为什么说“比特币就是时间”？(二）

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编者按：比特币等虚拟货币诞生以来，就注定是一个混杂的过程。俗话说：人性半神半兽。这句话完美体现了比特币的特点。其去中心化的设计机制，像神一样唤起人们无限的遐想和希望；但在实施的过程中，却夹杂着人类对财富的过多贪婪和欲望。凯恩斯的“动物精神”体现得淋漓尽致。“当你凝视深渊时，深渊也在凝视你。在这篇文章中，作者引用经文并深入分析了比特币的本质，认为计时设备不止一次地改变了文明。正如美国社会哲学家刘易斯·芒福德在 1934 年所指出的那样：“

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去中心化时间

时间让一切都过去了。- 埃斯库罗斯 (525 BC - 456 BC)

时间和顺序是密切相关的。正如 Leslie Lamport（美国著名计算机科学家，以发明分布式关键技术而闻名，2013 年获得图灵奖）在其 1978 年的论文《分布式系统中的时间、时钟和事件排序》中指出的那样。“时间的概念是我们思维方式的基础。它源自更基本的事件发生顺序的概念。如果没有中心协调点，“之前”、“之后”和“同时”的直观概念就会崩溃。用 Lamport 的话来说，“发生在之前”的概念定义了分布式多进程系统中事件的不变偏序。

换一种说法：如果不让任何人负责，时间应该由谁负责？没有中央参考系怎么会有可靠的时钟？

您可能认为解决这个问题很容易，因为每个人都可以使用自己的时钟。这只适用于每个人的时钟都是准确的，更重要的是，每个人都没有作弊。在对抗系统中，依靠个人时钟将是一场灾难。而且，由于相对论的存在，时钟的时间在不同的空间中无法保持一致。

做一个思想实验，想象如果每个人都负责给自己计时比特币应该关注的时间点，你怎么能欺骗系统。你可以假装你现在发送的交易实际上是昨天的，但由于某种原因被延迟了，所以你仍然拥有今天花费的所有钱。由于异步通信存在于每一个去中心化的系统中，这种情况不仅仅是理论上的思想实验。消息确实会延迟，时间戳不准确，并且由于相对论效应和我们宇宙的自然速度限制，如果没有中央权威或观察者，很难分辨事物的顺序。

“谁在那儿？敲门”

- 一个异步笑话

为了更好地说明这个问题的不可能性，让我们看一个具体的例子。想象一下，您和您的业务合作伙伴都可以访问您公司的银行帐户。你在世界各地做生意，你的银行账户在瑞士，你在纽约，你的商业伙伴在悉尼。对您来说，现在是 1 月 3 日，您正在酒店享受一个美丽的周日晚上。对她来说是星期一早上，所以她决定使用您的联名银行账户中的借记卡以 27 美元的价格购买早餐。手续费27元，可用余额615元。当地时间是上午 8 点 21 分。

同时，您将使用与同一银行账户关联的另一张借记卡支付住宿费用。费用为599元。可用余额为615元。当地时间是下午 5 点 21 分。

所以，在同一时刻，你们都刷卡了，发生了什么事？（亲爱的物理学家，请原谅我使用“同一时刻”——我们将暂时忽略相对论效应以及我们的宇宙中没有绝对时间这一事实，我们还将忽略同步事件的概念不会’ t 真的存在。解释比特币已经够复杂了！）。

您的银行的中央分类帐可能会先收到一笔交易，因此你们中的一个会很幸运，而另一个则不那么幸运。如果两笔交易碰巧同时到达，比如在同一毫秒内，银行将不得不决定谁来花钱。

现在，如果没有银行会怎样？谁决定谁是第一个刷卡的人？如果不只是你们两个，而是数百甚至数千人协调呢？如果你不相信那些人怎么办？如果他们中的一些人想作弊怎么办，比如把时钟拨回去，让他们看起来像是几分钟前就花了钱？

需要一个与时间相关的工具来建立规范排序并在没有任何中央协调器的情况下强制执行唯一的历史。

——Giacomo Zucco，发现比特币（2019 年）。

这个问题就是为什么以前所有的数字现金都需要一个集中的注册表。您总是必须信任某人才能正确识别事物的顺序，并且您需要一个中心化的一方来节省时间。

比特币通过重塑时间本身解决了这个问题。它对“秒”说“不”，对“块”说“是”。

与积木保持时间

皇帝平息纷争是岁月的恩惠，

揭穿谎言，让真相浮出水面，

印记岁月，印记过去，

守夜，唤醒黎明，

惩罚恶人，直到他们悔改，

——威廉·莎士比亚，《耻辱的卢克蕾丝》（1594)

所有时钟都依赖于我们可以称之为“滴答”的周期性过程。时钟的“滴答”声本质上与我们现代石英钟和铯钟的分子原子嗡嗡声相同。有些东西在振荡，或者在振荡，我们只计算那些摆动，直到它们加起来一分钟或一秒。

对于大型摆钟，这些摆动很长，很容易看到。对于更小、更专业的时钟，需要特殊的设备。时钟的频率，它跳动的频率取决于它的使用方式。

大多数时钟具有固定频率。毕竟，我们想准确地知道时间。但是，也有一些时钟的频率是可变的。就像节拍器一样，它具有可变频率，您可以在它滴答作响之前设置它。一旦设置了节拍器，它的节奏就会保持不变，而比特币的时间每刻都在变化，因为它的内部机制是概率性的。尽管如此，目的是一样的：让音乐保持活力，这样舞蹈才能继续。

时钟节拍频率

老式时钟 ~0.5 Hz。

节拍器 ~0.67 Hz 至 ~4.67 Hz

石英表 32768 Hz

铯 133 原子钟 9,192,631,770 赫兹

比特币 1 个区块（0.00000192901 Hz* 到 ∞ Hz**）。

* 第一个区块（6 天）

** 块之间的时间戳可能显示为负增量。

比特币是一个时钟的事实是显而易见的。事实上，中本聪指出，整个比特币网络是一个时钟，或者用他的话来说：一个分布式时间戳服务器。

在本文中，我们提出了一种解决双花问题的方法，使用点对点分布式时间戳服务器来生成交易时间顺序的计算证明。

——中本聪（2009）

时间戳是要解决的根本问题，通过研究比特币白皮书末尾的参考资料也可以看出这一点。在总共八个参考文献中，三个是关于时间戳的：

如何给数字文档加时间戳比特币应该关注的时间点，作者 S. Haber，WSStornetta (1991)

提高数字时间戳的效率和可靠性，D. Bayer, S. Haber, WS Stornetta (1992)

H. Massias、XSAvila 和 J.-J 的具有最低信任要求的安全时间戳服务。基司夸特（1999 年 5 月）

正如 Haber 和 Stornetta 在 1991 年所概述的，数字时间戳是关于使用户（或对手）无法追溯或追溯数字文件的计算实际过程。与物理文件相比，数字文件很容易被篡改，并且这种更改不一定会在物理介质本身上留下任何可见的痕迹。在数字领域，伪造和篡改可以是完美的。

由于信息的可塑性，时间戳数字文件是一个复杂的过程。本机解决方案将不起作用。以文本文档为例，不能简单地在文档末尾添加日期。因为每个人，包括你自己，都可以简单地更改未来的日期。您也可以在开头补上日期。

时间是一条因果链

在一种极端情况下，世界可以被视为唯一的联系，而没有其他任何东西。

——蒂姆·伯纳斯-李，织网（1999 年）。

编造日期是一个常见问题，即使在非数字领域也是如此。在绑架圈中称为“报纸认证”的方法是解决任意时间戳问题的通用解决方案。

时间证明

这是有效的，因为报纸很难伪造且易于验证。很难伪造，因为今天报纸的头版提到了昨天的事件，如果这张照片是几周前的照片，绑匪根本无法预测。通过这些事件的代理，这张照片证明了人质在报纸出版当天还活着。

谈到时间，这种方法突出了一个关键概念：因果关系。时间箭头描述了事件的因果关系。没有因果，就没有时间。因果关系也是为什么加密哈希函数在为网络空间中的文件加时间戳时如此重要的原因：它们引入了因果关系。由于实际上不可能在没有文档的情况下创建有效的加密哈希，因此在文档和哈希之间引入了因果关系：有问题的数据首先存在，然后生成哈希。换句话说：没有单向函数的计算不可逆性，网络空间中就没有因果关系。

A先于B

有了这个因果构建块，人们就可以想出创建从 A 到 B 再到 C 的一系列事件的方案，依此类推。从这个意义上说，安全的数字时间戳将我们从以太中一个永恒的地方带入数字历史领域。

因果关系及时修复事件。如果一个事件是由某个先前的事件决定的，又决定了某个后来的事件，那么这个事件就被牢牢地钳制在历史的位置上。

——拜耳、哈伯、斯托内塔（1992）.

不用说，在经济计算方面，因果关系是最重要的。而账本无非是多个合作参与者经济计算的体现，因此因果关系对于每个账本来说都是必不可少的。

我们需要一个参与者就单一历史达成一致的系统 […]。我们提出的解决方案从时间戳服务器开始。

- 中本聪 (2009)

令人着迷的是，使比特币发挥作用的所有难题都已经存在。早在 1991 年，Haber 和 Stornetta 就提出了两种方案，使“很难或不可能生成错误的时间戳”。第一个依赖于受信任的第三方；第二个，更复杂的“分布式信托”计划，没有。作者甚至指出了信任事件因果链的内在问题，以及改写历史所需的条件。用他们的话来说，“唯一可能的欺骗是准备一个足够长的假时间戳链，以耗尽人们所期望的最可疑的挑战者。” 今天的比特币中也存在类似的攻击向量，形式为 51% 攻击（稍后章节会详细介绍）。

一年后，Bayer、Haber 和 Stornetta 在他们之前的工作的基础上，提出使用树而不是简单的链表将事件链接在一起。我们今天所知道的默克尔树只是简单的高效数据结构，可以从多个哈希值中确定性地创建一个哈希值。对于时间戳，这意味着您可以有效地将多个事件捆绑到一个“tick”中。在同一篇论文中，作者提出，1991 年引入的分布式信任模型可以通过重复进行“世界锦标赛”来确定一个“获胜者”，该“获胜者”将在公共场所（例如报纸）广泛发布所产生的哈希值。听起来有点熟？

正如我们将看到的，事实证明，报纸也是思考时间的第二个因素：不可预测性的绝佳方式。

译者：提奎

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