【连载】比特币史话 | 时间之矢(3)

(亚当·贝克，哈希现金发明者。图片来源于网络)

本篇看点：为什么单纯的区块链数据结构没有时间意义？中本聪又是如何把区块链变成时间链的呢？

前情回顾：

正文：

在上世纪80年代，随着互联网的发展，电子邮件开始兴起。到了90年代，电子邮件得到了广泛的使用，垃圾邮件的问题也日益凸显出来。1992年8月16到20号，在美国加州圣巴巴拉召开了第12届年度国际密码学大会[1]。正是在这次学术会议上，美国哈佛大学计算机科学家辛西娅·德沃克(Cynthia Dwork)和以色列计算机科学家莫妮·纳尔(Moni Naor)提出了一种利用密码学技术对抗垃圾邮件的方法。1997年5月，英国密码学家、密码朋克、企业家亚当·贝克(Adam Back)独立提出了类似的对抗垃圾邮件的方法，并把这种方法叫做“哈希现金”(hashcash)。2002年8月，亚当·贝克又发表了对这一方法的改进，论文标题叫做《哈希现金 - 一种拒绝服务攻击的对抗策略》(Hashcash - A Denial of Serivce Counter-Measure)[2]。[公众号:刘教链]

这种方法的核心思想，就是利用了密码学哈希函数难以被破解的性质，或者说，暴力破解哈希函数需要消耗大量计算时间的特点，反其道而行之，要求每个发信人都必须花费一点点计算时间去破解哈希函数。为了控制时间不要太长，不要求完全破解(也不可能完全破解)，只要求部分破解，也就是解出“最开始有若干个0”(若干位“前导0”)的哈希值即可。收信人收到这样的哈希值和原文，就知道发信者的确是耗费了一点点计算时间的。而对于垃圾邮件发送者，每封邮件都要耗费计算时间，就会大大延缓他发送垃圾邮件的速度，并消耗他的计算资源，甚至使之成为一种不划算的事情。要调节破解难度和计算耗时，只需要调整“前导0”的位数要求即可。位数增加，难度上升，耗时增加；位数减少，难度下降，耗时减少。[公众号:刘教链]

美国计算机安全研究者马库斯·雅各布森(Markus Jakobsson)和阿里·尤尔斯(Ari Juels)在1999年发表了论文《工作量证明和面包布丁协议》(Proofs of work and Bread Pudding Protocols)，首次创造并使用了今天我们所熟知的“工作量证明”(PoW, Proof of Work)一词。而亚当·贝克发明的“哈希现金”，就是一种构造简单、使用方便、难度易于调节的“工作量证明”。工作量证明必须有几个特点：第一是无法伪造，任谁都必须老老实实用笨方法计算出来；第二是生成困难，即证明一方必须付出相当的工作时间，这段工作时间必须足够长，长到具有一定意义，比如可以有效阻止垃圾邮件发送者；第三是验证简单，验证一方可以不费吹灰之力就能检验这个工作证明的真伪。[公众号:刘教链]

在区块链的数据结构中，“哈希指针”所指示的区块顺序，其本质是空间的，而非时间的，也就是说，各区块仍如康德所说，是并存的(co-existent)，而非相继的(successive)。单纯作为一种数据结构的区块链，只有空间意义，而没有时间意义。没有时间意义的区块链，就真的只是区块链，而不是时间链。没有时间意义的区块链，就仍然必须依赖外部时钟同步性，也就仍然需要依赖于外部的中心化控制点。而比特币系统，要消除这种外部依赖，要实现去中心化、并且是无需许可的(permissionless)网络，各节点时钟的自然漂移，以及作弊者、攻击者和恶意节点的故意篡改本地时间的“时间扭曲攻击”，都需要比特币系统具有一个内生的、不可篡改的、全局一致的时间，一条时间链，一个具有时间意义的区块链。[公众号:刘教链]

在2008年比特币白皮书中，中本聪这样写道，“要实现这样一个点到点的分布式时间戳服务，我们需要使用类似于亚当·贝克的哈希现金这样的工作量证明系统”。正是借助于工作量证明，赋予了哈希指针以时间之矢，中本聪才成功地把区块链变成了时间链，实现了比特币系统的点到点形式和去中心化。这一点对于比特币成为可能是如此之关键，以至于亚当·贝克一度被大家怀疑为是中本聪的真身，但是他本人对此予以坚决否认。[公众号:刘教链]

【未完待续】(公众号：刘教链)