比特幣的誕生,真的改變了世界嗎?

買賣虛擬貨幣

作者/ERIC YAKES

翻譯/章魚哥

本系列分為四個部分,本文為第二部分。

一、《從貨幣價值框架看,比特幣會成為世界貨幣嗎?" target="_blank" rel="nofollow noreferrer noopener">從貨幣價值框架看,比特幣會成為世界貨幣嗎?">從貨幣價值框架看,比特幣會成為世界貨幣嗎?

比特幣的歷史

2008年10月,在全球經濟衰退導致政府出面救助銀行系統的情況下,某人以中本聰 (Satoshi Nakamoto)為化名釋出了一份名為《比特幣:點對點電子現金系統》的白皮書。這份檔案總結了多種技術的融合,這些技術結合在一起,創造了第一種成功的數字貨幣形式。這些技術是40年來創造數字貨幣嘗試失敗的產物,以下是大約100次失敗嘗試的列表:

創造數字貨幣的嘗試,粗體部分將在本文後續討論 (資料來自普林斯頓)

PayPal處在名單之上,他們最初的想法是在手持裝置上進行加密支付。但當時他們無法執行這個想法,並透過轉移方向而倖存下來。上表中的許多專案都有一個類似的故事,即試圖製作像比特幣這樣的東西,但結果卻都不盡人意。事後看來我們意識到,他們的根本問題是他們一開始就試圖成為一家公司。然而隨著每次失敗後來者都獲得了經驗,使世界離數字貨幣又近了一步。

起源於20世紀90年代的賽博朋克運動伴隨著網際網路的發展催生了許多建立數字貨幣的嘗試。賽博朋克認為:除非建立防禦技術,否則網際網路將成為政府的監視工具。

1993年5月/6月的《連線》雜誌封面

在政府實施國家防火牆之前,在社交媒體網站出售我們的個人資料之前,在國家安全域性的 稜鏡計劃之前,以及在大型科技系統地審查政治運動之前,賽博朋克已經開始工作,預測這個新世界。他們之所以能夠預測到這一點,是因為他們將各種知識不尋常地結合在一起,包括密碼學、電腦科學、奧地利經濟學和自由主義。

密碼學使數字加密成為可能,從而消除了主權對網際網路的影響力。但是還需要一種自主形式的數字貨幣,使加密的線上經濟能夠自由轉移價值,從而在數字世界中組織起來。

以下是最終導致比特幣誕生的主要事件的總結:

1.公鑰密碼學:始於20世紀70年代,允許在不安全的通訊渠道上使用公鑰。政府試圖透過援引犯罪分子會使用這種技術的說法來控制這種新技術。他們最終輸掉了這場戰鬥,這項技術現在是網際網路通訊底層安全的一部分,被用於大量的現代加密技術。

2.數字簽名:David Chaum於1989年開發,他用它建立了Digicash公司。這允許個人生成一個簽名(如支票上的簽名),以證明他們擁有與公鑰相關聯的私鑰,而不會洩露私鑰。這允許人們匿名驗證他們是誰。然而,Chaum的公司並沒有想出一個在不信任第三方的情況下驗證簽名的方法。

3.數字稀缺性:由於數字貨幣只是計算機上的一小部分,那有什麼可以阻止別人複製它呢?金錢需要稀缺才能具有基本價值。在現實世界中,稀缺的東西數量很少,或者很難找到。Adam Back在1997年提出的HashCash提案中用計算謎題重現了這個現實世界的問題。計算機擅長數學,但有些數學問題只能透過猜測來解決。如果你使用足夠大的數字,這些問題對於計算機來說就很難透過猜測來解決。透過將貨幣的創造與這些數學難題的解決方案聯絡起來,數字貨幣變得稀缺。在比特幣中,這個概念被稱為工作量證明共識演算法,它需要被稱為礦工的計算機來解決計算要求高的難題以建立新的比特幣,這使得比特幣的創造成本高昂,因此稀缺。

4.區塊鏈:區塊鏈的概念可以追溯到Haber和Stornetta在1991年的一篇論文。這個想法是讓人們隨著時間的推移將不同版本的文件傳送到伺服器。伺服器將新增指向先前文件的雜湊指標、時間戳和伺服器的數字簽名以驗證它實際上是簽署此檔案的伺服器。這意味著列表中的最新版本與之前的版本有一個連結,從而在它們之間建立了一個鏈。

  • 雜湊指標是一個雜湊函式,它對文件時間列表中的前一個文件進行雜湊。這些函式將大型資料庫壓縮成文字字串進行儲存,資料庫任何部分的單一變化都會反映在文字字串中。如果建立的每個文件都包含指向其先前版本的雜湊指標,則對其沿襲的任何更改都將透過當前文件的雜湊指標的變化而顯現出來。向每個文件新增時間戳會建立一個臨時列表,然後使用數字簽名可以證明哪個伺服器簽署了文件更新。所有這些措施結合起來產生了一條經過驗證的資訊鏈,任何篡改其歷史的行為都會被立即發現。

簡而言之,數字簽名建立了一種可驗證的方法,可以在不公開身份的情況下以數字方式確認身份。這種數字簽名,當納入區塊鏈資料結構時,會建立一個時間連結的、不可變的資料記錄。這些技術可用於解決數字貨幣固有的問題。然而這種數字貨幣的供應需要稀缺,這個問題是透過使用計算密集型難題(透過雜湊函式)來解決的,以調節供應。

然而這些進步都沒有找到解決已記錄賬本上上節點之間分歧的方法,比特幣解決了這些最終挑戰。比特幣利用數字簽名、區塊鏈資料結構和計算難題在歷史上首次成功建立了去中心化的數字貨幣。

比特幣

中本聰說他(她)在 2007年5月左右開始編寫比特幣,並於2008年5月註冊了www.bitcoin.org網站。2008年10月,他釋出了比特幣白皮書和程式碼。比特幣網路在 2009年初啟動並執行,第一筆交易傳送給Hal Finney。至此賽博朋克社羣開始鼓勵使用比特幣進行點對點交易。

賽博朋克的遠見卓識令人吃驚,他們的所作所為需要勇氣。他們對發明網際網路貨幣的大部分探索都受到了奧地利學派經濟學家的啟發。

1999年諾貝爾經濟學獎得主Milton Friedman說:

“我認為網際網路將成為削弱政府作用的主要力量之一。有一件還沒有但很快就會發展起來的東西,那就是一種可靠的電子現金,這是一種可以在網際網路上將資金從 A 轉移到 B 的方法,而 A 不知道 B 或 B 不知道 A。”

2008年,這一願景開始了走向現實的旅程。中本聰站在巨人的肩膀上創造了去中心化的數字貨幣。

比特幣的作用

比特幣的作用與它為什麼有價值是一個不同的問題。使比特幣有價值的是決定使用它的人的網路。要了解為什麼這些人決定使用它,你需要了解它的工作原理,這可能具有挑戰性,因為比特幣的技術包含了大多數人不熟悉的技術概念。

比特幣協議允許你向世界上的任何人傳送稀缺資金。這個能力聽起來很簡單,但它很強大。立即致電你的銀行,讓他們為你將大量資金匯給另一個國家的人,在接下來的一週裡,你會享受到試圖實現這一目標的“樂趣”,並隨後被政府追蹤。在幾分鐘內透過數字網路轉移大量價值的能力在其他地方是不存在的。

你可能會問,Paypal、Venmo或Cash App怎麼樣?

這些都是受信任的第三方,信任第三方是有代價的。

  • 你必須遵守他們的規則
  • 你必須告訴他們你是誰
  • 你必須相信他們會保護你的資訊保安
  • 你必須讓他們控制你的資產

讓我們在前文最後一句話中加上“無信任”:在幾分鐘內透過無信任數字網路轉移大量價值的能力非常強大。它是不可信的,因為你不必信任第三方。這是可能的,因為它是一個去中心化的網路,沒有第三方中介,因此沒有人可以控制它,下文會詳細解釋。

2020年4月,一筆交易中轉移了11億美元的比特幣,成本為68美分,並且在幾分鐘內完成,這是廉價而有效的。交易者不必遵守任何人的規則,告訴第三方他們是誰,信任任何人的資訊或讓任何人控制它。世界上沒有任何其他支付系統可以在沒有第三方監督的情況下以68美分的成本在如此短的時間內移動鉅額資產。

為了瞭解這是如何實現的,我們需要從技術上進行探討。

單向計算

比特幣在整個協議中以多種方式使用雜湊函式。在最簡單的意義上,它允許我們進行單向計算——如果A*B=C,你只能找到A或 B,如果你知道它們(例如如果你有A和C,你不能將它們分開來找到B )。

在比特幣中,你的公鑰是C,A是你的私鑰,B是所有人都知道的。

1.A=私鑰:你選擇的隨機數。

2.B=這個變數是公開的,每個人都知道,永遠不會改變(在比特幣中,它被稱為secp256k1)。

3.C=公鑰:也被稱為你的比特幣地址(但兩者之間存在細微差別)。

單向計算之所以有效是因為它們取決於一個無法解決的數學問題,即離散對數問題。簡而言之,如果你在一個深不可測的大素數域上使用有限域數學,那麼除法求解實際上是不可能的。許多現代密碼學都依賴於這個無法解決的問題。如果它得到解決,我們的大多數密碼系統都會崩潰。計算機理論上可以變得足夠快,可以透過迭代(例如透過量子計算)來猜測解決方案。然而這是非常不可能的,為了讓你對此有所瞭解,比特幣使用的質數長度為2256位,宇宙中的原子數估計為1080個,一萬億臺計算機每萬億分之一秒執行一萬億次計算,持續一萬億年仍然少於1056次計算。

比特幣地址和數字簽名

雜湊函式和數字簽名是建立比特幣的基礎,它們能夠建立比特幣地址。地址是人們可以傳送和接收比特幣的地方,數字簽名允許你公開,證明你知道解鎖地址的私鑰而不會洩露它。為此比特幣使用橢圓曲線數字簽名演算法(ECDSA),下面是關於這一切如何聯絡在一起的描述。

ECDSA 的工作原理如下:

1.私鑰是作為隨機數生成的,一個好的隨機性來源對安全來說是至關重要的。

2.私鑰乘以比特幣橢圓曲線上的一個標準點,建立一個可以在不洩露私鑰的情況下共享的公鑰。

3.然後對公鑰進行雜湊化以建立比特幣地址。如果你的私鑰使用的隨機性較差,則你的地址可能存在安全問題。

4.ECDSA演算法根據你的私鑰建立數字簽名,使用此簽名和你的比特幣地址,便可以將比特幣傳送給網路上的其他人。

5.當你傳送比特幣時,網路上每個感知到你交易的節點都會用你的地址驗證你的簽名,並檢查你擁有的比特幣是否至少與你嘗試傳送的一樣多。如果你的簽名驗證失敗,或者你擁有的比特幣數量不足,你的交易將從網路中刪除。

交易機制

在比特幣中,每筆交易都有輸入和輸出。當你傳送比特幣時,輸入的是你地址的金額,輸出是你傳送到另一個地址的金額。

假設Kanye West向Mike Tyson傳送一個比特幣:

比特幣存在於地址中,這些地址是任何交易的潛在輸入和輸出。比特幣的參與者維護著一份存在於每個地址的所有比特幣清單,稱為未使用的交易輸出(UTXO)。這個列表是網路參與者參考的內容,以確認Kanye擁有他傳送給Mike的一個比特幣。交易後Kanye的地址減少了1個比特幣,Mike的地址增加了1個比特幣。Mike現在有1個比特幣可以使用,這可以從更新的UTXO列表中得到驗證。

區塊鏈的資料結構

比特幣允許人們建立交易,如果交易透過其他節點的驗證,就會被彙總成區塊。這些區塊連結在一起形成區塊鏈,被用作不可篡改的賬本。

每個區塊都有一個block header,其中包含便於節點之間區塊驗證的資訊。

1.所有交易都形成一棵樹(默克爾樹),然後組合並雜湊,直到剩下一個稱為默克爾根的雜湊。

2.前一個區塊雜湊值是前一個區塊中block header的雜湊值。

3.其餘類別用於挖礦,將在後面討論。

這種資料結構將所有內容連結在一起,使計算機能夠快速驗證比特幣歷史賬本彼此之間是否一致。

因此,所有交易都透過樹狀結構在區塊內連結,而之前的區塊雜湊將所有的區塊連結在一起,形成區塊鏈。下面你可以看到一個block header,包括上面顯示的所有欄位,以及區塊的大小和其中的所有交易。

前一個區塊的任何變化都會立即反映在當前區塊中,因為前一個區塊的雜湊值會發生變化。這種結構的實施是為了迅速讓參與者瞭解他們都是根據相同的比特幣交易歷史來工作的,這基本上是一種防止不良行為者的版本控制方法。

最後,瞭解記憶體池很重要。從交易的建立到其在區塊鏈中的最終記錄之間存在一段時間。在此期間,每個聽說過它的參與者都會在各自的記憶體池中持有一個交易。這就像一個等候室,直到礦工解決了將交易釋出到區塊鏈的計算難題為止。每個網路參與者的記憶體池可能不同。最終找到下一個區塊的礦工的記憶體池是將被插入區塊鏈的記憶體池;任何已傳送但未被該礦工納入的交易將只需要等待被納入在下一個區塊中。

參考文章

1. Mastering Bitcoin, Andreas Antonopolous,

https://github.com/bitcoinbook/bitcoinbook

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