2．中本聰是如何解決難題的

——無須中介的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易

中本聰解決了自己定義的難題“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金”，在這個(gè)過程中，他“發(fā)明”了區(qū)塊鏈技術(shù)。比特幣系統(tǒng)融合密碼學(xué)、博弈論和軟件工程等三個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)與理論，區(qū)塊鏈技術(shù)是已有技術(shù)巧妙地組合形成的創(chuàng)新。中本聰不是憑空解決“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子現(xiàn)金”這個(gè)難題的，他沿著前人的足跡前進(jìn)，只是他完成了最后一躍。

接下來，我們來具體地看中本聰是如何解決他定義的難題，創(chuàng)造一個(gè)在數(shù)字世界中做價(jià)值表示的事物的。在討論中我們會(huì)特別關(guān)注，他是如何實(shí)現(xiàn)“去中心化”的？

數(shù)字世界中的“貨幣”：三種路徑

在說“貨幣”時(shí)，我們討論的是數(shù)字世界中的價(jià)值表示。在互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)字世界中，人們?cè)O(shè)計(jì)出各種各樣的電子現(xiàn)金或數(shù)字現(xiàn)金方案，在為《區(qū)塊鏈：技術(shù)驅(qū)動(dòng)金融》一書撰寫前言時(shí)，杰里米·克拉克收集了約100種支付系統(tǒng)。他寫道：“在通往比特幣的道路上，布滿了無數(shù)失敗的嘗試。”在所列的各種系統(tǒng)中，他認(rèn)為大眾所知道的只有PayPal。當(dāng)然，在移動(dòng)支付超前發(fā)展的中國，我們都很熟悉支付寶與微信支付。

一直以來，數(shù)字世界中的“貨幣”有三種路徑：中心化的在線支付、中心化的計(jì)算機(jī)點(diǎn)數(shù)或互聯(lián)網(wǎng)積分、去中心化的電子現(xiàn)金（見圖1-7）。

我們常用的PayPal、支付寶、微信支付都是中心化的在線支付，在這些支付系統(tǒng)中流轉(zhuǎn)的是映射到數(shù)字世界的各國的法定貨幣（也稱法幣）。

中心化的互聯(lián)網(wǎng)積分/計(jì)算機(jī)點(diǎn)數(shù)是指Q幣、游戲幣、航空里程等，它們還曾有一個(gè)更為大眾所熟知的名字——虛擬貨幣。通常，它們不與物理世界的法幣對(duì)應(yīng)，而是由商業(yè)公司中心化發(fā)行，僅可以在一家公司的體系中使用。

第三條路徑是計(jì)算機(jī)密碼學(xué)家探索多年的去中心化的電子現(xiàn)金。沿著前人的探索路徑，中本聰最終將這條路徑變成了現(xiàn)實(shí)。中本聰設(shè)計(jì)和開發(fā)了比特幣系統(tǒng)，并催生了眾多加密數(shù)字貨幣和區(qū)塊鏈技術(shù)項(xiàng)目。

下面來分別看看這三條路徑。三條路徑與物理世界中的現(xiàn)金的對(duì)比如圖1-8所示。

第一條路徑：PayPal、支付寶、微信支付

現(xiàn)在，被互聯(lián)網(wǎng)用戶廣泛使用的主流支付系統(tǒng)是PayPal、支付寶，以及后來出現(xiàn)的移動(dòng)支付Square、微信支付等。這些第三方在線支付系統(tǒng)依賴于物理世界中的貨幣系統(tǒng)與金融體系，它們?cè)跀?shù)字世界中為用戶提供支付、轉(zhuǎn)賬等服務(wù)。在使用它們時(shí)，我們所用的錢是物理世界中的法幣，如美元、人民幣、歐元、日元等，錢從銀行賬戶中被映射到網(wǎng)絡(luò)支付賬戶中。

過去，信用卡、儲(chǔ)蓄卡等塑料卡片實(shí)現(xiàn)了紙幣現(xiàn)金的數(shù)字化，把紙幣現(xiàn)金變成了卡片賬戶中的數(shù)字現(xiàn)金。現(xiàn)在，在線支付系統(tǒng)將信用卡和儲(chǔ)蓄卡的功能轉(zhuǎn)移到互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字世界中來了。

在這些系統(tǒng)中流轉(zhuǎn)的都是與法幣一一對(duì)應(yīng)的電子現(xiàn)金，變化的僅僅是“賬戶”，而非“貨幣”。這些系統(tǒng)所起的作用是，在賬戶和貨幣上連接物理世界與數(shù)字世界。

這些系統(tǒng)都是中心化的。它們背后所依賴的傳統(tǒng)金融系統(tǒng)是中心化的，法幣是由各國央行發(fā)行的。它們自身是完全中心化的，由單一機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)支付系統(tǒng)。它們?cè)诮灰字袚?dān)任中心化的中介角色，進(jìn)行賬戶的記賬，是用戶間數(shù)字現(xiàn)金流通的中心。當(dāng)兩個(gè)用戶進(jìn)行轉(zhuǎn)賬時(shí)，在線支付系統(tǒng)在中間擔(dān)任可信第三方的中介角色。這就是為什么稱之為“中心化的電子現(xiàn)金”。

第二條路徑：Q幣、游戲幣等互聯(lián)網(wǎng)積分或計(jì)算機(jī)點(diǎn)數(shù)

在互聯(lián)網(wǎng)上，除了在線支付系統(tǒng)之外，還有一種過去常被稱為“虛擬貨幣”的貨幣現(xiàn)象。

比如，用戶可以用人民幣購買騰訊公司的Q幣，騰訊自稱它是“統(tǒng)計(jì)代碼”。Q幣可以在騰訊的產(chǎn)品如QQ即時(shí)通信工具、網(wǎng)絡(luò)游戲、音樂文學(xué)等中使用，兌換各種在線服務(wù)。

又比如，在游戲中，用戶可以付錢購買道具，也可以通過戰(zhàn)斗贏取游戲幣。這些道具和游戲幣的形態(tài)與價(jià)值各不相同，在一個(gè)游戲中都很難確定價(jià)格、進(jìn)行兌換，在多個(gè)游戲之間幾乎不可互換。當(dāng)然，游戲玩家還是可以找到辦法進(jìn)行交換，在一定條件下甚至還可以將它們變現(xiàn)換回法幣，例如，曾流行的“游戲打金”就是指有些玩家專門在游戲中獲得金幣，然后賣出獲得現(xiàn)金收入。

正如騰訊用“統(tǒng)計(jì)代碼”的說法所表明的，Q幣等是中心化機(jī)構(gòu)（通常是一家公司）發(fā)行與管理的互聯(lián)網(wǎng)積分或計(jì)算機(jī)點(diǎn)數(shù)。它們是中心化的，其發(fā)行和交易都是中心化的。

一般來說，在不需要用戶付費(fèi)購買時(shí)，它們常被稱為“積分”，在需要用戶付費(fèi)購買時(shí)，它們常被稱為“點(diǎn)數(shù)”。但近年來出現(xiàn)了很有意思的混合產(chǎn)物。在打車軟件中，用戶可以存入現(xiàn)金，如存100元得150元；也可以介紹其他人成為打車軟件的用戶從而獲得獎(jiǎng)勵(lì)，如介紹一個(gè)新用戶雙方各獲得50元余額。在這種情況下，在打車軟件錢包中的余額就變成了一定程度上的點(diǎn)數(shù)與積分的混合物。在打車軟件錢包中的余額一般是不能提現(xiàn)的，也不能在用戶之間直接轉(zhuǎn)賬，至多只能幫其他用戶代付車費(fèi)。

我們還可以進(jìn)一步對(duì)比在線支付系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)點(diǎn)數(shù)。

一個(gè)視角是，它們是否映射物理世界中的貨幣。在線支付系統(tǒng)是映射物理世界中的貨幣的，電子現(xiàn)金價(jià)值就是貨幣的價(jià)值。而對(duì)于游戲迷來說，游戲幣、游戲道具通常是不映射物理世界中的貨幣的。對(duì)游戲迷而言，游戲道具既有價(jià)值也有價(jià)格；對(duì)其他人而言，游戲道具可能毫無價(jià)值。在線支付系統(tǒng)與法幣無縫連接，而這些互聯(lián)網(wǎng)積分/計(jì)算機(jī)點(diǎn)數(shù)系統(tǒng)只與現(xiàn)實(shí)世界中的貨幣系統(tǒng)有很少的連接點(diǎn)，并且由于法律、商業(yè)等方面的原因，一般沒有暢通的渠道將它們兌換回法幣。

另一個(gè)是視角是“電子現(xiàn)金”或“點(diǎn)數(shù)/積分”是如何發(fā)行的？與在線支付系統(tǒng)不同，點(diǎn)數(shù)/積分是由一家公司自行發(fā)行的，用戶付費(fèi)獲得點(diǎn)數(shù)，可被認(rèn)為是向這家公司購買一種數(shù)字商品，用戶稍后可用這些點(diǎn)數(shù)兌換成該公司體系內(nèi)的虛擬商品或服務(wù)。

直到最近，與現(xiàn)實(shí)世界相連的在線支付系統(tǒng)和不與現(xiàn)實(shí)世界相連的互聯(lián)網(wǎng)積分/計(jì)算機(jī)點(diǎn)數(shù)都是互聯(lián)網(wǎng)中的主流。變化始于比特幣的出現(xiàn)。

第三條路徑：去中心化的電子現(xiàn)金

在這兩個(gè)主流之外，一直還有著另外一種探索：能不能創(chuàng)造一種完全去中心化的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子現(xiàn)金？其中最終極的設(shè)想是，在數(shù)字世界中，貨幣的發(fā)行和交易都不需要中心化機(jī)構(gòu)介入，是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行的：在發(fā)行時(shí)，無須類似各國央行的中心化機(jī)構(gòu)；兩個(gè)人在相互轉(zhuǎn)移電子現(xiàn)金時(shí)，也無須中心化機(jī)構(gòu)的參與。

按前面的對(duì)比表格，這種理想化的去中心化的電子現(xiàn)金幾乎在每個(gè)方面都試圖進(jìn)行突破：不映射線下的貨幣，而在數(shù)字世界中自行發(fā)行；發(fā)行去中心化，不需要一個(gè)類似中央銀行的角色；像物理世界中的現(xiàn)金交易一樣，交易無須中介介入。

這個(gè)問題很難，因?yàn)樗囊笈c數(shù)字世界中的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的能力相悖。其中重要的一點(diǎn)是，在物理世界中，表示價(jià)值的現(xiàn)金紙幣是不能復(fù)制的。但在數(shù)字世界中，數(shù)字化文檔是可以復(fù)制的，每一個(gè)復(fù)制出來的文檔都一模一樣。因而過去在數(shù)字世界中，要用數(shù)字文件表示價(jià)值（比如表示一筆電子現(xiàn)金），我們需要一個(gè)中心化機(jī)構(gòu)來確保數(shù)字文件是唯一的。假設(shè)這筆電子現(xiàn)金現(xiàn)在屬于我，當(dāng)我把它轉(zhuǎn)給你時(shí)，我們需要一個(gè)中介來協(xié)助記錄所有權(quán)的變更，我不能直接把數(shù)字文件復(fù)制給你。

計(jì)算機(jī)密碼學(xué)家們探索的是，在無須中心化介入的情況下，如何通過密碼學(xué)的方法，用可復(fù)制的數(shù)字文件來代表價(jià)值。

這是一個(gè)漫長的探索過程，其開端甚至比互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化都還早，最早可追溯到20世紀(jì)80年代。總的來說，由于這種探索是基于加密技術(shù)的，因此各種去中心化數(shù)字現(xiàn)金也被稱為加密數(shù)字貨幣（crypto-currency），其中crypto是密碼學(xué)（cryptography）的詞根。

最終在2008年，匿名的中本聰在密碼朋克的郵件列表中發(fā)布了比特幣的設(shè)計(jì)。他發(fā)明的比特幣系統(tǒng)幾乎集合了第三類探索的所有智慧結(jié)晶，他又加入了新的創(chuàng)新，最終在電子現(xiàn)金的發(fā)行和交易上都實(shí)現(xiàn)了去中心化。

正如我們所知，中本聰不只是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了這個(gè)最理想化的去中心化電子現(xiàn)金，他還“發(fā)明”了區(qū)塊鏈技術(shù)。區(qū)塊鏈的價(jià)值表示和價(jià)值轉(zhuǎn)移功能讓它可能成為新一代互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)。

比特幣實(shí)現(xiàn)了極致的“去中心化”

對(duì)照前文圖表，與現(xiàn)有中心化的電子現(xiàn)金系統(tǒng)（在線支付系統(tǒng)）相比，比特幣是與之完全相反的：在線支付系統(tǒng)的貨幣發(fā)行是中心化的，比特幣的發(fā)行是去中心化的；在線支付系統(tǒng)的貨幣流動(dòng)是中心化的，比特幣的交易是去中心化的；在線支付系統(tǒng)映射物理世界中的貨幣，比特幣不映射任何現(xiàn)有的貨幣；在線支付系統(tǒng)自己不進(jìn)行貨幣的發(fā)行，比特幣是在數(shù)字世界中憑空發(fā)行出來的。

在去中心化的程度上，比特幣系統(tǒng)達(dá)到了極致。去中心化的初級(jí)階段是自動(dòng)化（automatic），即根據(jù)人設(shè)定的規(guī)則自動(dòng)運(yùn)行，而去中心化的高級(jí)階段是自治（autonomous），也就是完全自治、自發(fā)。而比特幣系統(tǒng)作為一個(gè)電子現(xiàn)金系統(tǒng)，達(dá)到了極致的去中心化狀態(tài)（見圖1-9）：

● 作為一個(gè)貨幣應(yīng)用，它不只交易是自治的，它的發(fā)行也是自治的。

● 作為一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它是完全去中心化的，而不僅僅是分布式網(wǎng)絡(luò)。

● 作為一個(gè)組織，它是完全的社群自治，不需要有一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者居中協(xié)調(diào)。

去中心化處于區(qū)塊鏈的思維模式的最內(nèi)核，而比特幣實(shí)現(xiàn)了極致的去中心化。

不過，之后在發(fā)展區(qū)塊鏈技術(shù)和將之應(yīng)用的過程中，我們又不得不從最極致的理想狀態(tài)往實(shí)用方向調(diào)整：

● 比如，現(xiàn)在多數(shù)區(qū)塊鏈項(xiàng)目都是由基金會(huì)管理的。以太坊是由創(chuàng)始人維塔利克·布特林和以太坊基金會(huì)居中協(xié)調(diào)的，而不像比特幣社區(qū)那樣是完全自治的。

● 比如，常在金融系統(tǒng)中使用的聯(lián)盟鏈，以及部分節(jié)點(diǎn)數(shù)量不多的基礎(chǔ)公鏈，如小蟻（NEO）、EOS，更應(yīng)被視為分布式網(wǎng)絡(luò)，沒有實(shí)現(xiàn)完全的去中心網(wǎng)絡(luò)。

● 比如，通過以太坊發(fā)行基于ERC20標(biāo)準(zhǔn)的通證，通證的發(fā)行規(guī)則是由項(xiàng)目方確定的，在運(yùn)行過程中會(huì)酌情更改規(guī)則。它們的發(fā)行不是自動(dòng)的或自治的。

● 比如，常被視為區(qū)塊鏈3.0代表的EOS在智能合約部分引入了李嘉圖合約和社區(qū)仲裁機(jī)制，也即交易部分不再是完全交給機(jī)器自動(dòng)執(zhí)行，在需要時(shí)人可以參與和干涉。

我們反復(fù)討論比特幣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是因?yàn)樗缫呀?jīng)把最極致的情況展現(xiàn)在所有人面前。而在將區(qū)塊鏈技術(shù)落地應(yīng)用的過程中，從最極致的去中心化往實(shí)用主義方向調(diào)整并不是倒退，而是事物發(fā)展的必然過程。

解析比特幣白皮書摘要：比特幣的設(shè)計(jì)

那么，比特幣系統(tǒng)具體是如何實(shí)現(xiàn)極致的去中心化的呢？

在比特幣白皮書《比特幣：一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子現(xiàn)金系統(tǒng)》中，中本聰詳細(xì)地解釋了他是如何設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)的。在其中，他確立了此后所有區(qū)塊鏈系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)原則。

接下來，我們對(duì)照閱讀與討論這篇論文中英文摘要：

A purely peer-to-peer version of electronic cash would allow online payments to be sent directly from one party to another without going through a financial institution.

一個(gè)真正的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子現(xiàn)金應(yīng)該允許從發(fā)起方直接在線支付給對(duì)方，而不需要通過第三方的金融機(jī)構(gòu)。

Digital signatures provide part of the solution, but the main benefits are lost if a trusted third party is still required to prevent double-spending.

現(xiàn)有的數(shù)字簽名技術(shù)雖然提供了部分解決方案，但如果還需要經(jīng)過一個(gè)可信的第三方機(jī)構(gòu)來防止（電子現(xiàn)金的）“雙重支付”，那就喪失了（電子現(xiàn)金帶來的）主要好處。

We propose a solution to the double-spending problem using a peer-to-peer network.

針對(duì)電子現(xiàn)金會(huì)出現(xiàn)的“雙重支付”問題，我們用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了一個(gè)解決方案。

The network timestamps transactions by hashing them into an ongoing chain of hash-based proof-of-work, forming a record that cannot be changed without redoing the proof-of-work.

該網(wǎng)絡(luò)給交易記錄打上時(shí)間戳（timestamp），對(duì)交易記錄進(jìn)行哈希散列處理后，將之并入一個(gè)不斷增長的鏈條中，這個(gè)鏈條由哈希散列過的工作量證明（hash-based proof-of-work）組成，如果不重做工作量證明，以此形成的記錄無法被改變。

The longest chain not only serves as proof of the sequence of events witnessed, but proof that it came from the largest pool of CPU power. As long as a majority of CPU power is controlled by nodes that are not cooperating to attack the network, they'll generate the longest chain and outpace attackers.

最長的鏈條不僅僅是作為被觀察到的事件序列的證明，并且證明它是由最大的CPU處理能力池產(chǎn)生的。只要掌控多數(shù)CPU處理能力的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)不（與攻擊者）聯(lián)合起來攻擊網(wǎng)絡(luò)本身，它們將生成最長的鏈條，把攻擊者甩在后面。

The network itself requires minimal structure. Messages are broadcast on a best effort basis, and nodes can leave and rejoin the network at will, accepting the longest proof-of-work chain as proof of what happened while they were gone.

這個(gè)網(wǎng)絡(luò)本身僅需要最簡單的結(jié)構(gòu)。信息盡最大努力在全網(wǎng)廣播即可。節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)離開和重新加入網(wǎng)絡(luò)，只需（在重新加入時(shí)）將最長的工作量證明鏈條作為在該節(jié)點(diǎn)離線期間發(fā)生的交易的證明即可。

威廉·穆賈雅在《商業(yè)區(qū)塊鏈》一書中對(duì)比特幣白皮書摘要進(jìn)行了分析，他總結(jié)了四個(gè)要點(diǎn)：①點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子交易；②不需要金融機(jī)構(gòu)；③加密證據(jù)而不是中心化的信用；④信用存在于網(wǎng)絡(luò)，而不是某個(gè)中心機(jī)構(gòu)。而從這個(gè)摘要中，我們提煉出了比特幣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的五個(gè)要點(diǎn)（見圖1-10）：比特幣的區(qū)塊鏈系統(tǒng)是由分布式賬本（即狹義的區(qū)塊鏈）和去中心網(wǎng)絡(luò)（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)）組成的，形成鏈條的方式是工作量證明共識(shí)機(jī)制。最長鏈?zhǔn)怯删W(wǎng)絡(luò)中的算力共同決定的，因而它是可信的，節(jié)點(diǎn)離開和加入依據(jù)的是最長鏈?zhǔn)强尚诺倪@一原則。這些組合起來形成了比特幣系統(tǒng)。

1．去中心化的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子現(xiàn)金系統(tǒng)

比特幣要做的是一個(gè)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)”，發(fā)送方和接收方直接交易，它們之間不需要中介機(jī)構(gòu)的介入。

要去掉可信第三方等中介機(jī)構(gòu)，就需要解決“雙花問題”。在摘要中，中本聰給出了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的解決方案，并介紹了這個(gè)方案的核心——區(qū)塊鏈。他并沒有提到區(qū)塊鏈（blockchain）這個(gè)詞，但在論文中分別提到了區(qū)塊（block）和鏈（chain）這兩個(gè)概念。

2．分布式賬本

比特幣的區(qū)塊鏈?zhǔn)腔诠ぷ髁孔C明形成的帶時(shí)間戳、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊和由哈希指針連接成的鏈條。

這個(gè)鏈條或者說賬本以分布式的方式存儲(chǔ)在比特幣網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，因而也被稱為分布式賬本。

3．工作量證明

比特幣網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)按照規(guī)則進(jìn)行加密哈希計(jì)算，以競爭獲得生成新區(qū)塊的權(quán)利。節(jié)點(diǎn)在競爭獲勝后就獲得記賬權(quán)，它生成區(qū)塊成為最新區(qū)塊后，就獲得與新區(qū)塊對(duì)應(yīng)的挖礦獎(jiǎng)勵(lì)。

工作量證明也是區(qū)塊鏈賬本的安全機(jī)制。如果不重做“工作量證明”所需的大量計(jì)算則此鏈條不可修改，這一共識(shí)機(jī)制保證了區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)的可靠性。

4．最長鏈原則

在任何時(shí)刻，最長的鏈條是所有人都接受的最終記錄。

由于最長鏈?zhǔn)怯删W(wǎng)絡(luò)中的主要算力完成的，因而只要它們不都與攻擊者合作，那么它們生成的最長鏈就是可信的。這個(gè)原則被稱為“最長鏈原則”。

5．去中心網(wǎng)絡(luò)

比特幣的去中心網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)非常簡潔，本身需要的基礎(chǔ)設(shè)施很少。它可以在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)離開或加入這個(gè)去中心網(wǎng)絡(luò)，在加入時(shí)它們只需遵守最長鏈原則即可。