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为什么中本聪不给比特币设计最终性?

昨日刘教链发布原创文章《论比特币和以太坊的“宕机”》之后,引发了一些对区块链工作原理感兴趣的朋友的热烈讨论。其中,魔笛手社区群主Claire提了一个好问题:为什么中本聪不给比特币设计最终性(finality)呢?或者说,为什么中本聪设计的比特币没有显式最终性(explicit finality)呢?

透彻地了解这个问题,需要对计算机科学的一个重要分支——分布式系统——的发展历史和关键问题作一个全面了解和深入思考。在刘教链所著《上帝掷骰子:比特币史话》一书(https://leanpub.com/history-of-bitcoin 有售,以下简称《史话》)第七章“拜占庭将军”用了6个小节的篇幅对这段往事做了较为全面的铺陈。接下来,笔者试着用简单的篇幅和精炼的逻辑,来对上述问题做一个较为通俗易懂的解答。

中本聪发明比特币,克服了什么关键困难,或者说解决了什么关键问题?去中心化共识问题,或者叫做分布式一致性问题。特别的,比特币要解决的,是如何在有人可能会掉链子(宕机、掉线)、有人可能会作恶(人人皆佛魔两面)的不确定环境中,不借助于一个中心权威或者说中央统治者,就能自动达成共识(consensus)或者一致(consistency)的问题。这个问题,就是由计算机科学家Leslie Lamport在1982年的著名论文《拜占庭将军问题》中所指出和命名的“拜占庭将军问题”。

最早意识到此问题的人,并非Leslie Lamport,而是他的同事Robert Shostak。那是1978年。从1978年到中本聪发表比特币白皮书的2008年,整整30年,整个人类计算机科学界,没有人真正解决这个问题。

为什么这个问题如此难以解决?也许有学过分布式系统的朋友会说,当年Lamport就已经给出了解决方法了呀!就是拜占庭容错(BFT)算法。后来1999年的时候还有人继续改进该算法,提出了实用拜占庭容错(PBFT)等新算法。

事实上,Lamport的解题思路走向了一个错误的方向。所有BFT类的算法,都必须隐含一个假设,节点时钟同步性假设。否则,就无法形成共识、达成一致。而这个隐含假设,恰恰是自相矛盾的:想作恶的人,当然可以篡改他所控制的节点的时钟,使之不同步。要想满足这个假设,就要取消拜占庭环境的设定,那么,拜占庭容错算法只能在非拜占庭环境中工作,这解决方案是解了个寂寞!而如果作了非拜占庭环境设定,我们显然可以换用效率高出成百上千倍的算法来达成分布式一致性,比如谷歌Spanner和微信后台所用的Paxos算法(《史话》第六章第19话“时钟同步性”)。

你永远叫不醒一个装睡的人。直到今天,还有宣称去中心化的公链系统采用BFT、PBFT以及其他变体作为共识算法,在错误道路上执迷不悟。事实上,到了1985年,三个计算机科学家——耶鲁的Michael Fisher、MIT的Nancy Linch和华威大学(英)的Mike Paterson——联合发表了一篇名为《有一个错误进程即不可能达成分布式共识》的著名论文,提出了著名的“FLP不可能定理”。

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