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比特币的永恒之战:与熵斗争 在秩序和混乱的边界崛起

来源:The Bitcoin Times

比特币如何在秩序和混乱之间的边缘繁荣发展呢?本文就带你了解比特币网络为何体现的是生命的永恒战斗,与熵斗争,一场在秩序和混乱边缘的战斗。  

比特币在正常运作,无论你对它有怎样的看法,毫无疑问它实实在在地在运作,在不断发展,存活着。即使全球大多数国家陷入停滞,比特币网络照常每10分钟生产一个区块。

比特币之所以在运作,有许多原因:博弈论、经济激励、密码学、完美的工程设计以及拥有弹性的网络层等。要杀死比特币非常难,击败比特币就像扼杀一个驻留在千千万万爱好者心中的想法。

首先,要在全球范围内关闭互联网非常难;其次,比特币可以超越互联网。任何能传输数据的设备都能用于传输比特币交易。比特币只是一个账本,上面的所有数据只是信息。令人不解的是,比特币网络为何体现的是生命的永恒战斗,与熵斗争,一场在秩序和混乱边缘的战斗。

要理解这场混乱的战斗,以及比特币是如何因为斗争而蓬勃发展的,需要简要讨论一下熵、随机性和信息的概念可以帮助你理解。这些概念具有相关性,它们在比特币的生存斗争中扮演相当重要的角色。

在计算中,熵可以用来度量数据源的随机性。通常来说,在密码学,特别是比特币当中,良好的熵源可以保证安全性。如果个人私钥(也就是种子短语)的熵变混乱,很快你的比特币就会变成我的比特币。熵是一个比较复杂的概念,总的来说,它描述了一个物体的随机性或可压缩性。

· 高熵:随机性

· 低熵:有规律性

或者用Tsachy Weissman的话来说:

· 高熵:不可压缩

· 低熵:可以相当压缩

熵有复杂的公式和许多明确的定义。这一概念在经典热力学、统计热力学、量子统计物理学、有序与无序、生命、天体物理学等领域都有应用。它也是一种度量不可逆性的方法。

在比特币中,可逆性和不可逆性存在一定的概率性。如果有足够数量的人拥有相当多的哈希算力,就能逆转交易。比特币并不是绝对不可逆转,最终结算的交易并不一定是最终的,有一定的概率可以逆转。逆转的可能性可能超出了天文数字(意思是逆转可能性极低),但并不存在最终结算,比特币中也不存在。中本聪共识禁止逆转交易。

“热力学第一定律,又称能量守恒定律,指出能量不能在一个孤立的系统中产生或消灭。第二定律指出,任何孤立系统的熵总是不断增加的,第三定律指出,当温度接近绝对零度时,系统的熵接近一个恒定值。”— Knut Svanholm

在比特币中,熵很重要,因为:

1.秘密信息应该由高熵数据源生成

2.新区块在局部逆转熵,即从混沌中创造秩序

3.比特币的安全模式依赖于混沌的过程

4.验证依赖于确定性过程

5.每个人都可以验证结构化数据

6.没有人能猜出随机数据

上述六条对每个人都是绝对存在的,但真相有细微的差别:由于比特币本质上是有概率性的,因此,理论上,人们可以猜出一个私人密钥,就像理论上,你可以在一毫秒内找到10亿个有效区块。

撇开繁琐的细节,我们从简单谈起。一般来说,如果你有两枚代币,这个系统的熵为2。例如:你可以用两个位元来描述整个系统:00、01、10、11。

2位的熵

同时抛出两枚硬币,你得到的结果要么是反反、反正、正反、正正。如果你投掷的硬币分布均匀,则每种组合的概率是25%。想象一下,如果一个系统可以同时抛出数百枚硬币,那么你就有了一个可以用来生成私钥的系统。

随机性

随机性是密码学的基础。所有秘密通信的基础都是某种形式的信息不对称:知道一些潜在的窃听者不知道的事情。一个绝对保密的秘密就像一个绝对保密的密码:随机生成,即密码来自于一个高熵的数据源。

随机噪声,你能看出这张图片包含了多少信息吗?

如果某个信息被“完全”加密了,窃听者就无法区分开所说的话与随机数据。这就是适当加密的作用:你想要隐藏所说的话,如果可能的话,甚至隐藏某些重要的话。

·“好”随机性:不可压缩/高熵/秘密/安全。

·“坏”随机性:可压缩/低熵/可猜测/不安全。

比特币本身不使用加密,整个账簿的设计公开透明,任何人都可以审计系统。比特币使用的是加密签名和加密散列技术,两者都产生准随机结果。如果你知道密钥,就可以解锁一些代币(使用密钥),添加新区块到区块链(使用你发现的随机数),或者证明自己的身份(通过签署消息,至少证明你控制了一个或多个密钥)。

只有你知道自己的私钥,只有成功的矿工,能找到了下一个区块的随机数。这就是信息不对称,也是比特币的工作原理。

所有的密码系统都是由于信息不对称而生效。费解的是,正确加密的数据要与随机数据并无区别。否则,窃听者可能会辨别出加密的消息,反过来也证明所使用的加密技术不是很完美。

信息

信息到底是什么?人们常说比特币具有热力学的安全性。虽然这是没错,但再深入一点。热力学稳定到底意味着什么?

它意味着,根据目前所知,改变宇宙中的事物需要能量。“改变事物”是指改变宇宙中的任何事物,需要“使用”能量,投入一些工作,来完成改变。

搬一把椅子?你必须要付出一些工作量。种植一棵树?你需要借助太阳光将CO2转化为木材。操控任何持有数据的设备都需要能量。存储结果?无论使用何种介质,你都需要能量来管理(和保护)原子来存储结果。

比特币主要生活在信息领域,就像所有其他信息系统一样,它需要通过物理媒介来存储和处理信息。因此,如果你改变了比特币中的信息,实际上改变了现实世界中的一件事物。无论是固态硬盘、u盘、硬盘驱动器、光存储介质还是其他什么都不重要。

改变事物,即翻转比特,需要能量,这是所有计算的根本难题。这就是电脑如果做了很多“思考”,会发出大量噪音并发热,计算机科学专业的学生必须学习大0表示法(Big O notation),软件公司也特别喜欢提问有关它的问题的原因。把0变成1需要做功,不管工作得有多快,仍然需要消耗一些能量。根据物理学能量守恒定律,翻转位元是功,需要消耗能量。

比特币利用了一点,难以计算的问题与指数级难以计算的问题之间有着天差地别。

回到最初的问题:信息到底是什么?

经过排序的颜色。这张图片包含了多少信息呢?

信息涉及知识与意义,是未知的反面,而数据中信息的反面是随机性。也就说,如果你无法理解某些数据,那么这些数据对你来说就是随机的。

· 机器可读信息:可压缩。

· 无意义信息:不可压缩。

借用π也许能说明这一点:π=3.141592653589793…可以被“压缩”成π,或一个圆的周长与直径。

如果你是一位电脑程序员,不妨这样想:我可以写一个电脑程序来生成我想要传达的信息吗?(这就是我要说的“可压缩”的含义。)

简而言之:机器可读信息和无意义信息、秩序和混沌、信息与随机性有着错综复杂的联系。可以说它们是同一枚硬币的正反两面,两个概念通过熵联系在一起。

信息等于结构,结构得益于冗余。自然界中最古老的结构已通过进化适应生存,这个结构的根源是DNA,双链相互缠绕形成双螺旋。对称且冗余的信息,使DNA得以存活和繁衍的特性嵌入到DNA的进化过程中:DNA的复制机制依赖于这种冗余结构,由于要错误修正,因此需要四个碱基,而不是两个碱基。

相比之下,比特币很简单:一条链,两个比特,没有错误修正(信息被完美地复制)。与DNA一样,比特币得以存活(并蓬勃发展)的特性是嵌入在复制过程中的:一场寻找新区块的混沌竞赛开启,在网络中复制区块,在尽可能多的节点上复制软件(和账本)。当我们谈到比特币时,修正错误就相当于它仍然存活。比特币网络每10分钟心跳一次,进行自我验证。这也是比特币极其强大的原因,它是为了生存而设计的。

在比特币中,高熵信息通常是保密的。顾名思义,保证私钥私有,只能个人可见。你刚刚计算的那个随机数,也就代表你挖出新块时做的工作量,通常保持私密。你不希望对手得知哪些随机数产生无效区块,从而跳过这些随机数计算吧。

左边代表混乱,右边代表秩序。

比特币利用秩序和混乱创造一个在这两个极端之间成长甚至繁荣的系统。它利用了信息不对称和一种巧妙的激励结构,展开了一场寻找比特币秘密的全球竞争。

那么哪些过程有序,哪些混沌呢?比特币如何能够在有序和混沌的边缘成长?且看下文。

在有序与混乱之间徘徊

是什么在推动比特币网络运转?答案可能不止一个。真正推动比特币网络运作的是全球时钟:区块钟,每个区块为一个时间单位。

当前,我们将出块流程称为挖矿,因为每个挖出的有效区块都会生成新的比特币,这些比特币我们称之为“区块奖励”,这是一种引导网络发展的激励机制。

从某种意义上说,比特币“生长”在有序和混沌之间:寻找新区块是一个混沌的过程,其结果是一个非常有序的交易列表:比特币区块链,也称为账本。

从“寻找新区块”的角度来看,仍处于非常早期阶段,只生产了10年,而区块奖励将持续到2140年左右,届时意味我们进入了13%的比特币启动阶段:奖励时代。

中本聪无疑知道比特币是一场漫长的游戏。新区块产出比特币奖励只是比特币游戏的一个阶段。整个比特币有6930000个区块。依据平均10分钟的出块时间,奖励期可达131年之久。

2019年:比特币奖励阶段的早期

总会有那么一天,矿工的收入将主要来自网络收费市场,正如丹•赫尔德(Dan Held)在《比特币的安全性很好》(Bitcoin ' s Security is Fine)一书中精彩论述的那样,在2020年至2140年之间的某个时间点,要么网络收费接管市场,要么比特币消亡,亦或一些博物馆的电脑在不计损失的情况寻找新区块。

2140年后,可能仍然会谈论比特币“挖矿”,即使此时矿工都不会再产出新的比特币了。2100万比特币,约 2,099,999,997,690,000聪,将全部挖出。现有的代币池不再增加新的比特币进入流通。

矿工仍将努力寻找新的区块,但这些新区块将有一段冗长的交易历史。矿工在coinbase交易中奖励自己新的比特币,在100个区块后花费这些比特币,这样的日子一去不复返了。

比特币在5000年后还会存在吗?它最终会取代黄金成为人类事实上的货币吗?无从得知,但重要的信息是很难抹杀掉的。预计比特币将会存活很长一段时间,就像古代经文和宗教典籍一样。它只是传达信息,这些信息会超越印刷媒体的生命周期。

当然,我预计在此之前会发生一些类似于hyperbitcoinization(比特币导致现金停用)的事件。会出现一个循环的比特币经济,比特币银行在全球结算巨额交易。普通公民,或拥有货币主权的人,比特币的基础层将是你我这样的人使用。

了解了比特币的发展阶段、秩序、信息、随机性和熵等概念,让我们来看看比特币的一些概念。从视觉上区分:从混沌(左)到有序(右)。

比特币在秩序和混乱之间发展。

虽然秩序和混乱有一定的框架,但它既不精确,也不普遍适用。比特币的核心是在秩序与混乱之间生存、发展、繁荣。

思考下述概念:

· 私钥:混乱信息,具有极高的随机性。完全保密的秘密信息,最高熵意味最高安全性。如果私钥不是随机派送,安全性就令人质疑了。

· 随机数:混乱信息,具有高随机性。随机数是一个特定的数字。矿工们在不断的竞争中寻找下一个能生产有效区块的随机数。可能有多个随机数符合标准,但整个挖矿过程只寻找一个随机数。

· 新区块(广播前):新发现的区块是经过混乱过程的结果。在广播之前的区块,可以理解为秘密信息。新区块并不确定,多个区块可能同时汇集到区块链的前端。最佳选择是立即向所有人广播新区块,获得奖励。如果你是攻击者,才会阻止区块广播。

· 链端:链端也是经过混乱过程,产生的一个有序状态。链端可能是不确定的,一个版本的链端幸存下来,失败的链端就成了孤块。所有汇聚到链端的信息都可以验证,链端体现的是比特币的当前时间。

· 孤块:孤块属于比特币区块链中一段自然排序的过程。

一些有效的区块通常会被丢弃。如果两个有效的区块几乎同时被发现,就会开展一场概率生死战。时间放长,只有一个区块会胜出,失败的区块成为孤块。

· 未确认交易:是一个有序的结构,更容易验证。未经确认的交易有可能是有效的,也可能是无效交易。通过经济激励的方式,鼓励矿工将有效交易打包进区块。打包区块是一个概率的,市场驱动的过程。无效的交易将被丢弃。

· 被淹埋的区块:指曾经由混乱过程产生的有序结构。重组掩埋区块的可能性呈指数级增加。例如:如果每个区块都有50%的重组概率,那么6个区块重组的概率为1.5%。每个区块的实际概率接近0.31%,6个区块的实际概率接近0.0000000000008875%。

· 已确认交易:有序的结构,很容易验证。不可逆性存在一定概率,取决于区块的高度。一旦一笔交易得到确认,它在区块链中被埋得越深,就越不可能被逆转。

公钥:扩展的公钥(xpub、ypub、zpub)是由随机种子(私钥)生成。

· 出块时间:比特币网络平均每10分钟找到有效的区块。比特币的心跳以区块为单位时,非常具有规律性。虽然以人类的时间来衡量也有规律,但挖矿是一个寻找概率的过程,可能会很快或较晚找到区块。

· 难度调整:虽然难度调整是一个极其有序的过程,但如果哈希算力发生剧烈变化,就可能变得混沌(就像2017年8月,存在争议的bcash硬分叉)。难度调整基于出块时间,出块时间仅在概率上接近人类时间。

· 比特币供应量:比特币自诞生起就规定了比特币总供应量。新比特币的发行嵌入在比特币的共识代码中,几乎不可能改变。

· 整个账本,即深埋的区块(又名比特币区块链):是一个有序、连续、链端上非常明确的结构,人人都能进行验证。

· 账本验证:验证是一个有序、连续的过程。验证的结果是得出每个区块的一个简单布尔值:这个值是否正确,是否有效。每个节点独立达到相同的区块高度,达成中本聪共识。

上述所有机制,都是用“yes”或“no”回答“这是真实发生的事件吗?”这一问题。

整个比特币区块链的作用是,决定what happened when to whom(决定在谁身上发生什么事情)。每个人拥有多少资金?如何来钱?采用怎样的方式,人人都能审计交易,得出一致结果。

总之,比特币利用混乱过程(挖矿、私钥生成)和信息不对称(广泛共享的公共信息、完全私享的秘密信息)来构建一个结构化、有秩序、永久性的记录,每个人都可以审计和验证记录。

这就是比特币,这就是中本聪共识,这就是创新,这也是比特币成为地球上有史以来最完美、最强大货币的原因。

你可以称比特币为开源、无需许可、无边界、中立、抗审查、公开、完整、抗脆弱性等等。

我称它为生命,我们都叫它比特币。

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责任编辑: Wely

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