深入分析中本聪如何用比特币解决在分布式结构中“拜占庭将军”难题的

分布式结构的难题

比特币在被发明的时候，目的是为了做一个分布式去中心化的货币，不会被某个国家或者中心所控制。

可是如果采用分布式结构，在互联网时期就有一个难题，并且这个难题困扰了研究人员很多年。

这个难题叫“拜占庭难题”，讲的是当分布式结构里面存在恶意节点时会产生的一系列后果。

当然Leslie Lamport把它用一个故事表达出来了。

故事简单说来是这样的：

中世纪的土耳其就是拜占庭帝国，富有而强大，但是一旦强大起来则会穷兵黩武，但是拜占庭帝国国土面积很大，军队都是各自镇守一方，如果要进攻，只能靠传令兵来传令（本问题不考虑传令兵被俘虏等情况）。

虽然拜占庭帝国很强大，敌人也不弱，单一的军队是无法打败敌人的，必须要几位将军领兵一起发动攻击。

那就会存在一个问题，并不是每一个将军都是忠于国家的，里面一定会有叛徒和内奸，并且所有将军都知道他们中间存在叛徒，叛徒可能会影响将军们的决策。

举个栗子

敌国派三个将军A、B、C出兵它国，如果B将军偷偷和敌国联合的话。

那么叛徒可能造成哪些负面效果？

·叛徒可能会故意怂恿其他将军行动。

·叛徒可能迷惑其他的将军，让他们接收到不一样的信息。

假如A将军发布了进攻的命令，而B却告诉C将军，A让我们按兵不动，那么C就会收到进攻和不动两个命令。

到底听哪个命令呢？这样就无法达成一个共识了。

还不懂？再举个栗子

三个小姐姐A,B,C玩的很好。

可是小姐姐B却很虚伪，有次小姐姐A对B和C说，明天周末一起出去玩。

可是B却偷偷对C说，刚A和我打电话，明天活动取消，并且她根本不想和你一起玩，带着你玩纯粹是没办法吧啦吧啦……

那这样就会产生两种结果。

·C到底要不要出去玩？因为A说出去玩，B说A并不想和C出去玩。

·C会对A的友情产生怀疑，A是否是一个虚伪的人？但是又碍于面子不好打电话给A求证，最后塑料姐妹不欢而散。

在拜占庭难题中，只要恶意节点达到1/3，则问题无解。

这个问题是Lamport在1982年在斯坦福帮助NASA完成项目时提出的，提出这个问题也并不是考虑到互联网和比特币的应用场景，当时仅仅是为了解决航天飞机的安全控制系统。

这个问题一直有很大的争议，因为一直都没有一个很好的办法来解决，有的相对解决办法，如口头协议，书面协议，我们就不在这里赘述了。

就算进入互联网时代，也没有一个非常完整的方法来有效的解决这个问题。

直到……

中本聪

比特币创始人

我有很多比特币，来抓我，你来抓我，如果你能抓到我，我就跟你嘿嘿嘿……

中本聪发明的比特币问世，他可以说是简化了这个问题，在每个将军都是同等地位，不存在从属关系的情况下。他用了两个手段，一个是叫工作量证明（POW），一个是奖励机制。

这个工作量证明就是解决了各个将军之间可以随便发信息的问题，比如3个将军，都同时给对方发自己的军令，那就是同时发9条军令。而且现实情况不是复杂的多吗？？如果都同时发消息，那早都混乱不堪了。

那中本聪就给大家定了个规矩，按顺序来发令，那几个将军谁也不服谁。怎么办？大家先去做算术题吧，这就是所谓的哈希运算，谁先算出题来，谁就有资格发令，这总公平吧。假如A将军先做出算术题，那么A先发。

那A先做完了数学题，其他将军就停止做算数，然后都在自己这里记录下来，并确认A确实是最先做出算术题的，那就A将军获得发出广播的资格。并且大家重头开始做算术题，还是谁做的快谁先发令，如此往复。

假如叛徒B也解出来了题目，B说是我先解出来的，怎么办呢？没关系，聪哥说了，咱们按解答的先后顺序，给第一个解答出来的盖个章，这个印章上有顺序和时间，这也就是时间戳。

那还有了，假如十多个将军，某个将军最先做出算术题，其他将军凭啥帮你确认和记录时间呢？那这就有一个奖励机制了。

参与做题并且记录这个事情的人，都会给一点奖励，这也就是比特币，按照现在的奖励是每挖出一个区块（做一次计算题），其他参与并同意这个事情的人可以分得25个比特币。

但是比特币考虑的环境里，是有两个限制的。

第一：所有节点必须是分布式，去中心化的，也就是说每个将军必须都是平等的，没有一个中心对他们直接下达指令。

第二：必须采用非对称加密的手段，这样每个将军发出的指令和签名不能被篡改。（因为内容比较多并且涉及到拜占庭问题和两军问题的差异，这里就不再赘述，将开新文详细说明）。

拜占庭问题是为了解决由谁来发起信息，并且怎么保证信息的同步和一致性。

而比特币的区块链技术则是解决了由谁来挖出区块，并且让整个链上的所有区块统一的问题。

两者的问题在某些意义上可谓是一样的，虽然在现实环境中有所不同，可是区块链技术却为解决拜占庭难题提供了现行的最合理的方法，也为后继者打开了心的思路。

所以比特币并不只是一串数字，背后所用到的技术和原理解决了相当多的问题，无可否认它是伟大的。

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文案｜小李子

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