比特幣底層漏洞：大多數(shù)正義與信道安全 

幾乎所有關(guān)于加密貨幣和區(qū)塊鏈的討論都源于中本聰?shù)陌灼?shū)：《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System （Satoshi Nakamoto）。
2008 年11月1日，一個(gè)密碼學(xué)郵件組收到了satoshi@vistomail.com 郵箱發(fā)出的這份白皮書(shū)，2009年1月3日，中本聰?shù)膫€(gè)人電腦里挖出了50個(gè)比特幣，并在創(chuàng)世區(qū)塊里留下一句永不可修改的話：
 
 “The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks（2009年1月3日，財(cái)政大臣正處于實(shí)施第二輪銀行緊急援助的邊緣）。”
 
當(dāng)時(shí)正是英國(guó)的財(cái)政大臣達(dá)林被迫考慮第二次出手紓解銀行危機(jī)的時(shí)刻，這句話是泰晤士報(bào)當(dāng)天的頭版文章標(biāo)題。區(qū)塊鏈的時(shí)間戳服務(wù)和存在證明，讓***個(gè)區(qū)塊鏈產(chǎn)生的時(shí)間和當(dāng)時(shí)正發(fā)生的事件被**性的保留了下來(lái)。
2009年10月5日出現(xiàn)了***早的交易所匯率：1美元＝1309.03比特幣。十年后比特幣的價(jià)格已經(jīng)超過(guò)8000美元，按照2017年峰值的***高價(jià)20000美元一枚計(jì)算，2100萬(wàn)枚比特幣的市值達(dá)4200億美元，外加各種山寨幣、分叉幣，加密貨幣總規(guī)模已經(jīng)突破萬(wàn)億美元。
比特幣帶給我們**的沖擊是原來(lái)哈耶克的創(chuàng)想可行，技術(shù)可以超越現(xiàn)有政府的框架實(shí)現(xiàn)“非國(guó)家化的貨幣”并開(kāi)始流通。
在幣值飛漲的瘋狂年代，已經(jīng)很少人再去翻看中本聰?shù)陌灼?shū)。僅有九頁(yè)的白皮書(shū)只是一套技術(shù)方案，所有的篇幅都是為了探討一個(gè)“幣”的實(shí)現(xiàn)，超越軟件技術(shù)本身，我們?nèi)ゼ?xì)加審視更本質(zhì)的問(wèn)題：比特幣的“去中心化”是否徹底？是否真正成為了一個(gè)權(quán)力分散且完全自治的系統(tǒng)？白皮書(shū)中是否還有哪些缺陷，是中本聰默認(rèn)忽略又事實(shí)存在的假性前提？

算力壟斷≠51%攻擊

 
目前對(duì)比特幣的信仰建立在全網(wǎng)51%算力難以企及上，然而***近人們?cè)絹?lái)越多開(kāi)始擔(dān)憂，掌握大規(guī)模ASIC礦機(jī)的礦場(chǎng)早已壟斷了51%算力。
《麻省理工科技評(píng)論》在2018年1月18日發(fā)布的***新研究表明，比特幣和以太坊都屬于開(kāi)放區(qū)塊鏈系統(tǒng)，即原則上任何人都可以成為礦工，但因?yàn)檫@樣的架構(gòu)特性，自然形成了相應(yīng)的組織集中挖礦資源。
基于每周一次的統(tǒng)計(jì)，排名前四名的比特幣挖掘活動(dòng)就占整個(gè)系統(tǒng)挖掘活動(dòng)的53%；而以太坊挖掘活動(dòng)的中心化程度甚至更加穩(wěn)固，前3 大礦機(jī)占整體系統(tǒng)每周平均挖掘活動(dòng)高達(dá)61%。算力壟斷是否已經(jīng)動(dòng)搖了比特幣“去中心化”的特性？
答案是否定的。51%攻擊不會(huì)來(lái)自比特幣生態(tài)內(nèi)。
這是因?yàn)榈V場(chǎng)巨頭們雖然集中控制了算力，但他們按照游戲規(guī)則，付出了大量硬件投資和電費(fèi)消耗。如果發(fā)動(dòng)51%攻擊，整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)值就會(huì)崩潰，那么攻擊獲得的比特幣將沒(méi)有任何意義。
51%攻擊必然來(lái)自于體系外。

去中心化=大多數(shù)人正義

 
[白皮書(shū)摘要]：
 
本文提出了一種完全通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)，它使得在線支付能夠直接由一方發(fā)起并支付給另外一方，中間不需要通過(guò)任何的金融機(jī)構(gòu)。雖然數(shù)字簽名（Digital signatures）部分解決了這個(gè)問(wèn)題，但是如果仍然需要第三方的支持才能防止雙重支付（double-spending）的話，那么這種系統(tǒng)也就失去了存在的價(jià)值。
我們?cè)诖颂岢鲆环N解決方案，使現(xiàn)金系統(tǒng)在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的環(huán)境下運(yùn)行，并防止雙重支付問(wèn)題。該網(wǎng)絡(luò)通過(guò)隨機(jī)散列（hashing）對(duì)全部交易加上時(shí)間戳（timestamps），將它們合并入一個(gè)不斷延伸的基于隨機(jī)散列的工作量證明（proof-of-work）的鏈條作為交易記錄，除非重新完成全部的工作量證明，否者已經(jīng)形成的交易記錄將不可更改。
***長(zhǎng)的鏈條不僅將作為被觀察到的事件序列（sequence）的證明，而且被看做是包含CPU**計(jì)算工作量的鏈。只要絕大多數(shù)的CPU計(jì)算能力都沒(méi)有打算合作起來(lái)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行攻擊，那么誠(chéng)實(shí)的節(jié)點(diǎn)將會(huì)生成***長(zhǎng)的、超過(guò)攻擊者的鏈條。這個(gè)系統(tǒng)本身需要的基礎(chǔ)設(shè)施非常少。
信息盡**努力在全網(wǎng)傳播即可，節(jié)點(diǎn)(nodes)可以隨時(shí)離開(kāi)和重新加入網(wǎng)絡(luò)，并將***長(zhǎng)的工作量證明鏈條作為在該節(jié)點(diǎn)離線期間發(fā)生的交易的證明。
 
細(xì)讀比特幣白皮書(shū)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)中本聰?shù)?ldquo;去中心化”背后的潛臺(tái)詞是“大多數(shù)人正義”，共識(shí)機(jī)制是比特幣的核心理念。
用密碼原理和工作量證明(Pow)代替中心化權(quán)威信用。而產(chǎn)生一條新的交易記錄時(shí)永遠(yuǎn)有先后順序，即便是雙花也總有先后順序，同一用戶不可能同時(shí)創(chuàng)造兩筆交易。比特幣首先引入了基于時(shí)間戳的隨機(jī)散列，讓其形成前后相關(guān)的序列，比特幣的交易記錄就是一個(gè)時(shí)間序列的鏈條。這就是為什么稱之為區(qū)塊鏈的原因。
要避免雙花，我們只需要證明其中一條鏈有效即可，并且將其記錄到交易鏈條上，其他的交易就是無(wú)效的了。要證明其中一條是有效又不允許中心化從存在，只有一個(gè)辦法：發(fā)動(dòng)所有人參與這項(xiàng)活動(dòng)，進(jìn)行“多數(shù)人的正義”。
PoW共識(shí)算法正是為了解決誰(shuí)是大多數(shù)的問(wèn)題，“大多數(shù)”的決定表達(dá)為***長(zhǎng)的鏈。新區(qū)塊進(jìn)行節(jié)點(diǎn)廣播，一旦有節(jié)點(diǎn)收到了這個(gè)區(qū)塊的廣播，會(huì)按照“當(dāng)且僅當(dāng)包含在該區(qū)塊中的所有交易都是有效的且之前未存在過(guò)的，其他節(jié)點(diǎn)才認(rèn)同該區(qū)塊的有效性”的規(guī)則進(jìn)行驗(yàn)證。
驗(yàn)證通過(guò)后，這個(gè)節(jié)點(diǎn)就不會(huì)再接受別的節(jié)點(diǎn)的同樣區(qū)塊了。同時(shí)這個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)終止自己正在進(jìn)行的包含同樣交易的區(qū)塊計(jì)算，也就說(shuō)不會(huì)在進(jìn)行無(wú)用功了，節(jié)點(diǎn)在這個(gè)區(qū)塊基礎(chǔ)上啟動(dòng)新的交易區(qū)塊計(jì)算，如此往復(fù)，形成鏈條。
由于網(wǎng)絡(luò)延遲，如果同時(shí)有幾個(gè)節(jié)點(diǎn)互相收到交易區(qū)塊，記錄同樣的鏈條（分叉），該僵局的打破要等到下一個(gè)工作量證明發(fā)現(xiàn)。通過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，總有一條區(qū)塊鏈時(shí)序***長(zhǎng)，作為***終被認(rèn)可的鏈條。比特幣區(qū)塊鏈就是在不停的分叉、拋棄、又分叉、又合并的過(guò)程。
共識(shí)機(jī)制替代中介信任，那么我們探討一下極端情況下可能會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？
2018年某**下午15：30，中國(guó)的海底光纖突然出現(xiàn)故障，國(guó)際出口被阻斷。整個(gè)比特幣網(wǎng)絡(luò)仍舊正常運(yùn)轉(zhuǎn)：國(guó)內(nèi)的礦池、礦場(chǎng)幣照樣挖；國(guó)外的礦場(chǎng)、交易所繼續(xù)正常挖幣和交易。
只是不知不覺(jué)間，中國(guó)的比特幣網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際比特幣網(wǎng)絡(luò)被撕裂為兩個(gè)子網(wǎng)。
在故障期間，中國(guó)境內(nèi)的算力形成一個(gè)鏈，境外的算力形成另外一條鏈。按照共識(shí)機(jī)制，就看哪條鏈的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，而長(zhǎng)度較短的另一鏈會(huì)被淘汰，即這條被淘汰的支鏈上產(chǎn)生的所有交易需要重新核算，同時(shí)記賬獎(jiǎng)勵(lì)將被作廢。
17點(diǎn)40，故障后2個(gè)小時(shí)，光纖故障排除，國(guó)際出口復(fù)通。
由于中國(guó)國(guó)內(nèi)的算力占比高達(dá)70%，國(guó)外鏈毫無(wú)意外會(huì)被淘汰，在故障發(fā)生的兩個(gè)多小時(shí)，境外礦場(chǎng)的算力成果被銷毀了，海外所有的比特幣交易面臨重新核算，整個(gè)比特幣上的商業(yè)活動(dòng)被癱瘓。