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| 本文作者： 敖萌 | 2017-09-05 18:34 |
雷鋒網(wǎng)AI金融評論按：本文作者為中國信息通信研究院（工信部電信研究院）專家敖萌博士，雷鋒網(wǎng)獨家特約文章，雷鋒網(wǎng)與信通院聯(lián)合首發(fā)。未來，敖萌博士原創(chuàng)的區(qū)塊鏈系列文章還將繼續(xù)刊出，雷鋒網(wǎng)與信通院相關(guān)平臺同步更新，敬請關(guān)注！
提到區(qū)塊鏈，大家都會提到“拜占庭將軍問題”這個分布式系統(tǒng)中的著名問題。
拜占庭將軍問題大概講的是：拜占庭N個在不同地方的將軍圍攻一個敵人，忠誠的將軍希望通過某種協(xié)議達成某個命令的一致（比如約定某個時間一起進攻），但其中一些背叛的將軍會通過發(fā)送錯誤的消息阻撓忠誠的將軍達成命令上的一致。如果同時發(fā)起進攻的將軍數(shù)量少于M個，那么不足以殲滅敵人反而容易被敵人全部殲滅。怎樣做才能保證有多于M個將軍在同一時間一起發(fā)起進攻？
拜占庭將軍問題是分布式系統(tǒng)的一個經(jīng)典模型，當分布式系統(tǒng)沒有可靠的中心協(xié)調(diào)所有節(jié)點時，如何確保大多數(shù)節(jié)點的數(shù)據(jù)是一致的？拜占庭將軍模型就是描述的這個問題。一個區(qū)塊鏈系統(tǒng)能夠解決拜占庭將軍問題，那么我們就說這個區(qū)塊鏈系統(tǒng)滿足拜占庭容錯。
需要注意一點：
在拜占庭將軍問題模型中，將軍們被分成了“忠誠的”和“背叛的”兩種。這種分類事實上是以將軍們是否遵守“共識協(xié)議”來區(qū)分的。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，當一個節(jié)點不遵守共識協(xié)議，篡改正確的數(shù)據(jù)等行為，可以被看作是“背叛的”節(jié)點。
作為一個信息系統(tǒng)，從“拜占庭將軍問題”角度（即分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性角度）分析就足夠了。然而我在本系列的第一篇文章中就提到過，區(qū)塊鏈不僅僅是一個信息化的工具，區(qū)塊鏈是深入到業(yè)務(wù)內(nèi)部，能夠?qū)ι虡I(yè)模式起到?jīng)Q定性作用的一種技術(shù)。區(qū)塊鏈技術(shù)不僅僅是一個信息技術(shù)，更是一個“經(jīng)濟技術(shù)”。因此，我們就不能只從信息技術(shù)角度來分析區(qū)塊鏈了。
回到本章的正題，我們怎么從經(jīng)濟學(xué)角度來看區(qū)塊鏈？這個題目太大了，并且我本人不是經(jīng)濟學(xué)專業(yè)的，只能嘗試著從經(jīng)濟學(xué)角度簡單分析一下比特幣區(qū)塊鏈系統(tǒng)。
從經(jīng)濟學(xué)角度來看，僅僅是遵守共識協(xié)議并不能保證一個經(jīng)濟系統(tǒng)的穩(wěn)定性。事實上，“中本聰”在設(shè)計比特幣系統(tǒng)時，已經(jīng)考慮到了很多經(jīng)濟學(xué)方面的問題，因此比特幣系統(tǒng)中對礦工有挖礦獎勵，礦工還可以獲得轉(zhuǎn)賬手續(xù)費，以確保有足夠的算力能夠參與整個比特幣系統(tǒng)的維護。
首先，對于礦工來說，遵守整個比特幣系統(tǒng)技術(shù)協(xié)議，有可能獲得比特幣。不遵守，則直接就會被排除在系統(tǒng)之外，沒有收益。因此，從“拜占庭將軍問題”分類來說，比特幣的礦工都是“忠誠的”，這就能夠使得整個比特幣系統(tǒng)是趨于穩(wěn)定的。
然而在遵守比特幣系統(tǒng)技術(shù)協(xié)議的前提下，其實還有很多種策略可以選擇。這些策略都是在不違背技術(shù)協(xié)議的行動，但是對整個比特幣系統(tǒng)的經(jīng)濟學(xué)運行穩(wěn)定性有影響。比如礦工可以選擇對其他礦工發(fā)起DDOS攻擊，拖慢競爭者的網(wǎng)絡(luò)，以提高自己挖到區(qū)塊的概率等。這種情況可以讓礦工獲得更高的收益，但是一旦所有礦工之間都在相互DDOS攻擊，會造成整個比特幣網(wǎng)絡(luò)不可用，交易無法提交生效，進而導(dǎo)致整個比特幣的價值降低。
還要注意一點，礦工的身份有時候不僅僅是礦工，同時也是比特幣的交易者。在這種情況下，礦工如果發(fā)起“雙花攻擊”，則礦工有可能獲取到大量的利益。
舉例來說，如果一個礦工Alice需要轉(zhuǎn)賬給Bob 1000比特幣，此時Alice在比特幣網(wǎng)絡(luò)上廣播一個Alice轉(zhuǎn)賬給Bob賬戶 1000比特幣的交易，被其他礦工接收到，記入了他們的區(qū)塊中。然而Alice自己則在區(qū)塊中記錄了另一筆交易——Alice轉(zhuǎn)賬給Alice_new賬戶1000比特幣，也就是說，Alice人為制造了一個分叉，在這個分叉點，制造了一筆雙花交易（一筆錢花了兩次）。
之后Alice一直默默的挖礦，直到產(chǎn)生了6個區(qū)塊后再次廣播挖礦結(jié)果。如果Alice能夠掌握全網(wǎng)51%以上的算力，那么這筆雙花交易最終被全網(wǎng)承認的將是Alice轉(zhuǎn)給Alice_new的這筆交易，而轉(zhuǎn)給Bob的將失效。這時如果1比特幣的價格是3000美元，那么Bob有可能損失掉了三百萬美元。這是一筆非常大的數(shù)字。這也就是我們經(jīng)常提到的比特幣中的“51%攻擊”。
由于整個比特幣系統(tǒng)是無中心化的，也就是說，我們沒有辦法記錄Alice這個礦工的信用，因此，即便發(fā)生了51%攻擊，Alice也得不到任何懲罰，相反，Alice還能夠繼續(xù)參與挖礦，并且繼續(xù)制造51%攻擊。當然，如果這種事情頻繁發(fā)生，整個比特幣系統(tǒng)就會變得一文不值，因此，具有超級算力的礦工在發(fā)起51%攻擊時，也需要考慮是否會把整個比特幣系統(tǒng)拖垮。
其實不僅僅是算力超過51%的礦工可以發(fā)起雙花攻擊，如果一個礦工掌握了45%的算力，那么他依然可以發(fā)起雙花攻擊，在我們通常認為6個區(qū)塊可以確認交易成功的概念下，45%算力發(fā)起雙花攻擊的成功率為（0.45/（1-0.45））的6次方——30%，（考慮到他掌握了45%的算力，那么他單獨自己挖自己的分叉，另一個分叉就只有55%的算力了，所以是0.45/（1-0.45））也就是說，如果這個雙花交易的額度是1000比特幣，那么他收益的期望是300比特幣，這種情況下，從博弈論角度來看，礦工發(fā)起雙花攻擊的可能性是極大的。
由于比特幣區(qū)塊鏈系統(tǒng)的設(shè)計中，挖礦難度的變化率是比較慢的，因此，對于算力很高的礦工來說，在準備大幅增加硬件提高算力的同時發(fā)起雙花攻擊，這樣的行為有可能讓礦工獲得很高的收益。當然，這種行為也同樣會導(dǎo)致比特幣的價值受到損害。
綜合上面的分析，我們可以得出結(jié)論：雖然比特幣區(qū)塊鏈系統(tǒng)在技術(shù)設(shè)計上已經(jīng)非常成熟，但是一旦采用經(jīng)濟學(xué)分析，仍然可以發(fā)現(xiàn)無中心化的比特幣系統(tǒng)依然存在很高的經(jīng)濟風(fēng)險，這種風(fēng)險來源于算力的中心化。目前整個比特幣網(wǎng)絡(luò)中，幾個大的礦池已經(jīng)占有了非常高的算力比例，在這種情況下，比特幣系統(tǒng)的價值已經(jīng)很大程度上依賴于這些礦池的道德水平了。不過，上面的所有分析是假設(shè)礦工發(fā)起了大額轉(zhuǎn)賬交易。而目前由于比特幣價格非常高，大額交易是比較罕見的，因此，出現(xiàn)上述風(fēng)險的概率是很低。
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