【1期 四团 Day2 李宁】从比特币产生过程找breach可能性？

dama123

拿比特币举例区块链是什么。

区块链是一个大账本，这个账本是由一页一页的账单（区块）拼成（前后关联的条件是“记账时间”）。在互联网上有无数个节点（服务器或者个人电脑）来存放账本。账本的内容记录着比特币的交易情况，比如**时间A->B 交易了**比特币。

这个帐本每10min增加一页（区块），第一个问题随之产生，谁来记这笔账？（或者说以谁记录的账为准？）做事就会有回报，谁能争取到记账权，那奖励TA指定数量的比特币（而且这个数量是每四年减少一半）。争取这个权利不是比谁会记账，而是比谁性能好。（就像公司招人一样，面试的时候要你上天入地都演示一遍，而实际在公司里面干的是搬砖的活儿）。

记账权的考核过程是：（比特币采用PoW工作量共识机制）给一个目标值（这个目标值我不知道是谁给的以及什么标准，待解决），通过穷举，并采用哈希加密（MD5、SHA)生成的映射值跟这个目标值比较，谁先算出来，这个记账的权利就给谁。争取记账权，计算穷举随机数的过程，被称为“挖矿”；做这件事情的机器，被称为“矿工”。这面有两点值得注意：

• 哈希加密未来有被破解的可能：哈希加密是防止你通过逆向推导来算出原始目标值，可能这个原始目标值有一定规律，不可以让人知道，否则整套体系就崩溃了。而哈希加密其实也是用函数f(x)=y，用x来加密映射出一个y来，y即为x的加密值。理论上函数都可逆，但现在计算资源无法支持。如果有一天PC达到超级计算机的主频，这个可能会被破解。挖矿虽有随机性但整体与算力正比，且整体要求越来越高：同样算力的机器，计算随机数在某次争权的时候可能有狗屎运的成分，但长期来看，概率应该相近。因为竞争者的算力整体水平在逐渐提高，要胜出的话，挖矿所投入的成本也越来越高。所以成本会越来越高，比特币的价值至少应高于成本，否则就collapse。
  

这个过程在理想环境下，运行起来应该问题不大。但是在实际互联网环境中，在可能遭遇的各种极端情况下，需要有一些适应场景的策略。
比如下面两个场景应该不可避免遇到：

• 网络环境（网速/断网）：这个体系如果在全世界运行，网络环境千差万别，同步过程中可能会发生很多问题。比如节点A争取到T时刻的记账权，同步给节点B，而节点B正好网络卡顿9min，但恰好狗屎运争取到T+10min的记账权，那B的区块链上没有A同步过来的信息，但是马上要增加新的区块。这个链条要以谁的为准？怎么记？A和B同时算出随机数的时候，以谁为准？
  

为解决这个问题，基本原则是以最长的链为主链，6个区块时间之后必能确认。（每个区块10min），也就是说1小时之后，确认所有节点中最长的链，以此作为主链。理论上，在这个时候，有51%算力的节点集合可能合力会改变账本（这是笔者的一个猜测，待验证）

比特币的挖矿的这个方式，有一种叫法是“工作量证明PoW（Proof of work）”，意即通过你计算的工作量（统计意义上，不以偶然的狗屎运来说）来给你记账的权利和比特币奖励。这个方法设计和实现运行，从2008年至今约10年，还算相对稳定。但是有一个突出的问题是，“环境不友好”，主要资源（cpu和电力）不是耗费在记账上，而是穷举随机数和哈希计算（从物理上说，存在很多无用功）。于是很多人就这个方案提出了改进：罗列如下：

• “权益证明PoS”(Proof of Stake)，根据持有比特币的天数（专业名词"币天"）来赋予你记账的权利，计算随机数的范围相比PoW缩小很多，减少无用功。但这样会使得记账的权利集中在持有“币天”多的少数人手中，容易造成集中。这其实是“计算资源消耗”和“去中心化”之间的折衷。
  
• 工作量证明+权益证明，两者的折衷，既有工作量证明的区块，也有权益证明的区块。“股份投票证明”。这个是在“权益证明”基础上做的优化，因为PoS要一个一个比谁的币天多，达成共识的效率太低。有人就想出借鉴“人民代表大会制度”，所有账户投票选出TOP100代表，由这些代表来争取区块、获得利益，然后分给支持他们的选民。
  

通过了解整个过程，能够导致系统崩塌的可能出处以及其他问题：

• 系统是谁来维护？bug如何解决？理论上越复杂的系统，使用场景越多，出现bug的可能性越大。尤其是一个自治的系统。虽然实现结果是这样，但是在开发过程中可能有很多不可预知的bug（这在世界500强互联万公司，非常牛的系统也不可避免出现这样那样的bug，有一批非常高薪水的人在维护），这个bug如果处理不及时，很有可能成为黑客的漏洞。比如那个共识机制，出现网络故障的延时处理，虽然现在cover掉，但可能还会有些场景没有考虑到。
  
• 哈希算法的破解。“工作量证明”中，随机数哈希的值与目标值的对应，有一种说法是目标值是固定的（或者可能是有规律的），现在因为算力问题无法逆向破解，如果未来计算机算力大幅提升，这个目标值被破解，游戏是否可以玩下去？目标值到底有没有规律？51%算力和51%的币天。有种说法是“51%的算力”在工作量证明的方式中可攻击网络，“51%的币天”在权益证明的方式中可攻击网络。（我理解“攻击网络”等价于“篡改账本”），具体过程到底是怎么实现的。这个也是可能导致整个系统breach的重要因素，万一真的有人想报复社会呢？