比特幣是時間:比特幣是新的計時裝置,是未來大時代的蒸汽機 - dergigi.com
如果你還認為時間客觀的,那麼你可能很難認可比特幣和看懂這篇文章,真正的時間雖然客觀但不可知(康德的物自體不可知),人類可知的只是計時裝置,比特幣是新的計時裝置:
時間就是金錢,金錢也是時間:人類所儲存的集體經濟能量的代表。但是,時間和金錢之間的聯絡比起初看起來要複雜得多。如果金錢不需要時間創造,那麼它就不能很好地發揮作用,或者有作用的時間不長。正如我們將看到的那樣,更深刻地講,跟蹤資訊領域中的事物始終意味著跟蹤時間。
金錢一旦數字化,我們就必須對時間的定義達成共識,這 就是整個問題所在。當要同步一個全球性、對抗性、分散式網路的狀態時,同步時間幾乎是一個棘手的問題。
如果時鐘不受信任,您如何分辨時間?如果您的系統跨越星系,您如何建立奇異時間的概念?您如何在永恆的領域中衡量時間?
時間對我們來說仍然是一個巨大的謎。它不過是一個概念;我們不知道它是否存在... - 莎士比亞
要回答這些問題,我們將不得不仔細研究時間本身的概念以及比特幣如何構成自己的時間:區塊時間—通常稱為區塊高度。我們將探討為什麼計時問題與儲存記錄密切相關,為什麼分散系統中沒有絕對的時間,以及比特幣如何利用因果關係和不可預測性來建立自己的現在感。
計時裝置已經多次改變了文明。正如劉易斯·芒福德(Lewis Mumford)在1934年指出的那樣:“時鐘,而不是蒸汽機,是現代工業時代的關鍵機器。” 如今,又有一種新時鐘正在改變我們文明的計時裝置,而不是計算機,而是現代資訊時代的真正鑰匙機器,這個時鐘是比特幣。
跟蹤事物
讓孩子學會數數事物,從而獲得數字的概念。為了計數的目的,這些東西被認為是相同的,它們可能是單個物件或組。 - 大衛·尤金·史密斯
從廣義上講,有兩種方法可以跟蹤事物:物理令牌和分類帳。您可以直接使用現實世界的文物,例如給某人一個貝殼,一枚硬幣或其他有形物品,或者可以透過在紙上寫下所發生的事情來複制世界的狀態。
假設您是牧羊人,並希望確保您的整個羊群都返回家中。您可以在每隻綿羊上戴上項圈,當綿羊回到家中時,您只需卸下項圈並將其掛在棚子裡即可。如果每個項圈都有一個掛架,那麼所有的掛架掛滿後,就會知道每隻羊都會安全地返回。
當然,您也可以計算它們並保留一個列表。但是,您必須確保每次開始計數時都建立一個新列表,並且還必須確保不對單個綿羊進行兩次計數(或根本不計數)。
金錢本質上是一種追蹤誰欠誰的東西的工具。從廣義上講,我們現在使用貨幣已經將一切劃分為兩類:物理事物和資訊列表,使用更常見的說法:令牌和分類帳。
重要的是要意識到這些類別的固有差異,因此讓我明確指出:第一種方法-物理令牌- 直接表示事物的狀態。第二個是分類帳, 間接反映了事物的狀態。每個都有優點和缺點。例如,令牌是物理的和分散式的;分類帳是資訊性的和集中的。令牌本質上是不可信的;分類帳不是。
所有數字資訊的類似賬本的性質是雙花問題(一筆錢被重複花了兩次、雙重支出)的根本原因。資訊永遠不能直接代表世界的狀態。此外,資訊的移動意味著複製。資訊存在於一個地方,要“移動”它,您必須將其複製到另一個地方並從源頭刪除它。在物理領域中不存在此問題。在物理領域中,我們實際上可以將事物從A移到B。資訊領域沒有此屬性。如果要將資訊從列表A“移動”到列表B,則必須將其從A複製到B。沒有其他方法。
另一種思考的方式是獨特性。物理令牌是原子的獨特複合物,其組裝不易複製。純資訊不具有此屬性。如果您可以閱讀資訊,則也可以完美地複製它。實際上,可以得出結論,物理令牌是唯一的,而數字令牌不是。我甚至會說“數字令牌”是用詞不當。令牌可能代表秘密資訊,但絕不會代表唯一,單一,不可複製的資訊。
屬性上的這種差異表明,實際上沒有辦法“移交”資訊。無法像傳遞物理令牌那樣傳遞數字令牌,因為您永遠無法確定原始所有者是否破壞了他的資訊。像所有資訊一樣,數字令牌只能像一個想法一樣釋出。
…如果您有一個蘋果,而我有一個蘋果,我們交換了蘋果–每個人最終只能得到一個蘋果。但是,如果您和我有一個主意並且我們交換了主意,那麼我們每個人都會得到兩個主意。 - 查爾斯·布蘭南(1949)
物理代幣(我們稱為物理承載資產或“現金”)擺脫了這一困境。在現實世界中,如果您給我一個硬幣,那麼您的硬幣就不見了。硬幣沒有神奇的複製品,給我的唯一方法是親自交出。物理定律不允許您花雙倍的錢。
在數字領域,因為我們一直在處理資訊,所以雙花是一個固有的問題。正如曾經複製檔案或使用過複製貼上的每個人都知道的那樣,資訊是可以完美複製的東西,並且它並不繫結到承載它的介質上。例如,如果您有數碼照片,則可以將其複製一百萬次,將某些副本儲存在USB記憶棒上,然後將其傳送給成千上萬的人。完美的副本是可行的,因為資訊允許進行完美無誤的糾錯,從而消除效能下降。最重要的是,幾乎沒有複製費用,也沒有辦法告訴原件是什麼。
再說一遍:涉及資訊時,就是複製。根本沒有辦法將數字資訊從A移到B。這就是為什麼雙重支出問題如此棘手的原因。由於沒有中央機構,所以無法無信任地將任何東西從A移到B。您始終必須相信原件將被刪除,當涉及數字資訊時,無法確定存在多少副本以及這些副本可能在哪裡。
因此,使用數字“代幣”作為金錢既不可能也永遠行不通。由於令牌由於其獨特的物理構造而難以複製,因此具有可靠性,因此這種優勢在數字領域消失了。在數字領域,令牌不能被信任。由於資訊固有屬性的性質,數字貨幣唯一可行的格式不是令牌而是分類帳,這使我們面臨時間問題。
令牌是永恆的,分類帳不是
對於物理令牌,交易時間無關緊要。您要麼在口袋裡有硬幣,要麼沒有。您可以花,也可以不花。簡單的擁有行為是支出的唯一前提。自然法則負責其餘部分。從這個意義上講,物理令牌是不可信且永恆的。
當談到分類賬時,實際擁有權就受到考驗:控制賬本的人需要確保一切井井有條符合自然法則:您不能花費自己沒有的錢,也不能花費以前已經花費的錢,必須由人為規則來強制執行。這些規則支配分類帳的有序操作和維護,而不是自然法則。
從物理定律轉向人為規則是問題的癥結所在。人為的規則可以彎曲和折斷,而物理定律則沒有那麼多。例如,您不能簡單地“組成”物理金幣。您必須將其挖掘出來。但是,您絕對可以在紙上製成金幣。為此,您只需在分類帳中新增一個條目,然後給自己幾個硬幣。或者,就中央銀行而言,只需幾次計算機按鍵操作就可以增加數萬億美元。(花哨的財務人員稱其為“再抵押”,“部分儲備銀行業務”或“量化寬鬆”,但不要被愚弄,它們都是一樣的:賺錢。)
為了使分類帳和操縱分類帳的人誠實,需要定期,獨立的稽核。能夠對分類帳中的每個條目進行會計核算並不是一件奢侈的事情。審計師需要能夠及時檢視賬簿,以保持分類賬的誠實和正常執行。沒有可靠的時間戳,就不可能驗證分類帳的內部一致性。建立明確秩序的機制至關重要。
沒有絕對的時間感,就無法確定交易順序。而且,如果沒有明確的交易順序,就無法遵循分類帳的規則。您還能如何確保實際擁有多少錢?您還能如何確保事情井井有條符合自然法則?
代幣和分類賬之間的區別突出了保持時間追蹤的必要性。在物理領域,硬幣是永恆的文物,可以在無人監督的情況下進行交換。在數字領域中,硬幣標記Coinstamping需要時間標記。
集中式硬幣標記Coinstamping
解決雙重支出問題(確保數字傳輸僅發生一次的問題)的常見方法是擁有交易的集中清單。一旦有了交易的集中清單,便有了一個可以作為唯一事實來源的分類帳。解決雙重支出問題很容易,只需仔細檢查清單並確保所有內容正確加總即可。這就是PayPal,Venmo,Alipay以及世界上所有銀行(包括中央銀行)透過中央權力機構解決雙重支出問題的方式。
當然,問題在於收款人無法驗證其中一位所有者沒有將硬幣花費雙倍。常見的解決方案是引入受信任的中央機構(Mint),該機構檢查每筆交易是否存在雙重支出。[…]該解決方案的問題在於,整個貨幣體系的命運取決於經營鑄幣廠的公司,每筆交易都必須像銀行一樣透過鑄幣廠。 - 中本聰
值得指出的是,中本聰並未設法使資訊不可複製。比特幣的每個部分-其原始碼,分類帳,您的私鑰-均可複製。所有這些都可以複製和篡改。但是,中本聰設法建立了一個系統,該系統使完全違反規則的副本完全無效。比特幣網路執行復雜的編排,以確定哪些副本有用,哪些無效,而正是這種編排將稀缺性帶入了數字領域。就像指揮每個人舞步一樣,都需要一個臨時的標準來決定大家的節奏。
即便是集中式分類帳,也只能以一致的方式跟蹤時間,才能解決雙重支出問題。您始終需要知道誰給了誰,最重要的是:何時。在資訊領域,沒有時間標記就沒有硬幣標記。
必須強調的是,在分散式系統中將事件與時間點相關聯是不可能的,這是無法解決分散賬本的問題,直到中本聰發明了一種解決方案。
分散時間
時間和秩序有著非常密切的關係。正如萊斯利·蘭伯特(Leslie Lamport)在1978年的論文《分散式系統中的時間,時鐘和事件的排序》中指出的那樣:“時間的概念是我們思維方式的基礎。它源自事件發生順序的更基本概念。” 由於缺乏協調的中心點,“之前”,“之後”和“同時”的看似直觀的概念破裂了。用Lamport的話來說:“'發生在前'的概念定義了分散式多程式系統中事件的不變部分排序。”
也就是說:如果不允許某人負責時間,誰應該負責時間?如果沒有中心參考框架,您如何才能獲得可靠的時鐘?
您可能會認為解決此問題很容易,因為每個人都可以使用自己的時鐘。這隻有在每個人的時鐘都準確的情況下才有效,更重要的是,每個人的演奏都很好。在對抗系統中,依靠單個時鐘將是一場災難。而且,由於相對性,它在整個空間中無法始終如一地工作。
作為一個思想實驗,想象一下如果每個人都負責自己的時間,那麼如何欺騙系統。您可以假裝您現在傳送的交易實際上是從昨天開始的-由於某種原因它剛剛被推遲-因此,您仍然可以擁有今天花費的所有錢。由於每個分散式系統中都固有有非同步通訊,因此該場景不只是理論上的思想實驗。訊息確實確實會延遲,時間戳不正確,而且由於相對論效應和我們宇宙的自然速度限制,很難分辨出中央權威或觀察員所缺少的事物的順序。
為了更好地說明問題的可能性,我們來看一個具體的例子。假設您和您的業務夥伴都可以訪問您的公司銀行帳戶。您在世界各地開展業務,因此您的銀行帳戶在瑞士,在紐約,而您的商業夥伴在悉尼。對您而言,這是1月3日,並且您在酒店享受一個美麗的星期日傍晚。對於她來說,已經是星期一早上了,所以她決定使用您的共享銀行帳戶的簽帳金融卡購買早餐。費用是27美元。可用餘額為$ 615。當地時間是上午8:21。
同時,您將使用另一個連結到同一銀行帳戶的簽帳金融卡支付住宿費用。費用是599美元。可用餘額為$ 615。當地時間是下午5:21。
這樣一來,您就在同一時刻刷卡了。會發生什麼?(親愛的物理學家,請原諒我對“同一時刻”的使用-我們將忽略相對論效應以及目前我們的宇宙中沒有絕對時間這一事實。我們還將忽略同步事件的概念並不存在) 。比特幣已經足夠複雜了!)
您銀行的中央分類帳可能會在一筆之前已經收到另一筆交易,因此兩個人中的一位會很幸運,如果交易恰好在同一滴答滴答聲中達成, 也就是說在同一毫秒之內到達,那麼銀行將不得不決定誰來花這筆錢。
現在,如果沒有銀行怎麼辦?誰決定誰是第一個要刷卡的人?如果不僅是你們兩個,而是數百甚至數千人在協調,該怎麼辦?如果您不信任那些人怎麼辦?如果其中一些人試圖作弊,例如透過倒轉時鐘,使他們看起來像是在幾分鐘前花了錢,該怎麼辦?
需要一種與時間相關的工具來建立規範的排序並在沒有任何中央協調員的情況下強制執行唯一的歷史記錄。 - Giacomo Zucco
這個問題正是為什麼以前所有數字現金嘗試都需要一個集中登錄檔的原因。您始終必須信任某人才能正確識別事物的順序。需要一個集中的地方來保留時間。
比特幣透過重新發明時間本身解決了這個問題。
保留時間,一次一個塊
所有時鐘都依賴於週期性過程,我們可以稱其為“滴答”。從本質上講,祖父鍾所熟悉的滴答滴答與我們現代石英和銫鐘的分子原子嗡嗡聲相同。某些波動(或振盪),我們只計算這些波動,直到總計一分鐘或一秒鐘。
對於大型擺鐘,這些擺動很長且很容易看到。對於更小,更專業的時鐘,需要特殊的裝置。時鐘的頻率-滴答的頻率-取決於其用例。
大多數時鐘具有固定頻率。畢竟,我們想確切地知道時間。但是,有些時鐘具有可變的頻率。例如,節拍器具有可變的頻率,您可以在打勾之前對其進行設定。儘管節拍器一旦設定便保持其速度恆定,但由於其內部機制是機率性的,因此每個刻度的比特幣時間都不同。但是,目的都是一樣的:保持音樂的生命力,使舞蹈得以繼續。
祖父的鐘 〜0.5赫茲 節拍器 〜0.67 Hz至〜4.67 Hz 石英錶 32768赫茲 銫133原子鐘 9,192,631,770赫茲 比特幣 1個塊(0.00000192901 Hz *至∞Hz **) |
比特幣是一個時鐘這一事實並不為人知。中本聰指出,整個比特幣網路就像一個時鐘,或者用他的話說就是:一個分散式時間標記的伺服器。
在本文中,我們提出了一種使用對等分散式時間戳伺服器生成交易時間順序的計算證明的雙花問題的解決方案。 - 中本聰
透過檢查比特幣白皮書末尾的參考資料,可以明顯看出時間戳是要解決的根本問題。在總共八篇參考文獻中,有三篇是關於時間戳的:
- WS Stornetta的S. Haber(1991)如何為數字文件加上時間戳
- D. Bayer,S。Haber,WS Stornetta(1992)提高數字時間戳的效率和可靠性
- H. Massias,XS Avila和J.-J.設計的具有最小信任要求的安全時間戳服務。Quisquater(1999年5月)
正如Haber和Stornetta在1991年概述的那樣,數字時間戳記涉及計算上的實際過程,這些過程使使用者(或對手)無法對數字文件進行回溯或提前回溯。與物理文件相反,數字文件易於篡改,並且更改不一定會在物理介質本身上留下任何明顯的跡象。在數字領域,偽造和操縱可能是完美的。
資訊的可延展性使帶有時間戳的數字文件成為一個複雜而複雜的過程。天真的解決方案不起作用。以文字文件為例。您不能簡單地在文件末尾新增日期,因為所有人(包括您自己)都可以在將來簡單地更改日期。您也可以首先彌補任何日期。
時間是因果鏈
即使在非數字領域,約會日期也是一個普遍的問題。在綁架案件中,所謂的“出示當天報紙身份驗證”是對任意時間戳記問題的一般解決方案。
之所以可行,是因為報紙很難偽造且易於驗證,很難偽造,透過這些事件的代理,這張照片證明了人質在報紙出版之日還活著。
這種方法強調了關鍵的概念之一:因果關係。時間箭頭描述事件的因果關係。沒有因果關係,沒有時間。因果關係也是為什麼加密雜湊函式在為網路空間新增時間戳時如此重要的原因:它們引入了因果關係。由於實際上首先沒有文件就不可能建立有效的密碼雜湊,因此引入了文件與雜湊之間的因果關係:首先存在所討論的資料,然後才生成雜湊。換句話說:如果沒有單向函式的計算不可逆性,網路空間就不會有因果關係。
有了這個因果構建塊,就可以提出建立一系列事件的方案,將因果關係從A到B到C等等。從這種意義上講,安全的數字時間戳將我們從以太的永恆位置轉移到數字歷史領域。
因果關係會及時修復事件。如果某個事件是由某些較早的事件確定的,並且又確定了某些後續事件,則該事件將被安全地夾在其歷史位置中。- 拜耳
毋庸置疑,就經濟計算而言,因果關係至關重要。而且由於分類賬不過是多個合作參與者的經濟計算的體現,因此因果關係對於每個分類賬都是必不可少的。
令人著迷的是,使比特幣正常工作的所有難題都已經存在。早在1991年,Haber和Stornetta引入了兩種方案,這使得“很難或不可能產生錯誤的時間戳”,這是第一個依賴於受信任的第三方的解決方案;第二種更為複雜的“分散式信任”方案則沒有依賴第三方,作者甚至發現了信任事件因果鏈所固有的問題以及重寫歷史記錄所需的條件。用他們的話說,“唯一可能的惡作劇是準備一條偽造的時間戳鏈,時間長到足以用盡人們所預期的最可疑的挑戰者。” 今天,比特幣中存在一種類似的攻擊媒介,其攻擊率為51%
一年後,Bayer,Haber和Stornetta繼承了他們以前的工作,並提議使用樹代替簡單的連結串列將事件聯絡在一起。今天我們稱為默克爾樹的就是簡單的高效資料結構,可以確定性地從多個雜湊中建立雜湊。對於時間戳記,這意味著您可以有效地將多個事件捆綁為一個“刻度”。在同一篇論文中,作者提出,可以透過執行一次重複的“世界冠軍錦標賽”來確定單個“獲勝者”,以在公眾場合(例如報紙)上廣泛地釋出由此產生的雜湊值,從而改進1991年引入的分散式信任模型。聽起來很熟悉?
正如我們將看到的,事實證明,報紙也是思考時間的第二要素:不可預測性的絕妙方式。
因果關係和不可預測性
雖然因果關係至關重要,但這還不夠。我們還需要預測時間流動。在物理領域,我們觀察自然過程來描述時間流。我們觀察到熵的普遍增加,並將其稱為時間箭頭。即使在大多數情況下,自然法則在此箭頭的方向上似乎被遺忘了,但實際上某些事情還是無法撤銷的。
類似地,需要使用熵增加功能來在數字領域中建立時間箭頭。一個幾乎不可能解密的SHA256雜湊或密碼簽名。
如果沒有這種熵的增加,我們可能會時不時地前進和後退。例如,斐波那契數的順序是因果關係,而不是熵。序列中的每個數字都是由它前面的兩個數字引起的。從這個意義上講,這是一個因果鏈。但是,只是指出時間是沒有用的,因為它完全可以預測。就像綁架者不能簡單地站在顯示當前日期的日曆前面一樣,我們不能使用可預測的過程作為時間證明。我們總是必須依靠無法預先預測的事物,例如今天報紙的頭版。
比特幣依賴於兩種不可預測性:交易和工作量證明。就像沒人能預測明天的報紙會是什麼樣,沒人能預測下一個比特幣區塊會是什麼樣。您無法預測將包含哪些交易,因為您無法預測將來將廣播哪些交易。而且,更重要的是,您無法預測誰會找到當前工作量證明難題的解決方案,以及該解決方案將是什麼。
但是,與綁架者的報紙相反,工作量證明實際上與直接發生的事情有關。它不僅僅是事件的記錄,而是事件本身。工作量證明的機率直接性消除了對等式的信任。找到有效的工作量證明的唯一方法是進行大量猜測,而進行單個猜測則需要一點時間。這些猜測的機率總和就是構成比特幣時間鏈的原因。
透過利用雜湊鏈的因果關係和工作量證明的不可預測性,比特幣網路提供了一種建立無可爭議的見證事件歷史的機制。
沒有因果關係,以前發生的事情和之後發生的事情是不可能分開的。沒有不可預測性,因果關係就毫無意義。
拜耳、哈伯和斯托內塔在1992年明確指出了每個綁架者的直覺理解:“要確定某個文件是在給定的時間之後建立的,必須報告在發生之前無法預測的事件發生了。”
正是因果關係和不可預測性的結合,才允許在本來就永恆的數字領域中建立一個人造的“現在”。正如拜耳(Bayer),哈伯(Haber)和斯托內塔(Stornetta)在其1991年的論文中指出的那樣:“要求時間戳記的客戶順序及其提交的雜湊值無法事先知道。因此,如果我們在簽名證書中包含來自客戶端請求的先前序列的位,那麼我們知道時間戳記發生在這些請求之後。[…]但是,將以前文件中的位包含在證書中的要求也可以用來解決在另一個方向上限制時間的問題,因為時間戳公司除非掌握了當前請求,否則無法再發布以後的證書。”
所有的拼圖都已經在那裡。中本聰設法做到的是將它們組合在一起,以消除方程式中的“時間戳記公司”。
時間證明
讓我們概括一下:要在數字領域使用金錢,我們必須依靠分類帳。為了使分類帳可靠,需要明確的順序。為了建立順序,需要時間戳。
中本聰(Satoshi Nakamoto)這樣的天才實現了該解決方案:“要在對等基礎上實現分散式時間戳伺服器,我們將需要使用類似於Adam Back的Hashcash的工作量證明系統。”
我們需要使用工作量證明系統,因為我們需要數字領域固有的東西。一旦您瞭解了數字領域本質上是資訊性的,那麼顯而易見的結論就是計算就是我們所擁有的。如果您的世界是由資料構成的,那麼就可以對資料進行所有操作。
工作量證明在點對點設定中工作,因為它是不信任的,並且它也是不信任的,因為它與所有外部輸入(例如,鐘錶(或報紙)的讀數)斷開連線。它僅依賴一件事和一件事:計算需要工作,而在我們的宇宙中,工作需要能量和時間。
橋接時間
沒有工作量證明,總是會遇到Oracle問題,因為物理領域和資訊領域是永遠斷開的。綿羊清單上的標記不是您的綿羊,地圖也不是領土,昨天報紙上寫的內容不一定是現實世界中發生的事情。以同樣的方式,僅僅因為您使用實際時鐘來記下時間戳並不意味著實際上就是現在的時間。
坦率地說,根本沒有辦法相信資料代表現實,除非所討論的現實是資料本身固有的。比特幣經過難度調整的工作量證明的妙處在於,它創造了自己的現實,以及自己的空間和時間。
工作量證明提供了數字領域和物理領域之間的直接聯絡。更深刻地講,這是可以以不信任的方式建立的唯一連線。其他所有內容將始終依賴於外部輸入。
正如愛因斯坦向我們展示的那樣,時間不是一成不變的事情。沒有我們可以依靠的普遍時間。時間是相對的,並且不存在同時性。僅憑這一事實,即使沒有對抗性參與者,所有時間戳(尤其是遠距離)都固有地不可靠。(這就是為什麼必須不斷調整GPS衛星時間戳的原因。)
對於比特幣來說,我們的人工時間戳不精確這一事實並不重要。首先也沒有絕對參考系也沒關係。它們僅需足夠精確即可計算出2016個區塊的平均值。為了保證這一點,只有在滿足以下兩個條件的情況下,才接受塊的“ meatspace”時間戳:
- 時間戳必須大於前11個塊的中值時間戳。
- 時間戳必須小於網路調整的時間加上兩個小時。(“網路調整時間”只是連線到您的所有節點返回的時間戳的中間值。)
換句話說,難度調整是關於保持恆定的時間,而不是保持恆定的安全性,難度或能量消耗水平。
僅將金錢與能源聯絡起來不足以產生絕對的稀缺性,因為能源生產的每一項改善都會使我們創造更多的金錢。時間是我們永遠無法利用的唯一事物。正如朱利安·西蒙(Julian Simon)所指出的,這是終極資源。這使比特幣成為貨幣的最終形式,因為其發行與我們宇宙的最終資源(時間)直接相關。
難度調整至關重要,因為如果沒有它,隨著更多礦工加入網路或採礦裝置效率提高,比特幣的內部時鐘將趨於越來越快。我們很快就會遇到比特幣著手解決的協調問題。一旦阻止時間降到某個閾值(例如50毫秒)以下,就不可能在共享狀態上達成共識,即使在理論上也是如此。從地球的一側到另一側需要大約66毫秒的光線。因此,即使我們的計算機和路由器是完美的,我們也將回到第一個正方形:給定兩個事件,告訴哪個事件之前發生和哪個事件之後發生是徒勞的。如果不定期調整比特幣的價格變動,我們會遇到比光速更快地解決協調問題的絕望問題。時間也是造成密碼不穩定問題的根源,在第1章中已概述了密碼工作的原因是時間上的不對稱:建立密碼牆需要很短的時間,而分解牆需要很長時間-除非您有一把鑰匙。
因此,從某種意義上講,至少從比特幣網路的角度來看,工作量證明以及隨之而來的難度調整會人為地減慢時間。換句話說:比特幣強制執行內部節奏,其低頻可以為同級之間的通訊延遲提供足夠的緩衝。每隔2016個區塊,比特幣的內部時鐘就會重新調整一次,因此,平均而言,每10分鐘只會發現一個有效的塊。
從外部角度看,比特幣將全球廣播的非同步訊息的混亂混亂彙集到一個並行的宇宙中,受其自身的規則以及自身對空間和時間的限制。從比特幣網路的角度來看,記憶體池中的交易是永恆的。僅當事務包含在有效塊中時,才會為其分配時間:包含在其中的塊的編號。
這是一個多麼優雅的解決方案。一旦您能夠建立自己的時間定義,就可以輕鬆地理解之前發生的事情和之後發生的事情。反過來,就發生的事情,以什麼順序達成共識,以及因此,由誰欠誰的錢也變得微不足道。
難度調整可確保比特幣內部節拍器的滴答聲保持恆定。它是比特幣樂團的指揮。這就是使音樂保持鮮活的原因。
但是為什麼我們首先要依靠工作呢?答案是三方面的。我們可以依靠它,因為計算需要工作,工作需要時間,並且所討論的工作(猜測隨機數)無法有效完成。
機率時間
為比特幣區塊找到有效的隨機數是一種猜測遊戲。這非常像滾動骰子,擲硬幣或旋轉輪盤。從本質上講,您正在嘗試尋找一個超出天文數字的大隨機數。尋找解決方案沒有任何進展。您要麼中獎,要麼沒有中獎。
每次翻轉硬幣時,正面或反面出現的機率是50%-即使您之前翻轉硬幣20次,並且每次都正面向上。同樣,每次等待比特幣進入時,此秒被發現的機會約為0.16%。何時找到最後一個塊都沒有關係。下一個程式段的大致等待時間始終相同:〜10分鐘。
因此,該時鐘的每個滴答都是不可預測的。相對於我們的人類時鐘,此時鐘似乎是自發且不精確的。正如格里高利·特魯貝茨考伊(Gregory Trubetskoy)指出的那樣,這無關緊要:“這個時鐘不精確並不重要。重要的是,每個人的時鐘都一樣,並且鏈條的狀態可以明確地與此時鐘的滴答聲聯絡在一起。” 比特幣的時鐘可能是機率性的,但這並不是虛幻的。
由於網路中沒有中央許可權,因此可能會出現奇怪的情況。雖然不太可能,但有可能同時找到一個有效的區塊(再次:對所有物理學家道歉),這將使時鐘立即在兩個不同的位置滴答作響。但是,由於這兩個不同的塊的內容很可能會有所不同,因此它們將包含兩個不同的歷史記錄,兩者都同樣有效。
這被稱為鏈拆分,是中本聰共識的自然過程。就像一群鳥短暫分裂成兩群然後再次合併一樣,由於猜測的機率性,比特幣網路上的節點最終將在一段時間後收斂到共享的歷史。
中本聰共識只是指出,在最重的鏈(即其中嵌入了最多的工作量證明)的鏈中可以找到正確的歷史。因此,如果我們有兩個歷史記錄A和B,則一些礦工將嘗試以歷史記錄A為基礎,其他礦工將嘗試以歷史記錄B為基礎。一旦其中一個找到下一個有效區塊,另一組程式就被程式設計為接受該歷史記錄。他們處於歷史的錯誤一邊,而是轉向最重的鏈條-根據定義,該鏈條代表了實際發生的事情。在比特幣中,歷史確實是勝利者所寫的。
收款人需要證明在每次交易時,大多數節點都同意這是第一個收到的。[…]如果同一筆交易有多個重複使用的版本,則只有一個有效。付款收款人必須等待一個小時左右,然後才能認為它是有效的。屆時,網路將解決所有可能的雙花比賽。 - 中本聰
在這個簡單的陳述中,存在著分散式協調問題的秘密。中本聰正是透過這種方式解決了我們的虛擬業務夥伴先前遇到的“同時付款”問題。他一勞永逸地解決了這一問題,該死的相對論影響!
結論
時間仍然是物理學中的一大奧秘,這使人們對物理學的確切定義提出了質疑。 - 豪爾赫·佔姆(Jorge Cham)和丹尼爾·懷特森(Daniel Whiteson):《我們不知道:未知宇宙指南》,第117 – 118頁(2017)
跟蹤資訊領域中的事物意味著跟蹤一系列事件,而這又需要跟蹤時間。跟蹤時間需要商定一個“現在”,即將定居的過去與不確定的未來永遠聯絡在一起的時刻。在比特幣中,“現在”是最重的工作量證明鏈的提示。
時間的結構有兩個基本要素:因果聯絡和不可預測的事件。需要因果關係來定義過去,並且需要不可預測的事件來建立未來。如果事件的順序是可預測的,則可以跳過。如果序列中的各個步驟未連結,則更改過去很簡單。由於其內部的時間感,很難欺騙比特幣。人們將不得不重寫過去或預測未來。比特幣的時間鏈阻止了兩者。
從時間的角度看待比特幣應該清楚地表明,“區塊鏈”(因果關係將多個事件聯絡在一起的資料結構)不是主要的創新。
中本聰想到的一個新主意是如何在沒有中央協調的情況下獨立地商定事件的歷史。他找到了一種實現分散時間戳記方案的方法,該方案(a)不需要時間戳公司或伺服器,(b)不需要報紙或任何其他物理介質作為證據,即使在CPU時鐘時間越來越快的環境中執行時也是如此。
在比特幣中,因果關係是由單向函式提供的:協議的核心是加密雜湊函式和數字簽名。工作量證明難題以及與其他同行的互動都提供了不可預測性:您無法提前知道其他人在做什麼,也無法事先知道解決方案的解決方案工作難題會。協調性透過難度調整,使比特幣的時間與我們的時間聯絡起來的神奇調味料成為可能。如果沒有物理和資訊領域之間的橋樑,就不可能只依靠資料而在時間上達成共識。
比特幣在時間上的意義遠非一種。它的單位是金錢,因此可以儲存時間,而網路是分散的時鐘,因此可以節省時間。這個時鐘的不懈跳動是產生比特幣所有神奇屬性的原因。沒有它,比特幣的複雜舞蹈就會瓦解。但是有了它,地球上的每個人都可以使用真正神奇的東西:Magic Internet Money。
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