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什么是加密经济学?

发布人:51培训网   关键词:数字货币   发布时间:2018/11/2 16:51:20

       数字货币的热潮曾遍布全球,各种炒作也随之而来,财富效应吸引了大批人进场参与投机,整个市场就像西部世界那样,没有规则,野蛮生长。但是当潮水退去,我们不禁要去思考:究竟比特币和数字货币的存在有何意义?

       我们一直在说的数字货币难道就只是用来割韭菜的?答案显然是否定的数字货币绝不是别人的镰刀,而是基于加密经济学所诞生的新兴产物

       那么问题就来了,加密经济学究竟是什么?我们为什么需要加密经济学?加密经济对我们的社会发展能起到怎样的作用?这些问题才是我们真正需要了解的,下面我从以下9点来给你唠唠加密经济学。

1. 为什么你需要关注加密经济学?

2. 为什么加密经济学如此重要?

3. 社会契约以及加密货币

4. 加密经济学的目标

5. 安全模型

6. 密码学的两大经济支柱

7. 加密工具:哈希,数字签名

8. 经济工具:通证,区块奖励,共识机制

9. 可能遭受的攻击

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为什么你需要关注加密经济学?

       我们通常会认为比特币和其他数字货币生态就像《西部世界》里那样,没有规则,也没有社会规范,只有贪婪,自私和掘金。由于缺少法律和秩序,数字货币世界对于很多人来说都是非常疯狂的。

       但是,实际上对于比特币这种去中心化P2P网络,其中还是有相应的规则。这些规则会写入到协议中,并且决定了网络中的参与者是如何进行交互的,这些框架有助于创建一个安全、可信并且有价值的系统,就好像现实社会中法律会为社会打造相应的框架。

       加密经济学解决的问题是我们如何才能设计这些规则和激励方式,并且让整个网络不仅可以很安全,还可以为每个人都带来价值。加密经济学使用了加密算法工具,博弈论以及经济激励的方法来完成这样的目标。

       为了理解去中心化P2P网络究竟有多么复杂,以及它的价值有多高,我们需要了解其背后的加密经济学基础知识。如果你对于加密经济学的基础有更好的了解,那么你就能明白加密货币的出现不仅是炒作。

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为什么加密经济学如此重要?

       哪怕你从没有听过“去中心化P2P网络”这个概念,你应该使用过,至少听过文件共享网站,例如Napster或者BitTorrent。

       总的来说,我们可以通过这些网络来互相交流,并且进行交易,而且交易的物品可以是任何有价值的东西,例如物料或者服务。大多数人也许会认为法币是有价值的,首先因为它是被广泛接受的,而且也因为我们相信法币的稳定性和长久性。现在,例如比特币这类的加密货币也可以实现法币的部分功能。

       这类系统的设计会写入类似法律的代码,并且强制要求大家执行,这看似很像我们的国家,政府和民主体制。但是其实这两者也不太相同,因为去中心化的P2P网络是通过往协议中写入代码来实现的,相对于国家而言,这类系统中的个体相信的是代码。

       如何设计这样的协议,会影响到系统中个体之间的交互,最终也会影响到能创造的价值和收益。所以,加密经济学的基础就在于去中心化的P2P网络。

       因此,在设计这类协议的时候,我们会先做出假设,然后验证如何使用这些协议,以及它们如何才不会被错误使用。我们尝试着使用这些假设,来为系统中的参与者获得最大的价值。

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社会契约以及加密货币

       试想下:现在我们的社会没有任何的规则,而且每个人都可以随心所欲。而且如果我们可以随意地杀人和抢劫,那么社会就会动荡。每天的场景都会像这幅画这样,托马斯·霍布斯(英国政治家、哲学家)用“孤独,贫穷,肮脏,野蛮并且短暂”这些词汇来描述原始自然状态,然后去推理了社会契约。

       所以,我们希望数字网络可以提供价值和安全,同时也能助我们成功。因此,去中心化P2P网络最基本的目标不仅是增加价值,还要提供安全性和持久性

       对于国家组织而言,安全是来源于国家对武力和军队的掌控。这种武力可以帮助保持安全性,因此也能让社会更加有价值(至少从理论上来说是这样的)。

       例如,国家会通过法律惩罚措施来强制要求你,这其实也是因为他们手中有足够的武力(例如,把你关到监狱)。所以,我们作为这个社会的一部分,为了让整个社会更好,其实是放弃了一些权力。

       我们之所以会这样做,是因为相信政府会给我们提供安全和增值,而不是丢下我们不管。很显然,这些都是理论,因为现实情况是大多数人并不能自己决定在哪儿生活,也不能决定在哪出生。而且,我们也不想总是放弃权利,同时也无法相信政府会总是保护我们。

       在加密货币世界,由程序代码组成的协议会强制要求去中心化P2P网络中的规则,因此可以确保其中的价值和安全。和现实世界中的国家相比,去中心化的P2P网络有以下好处:

  • 没有人可以强求你参与;

  • 没有中心化的监管机构,也就不会有滥用垄断权力的事情;

  • 不会使用任何武力来强制要求参与者遵守规则;

  • 开源代码会给你带来安全性。

       那么问题来了,什么样的规则和激励措施可以帮助我们创建和维持一个有价值且安全的网络?这就是加密经济学在回答的问题。

       在回答这个问题之前,我们需要先理解,通过加密经济学我们可以完成哪些目标。

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加密经济学的目标

       从一个比较高的级别来看,去中心化P2P数字网络的目标就是提供安全以及价值。更具体地来说:

       我们想要的东西:

  • 可信任的执行机构(你可以确信某笔交易会进行)

  • 开源(每个人都可以读取代码,没有任何东西是只有少数人可以看到的)

  • 快速得到结果(交易可以很快就完成,并且不可以逆转)

  • 去中心化控制(没有中心化的主体能够控制整个协议和网络)

  • 经济成本低(可以同时进行多笔交易)

     我们不想要的东西:

  • 安全故障(例如,某人盗走了你的资产)

  • 信息篡改(例如,某些人可以决定哪些人不能参与交易)

  • 很慢才能确定结果(和快速得到结果相反)

  • 中心化控制(和去中心化控制相反)

  • 经济成本很高

     从更深层次来看,这些目标可以通过以下方式来完成:

  • 聚合(每个区块都基于其他区块产生,这样就会在区块链中保持正确的顺序)

  • 数据可得性(开源推动去中心化)

  • 有效性(每个交易都是有效的,可以防止双花现象)

  • 网络对于所有人都有效,这就可以防止篡改。

  • 时间戳(这可以帮助我们决定区块的顺序,交易有效性和其他)

  • 在几个加密经济安全模型下,都需要有高性能。

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安全模型

       在理解加密经济学的目标之后,我们接着来看看加密经济学的安全模型,这其实是个非常重要的基础概念。对于设计去中心化P2P网络来说,安全模型是非常基本的。

       安全模型是对于网络和参与者状态的假设,由于整个网络是去中心化的,所以会有更多的技术挑战。安全模型可以推测出有多少参与者是诚实的,或者说他们是否是独立运行地,他们是否会互相勾结,或者是否会互相贿赂。

       拜占庭容错:如果去中心化网络拥有拜占庭容错机制,那么尽管有类似拜占庭将军问题中的失效节点,那么整个网络仍然可以进行(例如,某些参与者是不诚实的,并且对影响系统的安全性。)

       不协调选择模型:在不协调选择模型中,我们假设参与者会独立做出决定,并且整体参与者小于某个规模。

       在不协调选择模型中,我们可以假设一个多数人诚实的模型,其中没有人可以拥有超过50%的哈希算力。如果有人拥有超过50%的算力,那么安全性就会出现问题。这就导致区块链进行分叉,而且会产生错误交易。(这里说的50%可能在现实中会有少量误差)。

       多数人诚实模型是一个非常乐观的假设,但是放到真实情况下,不一定完全可靠。更现实的情况是,如果比特币网络中有人拥有超过1/3的哈希算力,那么就会导致网络安全出现问题。整体来看,假设网络中节点没有勾结也是不现实的,这种勾结会对网络安全产生影响。

       协调选择模型:这是不协调选择模型的相反模型,其中假设了大多数或者所有的参与者都在通过某些方式进行勾结。

       贿赂攻击者模型:贿赂攻击者模型假设网络中的参与者都没有任何协调性。他们受到贿赂并且要求独立做出不同的决定,并且最后去影响网络的安全性。

       你可以想象,这些模型都是网络设计背后的基本假设。如果你假设一个多数人诚实模型,那么就不需要考虑协调选择模型或者贿赂攻击者模型中存在的那么多因素和潜在的攻击。接下来,我们会慢慢分析。

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加密经济学的两大支柱

根据上面所说,加密经济学有两大支柱:

  • 加密学:让信息更加安全的技术

  • 经济激励:鼓励你对整个网络创造价值的规则和激励模式

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    两大加密工具

           根据上文所说,加密工具是能够让信息安全且不可篡改的工具。他们是区块链和加密经济学的重要组成部分。最基础的加密工具(被称为密码本原)是哈希函数和数字签名。

    哈希函数

           哈希函数是当你输入任何x,就会输出一个固定值H(x)的函数。比特币使用的是NAS基于Merkle-Damgard函数设计的SHA-256函数

    这个函数可以满足以下三个重要的功能:

           1. 防止冲突:对于同样的输出,哈希函数中很难找到两个不同的输入,所以它可以防止产生冲突。也就是说,我们想要防止在x≠ y的时候,会产生H(x) = H(y)的情况。

            如果不能预防这种冲突发生,那么攻击者就可以用虚假信息“b”来替代原始信息“a”,并且这两者都可以产生相同的哈希H(a) = H(b)。

           2. 隐藏:如果H(x)中没有推导初始输入x的可靠方法,那么哈希函数就是隐藏的。这里面的问题在于如果输入来自于很小的范围,例如两个可能的数值中选一个,那么有人就可以只对这两个可能的数值进行哈希,并且很容易猜出输入值x是多少。

           所以,如果我们能够将输入x和其他来自于很大样本的数值进行混淆,那么就可以隐藏输入x,这样就很难找到输入x的数值。当r是随机数值的时候,H (r||x)的数值就被隐藏。

           3. 解题友好如果我们知道输入数值的随机一部分,并且知道哈希值H(x),那么哈希算法是解题友好类型,但是这很难找到剩下的输入值。我们必须要随机尝试各种可能性,才能找到输入的剩余数值。对于比特币挖矿来说,这个性质非常必要,因为矿工需要解答加密难题,才能决定下个区块。
     

    数字签名

           数字签名和手写签名其实很类似。签名会把我们的身份和某种信息相结合(例如,签名证明了这确实是我自己签署了这张支票)。数字签名在去中心化的P2P网络中有着相同的功能,它可以帮助我们去确认某些信息(转账)确实是来自于某人。数字签名满足以下三个条件:

    1)只有你可以签名。(现实生活类比:当你用某种方式签名的时候,应该没有人可以按照同样的方式签名。)

    2)任何人都可以验证你的签名。(现在生活类比:任意的银行员工应该能够验证签名确实是来自本人。如果他们不能这样做,那么签名就应该是无效。)

    3)签名需要和特定的文件绑定。(现实生活类比:我的签名不能从已经签字的支票上拿下来,并且贴到别的文件。)

    数字签名主要有三种算法:

    1. (sk, pk):=generateKeys(keysize)

    generateKeys方法使用key size,并且生成一组秘钥:

  • sk是能够让你隐秘地签署信息的秘钥

  • pl是任何人用来验证签名的公钥

  • 加密社区作为新兴的非学术领域,加密经济学是在逐渐发展的,并且需要依赖于社区中每个人的努力和解决问题的能力。这种将密码学和经济激励结合的方式可以让去中心化P2P网络安全,有价值并且值得信任。

    应用:公钥是你的公共身份信息(或者说,你的比特币地址)。为了让某人可以使用自己的身份pk,他们必须知道对应的私钥,sk。这就好像是用户名和密码。通过这种方式,我们可以防止有人盗用别人的身份信息,并发送信息(以及转账)。

    2. sig := sign( sk , message )

    sign方法使用了信息和秘钥sk的方式,作为输入。然后,它就会输出基于sk信息的签名。

    应用:根据以上所说,签名只对于某个文件有效。sign方式可以确保这个功能。

    3. isValid := verify( pk , message , sig )

    verify方式使用了信息,签名以及公钥pk作为输入。然后它会返回一个布尔值(真/假值)和isValid,如果sig在公钥pk的情况下是个有效签名,如果不是就是失效的。

    应用:这种方式结合了上面的组成部分。任何人应该能够验证是否某个信息(例如,转账)确实是通过你的公钥签名的。

    因此,有效的签名必须是如下的情况:

    verify(pk, message, sig(sk, message))== true

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    三大经济工具

           现在我们知道了很多基础的加密算法工具,接下来进入加密经济学的第二部分。加密工具的作用是鼓励和抑制网站参与者行为的措施。

           最基本的经济工具是「使用通证」和「共识」机制。

    通证

           通证是在去中心化P2P网络中可以交易的产品。数字货币世界最著名的通证就是比特币。

           除了比特币之外,通证也可以进行物品和服务的交易。例如,你可以出租自己的CPU/GPU,然后可以获得相应的通证奖励。通证的出现可以创建价值共享的网络,最终将去中心化的P2P网络打造成独立的经济体或者生态体系。

           现在我们来看看通证是如何在比特币网络中激励大家的行为。

    区块奖励

           假设你是区块节点,并且在比特币区块链上创建了新区块,然后你就会获得奖励,同时也可以通过交易将这个区块奖励发到你自己的地址。

           目前,矿工挖矿一个区块,可以获得12.5个比特币的奖励。(区块奖励会逐渐减少,接下来我们会聊聊更多关于整体通胀/通缩的问题。)

           只有新的区块被全网剩下的部分都接受了,你才能获得区块奖励。其他节点会通过将你挖出的新区块哈希放到他们创建的下个区块中,从而表示接受了你的区块。

           这会激励大家只会加入有效交易的区块。因为如果你加入了错误的交易,那么其他人就无法接受你的区块,所以你为了获得区块奖励,就会被激励去加入有效的交易。

           正如上文所说,创建新区块的奖励会逐渐下降,这也就意味着比特币的奖励是有限的。但是如果矿工不能获得足够的挖矿奖励,那么又如何持续激励网络参与者去打造比特币区块链?答案很简单:每笔交易矿工也会获得转账手续费。

           交易手续费同时也可以让用户减少交易转账的速度和频率。

    共识机制

           去中心化P2P网络的参与者需要达成关于网络状态以及区块转账的共识。我们需要某种机制可以解决去中心化可能出现的问题。

           共识机制是基于区块链的协议,它可以将每个节点的区块作为输入,并且选择某个有效区块作为输出。

           我们来看看比特币的工作量证明共识机制。这看起来很简单,但是矿工必须要花费很多的算力来证明他们有参与这个项目,然后才可以去参与一个新的区块,而且很多矿工还会持续增加算力。

           从加密经济的角度来看,我们需要注意到矿工必须要花钱购买算力(现在很多都是通过ASIC芯片),所以矿工如果不能挖出区块就会蒙受损失。

           另外一种著名的共识机制是权益证明。总地来说,这种共识机制就会设定一系列的见证者,并且可以通过投票选出下个区块,同时基于持有权益的大小来决定每个见证者投票的比重。

           如果没有挖出区块,那么见证者就会失去那些权益,通过这种方式就可以激励对有效转账的区块投票。如果你想了解更多权益证明的信息,你可以去读读Vlad Zamfir和Vitalik Buterin的文章,因为现在以太坊也准备像权益证明转移(现在以太坊是工作量证明)。

    09

    网络中可能的攻击

           什么是网络攻击?当有人尝试通过虚假转账(例如双花转账)威胁到区块链安全性、可靠性和价值性的时候,网络攻击就已经开始了。另外,有人也会处于纯粹恶意或者政治原因试图攻击一个区块链。我会简单介绍下比特币区块链的一些攻击方法。

    51%攻击

           进行双花或者虚假转账最直接的方法之一就是分叉区块链,然后包含或者剔除某些交易。这样做地话,节点必须要接受新的区块,以及其中存在的虚假交易。分叉的链必须要比现在的链成长地更快并且更长,因为节点通常都是在最长的区块链上加入新区块。

           如果有人拥有绝大多数(超过50%)的哈希算力,那么这类攻击就会发生。我们假设比特币区块链是安全的,这是基于有50%上的参与者都是诚实的。51%攻击是非常著名的比特币区块链攻击方法,但是现实中有细微差别,很多攻击者也许有50%以下的算力,但是也会发动攻击。

           理论上来说,纯粹追求经济利益的攻击者应该不会进行51%攻击,因为整个区块链网络(比特币/法币交易率)价值会在攻击后奔溃。

           攻击者只会搬起石头砸自己的脚。可是,有些人也许会因为政治或者其他原因去攻击比特币区块链。也有些尝试通过硬分叉,进而从分叉链比特现金中获利。其实有很多因素需要考虑和分析,不过本文不会讨论太多。

    P+Epsilon 攻击

           现实情况是,对于持有比特币的人,没人会想区块链受到攻击,因为这也会影响他们本身。但是,如果每个人都只自私地保障自己的利益,并且接受贿赂,那么公地悲剧就会发生。这最终也会导致网络中所有参与者的长期损失。这个悲剧就是虽然看起来没人想要让网络受到伤害,但是这种事情却总是会发生。

           在P+ε攻击中,有人可以不用花费任何成本就可以贿赂整个网络。如果说每个人都需要为2+2=4是否正确来投票,那么他们会投出YES或者NO。当然,正确的投票是“YES”。如果你的投票是少数方,那么你就不会获得奖励。每个人都认为其他人会投YES,因此每个人都会投YES。我们正在经历所谓的纳什均衡,其中每个人都可以获得自己想要的东西。

           但是,试想下有个攻击者想要你投NO的情况。你会觉得这样做非常愚蠢,因为其他人都会投YES, 所以你的投票会成为少数而不能获得奖励P。

           但是,攻击者承诺(例如,通过以太坊智能合约),如果你投NO,就会支付你价值P+ε(初始奖励加上额外奖励)的奖励。突然间,你就会非常想投给NO,因为如果你是大多数,那么你的奖励是P,但是如果你是少数,你可以获得更多的奖励。

           另一方面来看,如果你投YES,那么你只有在大多数的时候才会赢,但如果是处于少数人的情况,就会输。现在因为贿赂,攻击者甚至不需要支付给任何投NO的人,因为他们是多数人。

           维持区块链的去中心化P2P网络,投票和是否会有虚假转账很相关。网络参与者都不希望有任何的虚假转账或者双花情况,但是有可能贿赂会导致这种情况。

           我所描述的大多数问题可能是技术以及经济所存在的问题。这些问题都是来自于人类的贪婪(例如,公地悲剧),但是可以通过密码学来解决。拜占庭容错是一个技术问题,它也可以通过经济激励来解决。

           而且,我也发现这种技术和经济的交叉理论其实是特别困难,但是又非常吸引人的。

    写在最后

           通过此文,我们已经了解到加密经济是去中心化P2P网络的基础。加密经济将加密学和经济激励结合起来,从而保持了网络的安全性,同时也激励了参与性。

           同时,我们也明白了在设计加密网络的时候,状态的假设以及加密模型的解释。加密算法包括了哈希函数和数字签名,可以帮助防止安全攻击。

           此外,从经济激励的角度来看,我们也许需要使用通证共识机制(例如工作量证明)来保证网络的安全,并且激励参与者来为网络做贡献,例如购买算力来挖矿。但是现在也存在很多攻击去中心化P2P网络的方式,例如51%攻击和P+epsilon攻击。


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