本文解释比特币区块链中工作量证明(Proof-of-Work)的主要功能。文章专注于工作量证明带来的其中一个必要性质,展示经常被讨论的一些其他特性,例如安全性是次要的副作用,尽管安全性很有用,但它不是必要的。
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8 t0 Z- V) B* Z# r, I本文对区块链中工作量证明如何被运用的几个有趣特性进行说明,这些特性不是一眼就能看到的,有时甚至与直觉相反,例如参与者如何在缺乏沟通的情况下集体解决某个问题。/ d, |: v4 E6 h4 s5 J
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了解这些特性后,我们应该能得出这样的结论:工作量证明主要是一种实现分布式和去中心化计时系统(即时钟)的机制。
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( u7 K9 ]; |$ B r9 W0 n$ a; M请注意,本文并不涉及工作量证明技术本身,而是解释区块链如何利用它。如果你完全不了解工作量证明,那么该链接可能是一个很好的入门材料。
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去中心化账本时间序列问题
2 X5 Y- {8 k8 `0 z, y8 a' ^在描述解决方案之前,我们先来关注问题本身。许多关于工作量证明的文献非常令人困惑,因为它们试图在没有先确定所要解决的问题,就开始寻求解决方案。
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毫无疑问,任何分类账(ledger)都需要时间顺序。因为:你不能花费还没有收到的钱,也不能再次花费已经用出去了的钱。区块链交易(或包含它们的区块)必须具备明确的排序,并且不需要可信的第三方。: r7 ?9 r) V. p. K
/ c7 ]3 S i" m6 s# K2 Y即使区块链不是一个分类账,而是类似于某种日志的数据,但对于具有相同区块链副本的每个节点来说,它们也需要顺序。交易顺序不同的区块链是不同的区块链。7 p3 X5 M, U) q' R
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但是,如果交易是由世界各地的匿名参与者生成的,并且没有一个中心机构负责组织交易序列,那么区块链如何才能做到这一点呢?假设交易(或区块)可以包含时间戳,但是这些时间戳如何才能被信任呢?
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1 t. s- S$ N5 H% r时间只是一个来自人类的概念,并且它的任何来源(比如原子钟)都是“可信的第三方”。最重要的是,由于网络延迟和相对论的影响,大部分时间存在轻微的偏差。即使是飞机上的人与地面之间的时间膨胀(一分钟以内)也足以使排序成为不可能的事。矛盾的是,在去中心化的地理分散系统中,依靠时间戳来确定事件顺序是不可能的。; U5 W8 b" N: i" g/ t
0 j" L9 \3 N) W7 }! `本文所讨论的“时间”不是我们所习惯的年、月、日等。我们需要的是一种机制,通过它我们可以验证一个事件发生在另一个事件之前,或者两个事件可能同时发生。' N* r6 L4 a+ E+ f, c2 _7 F
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想要使用“之前(before)”和“以后(after)”的概念,首先需要确定一个时间点(a point in time)。而一开始,在理论上设定一个时间点似乎是不可能的,因为我们没有足够精确的技术来测量普朗克时间。但正如大家所看( R. B- f2 B5 m5 ~9 P1 X9 ~
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