通过加密经济学原理来介绍区块链-第1部分:比特币

原文作者:Zubin Singh Koticha

原文链接:https://blockchainatberkeley.blog/introduction-to-blockchain-through-cryptoeconomics-part-1-bitcoin-369f245067f9

译者:Zach展

知乎:辣条展(辣条是一只很可爱的美短~)

Zubin Singh Koticha是伯克利地区区块链研究与开发部的主管。他管理着密码经济学的研究团队。他的团队与Dawn Song教授共同进行研究,并且正在与NEO等组织合作完成项目。他的团队凭借着他们的研究入围了Ethereal Hackathon峰会和世界加密经济学论坛。

注:这是研究在不同区块链协议和新兴研究问题背后的隐含加密经济激励系统的第一部分。

第1部分:将比特币作为经济学实验

比特币(BTC)的到来为密码学,博弈论,分布式系统和微观经济学领域注入了很多激烈的问题。虽然比特币经常被吹捧为一项重大的技术突破,但其实比特币所使用的任何一项核心技术本身并不是由比特币的匿名创造者Satoshi Nakamoto发明的(例如加密技术或工作证明的概念)。大多数技术在纳入比特币协议之前已经存在了几十年的时间。

相反的,比特币的辉煌源于其经济上的原理。因为它可以联结不同的参与者。这些参与者具有以下特点:

  1. 他们之间互不信任。
  2. 所有人都有相互窃取的动机。
  3. 其中某些人希望对系统产生破坏。

它将这些互相敌对的人的动机整合起来,以便他们能够共同创造一个整体的,有效的,不断增长的,坚不可摧的,并且对所有人都保持开放和透明的账本。创建这样一个系统从根本上就是非常困难的,因此直到2009年,它的问题才得以解决。

作为一个不属于任何政府的货币体系,比特币在博弈论和经济学方面的试验已经取得了巨大的成功。因此,尽管比特币协议通常是从技术角度上解释的,但在本系列中,我将说明它在各个层面上存在的动机,以允许其各个构成方与内聚力和安全性进行交互。这项保护区块链系统激励措施的研究被称为加密经济学

第2部分:交易和产生的费用

在货币体系中,我们必须通过数据库来记录账户余额和交易(其中的清单被称为分类账)。由于我们不希望我们的货币以及我们的数据库由单独的一方拥有和控制,构成这个数据库的计算机必须以分布的模式进行分配和管理。因此,我们利用分布式账本这项技术。我们可以设想一下许多计算机,被多方管理和拥有,都试图在同一个分类帐上达成共识(为了使所有参与者拥有相同的帐户余额等)。

中心化,去中心化以及分布式网络

如上图所示,去中心化和分布式都指的是分布式网络。

货币系统最重要的用途就是交易。密码学(计算机科学的分支)的进步能够确保了只有拥有资金的那些人人才能交易它们,并且只有先前指定的收款方才能收到它们,同时,还保证了付款方和收款方的匿名状态。这是通过加密密钥,一个公开的(例如用户名)和一个私密的(例如密码)来完成的,而且这并不会与真实世界的所有者相关联。这些被称为非对称密钥加密技术的安全技术非常强大,这种技术不会被破解,并且它是现代互联网的安全支撑架构。

正因为比特币以及其相关的货币使用了密码学的技术所以它们才会被成为加密货币。

目前我们所讨论的这个系统包含着一系列分布式计算机以及一个持续同步的共享数据库。交易者们可以安全的付款或收款。这些分布式计算机必须主动监听那些随时有可能建立有效交易的帐户的信息,以便不会错过任何汇款操作。

我们遇到的第一个博弈理论问题是一个不对称成本的问题; 交易对于交易者而言是微不足道的,并且是无成本的,但对于网络而言却是昂贵的。每笔交易对网络都有很大的影响,因为它必须传递给每一台在跟踪网络里的计算机(你可以假设一下在比特币系统中有很多这样的计算机,我们称这些计算机为“节点”)。

第3节:来自交易者的DoS攻击

如前文所述,交易很容易产生; 如果攻击者拥有1 BTC(比特币),那么他可以创建10,000,000个交易,每个交易发送.0000001 BTC。最好的情况是,这10,000,000笔交易只会让其他人的网络变慢,最坏的情况是,它完全停滞并崩溃。这被称为拒绝服务(DoS)攻击。

糟糕的是,鉴于我们想保持匿名状态,所以我们不知道发件人或收件人的身份; 付款方很可能会将所有这些交易从他们的一个帐户转移到他们的另一个帐户(这被称为Sybil攻击)。

为了让交易者适当地补偿他们使用网络所产生的成本,我们引入了交易费用。这些费用由交易发送者指定。这使得交易者需要花费昂贵的成本来向区块链引入数量巨大的交易。

第4节:积木(双关语)

如今,鉴于这个系统没有数据库的控制者,那么谁应该负责数据库的维护?谁负责合并新的交易并将其发布到区块链当中?

那些我们称之为矿工的人会更新网络,并且每次维护时我们会给他们支付BTC。首先,他们收到来自发款人的手续费。其次,所有连接到区块链的节点都认为协议应该制作新的比特币并将其发送给挖掘新区块的矿工。这些新的BTC会在“coinbase”交易中支付给矿工,这就是BTC货币如何增加供给的。因此,矿工们因为他们所从事的工作而得到报酬。

矿工们在网络上“监听”交易信息,他们将这些交易收集到我们所说的区块中。矿工选择将支付最高交易费用的交易放入每个区块,并将这个区块“链接”到前一组交易区块当中(因此我们将其称为区块链)。

来自Satoshi Nakamoto的比特币白皮书中的区块链图

矿工选择将哪些交易包含在Merkle Root中(例如,参见图中的“Tx3”)。支付最高费用的交易者更有可能被纳入到该区块中。

第5节:由矿工进行的DoS

然而,我们刚刚所说的理论恰好是矿工们合理发起DoS攻击的不利诱因。为了最大化他们的收益,矿工们将向网络发布无限数量的区块(如空区块)以获得收益。即使我们禁止区块链包含空白区块,矿工也可以通过虚拟Sybil交易将无限数量的区块加载到自己的账户中。由于交易费用将由他们自己支付,因此他们不会承担进行此类攻击的费用。

矿工们只能在他们的区块中包含一定数量的交易,因此他们只会包括那些具有足够高交易费用的区块。因此,这激励了交易者为其交易支付合理的价格。因为较高的交易费用增加了交易将被纳入下一个区块的可能性。从长远来看,当平均交易费用(交易的边际成本)和网络成本(存储器,CPU周期,电力,网络使用)相等的时候,整个系统达到平衡(有趣的是,我们已经为计算时间创建了第一个去中心化的自由市场)。这也会鼓励矿工去纳入那些完整的区块。

如前文所述,我们必须抑制矿工滥用网络资源,使他们进行DoS攻击变得困难。但我们如何能够使矿工在更新网络的同时,也阻止他们过于频繁地更新网络(散发垃圾邮件)呢?这样又出现了像以前一样的不对称现象; 矿工会在系统上增加成本,因为他们的新区块必须复制到每个节点上,但是他们却在交易中施加很少的成本。所以,如何解决这种不对称问题以便激励矿主们将其加入区块链而不是散播垃圾邮件便是关键所在。

第6部分:解决成本问题的不对称性

目前,我们已经提出了4种解决方案(其中包括):

  1. 只雇佣受信任的矿工(网络判定不会进行破坏活动的矿工)。这是Ripple和Stellar所遵循的模型。
  2. 使纳入新的区块变得更加复杂并提高其纳入成本。这也是工作量证明(Proof of Work)的观点,这种方法目前被比特币和其他大多数公有区块链所使用。
  3. 限制每位矿工的挖矿数量。由于矿工可以创建多个Sybil地址,因此可以假装每个区块都是他们第一个开采的区块,所以只有当网络保持追踪每个矿工的地址关联的公共ID时才能实施这种限制。
  4. 通过激励措施来建立信任。举个例子来说,即对实施DoS攻击和其他不良行为的矿工进行惩罚,对诚实的行为进行奖励。

在下一篇博客文章中,我们将详细阐述上述内容并深入研究比特币网络的解决方案:工作量证明的概念。工作量证明(PoW)由算法谜题组成,这些谜题由于电力,CPU周期,设备成本和时间等方面的原因 - 使得在区块链中添加区块代价高昂。

本文的版权归 Zach展 所有,如需转载请联系作者。

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