发现比特币 第5部分：数字稀缺性

这是比特币爱好者贾科莫·祖科（Giacomo Zucco）系列文章《发现比特币：从穴居人到闪电网络的简要概述》的第五部分。请先阅读该系列的引言、《发现比特币 第1部分：关于时间》、《发现比特币 第2部分：关于人》、《发现比特币 第3部分：引入货币》和《发现比特币 第4部分：走错了路（需要新计划）》。

在《发现比特币》系列的下一部分中，我们将基于此前关于货币虚拟化、危险垄断的建立以及对去中心化的迫切需求的讨论，探索「虚拟」世界中的稀缺性概念、能源消耗和数字硬度。

证明工作：数字谜题

欢迎回到这段穿越我们货币「计划B」的旅程。这一次，我们将再次聚焦于稀缺性的话题，以及「什么？」的问题。

价值需要稀缺性，但在数字世界中这极难实现：信息天然倾向于无限复制。

在你之前的e-gold实验中，数字单位代表由你中心化公司存储的实际实物黄金。但如何能创建一个协议，让每个人都能独立就什么被传输达成共识，而不需要任何中央权威呢？

如果这样的方法需要一个中心化的第三方，你就回到了原点——存在一个容易受到马洛里攻击的中心化故障点。如果这个方法变成「每个人都可以随意发行任意数量的单位」，系统就无法运作：激励将驱使供给趋向无穷，价格趋向于零。

你最终想到的答案是：谜题！你编写一个开放的程序，每个人都可以在自己的计算机上运行，尝试解决一些具有以下特征的谜题：「专用性」（专门围绕每一次发行尝试而构建，否则解决方案会被重复使用多次）、「不对称性」（难解易验，否则系统容易受到拒绝服务攻击）和「无用性」（否则针对同一解决努力的外部用例会扭曲系统内的激励）。每个解决方案将授予发行一定数量单位的「权利」。

非数字世界中类似谜题的例子是数独或填字游戏：这些「无用的」游戏，要找到解决方案（取决于每次不同的特定参数）需要大量的试错，而一旦找到解决方案，验证起来却轻而易举、快捷无比。

从技术角度讲，你所需要的叫做「工作量证明」（Proof of Work, PoW）。它在某种程度上类似于验证码（CAPTCHA），但目的是让计算机而非人类来解决。

哈希现金（Hashcash）

你选择的是一种特定的工作量证明方案，叫做「哈希现金」（Hashcash，由你的朋友亚当创造，最初用于匿名电子邮件交流中的垃圾邮件防护）。其工作原理是通过「哈希碰撞」：一种「暴力破解」方式，机器自动尝试原始消息的多个略微修改的版本，一次又一次，每次做微小的改动，直到其中一个版本通过一个被称为「哈希」（Hash）的单向函数（相当于数学中的指纹或脚印），产生一个符合某种约束条件的字符串。

哈希函数既是确定性的（从相同的消息出发，每次都会得到相同的结果），也是不可预测的（稍有差别的消息会产生完全不同的哈希值，且无法在实际计算之前猜测或预测），并且是不可逆的（每个人都可以轻松验证已知消息的哈希值，但无法从哈希值反推出原始消息）。

如果你的用户想要「存入」数字资产，他们必须创建一笔「存款」交易，添加一些随机数，应用哈希函数，一次又一次地重复这个过程，直到某个随机数产生的结果明显小于某个称为「难度」（difficulty）的阈值。

能源消耗

你的用户将不得不「浪费」一些能源来寻找解决方案，但这是一个必要条件，而非缺陷——让某样东西变得稀缺的唯一方法就是让它变得难以生产，别无他法。这种「浪费」的论点经常被你的系统的批评者（尤其是马洛里和他的朋友们）用来指责你的化名「不环保」。

事实并非如此，原因有多方面。首先，工作量证明所消耗的能源并不比任何其他（物理或智力）商品的生产过程更「浪费」。

其次，你的系统消耗的能源很可能低于历史上的替代方案（例如，比黄金开采的能耗低数个数量级）。

第三，通过工作量证明获取「数字黄金」的创业者并没有动力消耗更多能源——恰恰相反，他们被激励去消耗更少的能源（对他们而言这是成本，而非收入）。这种减少能源使用的动力推动了优化和效率的提升，催生新的技术突破或更明智的发电选择，进而可能对其他能源密集型行业产生涟漪效应。

采用那些使优化变得困难的复杂工作量证明方案不会有任何好处。事实恰恰相反：最高效的工作量证明是那种易于优化的方案（理想状态是接近热力学极限的过程）。

硬度问题

现在，网络中的任何人都可以验证一定量的计算工作已经唯一地「承诺」给了某个特定的资产存款，但没有人可以为其他类型的声明重现同样的证明。

但仅仅依靠工作量证明本身并不足以赋予你的「数字黄金」任何硬度。它不能保证供给相对于需求仍保持无弹性。

实际上，哈希现金模式本身是非常通胀的：对你的「数字黄金」的需求越高，价格被推得越高，就会有越多的机器算力被部署来执行工作量证明，就会有越多的资源被投入以提高能源效率，从而增加供给——如果没有额外的限制的话。

你的系统需要的下一个创新叫做「受控供应」（controlled supply）。

新范式：「受控供应」

基本上，每当发行率高于（或低于）某个目标时，谜题的难度就会增加（或降低），从而平衡发行率。

你设定了一个目标：平均每10分钟「发行」一次，每2,016次「发行」测量一次（即大约每两周一次）。

这使得发行率几乎完全恒定。实际上，你刚刚推出了人类历史上第一种供给相对于需求几乎完全无弹性的资产。

当对你的「数字黄金」的货币需求增加时，价格上涨，进行工作量证明的激励增加，发行率开始上升，但随后难度增加，供给恢复稳定——反之亦然，当需求下降时也是如此。

但你决定更进一步。你不是只设定一个固定的发行计划，而是追求一个固定的总供给量，并引入了「减半」机制：在每个大约四年的「纪元」结束时，发行率减半，最终趋近于一个流量为零的固定存量！

第一个纪元从最多发行50亿虚拟「单位」开始，用户称之为「聪」（satoshis）或「sats」，以纪念你在第4部分中编造的化名。在第二个纪元中，平均每10分钟只会存入25亿聪。在第三个纪元中，这个数字将降至12.5亿，以此类推。

你选择这种模式是为了模拟实体金矿随时间逐渐枯竭的方式，并称之为「挖矿」（mining），以强调这种类比。

当你使用中心化方案时，你可以简单地依附于实物黄金（相对）稳定的价格。而这种新的「数字黄金」将需要一个漫长、艰难且波动的价格发现过程。发行计划的通缩性质可能使这一过程的某些阶段变得更加「剧烈」。

到目前为止，我们学到了：

• 要启动一个完全去中心化的系统，你无法利用物理稀缺性；
• 你可以使用特殊的数字谜题在数字世界中再现稀缺性并去中心化发行；以及
• 为了赋予你的数字货币一定的硬度，你需要严格的供给控制。

但现在你已有效地去中心化了发行权，如何对所有权做同样的事呢？我们将在《发现比特币 第6部分：数字合约》中回答这个问题。