比特幣和區(qū)塊鏈的學(xué)術(shù)譜系

溫斯頓·邱吉爾說過一句名言，大概意思是：你回首看得越遠(yuǎn)，你向前也會看得越遠(yuǎn)。比特幣印證了這句話：比特幣的非凡和成功之處不在于它處于任何組件研究的前沿，而在于它整合了許多不相關(guān)領(lǐng)域的舊創(chuàng)意。

本文回顧了比特幣和區(qū)塊鏈的學(xué)術(shù)譜系，展示了其組合創(chuàng)新的典范。文章雖然很長，但著墨之處，句句都切中技術(shù)演進(jìn)中的關(guān)鍵點?？v觀全文，如下圖目錄所示，讀者很容易建立比特幣技術(shù)路線的整體圖景。文章分別梳理總賬本，貨幣，礦工的技術(shù)路線，層層遞進(jìn)，闡述這三個不同領(lǐng)域的技術(shù)積累如何匯集于比特幣這一神奇的創(chuàng)意。

值得一提的是，關(guān)于分布式一致性和共識機制，目前主流的分布式技術(shù)，包括各種云計算解決方案，都沒有直面拜占庭故障，那么基于大規(guī)模P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的比特幣是如何解決這些問題呢？以及又是如何激勵節(jié)點參與共識呢？相信本文會給你精彩的答案！

如果你已經(jīng)在媒體上看到過比特幣，并且對密碼學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究有一定的了解，那么你可能會有如下的印象：從David Chaum開始(文獻(xiàn)10,12)，幾十年來很多人對數(shù)字現(xiàn)金(digital cash)的努力研究，最終都沒有獲得商業(yè)上的成功。因為這些工作需要一個集中的銀行服務(wù)器來控制系統(tǒng)，而沒有任何一家銀行愿意為其背書。隨著比特幣的出現(xiàn)，提出了一種不需要銀行的去中心化加密貨幣(cryptocurrency)方案，數(shù)字現(xiàn)金(digital cash)終于大獲成功。比特幣的發(fā)明者，神秘的中本聰，并不是一個學(xué)術(shù)界的人，比特幣與早期的學(xué)術(shù)方案并無相似之處。

*譯注：David Chaum，數(shù)字現(xiàn)金之父，早在1983年，在比特幣出現(xiàn)的25年前，David Chaum發(fā)明了數(shù)字現(xiàn)金(digital cash)。

本文認(rèn)為，幾乎所有比特幣的技術(shù)組件都起源于20世紀(jì)80年代和90年代的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)（見圖1）。 這并不是為了削弱中本聰?shù)某删?，而是指出他站在巨人的肩膀上?事實上，通過追溯比特幣思想的起源，我們可以將中本聰洞察力的真正飛躍歸結(jié)為一個特定的，復(fù)雜的方式——一種組合創(chuàng)新（把底層組件整合在一起）的方式。這有助于解釋為什么比特幣花了這么長時間才被發(fā)明。已經(jīng)熟悉比特幣工作原理的讀者可以從這個歷史回溯中獲得更深入的了解（更多介紹，參考Arvind和Narayanan等人的Bitcoinand Cryptocurrency Technologies(文獻(xiàn)36)。 比特幣的思想文化史也可以作為一個展示學(xué)術(shù)界、外部研究者和從業(yè)者之間合作關(guān)系的研究案例，并且為這些不同的群體之間如何彼此合作獲益提供經(jīng)驗教訓(xùn)。

*譯注：比特幣可謂組合式創(chuàng)新的典范。

1 總賬本(The Ledger)

如果你擁有安全的總賬本，那么將其用于數(shù)字支付系統(tǒng)的過程很簡單。例如，如果Alice通過PayPal給Bob 100美元，則PayPal從Alice的賬戶中扣除100美元，并將100美元存入Bob的賬戶。這大體上和傳統(tǒng)銀行業(yè)務(wù)中發(fā)生的事情差不多，雖然銀行的復(fù)雜業(yè)務(wù)之間并沒有一個共享的總賬本。

總賬本的概念是理解比特幣的起點。它記錄了系統(tǒng)發(fā)生的所有事務(wù)，并且對系統(tǒng)的所有參與者開放，并被他們信賴。比特幣將系統(tǒng)的支付記錄轉(zhuǎn)換為貨幣記錄。在銀行業(yè)務(wù)中，賬戶余額代表可以從銀行取出來的現(xiàn)金，但一個比特幣代表什么？就目前而言，比特幣代表包含固定價值的一次買賣（交易）。

在互聯(lián)網(wǎng)這樣參與者之間可能互不信任的環(huán)境中，怎樣才能如何建立一個總賬本？讓我們從簡單的部分開始：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇。這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須滿足一定的屬性要求——總賬本應(yīng)該是不可變的。更準(zhǔn)確地說，只能增加：可以添加新的交易，但不能刪除、修改或?qū)σ延薪灰字匦屡判?。除此之外，還需要一種方法來獲得總賬本狀態(tài)的密碼摘要。摘要是一個簡短的字符串，可以避免存儲整個總賬本。如果總賬本被篡改，所產(chǎn)生的摘要必然會發(fā)生變化，從而可以檢測到篡改。 需要這些屬性的原因是：與存儲在單個機器上的常規(guī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，總賬本是由相互不信任的一組參與者共同維護(hù)的全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 這與去中心化數(shù)字總賬本(decentralizing digital ledgers, 文獻(xiàn)7,13,21)的方法是不同的，在分布式數(shù)字總賬本中，參與者維護(hù)本地總賬本，并且由用戶查詢這些總賬本來解決沖突。