6.1 数字稀缺性的发现
随着比特币的出现,人类发现了一种全新的商品……一种由计算机生成、部分为计算机而生的数字商品。人类历史上有许多重大发明。在未来的历史书中,比特币将被列为其中之一。
菲利普·桑德教授 博士
6.1.0 经济学中的稀缺性
在经济学领域,稀缺性被广泛认为是驱动价值的关键原则。那些需求旺盛的商品和服务,如果供应有限且难以满足需求,其价值就会提升。此外,稀缺性会加剧竞争,是市场价格发现的驱动力。在一个自由、公平和开放竞争的市场中,价格应当在供需平衡点上达成。a0
那些需求旺盛的资源,如果是有限的或获取难度较高,可以被认为更有价值。这会激发市场参与者为争夺该资源而加剧竞争,从而进一步推高需求。这种动态在自然资源如贵金属、石油,或所谓的“软商品”如食品等领域都可以观察到。因此,稀缺性是经济决策、资源分配和机会成本的基础。在一个资源无限的世界里,一切都将变得同样易得且价值极低。相比之下,稀缺性赋予了价值,并促进了贸易、投资和创新,因为它迫使社会有效管理有限资源。
6.1.1 数字稀缺性的挑战
数字稀缺性的挑战在于数字信息极易被复制和传播。与实物商品不同,数字信息本质上比实物信息更难以保护,因为——
实物商品由于材料限制而天然具有稀缺性——而数字物品如音乐文件、文档或图片则可以以几乎为零的成本无限复制。a0
传统上,数字数据的可复制性意味着这些资产无法像实物资产那样拥有类似的经济价值,因为它们缺乏任何可强制执行的稀缺性。对于数字货币来说,这一问题尤为突出,被称为“双重支付”问题,即单个数字单位(如代币或货币)可以被复制并多次花费,从而导致其贬值。如果货币可以被双重支付,就会使其与伪造或欺诈资金无法区分,从而贬值。a0
传统上,像银行这样的中心化金融机构通过维护一个账本来验证每一笔交易并相应扣减余额,从而降低这种风险,确保资金一旦被花费,账户持有人就无法再次使用。然而,这种方式需要一个受信任的中心权威或“预言机”来管理和验证交易,这带来了依赖性和单点控制的风险。拥有中心化的信息预言机会使数字资产容易受到操控和审查。a0
对于像比特币这样去中心化、信任最小化的系统来说,没有中心权威来监督交易,防止双重支付是一项巨大的挑战。如果没有机制确保每笔交易的唯一性,比特币就会被滥用,无法作为价值储存和可靠的交换媒介。比特币通过去中心化账本解决了双重支付问题,所有交易由成千上万的网络参与者同时确认。这一机制让比特币能够保持每一笔交易的不可篡改记录,确保每个比特币只能被花费一次。a0
这种解决方案无需依赖中心化控制即可实现数字稀缺性。比特币首次成功解决了数字稀缺性问题,为信任最小化、稀缺的数字资产生态系统铺平了道路,这在过去被认为是不可能的。
6.1.2 比特币如何实现数字稀缺性
我们提出了一种利用点对点分布式时间戳服务器来生成交易时间顺序的计算证明,从而解决双重支付问题的方案。只要诚实节点共同控制的计算能力超过任何攻击者节点集团,系统就是安全的。
中本聪
中本聪创造比特币,是为了解决法币相关问题的工程方案。然而,这一方案要求中本聪找到一种实现绝对数字稀缺性的方法。为此,中本聪开发了一个开源通信协议,运行在去中心化的计算机或节点网络上。每个节点都持有一份本地可验证的不可篡改账本副本,即所谓的区块链或时间链。比特币协议定义了规则,去中心化网络独立验证交易,所有节点都遵循相同规则,无需中心权威。a0
比特币的稀缺性增强了其作为价值储存手段的作用。就像黄金一样,比特币的价值不仅在于其供应有限,还在于“挖矿”或产生新币所需的努力。比特币挖矿(维护账本并发行新币的过程)是一项高成本、高能耗的过程,类似于从地球中开采矿物的实体行为。这种数字“工作量证明”强制了生产约束,使比特币具备了与实物商品类似的耐久性和可验证性,而传统数字商品则缺乏这些特性。内置的难度和通过周期性“减半”减少新币发行速度,创造了一个比特币供应日益稀缺的经济结构,提升了其作为长期价值储存手段的吸引力。a0
数字稀缺性是如何被实现的?a0
比特币对双重支付问题的解决方案在于其采用了去中心化且公开可查的账本。比特币账本可以被视为一个不可篡改的数据库,按时间顺序记录每一笔交易,这些交易被打包在称为区块的时间戳批次中。每个区块严格按照时间顺序排列,包含经过网络参与者验证和接受的交易。每个区块都与前一个区块相连,形成一条永久记录,并分布在全球成千上万个节点上。通过在去中心化网络中存储和共享账本,比特币无需中心权威即可确认交易。当比特币交易发生时,网络中的节点会独立验证,确保每笔比特币只能被花费一次。这种共享账本也让攻击者极难入侵网络或篡改历史交易,因为任何更改都需要获得大多数网络参与者的同意。
比特币的工作量证明(PoW)机制进一步加强了其防止双重支付的能力,要求矿工必须解决一个加密难题,才能获得验证新交易和创建新区块的权限。这个过程被称为挖矿,需要大量计算能力,并为篡改账本增加了难度和成本。每个被添加到账本的区块都必须包含与前一区块的加密链接,这巩固了区块链的完整性并防止篡改。
节点的作用是存储账本的最新副本,其中包含所有交易的完整历史。节点确保矿工“诚实”,因为它们会验证没有发生双重支付,并且所有比特币的产生都符合比特币的发行计划。任何比特币用户都可以运行节点,无需信任第三方即可验证自己持有的比特币。比特币无需权威机构来解决争议,因为任何被包含在区块中的交易都是客观有效的。a0
攻击者如何控制比特币网络?
如果攻击者想要篡改过去的交易以实现双重支付攻击,他们需要重新完成该区块及其之后所有区块的工作量证明,与整个网络的总计算能力竞争。这一安全机制确保,如果有人试图双重支付,他们必须控制超过50%的网络算力才能成功。这被称为51%攻击。
在比特币早期,单个参与者还可以用普通计算机硬件创建或挖掘新区块,理论上有可能部署足够的算力来实现51%攻击。如今,工作量证明网络的总算力已超过700艾哈希/秒。这意味着,所有矿机每秒计算超过700万亿亿次哈希(加密运算)。我们已经进入这样一个阶段:要重写账本并成功发起51%攻击所需的巨大成本和协调,使得双重支付在实际操作中几乎不可能实现。
确认与重组
比特币的交易确认过程是另一层保护(有时容易被忽视)。当一笔交易首次广播时,被视为未确认状态,并被收集到“内存池”中,等待被包含进区块并由矿工验证。一旦交易被加入区块,就被视为“已确认”。每增加一个新区块,就为该交易增加一次确认。虽然一笔交易在获得一次确认后就被视为正式,但只有在获得更多确认后才被认为是最终的。
为了获得完全的安全性,比特币用户通常会等待多次确认(通常为六次),因为每增加一个新区块,都会进一步巩固该交易,大大降低双重支付成功的可能性。这个确认过程为交易的最终确定建立了一个时间窗口。
为什么要等待六次确认?
比特币用户之所以要等待更多确认,是因为最近的交易区块有可能会被从区块链中移除,如果它不再属于最长链。需要注意的是,挖矿是大型算力池之间的竞争。因此,有可能两个竞争矿工几乎同时找到有效的加密解答,并将不同的区块添加到链上。如果发生这种情况,区块链实际上会被分叉。矿工们会继续尝试在每个分支上添加新区块。然而,一旦下一个区块被挖出,最长链(即投入最多工作量证明的链)将胜出,较短链上的区块则被“孤立”,变为无效。孤立区块中的所有交易会被退回内存池,等待被包含进后续有效区块。这个过程被称为重组,简称“重组”或“reorg”。
恶意行为者若想实现双重支付,必须在足够长的时间内控制网络以“重组”区块链。如上所述,获得整体控制需要巨大的算力,但如果一个大型矿池——假设控制了全网三分之一多一点的算力——试图对比特币进行双重支付,会发生什么?a0
让我们通过一个例子来说明:
举个例子,假设比特币网络的总算力为550 ExaHash/s。Rogue Inc控制着200 ExaHash/s,进行了一笔大额房地产购买,并打算用比特币支付。然而,Rogue还计划尝试对同一笔币进行双重支付。卖家告诉Rogue,在交付产权证书前会等待六次确认。为了实施双重支付攻击,Rogue必须秘密地在链上构建一个替代分支,挖掘包含双重支付交易的更长链。当卖家看到包含其交易的六次确认并交付资产后,Rogue必须上传其在新分支上挖掘的所有区块,使其成为最长链。这有多大可能性实现?
在任何时刻,Rogue挖到下一个区块的概率是200/550 = 0.36。即使Rogue是最大的矿池,诚实矿工挖到下一个区块的概率仍为1 - 0.36 = 0.64。诚实链上的区块应该被挖得更快。但假设Rogue运气好,挖到了一个区块并将其保密。然后它尝试在这个秘密分支上再挖一个区块。然而,诚实链随后挖出一个区块并通过再挖一个区块取得领先,而Rogue这时才挖出第二个区块。
Rogue于是放弃了。为什么?
| 追赶区块数 | 1% | 10% | 36%(Rogue) | 51% |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.010101 | 0.111111 | 0.562500 | 1.0 |
| 2 | 0.010102 | 0.012346 | 0.316406 | 1.0 |
| 3 | 1.0e-06 | 0.001372 | 0.177919 | 1.0 |
| 4 | 1.0e-08 | 0.000152 | 0.100113 | 1.0 |
| 5 | 1.0e-10 | 0.000017 | 0.056314 | 1.0 |
| 6 | 1.0e-12 | 1.9e-06 | 0.031676 | 1.0 |
来源:基于Kalle Rosenbaum所著《Grokking Bitcoin》中的一张表格
Rogue意识到,尽管其控制了比特币36%的算力,但仍然没有足够的算力实现双重支付。要想成功,它必须再挖出四个区块以超过诚实链。尽管拥有庞大的计算能力并控制了36%的网络,Rogue成功的概率也只有0.100113。
博弈论开始发挥作用
Rogue成功的几率非常低,而且情况会变得更糟。每多尝试一分钟,Rogue就会消耗大量电力,这一切都将付诸东流。此外,每错过一个诚实挖矿的区块,Rogue就会失去区块奖励,目前每个区块奖励为3.125枚比特币,当前价值超过30万美元。
Rogue失败的关键原因在于房地产卖家要求六次确认。所需确认次数越多,不诚实矿工构建替代区块链的难度就越大。实际上,对于非常大额的交易,卖家可能会要求更多的确认。例如,十次确认(大约需要100分钟)会将Rogue成功的概率降至仅0.003。
通过这种方式,围绕挖矿的博弈论确保了所有人都有动力诚实行事,而不是浪费计算资源或放弃区块奖励。此外,所有矿工都希望比特币网络安全可靠,这样他们在计算能力上的巨大投资才能得到保障。如果网络遭到成功攻击,币价将大幅下跌,因为人们对网络的信心会受到严重打击。
6.1.3 挖矿中心化是否构成威胁?
如上表所示,挖矿中心化可能对比特币的双重支付保护构成潜在威胁,因为它增加了51%攻击的可能性——即单个矿工或矿工集团控制了超过一半的网络算力的情形。如果发生这种情况,控制方理论上可以通过重写账本来更改最近的交易或尝试双重支付,从而实现同一笔币的多次花费。
这种情况会削弱比特币网络的完整性,因为交易验证权力被少数人过度集中。然而,虽然理论上可能,但实施51%攻击依然极其复杂且代价高昂,需要巨大的计算资源、电力和协调,这些成本很可能超过尝试双重支付所能获得的潜在收益。
有一些保障措施可以帮助限制挖矿中心化的风险。例如,矿池允许小矿工合并资源并共享区块奖励,从而减少任何单一实体的主导地位。虽然这为小矿工参与网络提供了便利,但也存在矿池控制方可能作恶并试图攻击网络的风险。不过,比特币账本的透明性也意味着任何算力集中的情况都是可见的,可以提醒社区注意潜在风险并采取应对措施。矿工们非常清楚,任何对比特币网络的攻击都可能严重损害其价值主张,因此小矿工很容易切换到新的矿池,以避免自己的算力被用于不正当用途。虽然风险并非为零,但比特币生态系统的开放和分布式特性,加上攻击的高成本,使得挖矿中心化更多是理论上的威胁,而不是迫在眉睫的现实,因为长期维持这种控制对任何攻击者来说在经济上都是不可持续的。
6.1.4 数字稀缺性的更广泛影响
比特币彻底改变了我们对数字领域稀缺性的认知。由于数字商品——如软件、音乐文件、电子书和在线内容——具有区别于实物商品的特性,它们可以以极低的成本被复制,并能瞬间共享。与受生产成本和存储限制等物质约束的实物商品不同,数字商品以数据形式存在,可以无限复制且不会降低质量。这意味着,虽然实物商品由于物质约束而天生稀缺,但数字商品传统上却极为丰富,缺乏任何内建的供给限制机制。
重要的是,数字商品是非竞争性的。这意味着一个人消费数字商品,并不会减少其他人获得该商品的机会。例如,一首歌曲被下载后,可以被无限次复制和分发,而不会损失其效用。历史上,这种丰富性为创造价值带来了挑战,因为当供给理论上是无限时,传统的供需经济模型就会被扭曲。为应对这一问题,数字版权管理(DRM)和其他人为稀缺措施试图限制访问。然而,这些机制可以被绕过,并将信任外包给中心化权威。比特币的创新在于它原生地解决了这个问题,使其成为第一个通过去中心化技术内嵌稀缺性的数字资产,无需依赖这些传统限制。
比特币通过引入一个强制有限供给的协议,在建立数字稀缺性方面发挥了变革性作用。协议中硬编码了2100万枚硬性上限,除非网络达成共识,否则这一上限无法更改。也就是说,全球成千上万运行比特币节点的参与者都需同意。通过这种方式,比特币创造了一种完全存在于数字领域、却模拟实物商品(如黄金)有限特性的资产。供给上限是比特币价值主张的核心,并通过密码学、共识机制以及透明的开源代码共同维系。这确保了网络上所有参与者都遵循相同规则,并受到关键经济激励的驱动,从而确保比特币的供给绝对且可验证地有限。
通过解决双重支付问题,比特币防止了资产的通胀或重复,这一难题曾困扰以往的数字货币实验。在比特币体系中,没有任何单一权威能够控制供给,使其免受法币体系中常见的中心化操控,如随意印钞或货币贬值。这一创新使比特币能够作为价值储存手段和对抗通胀的工具,使其拥有类似“数字黄金”的独特地位——一种稀缺且可验证价值的数字资源。
6.1.5 结论
总之,越来越多的人认识到,比特币在数字稀缺性上的创新已经重新定义了货币的概念。然而,人们有时忽视了比特币还通过解决在本质上极为丰富的数字世界中创造稀缺性的长期难题,彻底改变了数字领域。比特币有效地引入了一类新的数字资产,具备了实物商品的特性。
这一突破表明,一个去中心化系统可以在不依赖任何中心权威的情况下,独立建立稀缺性、不可篡改性和价值。此外,它的应用可能超越货币领域,因为它已经激发了围绕这项技术的整个研究与开发领域。
展望未来,比特币的数字稀缺性模式正在塑造货币和价值储存的未来。随着人们对通胀的担忧以及对法币管理问题的关注日益增加,比特币的固定供给使其作为对抗传统金融不稳定的避险工具越来越具吸引力。
归根结底,比特币对数字稀缺性的发现,可能标志着范式转变的开始——具有公认稀缺性和可验证信任的数字资产,作为现代经济中有价值的组成部分获得认可,为去中心化金融和数字所有权的未来奠定基础。这对经济学领域具有重大意义——比特币为稀缺性和价值如何以数字形式存在提供了范例。
除了数字稀缺性之外,比特币还是绝对稀缺性的首例,是唯一一种数量固定、无法被增加的流动性商品(无论数字还是实物)。在比特币发明之前,稀缺性始终是相对的,从未是绝对的。
赛义夫丁·阿穆斯
注释
- 比特币节点将最长链视为账本最有效的版本,并定义为构建过程中投入最多工作量(或最大工作量证明)的链。更多信息请见:https://learnmeabitcoin.com/technical/blockchain/longest-chain/