.2.2.1为例，介绍底层技术。比特币是一个虚拟货币实体，因此，没有任何物理形式。最小单位为0.00000001BTC(1satoshi)。比特币区块链是包含关于过去交易和新比特币创造的信息的数据，为关闭交易区块提供了一种奖励手段。这被称为比特币网络寄存器。区块链由区块序列组成，其中每个后续区块都建立在前一个区块之上，并包含关于网络中新交易的信息。figurrst块创建于2009年。目前，截至2020年10月，该连锁店有近65万个区块。阿赛德，比特币区块链是公开的：每个人都可以访问网络中属于给定地址的许多BTCs的所有信息。此外，注册表不是集中的：所有网络参与者都有自己的区块链副本，并可以修改它们。没有监督单位；但是，eachuser必须遵循一组规则。因此，参与者相互控制。要进入比特币网络，潜在用户必须使用网络客户端或an2013 2014201520162017 2018 2019 2020time05101520253035加密货币数量×102图4：活跃交易的加密货币数量。数据来自CoinMarketCap网站[25].外部钱包。执行传输意味着向网络发送信息，指示收件人地址现在是指定BTC金额的所有者。该信息以毛细管形式分发，直到所有节点都被告知传输。在整个过程中，交易的完整性由非对称密码学提供，其中私钥由用户加密交易，其他网络用户可以通过公钥读取消息。换句话说，这意味着每个事务都可以归属于一个精确的参与者，因为其他人可以访问他们的私钥。当信息通过网络流通时，每个人都可以读取它，但不能对修改后的事务进行重新编码。在网络中发送BTC的方案在figurgure6中表示。每笔交易都通过哈希函数进行编码，对于比特币来说，哈希函数是dSHA256[35]。对于虚拟货币来说，功能的基本基础是确定在任何时间点有多少单位在流通，以及有多少单位将被创建。必须有一个共识机制，确保所有用户同意虚拟货币的所有权。在比特币网络中，用户保持匿名，不必相互委托，正确的操作要求所有节点之间对系统的当前状态保持共识。分布式网络中的大多数参与者必须同意并执行相同的行动：比特币的关键创新是一种机制，允许网络上的用户大规模遵守，解决了所谓的拜占庭广义问题[36]。为了让网络正常运行，需要col20162017 2018 2019 2020time02468Total market capitalization[USD]×1011图5：以美元计算的整个加密货币市场的资本化。数据来自CoinMarketCap.com[25]。图6：比特币网络中的交易方案。收集交易，确定正确性，并组合成潜在的区块：这些区块被称为矿工。作为对他们活动的奖励，他们将获得新创建的比特币中的一笔金额，以及通常很少的交易费用，在blockapproval和纳入主链后记入借方。

当大多数网络参与者已经达成共识，在他们的区块链副本中添加一个候选块时，就会发生这种情况。任何人都可以成为矿工。唯一的要求是clientsoftware和网络注册表的最新副本。然而，由于验证块过程的纯粹计算成本，矿工们将自己安排在所谓的“挖掘池”中，并利用基于图形处理单元(GPU)或应用程序专用集成电路(ASICs)[37]的量身定制的高性能计算解决方案。要被接受，一个新的块必须满足特定的标准。当应用于块中包含的数据时，散列函数的Theresult，即比特币的情况下的dSHA256，必须具有唯一的属性：它必须以预定数量的0开始。从散列函数得到的起始比特数必须为零，从而确定了con blocks的定义。矿工从网络中收集事务（图8)，并搜索一个名为“nonce”的数字，给定该数字，散列函数将在开始时返回指定的0个数的结果。如果他们成功了，他们立即把他们的封锁发送到网络上，其他用户可以很容易地验证它的正确性。矿工之间的共识机制是，任何从哈希函数（hash）的对应结果中接收新区块的矿工都将其包含在区块链中。从博弈论来看，一种所有矿工在他们的区块链副本中添加正确区块的策略是纳什均衡状态[38]。换句话说，如果一个矿工认为其他人的行为都是公平的，他们最好的选择是在他们的副本中添加一个块。在区块链版本上的操作不被普遍接受，在经济上是不可预测的，因为简单地创建新的区块是没有回报的。这种安排导致了对整个网络中比特币所有权状态的共识，尽管没有一个集中的管理人员。图7：比特币网络中的区块链方案。当收集后续区块时，通常被称为“挖掘比特币”，以电力消耗和必须拥有专门设备的形式产生了大量成本。目前，封闭块所需的个数只能通过迭代过程得到，即封闭形式的方程被该公式所禁止。由于这个原因，共识机制被称为工作证明(PoW)。平均而言，要找到一个初始数目为零的哈希函数的正确结果，需要大量的计算[37]。为一个块添加不正确的信息（例如，交易）会导致他的拒绝，只会消耗计算所用的能量。这就是从哈希中获得正确结果的原因，证明矿工有助于维护比特币网络。图8：比特币网络图。因为每个后续区块都包含前一个区块的头部，所以不重建整个链就不可能改变过去的交易。由于时间、费用和获取哈希函数正确结果的成本，在经济上是不可行的。区块链图如图所示。7.Bitcoinprotocol的创建方式是，算法根据网络计算能力调整哈希函数的正确结果，从而平均每10分钟创建一个新块[35]。最大块大小为1Mbyte，确定它可以包含多少事务。如前所述，对于将一个新区块纳入区块链，矿工将获得新创建的比特币形式的奖励。奖励每21万块减半，最高可达2100万比特币[35]。两个矿工可能会同时独立地产生一个新区块，并将其包含在他们的区块链副本中，从而导致乘法效应的出现。

这类事件是应用最长的链规则来处理的，即，用于计算的链规则被投入较大的力量被保留的链规则。这是一个根本的保存机制。池拒绝在comformerging中的一个，矿工没有得到任何奖励。一个结果是，区块链技术容易受到所谓的51%的攻击。当Minery控制了给定网络中一半以上的计算能力时，他们可以比任何人更快地控制块，从而操纵连接最多的块中的事务。对Bitcoinnetwork和其他基于POW的网络进行这种攻击的代价在参考文献中得到。[39].比特币协议的一个限制是它的低e-ciency和工作证明机制的高成本，这确保了网络安全。主要成本是对计算能力的非经常性投资和持续的电力成本，目前电力成本相当于整个国家的消费水平，如爱尔兰和丹麦[40]。另一个问题是网络容量低。比特币平均只能处理每秒交易(TPS)[41]。相比之下，Visa电路平均处理约1700个TPS[42]。换句话说，区块链技术的基础优势之一，即不能任意改变区块链，也导致了核心刚性。如果执行一个事务，则需要将其传播到整个网络，并且需要丢弃链的先前版本，从而导致所谓的“硬分叉”。应该注意的是，比特币协议不是静态的，因为它受制于不断的修改。到目前为止，已经引入了一种减小事务大小的机制，称为“segwit”（隔离见证），它将更多的事务打包到每个锁中。目前正在开展引入“闪电网络”的工作，这将使小额支付能够在链外进行，从而增加网络带宽，尽管代价是降低了安全。实现全网络共识的方法几乎所有的加密货币都是基于最初引入的工作证明（PoW）共识算法来预测的，比如比特币。它可以防止外部攻击，然而，它是ine-cient。由于这个原因，更快的算法已经被开发出来，并正在进行试验。仅次于工作证明的第二个最流行的算法是桩的证明(PoS)，以及它的各种改进。与PoW不同的是，没有矿工在竞争尽快计算关闭一个块的右函数值。相反，下一个块的验证器是来自网络的伪随机节点，精确的选择基于可能包括随机性和agiven节点有多少加密货币单位的因素组合。根据PoS算法，块是“伪造”的，而不是像PoW机制那样挖掘。基于股权证明的区块链网络使用交易费作为对“伪造者”的奖励。然而，在基于工作证明的网络中，矿工奖励是一个新创建的加密货币单位，而在证据桩网络中，想要参与伪造过程的用户必须在一段时间内阻止网络中作为“赌注”的加密货币单位的数量。假设速率的大小决定了选择给定节点作为下一个验证器的机会，该验证器将检查下一个块。赌注越高，他们的机会就越高。为了使选择过程不是只偏向最丰富的，在网络中增加了额外的选择方法。常用的两种方法是随机块选择和硬币年龄选择。每一种使用桩的证明方法的加密货币都有自己的规则来决定谁将成为下一个块的验证者。