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解读中本聪的论文:什么是比特币?

2017-08-24  silence_33

解读中本聪的论文:什么是比特币?

作者:许明恩 Astro Hsu

以太币矿工,台大电子所硕士。白天在台北市政府服役,同时关注区块链、人工智能及工业4.0。晚上是在木栅出没的生活实验家,以理性的态度规划每个感性的突发奇想。

在本文中,笔者会试着用浅显易懂的说法,解读中本聪在2008年发表的〈Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System〉(比特币:P2P的电子货币系统)这篇比特币论文的原文。

这篇论文到现在已经被引用了1700多次,可以说是一篇旷世巨作等级的论文,值得一读;笔者会按照自己认为比较好懂的方式切入,而不会按照论文的章节顺序来谈。

中本聪 : 风一般的作者

他声称自己是个日本人,不过到目前为止,全世界都还不知道这位谜漾的人到底是谁。

不过,因为比特币的协议和软件都是公开发布,发明者本人也无法控制比特币,所以他是谁(在商业上)其实并不太重要。

拿掉手续费 : 没有中间人

交易手续费的来源,是因为金融机构(后称银行)作为在线交易的中间人,在每笔交易都承担着交易双方的信任风险。当交易纠纷产生时,银行需要负责调解、赔偿;所以,银行往往会要求双方,在交易之前提供与交易本身完全无关的个人信息,来建立信任基础。

而比特币的创新之处,就是将银行这个中间人去除,不需要由银行负责信任风险;改由网络上所有的计算机来帮忙验证,让双方直接进行P2P交易,而不再透过银行。

由于没有银行扮演中间人,自然就没有交易手续费,也就可以让更多日常的小额交易有更多元的应用。

防伪机制

所谓“数字货币”,是相对于实体发行的货币而言。在实体货币的世界,因为都是银货两讫,所以没有上述的信任问题;而且,政府也会透过在实体货币上加上防伪雷射印刷,或是使用特殊材质、油墨来避免货币被伪造。

但数字货币就不一样了。因为数字媒介的特色,就是非常容易复制,所以每次在线交易就得运用密码学的运算,来产生出一串经过加密的乱码,来确保每次交易的安全性。万一乱码被破解,这笔交易就可以被更改、甚至把钱存入别人的账户内,造成同一笔钱被重复花用(double-spending)的问题。

中本聪在比特币的设计上,是以个人数字签名(digital signature)搭配交易时间戳(timestamp server),来证明该次交易的唯一性,同时也解决重复花用的潜在问题

挖矿 : 奖励制度

我们常常听到的“挖矿”这个词,意思就是使用自己的计算机,执行一个密码学的运算程序,以协助将网络上的每一笔比特币事务数据加密。

当一笔比特币交易出现时,网络上正在执行这个运算程序的计算机,就会纷纷开始进行运算;最先算出结果的计算机,会主动在网络上广播自己已经计算完成。结果经过验证无误之后,就可以获得新的比特币和交易费作为犒赏。

这样的协作机制称为区块链(blockchain);由分散在世界各地的计算机,负责在网络上协助运算、验证、及纪录交易。

也就是说,“挖矿”的本质是透过记账和时间戳的方式,避免比特币被一块钱当两块钱花;因此,系统会奖励维护公平交易的计算机。除了交易公平性之外,防止伪造的交易纪录被恶意放入共同记账本内,也是设计比特币的另一项重点。

解读中本聪的论文:什么是比特币?

防止恶意攻击 : 工作量证明

工作量证明(proof-of-work)是用来检验此笔交易是否合法的高效率方式。最简单的比喻,就是用“毕业证书”来理解工作量证明的原理。

学生必须缴注册费、通过考试、并且经过数年的学习,才能获得毕业证书;但是,大学要验证学生是否具备高中程度的学力,只需要让学生出示毕业证书即可。

在比特币上,因为每一笔交易都需要经过计算机运算加密,所以账本上的这些交易,都是需要消耗时间才能注记上去的。要伪造一张纸本的毕业证书,或许还可能可以独立完成;但是要完成一份假的比特币工作量证明,则必须先控制整个网络上过半的计算机,让它们都认证假的交易纪录,才有可能达成。

匿名交易

在传统的在线交易中,银行掌握了交易者、时间、以及金额等重要信息,并且决定了第三方取得交易细节的权限。

而在使用比特币交易时,虽然大众无法得知交易双方是谁,但是交易的时间和金额是公开的;在这一点上,也和股票交易所释出的交易信息相同。

因此,说比特币交易是犯罪者的天堂,是有点夸大了;毕竟在比特币系统上,还是存有交易者的信息和交易发生地点,而且交易的时间、金额是公开的。只是这些信息不掌握在银行手上而已。

理解区块链的第一步

至此为止,笔者已经把中本聪的〈Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System〉这篇论文解读完。比特币是这波区块链应用之中最知名的,把这篇原始论文读完,以了解区块链在不同领域上的应用,会很有帮助。

论文内还有几个面向,因为属于技术细节,所以在此因此跳过;例如如何回收占用的内存空间、以及证明为何比特币系统被攻破机率很低的计算过程等等。如果看完这篇文章之后,您对比特币论文的原著和技术面有兴趣,请下载论文原文(PDF檔)。

比特币的缺点

说完中本聪的论文,总算可以说说比特币的运作现况:现在已经很少人在挖比特币了。

比特币从2009年开始运作到现在,其实出现了不少缺点。例如比特币系统每隔10分钟才更新一次账本,交易速度被嫌太慢;或是部份“矿工”为了提高挖矿效率,而客制出专门挖比特币的硬件,称为ASIC(Application-specific integrated circuit)。

ASIC的挖矿运算能力远比普通计算机强、体积小、而且更省电。拥有ASIC的矿工,因为运算能力比其他计算机强太多,反而破坏了区块链中假设“每台计算机运算能力差不多”的分布式设计,使得攻击者只要攻破少数几个运算能力强大的矿场,就可能制造出假的工作量证明。

所以,其实现在已经没什么散户矿工在浪费电力和运算资源,来跟拥有ASIC的矿场争抢比特币了。

最近,大家都转场去挖以太币(Ethereum)了;因为以太币改善了比特币的缺点,而且应用不再仅限于金融领域的汇款上。笔者会在下一篇文章中,介绍这个目前被全球高度期待未来发展的区块链应用。


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