解读丨拜占庭将军问题与比特币的起源

解读

如果你不知道币圈的“拜占庭将军问题”，那说明你还没有发现问题的本质。但是要理解这个问题，如果你没有一些高等数学和计算机编程基础，那就不是很简单了。我们先从这里的八卦说起，捡起概念的由来，再对比比特币方案与亿本机制的实现。

拜占庭将军问题

(1）比特币是怎么来的？

让我们在这里八卦一下，猜猜比特币是如何诞生的。在学习一项新技术时，我们通常会想，发明这项新技术的人是怎么想出这项发明的？同样，对于比特币，我曾经很好奇，中本聪是怎么想到发明比特币的？这种大量的高科技应用不是一个小项目，它必须有一个明确的目的。这种好奇心一直促使我继续研究。

算法是解决问题的理论基础。拜占庭将军问题是针对分布式共识算法提出的，这个问题也是比特币等加密货币的核心问题。根据比特币白皮书（更像是一篇科学论文）的描述，很多篇幅提到了诚实节点和攻击者等问题，类似于古代战场的攻防战。很多人猜测，中本聪可能是这个方向的特殊研究员。大学老师或研究员，他解决了这个问题，发表了相关论文，并根据研究结果编写了一个产品原型——比特币。因此，会说比特币只是一个实验。

显然，这种猜测纯属事后诸葛亮。原因是结果，没有历史依据。我在网上搜索，发现了很多猜测。除了目前的八卦，更有价值的是Bit Gold白皮书，其开发者Nick Szabo因其与比特币惊人的相似性而被认为是最权威的。可能是中本聪本人。比特币黄金比比特币更古老，它的目标是实现一个不需要（只需要极少）信用中介的电子支付系统，这与比特币的目标基本一致。

可见，通过使用点对点网络、加解密等技术实现加密货币的研究历史悠久。可以肯定的是，比特币的初衷绝非解决拜占庭将军问题那么简单。相反，设计一个没有中介，但完美解决拜占庭一般问题的电子支付系统的实现更为合理。事实上，比特币是拜占庭将军问题的完美实现。

(2）什么是拜占庭将军问题？

但无论如何，拜占庭将军问题对于比特币来说是一个无法克服的问题。这个问题首先由 Leslie Lamport 解决。为了提高宣传效果，老人在自己的研究论文中编造了这样一个故事，事实证明非常成功，这个故事被广泛传播。故事内容如下：拜占庭是东罗马帝国的首都。为防御外敌入侵，各地驻扎部队，各军相距甚远，相互独立。将军们只能依靠信使来传递信息。在战争时期，拜占庭军队中的所有将领必须达成共识（进攻或撤退），才能有很大的获胜机会。但是，军队中可能有叛徒，影响了将军们的决定。这时，在已知成员叛逃的情况下，剩下的忠诚将领如何达成协议，拜占庭问题就形成了。 Lamport证明，在理想条件下，当叛逃者人数为m或更少时，只要将军总数大于3m，忠诚的将军就可以达成协议。

从技术上理解，拜占庭将军问题是分布式系统的容错问题。加密货币建立在 P2P 网络之上，是一个典型的分布式系统。以此类推，一般是P2P网络中的节点，信使是节点之间的通信比特币的由来历史，决定攻击还是撤退是需要达成的共识。如果一个独立的节点计算机扩容、下线，或者攻击网络破坏，整个系统就会停止运行，这样的系统会非常脆弱，所以需要允许一些节点出错或损坏而不影响运行这需要算法的理论支持，以保证分布式系统在存在一定数量的故障节点的情况下仍然保持一致性和可用性。

我非常同意将拜占庭一般问题与两军问题分开。这两个问题的本质是不同的。后者侧重于messenger的通信问题，类似于TCP协议的握手操作。原则上，没有解决办法。拜占庭将军问题假设信使没有问题，但将军有叛逃等问题，所以两者本质不同。但是，在实际的加密货币系统中，通信中断、劫持等信使的问题，可以归为将军（节点）的问题，理解这一点就足够了，所以可以说比特币是一个完美的解决方案。这两个问题。两者的区别请看这篇文章《拜占庭将军问题的深入探讨》（见附件）。作者下了很大功夫，值得一读。

(3）比特币是如何解决拜占庭将军问题的？

Lampor给出了理想的答案，但现实很复杂，比特币是如何解决的？事实上，比特币只是通过“工作量证明”（PoW）机制来规范节点（将军）的行为，就可以轻松解决这个问题：

首先，保持一个周期性循环，以确保节点同步。在这个世界上，最容易达成的就是时间上的共识。至少“什么时候开会”“什么时候谈判”这样的问题应该很容易解决，否则就没有必要谈其他事情了。比特币具有根据全网算力自动调整的算法难度，保证网络始终需要10分钟才能找到有效的哈希值并生成新的区块。在这 10 分钟内，网络上的参与者发送交易信息并完成交易，最终广播区块信息。拜占庭将军的问题因将军步调不一致而复杂化。比特币消除了节点（将军）无限制、不规则下单的状态。

其次，通过算力的竞争，保证网络单播。如果将军有“大哥”，事情就容易多了。这里的“大哥”，简单的通过比赛就能获得。举个极端的例子比特币的由来历史，如果8点谈判达成一致，那么先到的“大哥”就可以起草草稿，等其他人签字再签字。 “工作量证明”是一种竞争机制。算力好的节点将最先完成一个新区块，成为那一刻的“领头人”。它立即将区块信息广播到网络，其他节点确认验证。比特币通过时间戳和电子签名来实现这样的功能，保证在某个时间点只有一个（或几个，也就是分叉行为）节点传输区块信息，改变了将军互相发送的混乱。

最后，通过区块链，使用了一个公共分类账。对于单个区块，以上两者已经可以达成共识。但现在的问题是，有一个叛徒（不诚实的节点）修改了前一个区块的信息，打算把钱全部分配给自己。当它广播一个新区块时，其他节点如何通过验证？如果每个人手里没有同一个账本，肯定是验证不了的，问题就会陷入僵局。基于P2P网络的BT技术成熟，同步一个总账非常简单。网络中的节点在每个周期中都是同步的，这使得每个节点（一般）都有一个共同的决策依据。如果每个节点都独立维护自己的账本，这个问题的复杂性将是难以想象的，这是更广泛的共识。

以上三点是比特币“工作量证明”（PoW）机制解决拜占庭将军问题的答案，也为其他山寨币提供了重要参考。其实无论采取什么方法，只要时间一、同步、单播、链式，就可以解决加密货币等分布式系统的拜占庭将军问题。