NET:觀點：比特幣是信息時代的時鐘

本文發于公眾號以太坊愛好者，作者為Gigi。

一輪漾著清輝的時鐘高懸于空，

宣告時間沒有對錯。

——羅伯特·弗羅斯特，《我與夜晚熟稔》

我們仍未猜透時間這個巨大的謎題。時間不過是一個概念；我們甚至不知道它是否真的存在……

——CliffordD.Simak，《莎士比亞的星球》

俗語有云，時間就是金錢。反之，金錢也是時間：時間就是人類體內存儲的所有經濟能量。然而，時間和金錢之間的關系遠比乍看之下復雜得多。如果創造金錢不需要時間，金錢就不成其為金錢，至少無法長時間發揮金錢的作用。再想深一層，追蹤信息世界的事物就是追蹤時間。

當金錢數字化，我們必須就時間的定義達成共識，這就是問題所在。或許你覺得報時無非就是瞥一眼旁邊的時鐘那么簡單。如果只是處理日常工作，你這么想也行。但是，如果要讓一個全球的、人們在其中各行其是的分布式網絡同步推進狀態，報時就成了巨大的難題。如果時鐘無法信任，你該如何獲得正確的時間？如果你的系統跨越星系，你該如何建立時間的概念？在沒有時鐘的世界，你該如何衡量時間？時間究竟是什么？

為了解答這些問題，我們必須進一步了解時間的概念，以及比特幣是如何自創時間單位的。我們將探索的問題包括：為什么計時最終會與記賬聯系起來？為什么去中心化系統中沒有絕對時間？比特幣是如何利用因果關系和不可預測性來定義「現在」這一時態的？

記時器已經多次為文明社會帶來巨大改變。正如LewisMumford在1934年所說：「工業時代最重要的機器不是蒸汽機，而是時鐘。」如今，計時器再一次推動現代文明發生變革：信息時代最重要的機器不是計算機，而是時鐘。這個時鐘就是比特幣。

追蹤

「讓孩子學習數東西，從而獲得數字的概念。在計數的時候，這些東西就可以當作都是一模一樣的，它們可能是單個對象或一組對象。」

——DavidEugeneSmith，《初等數學教學》

總的來說，我們可以通過兩種方法來追蹤物品：物理象征物和賬本。你可以直接使用現實世界中的物品，例如，貝殼、硬幣或其它有形的東西；也可以通過在一張紙上記下已經發生的事來復制世界的狀態。

想象一下，你是一個牧羊人，想要確保每只羊都會返回家中。你可以為每只羊戴上項圈，每當有一只羊回家，你就取下那個項圈，掛在棚子里。假設每個項圈都會掛到一個單獨的掛鉤上，只要掛鉤都掛滿了，就說明所有羊都到家了。當然了，你也可以每次都數一遍，然后列一張表。然而，每當你開始數之前，你都要重新列一張表，防止重復計數或漏計。

貨幣本質上就是用來追蹤債務的工具。總的來說，迄今為止充當過貨幣的東西可分為兩類：物理制品和信息列表。更通俗一點的說法就是，象征物和賬本。

理解這兩類貨幣的本質區別很重要。我要在此作出明確說明：物理象征物直接表示事物的狀態；賬本則間接反映事物的狀態。二者各有優缺點。例如，象征物是物理的、分布式的，賬本是信息化的、中心化的；象征物本質上是免信任的，賬本不是。

在數字世界，我們只能使用賬本。這是信息世界，不是物質世界。即使你將某類信息定義為「象征物」，它依然是一段寫入硬盤或某種信息存儲媒介的可塑信息，以信息記錄的形式呈現出來。

所有數字信息本質上都是賬本，這就是產生「一幣多花」問題的根源。信息從不直接表示世界的狀態。此外，信息的移動也意味著信息能夠復制。信息存在于某個地方。要想「移動」信息，你必須將它復制到另一個地方，然后將原有信息刪除。物質世界則不存在這種問題，移動就是移動，并不意味著復制。信息世界不具備這種特征。如果你想將信息從表A「移動至」表B，你必須將信息從表A復制到表B。除此之外，沒有其它方法。

另一種思路是「惟一性」。物理象征物是獨特的原子組合，不能輕易復制。純粹的信息不具備這一特征。只要你可以閱讀某個信息，你就可以將它完美復制出來。因此，我們可以得出這樣一個結論，物理象征物具備獨特性，數字象征物不具備。我甚至認為「數字象征物」一詞有待商榷。象征物可以表示秘密信息，但絕不會表示絕無僅有、不可復制的信息。

這種特征差異表明，信息實際上是無法「移交」的。數字象征物不可能像物理象征物那樣轉移，因為你無法確定原所有者是否破壞了信息。和所有信息一樣，數字象征物只能像想法一樣被傳播。

觀點：比特幣與華爾街“不需要”彼此，但它們相處可能會更好:金色財經報道，據研究分析師發文稱，華爾街不需要比特幣，因為沒有比特幣它會繼續賺錢。在華爾街公司不接觸比特幣的情況下，咨詢和交易費用仍將帶來持續的收益。

其次，比特幣不需要華爾街，因為它會在沒有第三方的情況下繼續存在。比特幣將繼續為生活在獨裁統治或兩位數通貨膨脹下的人們提供選擇。

但實際上，雖然他們不需要彼此，但他們不會完全傷害對方。華爾街全面接受比特幣意味著華爾街可以獲得更多收入，從而獲得更多資金；這種擁抱也可能意味著通過提高比特幣價格為比特幣持有者帶來更多的回報。（CoinDesk）[2022/9/12 13:23:23]

「……如果你有一個蘋果，我也有一個蘋果，我們可以互換蘋果，換完之后還是一人一個蘋果。但是，如果你有一個想法，我也有一個想法，我們交換完之后，每人就有兩個想法。」

——CharlesF.Brannan(1949)

物理象征物不會面臨這種困境。在現實世界中，如果你給了我一枚硬幣，你就失去了這枚硬幣。這世上沒有魔法可以復制這枚硬幣，要讓我得到一枚硬幣，就必須把一枚硬幣交給我。物理世界的規律阻止了一幣多花。

雖然非數字世界確實存在多重花費的情況，但是這需要精心設計的騙局和容易上當的買家。數字世界就不一樣了。

在數字世界，由于我們總是在與信息打交道，多重花費是一個固有的問題。凡是復制過文件或使用過復制粘貼功能的人都知道，信息是可以完美復制的，而且它不會與保存該信息的媒介綁定。假設你有一張數碼照片，你可以將它復制100萬次，將其中一些副本存入U盤，并將其發送給成千上萬的人。完美的副本是可以實現的，因為可以使用完美的修正手段，消除一切瑕疵。最重要的是，復制幾乎是零成本的，而且副本與原件之間無法區分。

再說一遍：信息只存在復制一說。數字信息是無法從A移動至B的，只能從A復制到B。如果復制成功，再將A處的原件刪除，才能叫「移動」。這就是為什么多重花費問題如此棘手。沒有權威機構，就無法以不帶對手方風險的方法將任何信息從A轉移給B。我們必須相信原件會被刪除。一個天然的副作用就是，就數字信息而言，我們無法確定存在多少副本，以及這些副本都在哪里。

因此，數字象征物永遠都無法充當貨幣使用。象征物因其獨特的物理構造而難以復制，從而具備可靠性。到了數字世界，這一優勢蕩然無存。在數字世界，象征物是不可信的。由于信息的固有特性，數字貨幣的唯一可行形式只能是賬本，而非象征物。因此，數字貨幣不得不面對時間問題。

象征物是不帶時間屬性的，賬本不是

「看得見的東西是一時的，看不見的東西是永恒的。」

——PaulofTarsus,Corinthians4:18b

對于物理象征物來說，交易是在什么時候發生的并不重要。你的兜里要么有錢，要么沒有。要么花掉，要么不花。花錢的唯一前提就是兜里有錢。剩下的全交給自然法則。從這個意義上來說，物理象征物是無需信任且不帶時間屬性的。

對于賬本來說，物理占有就沒那么重要了。管理賬本的人需要確保所有賬目都井井有條。原本由物理定律賦予的特征必須由人為制定的規則來強制實現。正是這些規則在維持賬本的有序運作。

從物理定律轉向人為制定的規則就是問題的癥結所在。后者是可以修改和破壞的，前者則不然。例如，你無法「偽造」一枚實物金幣，你得從地底下挖出金子。但是，你可以在紙上偽造金幣。你只需要在賬本上添加一個條目，聲稱自己有一些金幣就行。如果是央行，只需要在電腦上敲幾個鍵，就可以增發數萬億美元。

為了確保賬本以及管理賬本的人沒有弄虛作假，我們必須定期對賬本進行獨立審計。對賬本中的每個條目進行核算不是什么了不得的事。審計員要能檢查過去的賬簿，來確保賬本的可靠性和有效性。沒有可靠的時間戳，我們就無法驗證賬本的內部一致性。我們必須建立一個機制來確定交易順序。

如果沒有一個絕對的時間概念，我們就無法確定交易順序。如果無法確定交易順序，我們就無法保證賬本沒有偽造。除此之外，還能有什么方式來證實你擁有多少錢？還能有什么方式來確保所有賬目都井然有序？

象征物和賬本之間的區別凸顯了追蹤時間的必要性。在物理世界，貨幣是不帶時間屬性的人工制品，可以在無人監督的情況下用于交易。在數字世界中，標記貨幣需要時間戳。

觀點：量子計算對比特幣的威脅比以往任何時候都大:8月23日消息，據一位專家稱，量子計算對比特幣的威脅比以往任何時候都大，該行業必須緊急解決這個問題。”量子比特 \"取代了傳統的計算機比特，能夠以極大的速度處理信息。從這個角度來看，研究人員聲稱，在十年內，量子計算機將完全發揮作用，并能夠破解從你的手機加密到電子郵件地址的任何東西，甚至更令人擔憂的是，比特幣地址。量子加密公司Arqit的創始人David Williams呼吁加密貨幣行業緊急解決這個問題，否則就會面臨最大的問題。

Utimaco的前首席技術官表示，在第一批將被量子計算機打破的數字簽名類型中，有橢圓曲線，而橢圓曲線則用于在比特幣錢包中。（crypto-news）[2021/8/23 22:31:40]

中心化的貨幣標記

「時間能刻上一切印記，也能抹去一切印記。」

——YahiaLababidi(b.1973)

解決多重花費問題最常見的方法是創建一個中心化交易列表。一旦你有了一個中心化交易列表，你就有了可以充當唯一真相來源的賬本。這時，解決多重花費問題就很簡單，只需仔細檢查交易列表，確保每條賬目都正確無誤即可。這就是PayPal、Venmo、Alipay以及全球所有銀行解決多重花費問題的方法：權威機構。

「這一過程的問題在于，收款人難以檢驗，之前的某位持有者是否多重花費過某一筆錢。通常的解決方案是，引入可信的第三方權威，或類似鑄幣廠之類的機構，來對每一筆交易進行檢驗，以防止多重支付……該解決方案的問題在于，整個貨幣系統的命運完全依賴于鑄幣廠的運營方，因為每一筆交易都要經過該鑄幣廠的確認，這個鑄幣廠就好比是一家銀行。」

——中本聰，《白皮書》

需要注意的是，中本聰無法讓信息變得無法復制。比特幣的每個部分都是可以復制的。這一切都是可以復制并竄改的。然而，中本聰成功創建了一個系統，讓違反規則的副本變得毫無用處。比特幣網絡通過執行復雜的機制，來決定哪些副本有用，哪些副本沒用。正是該機制為數字世界帶來了稀缺性。這個機制就好比一支舞蹈，需要控制節奏。

即使是中心化賬本，也必須采用統一的時間追蹤方式，才能解決多重支付問題。當一筆交易發生時，我們必須知道交易方、交易金額，以及最重要的，交易時間。在信息領域，沒有時間戳就無法標記貨幣。

「必須強調的一點是，由于我們一直未能解決分布式系統中事件與時間點的關聯問題，去中心化賬本無法實現，直至中本聰發明出了解決方案。」

——GregoryTrubet-skoy

去中心化的時鐘

「時間會帶走一切。」

——埃斯庫洛斯

時間和順序有著非常密切的關系。正如LeslieLamport在1978年的論文《分布式系統中的時間、時鐘和事件順序》中所述：「時間概念是我們思維方式的基石。它源自一個更基礎的概念，即，事件的發生順序。」由于缺少一個中心協調時間點，「先」、「后」和「同時」等看似直觀的概念都沒了參照。用Lamport的話來說：「‘先發生’這一概念定義的是分布式多進程系統中不變的那部分事件順序。」

換言之：如果我們不能讓某個人來負責管理時間，那么我們如何確定事件發生的順序？如果沒有一個中心參照系，我們如何才能獲得一個可靠的時鐘？

你可能認為這個問題很容易解決，因為每個人都可以使用他們自己的時鐘。但是，只有在每個人的時鐘都準確無誤的情況下，這個方法才有效。在一個人們有對立、有利益沖突的系統中，每個人都使用自己的時鐘會是場災難。而且，根據相對論，這一方法無法跨越空間。

來個思維實驗：假設你生活在一個每個人都自己跟蹤事件發生順序的世界中，你可以怎樣欺騙其他人呢？你可以假裝你今天發送的一筆交易其實是昨天的，這樣你今天花掉的錢就還是你自己的。由于每個去中心化系統本質上都是異步通信，上述場景不只是理論上的思維實驗。消息確實會延遲，時間戳會不準確。再加上相對論效應和宇宙的天然速度限制，我們很難在沒有中心化權威機構或觀察者的情況下辨別事件的先后順序。

「Who'sthere?Knockknock.」

——經典諧音梗

觀點：比特幣網絡難度將繼續上漲但要低于2016年:7月7日，加密貨幣分析師PlanB發推文稱，通過對比2012、2016和2020年比特幣減半前后網絡難度，從而預測2020年已經減半后的比特幣網絡難度將會繼續上漲，但總體要低于2016年的難度。[2020/7/7]

為了更好地說明這個問題，我們來看一個具體的例子。想象一下，你和你的商業伙伴都能夠訪問你公司的銀行賬戶。你的業務遍布全球，因此你是在瑞士開的銀行賬戶，你本人住在紐約，而你的商業伙伴住在悉尼。你這邊的時間是1月3日，你正在賓館愜意地度過周末夜晚。你的商業伙伴那邊的時間已經是周一上午，她決定使用共享銀行賬戶的借記卡買早餐。當時卡上余額為615美元。當地時間為上午8:21。她的早餐花了27美元。

于此同時，你打算用另一張關聯該銀行賬戶的借記卡支付住宿費。此時卡上余額為615美元。當地時間為下午5:21。住宿費是599美元。

也就是說，你們在同一時刻刷了卡。會發生什么事？

銀行的中央賬簿很可能是一前一后收到這兩筆交易的，這樣你們中必然有一個成了幸運兒，另一個成了倒霉蛋。如果中央賬簿恰好在同一瞬間收到這兩筆交易，銀行就必須決定由誰來花費這筆錢。

那么，如果沒有銀行會怎么樣？誰來決定交易先后？如果不只是你們兩個，而是成百乃至上千人同時交易會怎么樣？如果你不信任這些人該怎么辦？如果有人想要作惡，比如將自己的時鐘撥慢，假裝自己的交易是幾分鐘前的，該怎么辦？

「我們需要一種與時間有關的工具來創建公認的排序，并在不依賴于任何中央協調者的情況下維護唯一的歷史記錄。」

——GiacomoZucco,《發現比特幣》

這就是為什么以往所有關于數字現金的嘗試都離不開中心化注冊表。也就是說，我們必須信任某個人，才能正確決定事務的順序。我們需要中心化參與方來充當中心化時鐘。

比特幣解決這一問題的方法是重新定義時間。比特幣是通過區塊，而非秒來度量時間的。

以區塊為時間單位

帝王息爭，乃時光之風采；

將謊言揭穿，讓真相大白；

將歲月印記，給往事封印；

將黑夜堅守，喚黎明醒來；

將惡人懲治，直至其悔改；

——莎士比亞，《魯克麗絲受辱記》

所有時鐘都依賴于規律的過程，也就是我們常說的「嘀嗒」。從本質上來說，老爺鐘發出的滴答聲與現代石英鐘和原子鐘發出的嗡嗡聲沒有任何區別。具體來說，我們利用鐘表中某個部件擺動或振動的次數來度量秒或分鐘。

大型擺鐘的鐘擺很長，擺動起來很明顯。更專業的小型時鐘則需要特殊部件。時鐘的振動頻率取決于其應用場景。

大多數時鐘的振動頻率都是固定的，以便精準報時。然而，有些時鐘的振動頻率是可變的。例如，節拍器就可以預先設置振動頻率，一旦設置完成，就會按照恒定頻率打拍子。比特幣每次「嘀嗒」的時間間隔都不同，因為其內部機制存在概率性。不過，二者的目的都一樣：演奏音樂，讓舞蹈可以繼續。

眼前的比特幣不就是一個時鐘嗎？中本聰確實暗示過，整個比特幣網絡就像一個時鐘，用他的話來說，一個分布式時間戳服務器。

在這篇論文中，我們將提出一種通過點對點分布式時間戳服務器來為一組交易的發生順序生成計算證明，從而解決多重支付問題。

——中本聰，《比特幣：一種點對點的電子現金系統》

從比特幣白皮書最后的參考文獻來看，時間戳顯然是一大根本問題。在8篇參考文獻中，有3篇與時間戳有關：

《如何為數字文檔加上時間戳》，S.Haber，W.S.Stornetta

《論如何提高數字時間戳的效率和可靠性》，D.Bayer，S.Haber，W.S.Stornetta

《如何設計一個信任最小化的安全時間戳服務》，H.Massias，X.S.Avila，J.-J.Quisquater

正如Haber和Stornetta在1991年所述，數字時間戳就是利用計算過程讓用戶無法向前或向后更改數字文檔的日期。不同于紙質文檔，數字文檔易于篡改，而且篡改時并不一定會在物理媒介上留下任何明顯的跡象。在數字世界，偽造和篡改可以達到無懈可擊的地步。

聲音 | 觀點：加密是言論自由的一部分 而自由言論就是一切:據Bitcoin.com報道，近日美國司法部長William Barr發表講話，要求科技行業的大型企業與政府機構合作，為加密設備和軟件提供后門切入點。根據他的推理，某些設備和消息服務通過提供了一個安全的、第三方無法訪問的區域來構成安全威脅，在這個區域內犯罪可以迅速擴散。但他差點忘了，這種“免擔保加密”也保護了生活在動蕩地區的記者、研究人員和個人。安全加密還保護和驗證各地加密貨幣持有者的金融資產和交易。文章認為，如果這些本質上是思想代碼串，現在被定為非法，那么一場人類自由表達的全新戰斗似乎才剛剛開始。[2019/7/29]

鑒于信息的可塑性，為數字文檔添加時間戳成了一個非常復雜的過程。直覺的解決方案根本不起作用。以文本文檔為例，只是簡單地在文檔末尾加上一個日期是根本沒用的，因為任何人都可以輕而易舉地修改日期。更何況，你一開始就可以偽造日期。

時間是一條因果鏈

極端一點，整個世界無非就是一張關系網而已。

——TimBerners-Lee，《編織萬維網》

偽造日期是一個普遍問題，并不僅僅存在于數字世界。例如，在綁架案中，綁匪就需要一種辦法來證實綁票發生的時間。

時間證明

這個方法之所以可行，是因為報紙很難偽造，而且易于驗證。由于報紙頭版報道的都是前一天的事件，綁匪是不可能提前預知頭版新聞、并提前幾周就偽造好人質照片的。因此，照片中人質手持的報紙的發行日期就是人質在世的證明。

這個方法凸顯了一個重要概念：因果關系。時間箭頭反映了事件的因果關系。沒有因果關系，就無所謂時間。在賽博世界，哈希函數對于解決時間戳問題來說至關重要，因為它引入了因果關系。如果沒有某份文檔，我們就無法生成對應的密碼學哈希值，因此文檔和哈希值之間存在因果關系：先要有數據，而后才能生成哈希值。換言之，如果沒有單向函數的計算不可逆性，賽博世界中就不會存在因果關系。

先有A，才有B

有了因果關系，我們就可以創建出一連串環環相扣的事件。因此，安全的數字時間戳方案得以為原本不存在時間的數字世界譜寫歷史。

因果關系決定了事件的時間順序。如果一個事件由之前的某些事件引發，并且引發了之后的某些事件，則該事件在歷史上的位置得以確定，不會再更改。

——Bayer，Haber，Stornetta(1992)

毋庸置疑的是，因果關系對于經濟計算而言至關重要。鑒于賬本其實是多個合作方之間經濟計算的具象化，因果關系對于每個賬本而言同樣至關重要。

我們需要一個能讓所有參與者就唯一歷史記錄達成共識的系統……我們提出的解決方案基于時間戳服務器。

——中本聰

有趣的是，讓比特幣得以運作的所有組件其實早已存在。早在1991年，Haber和Stornetta就介紹了兩種「可以有效防止時間戳造假」的方案。一個是依賴于可信第三方的方案，另一個是更為復雜的「分布式信任」方案，無需依賴于可信第三方。兩位作者甚至發現了信任事件因果鏈背后的固有問題，以及重寫歷史所需的條件。換言之，「有可能成功做惡的唯一方法是，準備好一條足夠長的時間戳鏈，長到連最疑心最重的挑戰者都懷疑不了的地步。」如今，比特幣也存在一個類似的攻擊向量，即51%攻擊。

一年后，Bayer、Haber和Stornetta在之前的研究基礎上提出使用「默克爾樹」，而非簡單的鏈表將所有事件連接起來。默克爾樹是一種簡單高效的數據結構，可以根據多個哈希值計算出一個確定的哈希值。從時間戳的角度來看，這意味著一單位時間可以容納多個事件。另外，這三位作者還提議對他們在1991年提出的分布式信任模型進行改進，即，不斷舉辦「世界冠軍錦標賽」來決定唯一的「獲勝者」，由獲勝者在公開的地方發布計算出的哈希值。聽起來是不是很熟悉？

我們可以看出，報紙是一個絕佳的例子，能讓我們更好地思考時間的第二個特性：不可預測性。

因果關系和不可預測性

時間不是現實，而是一種概念或計量單位……

——智者安提豐，《論真理》

聲音 | 觀點：工業互聯網的發展將反哺區塊鏈等技術革新:5月13日，經濟參考報刊文《數字技術推動制造業快速“蝶變”》。文章指出，業界認為，在消費級互聯網發展成熟的當下，工業互聯網將成為未來數字技術新的增長點——門類齊備的工業基礎、領先成熟的通信技術為工業互聯網孕育了基礎，而工業互聯網的發展又進一步反哺區塊鏈、人工智能、大數據等技術革新。[2019/5/13]

因果關系雖然很重要，但是遠遠不夠。時間流逝還離不開不可預測性。在物理世界，我們通過觀察自然過程來描述時間的流逝。我們觀察到熵是在不斷增加的，并稱之為時間箭頭。盡管在大多數情況下，自然規律看似與時間箭頭無關，但是某些事情實際上是無法撤銷的。俗話說得好，破鏡難圓。

同樣地，數字世界也需要增熵函數來創建時間箭頭。SHA256哈希值和密碼學簽名并非絕對不可破解，但就像破鏡幾乎不可能重圓，SHA256和密碼學簽名也幾乎不可破解。

如果沒有熵增，我們就可以任意更改時間戳。例如，斐波納契數字的順序具備因果關系，但不具有熵增特質。在斐波納契數列中，每個數字都是由前兩個數字相加得到的。因此，斐波納契數列是一條因果鏈。但是，斐波納契數列無法用來報時，因為它是完全可預測的。這就好比說，綁匪不能用人質和日歷的合影來證明人質還活著。我們不能使用可預測的東西作為時間證明，只能使用無法提前預測的事物，如，當日報紙的頭版。

比特幣的不可預測性是通過交易和工作量證明實現的。就像沒人能預測明天的報紙會刊登什么內容，也沒人能預測下一個比特幣區塊長什么樣。你無法預測區塊中會打包哪些交易，因為你無法預測未來將有哪些交易被廣播。更重要的是，你無法預測誰會解開當前的工作量證明難題，以及得出的解是什么。

不同于報紙，工作量證明直接與已經發生的事件聯系起來。工作量證明不僅僅是事件的記錄，而且是事件本身。正是這種基于概率的直接聯系免去了工作量證明的信任需求。找到有效工作量證明的唯一方法是做出大量猜測，每次猜測都要花費少量時間。每找到一個解所需要的猜測次數是概率性的，從而構成比特幣的時間鏈。

利用哈希鏈的因果順序和工作量證明的不可預測性，比特幣網絡提供了一種機制，可以創建無爭議的事件歷史。如果沒有因果關系，我們就無法區分事件先后。如果沒有不可預測性，因果順序就毫無意義。

關于上文提到的綁匪的做法，其實Bayer、Haber和Stornetta早在1992年就給出了明確解釋：「如果要確定某個文檔是在某個時間之后創建的，該文檔必須記錄已經發生但無法提前預料的事件。」

出版證明

正是因果關系和不可預測性的結合，我們才能在原本沒有時間概念的數字世界中人為定義「現在」。正如Bayer、Haber和Stornetta在1991年的論文中指出：「請求時間戳的客戶端的順序以及它們所提交的哈希值是無法預知的。因此，如果我們在簽名證書中包含之前客戶端請求序列的比特，就知道證書的時間戳晚于這些請求……證書中必須包括之前文檔的比特這一要求也可以從另一個方向指明時間的先后，因為時間戳機構無法預先發行證書，除非它擁有此時此刻的請求。」

所有組件都在這里了。中本聰的高明之處在于將這些組件全都組合到了一起，從而免去對時間戳機構的需求。

時間證明

原因雖被深藏，結果卻已知曉。

——奧維德，《變形記》

讓我們來概括一下：要想在數字世界花錢，我們必須依靠賬本。要想賬本變得可靠，我們必須明確交易順序。要想明確順序，我們必須使用時間戳。因此，如果我們想要在數字世界創造出免信任貨幣，我們必須移除任何創建并管理時間戳的實體，以及負責計時的單一實體。

天才如中本聰找到了解決方案：「為了實現點對點的分布式時間戳服務器，我們需要使用工作量證明系統，類似于AdamBack提出的哈希現金。」

我們之所以需要使用工作量證明系統，是因為我們需要數字世界原生的東西。一旦你了解數字世界的本質是信息化的，那么顯而易見的是，計算就是我們擁有的一切。如果你的世界是由數據組成的，就會存在數據操縱。

工作量證明是一種點對點機制，因為它無需信任。工作量證明之所以具備免信任性，是因為它與所有外部輸入隔絕。它只依賴于一樣東西：計算離不開工作量的投入。在我們的世界里，產生工作量需要投入能源和時間。

通往時間的橋梁

我知道我已著魔。

我們跑過橋——熊熊燃燒的橋——

火焰在身后肆虐，

我們站在死亡邊緣，

親愛的，你我正與世界為敵。

——KateBush，《燃燒的橋》

如果沒有工作量證明，我們必然會遇到信息輸入機制問題，因為物理世界和信息世界永遠有隔閡。牧羊人數羊時在列表上做的標記并不是真正的羊，地圖不能與真正的領土相提并論，報紙上的新聞也不一定是真實發生的事件。同理，即使你使用現實世界的時鐘來創建時間戳，也并不代表實際時間就是如此。

坦白來說，我們無法相信數據代表了現實，除非是數據本身所固有的現實。比特幣的難度可調節型工作量證明的高明之處在于，它創造了自己的現實，以及空間和時間。

工作量證明能夠將數字世界和物理世界直接聯系起來。只有這種連接是以免信任方式建立的。其它一切都依賴于外部輸入。

比特幣的出塊難度是會調整的，從而維持比特幣時間與人類時間之間的聯系。就像發條一樣，每挖出2016個區塊，比特幣系統就會重新調整挖礦難度。難度調整旨在將平均出塊時間控制在10分鐘，從而在物理世界和信息世界之間建立穩定的聯系。因此，比特幣時鐘的走時需要根據人類的時間感知重新調整。純粹基于時鐘的難度調整是不可行的，因為這會將比特幣與人類世界完全割裂。難度調整的目的就是防止人們的出塊速度太快。

正如愛因斯坦告訴我們的那樣，時間不是絕對的。沒有什么所謂的宇宙時間。時間是相對的，同時性并不存在。僅憑這一事實，所有時間戳本質上都是不可靠的，即使參與者之間不存在對立也是如此。

對于比特幣來說，人類時間戳并不精確這一事實不是很重要。一開始就沒有絕對的參考系也不重要。時間戳的精確程度只需讓以2016個區塊為基數計算得出的出塊時間足夠可靠，即可。為了保證這一點，只有在滿足以下兩個標準的情況下，一個區塊的「物理世界」時間戳才會被接受：

該時間戳必須大于之前11個區塊的時間戳中位數。

該時間戳必須小于網絡調整時間加兩小時。

換言之，難度調整就是保持時間恒定，而非安全性、難度或能源消耗量恒定。該設計頗具獨創性，因為良幣必須具備很高的時間成本，而非能源成本。如果貨幣只與能源關聯，并不足以產生絕對的稀缺性，因為一旦能源生產技術有了改進，我們就能創造出更多貨幣。時間是唯一一個無法再生的東西。正如JulianSimon所言，時間是終極資源。正因如此，比特幣成了貨幣的終極形態，因為比特幣的發行量與宇宙的終極資源直接相關。

難度調整至關重要。如果沒有難度調整，隨著越來越多礦工加入網絡，或礦機效率提高，比特幣的內部時鐘就會越走越快。我們很快就會遇到協調問題。一旦出塊時間降到某個閾值以下，系統就無法對某個共享狀態達成共識，即使在理論上也是如此。光從地球的一側到達另一側需要大約66毫秒。因此，即使我們的電腦和路由器是完美的，我們也會束手無策：面對兩個事件，將無法斷言其先后順序。如果我們不對比特幣的出塊時間進行周期性調整，就會陷入絕境——必須以超越光速的速度解決協調問題。時間也是導致密碼學不穩定性問題的根源。密碼學之所以能發揮作用，是因為利用了時間的不對稱性：建起一道密碼學墻壁只需要一瞬間，打破它卻需要很久，除非你有密鑰。

因此，從某種意義上來說，工作量證明以及難度調整都是在人為放慢時間，至少從比特幣網絡的角度來看是這樣。換言之，比特幣是在強行控制內部節奏，通過低頻率為對等節點之間的通信延遲提供充足的緩沖空間。每挖出2016個區塊，比特幣的內部時鐘都會重新調整。因此，平均每10分鐘只會挖出一個有效區塊。

從外部角度來看，比特幣就是將在全球廣播的異步消息集中到一個平行宇宙中。這個平行宇宙有自己的規則，以及時空觀。從比特幣網絡的角度來看，交易池中的交易是沒有時間屬性的。只有被打包進有效區塊的交易才會被賦予時間：該交易所在區塊的編號。

BitCoinv0.01ALPHA(2009)

這個解決方案之精妙已經無以言表。一旦你能夠自行定義時間，就可以輕松辨別事件的先后順序。因此，人們也可以輕而易舉地在發生了什么、按照什么順序，以及誰欠誰什么等問題上達成共識。

難度調整可以確保比特幣的內部節拍器打出的拍子是恒定的。它是比特幣這支樂團的指揮，可以讓音樂永葆鮮活。

但是，憑什么認為，「工作量」是一個最終值得依賴的東西呢？答案有三重。首先，因為計算需要投入工作量；產生工作量需要花費時間；而在我們這里，工作——猜測隨機數——是無法取巧的。

基于概率的時間

時間無休止地生出岔路，通往無數個未來。

——博爾赫斯，《小徑分叉的花園》

為比特幣區塊找到有效的nonce就是一場猜謎游戲，類似于擲骰子、拋硬幣或輪盤賭。本質上，你是在尋找一個天文數字。每一次猜測都不會讓你更接近答案。要么猜中，要么重來。

每次你拋硬幣，拋中正反面的概率都是50%——哪怕你之前拋了20次，次次都是正面朝上。同樣地，在比特幣挖礦過程中，每一秒出現一個有效區塊的概率都是0.16%左右。上個區塊是什么時候找到的并不重要。找到下個區塊之前需要等待的時間永遠都一樣：10分鐘左右。

因此，比特幣時鐘的每一次「嘀嗒」都是不可預測的。相比我們人類使用的時鐘，比特幣時鐘似乎是粗糙且不準確的。正如GregoryTrubet-skoy所言：「這個時鐘是否準確并不重要。重要的是，每個人的時鐘都相同，并且整條鏈的狀態與時鐘的走時明確關聯。」雖然比特幣的時鐘是基于概率的，但它不是一種幻覺。

時間是一種幻覺。午餐時間尤其如此。

——道格拉斯?亞當斯，《銀河系漫游指南》

然而，在比特幣系統中，「現在」絕對是一種幻覺。由于網絡中沒有中央機構，可能會有奇怪的情況出現。雖然不太可能，但是萬一有兩個人同時找到有效區塊呢？也就是說，兩個不同位置的時鐘同時嘀嗒了一聲。這兩個區塊的內容很可能不同。它們雖包含不同的歷史，但都同樣有效。

這就是所謂的鏈分裂，是中本聰共識在運行中自然而然會出現的一種情形。就像遷徙中的鳥群，時而分成兩列，時而合在一起。經過一段時間之后，比特幣網絡中的節點最終會形成一個共享的歷史，這得益于猜測所帶來的概率性。

中本聰共識只是簡單地要求，正確的歷史在最重的鏈上。因此，如果我們有A和B兩個歷史，有些礦工會在A上續寫歷史，有些礦工會在B上續寫歷史。一旦某一方的礦工找到了下一個有效區塊，另一方的礦工就會接受自己是在錯誤的歷史上挖礦，并轉向最重的鏈。在比特幣中，歷史是由勝利者書寫的。

收款人需要有證據能夠證明，每筆交易發生時，絕大多數節點認同它們最先收到了該交易……當同一筆交易存在多個支付對象時，只有一個是有效的。收款人必須等待一小時左右，然后才能相信這個交易是有效的。屆時，網絡就能解決一切有可能發生的多重花費競賽。

——中本聰

上面段話揭開了分布式協調問題的秘密。中本聰就是通過這種方式解決了上文提到的「同時付款」問題，而且是一勞永逸地。讓相對論見鬼去吧！

由于比特幣時鐘具有概率性，「現在」永遠是不確定的。過去永遠是確定的。

若想理解得更深入，我們必須追溯到更早的時間。

——GordonClark，《從基督教的角度理解人與物》

因此，對于某些對等節點來說，比特幣時鐘有時會倒退一兩下。如果你的鏈頂端恰好輸給了另一個鏈頂端，你的時鐘就會先倒退再前進，覆蓋你原先以為正確的歷史。如果你的時鐘具有概率性，你對歷史的記憶也不得不如此。

嘀嗒嘀嗒——幾點了？

嘀嗒嘀嗒……停在了c619。

真是這樣嗎？會不會慢了？

管它準不準：8在9前不會錯。

這個鐘不準，有時倒著走。

準時才有鬼，中心化要不得！

這個鐘在嘀嗒，嘀嗒復嘀嗒，

使壞也沒好處，嘀嗒到下個區塊。

——一首關于比特幣和時間的小詩

總結

時間依然是物理學最大的謎題之一，甚至引起了人們對物理學本身定義的質疑。

——JorgeCham和DanielWhiteson，《我們一無所知：通往未知宇宙的指南》

追蹤信息世界的事物就意味著追蹤一系列事件，因此需要追蹤時間。追蹤時間需要就「現在」達成共識。在比特幣系統中，「現在」是最重工作量證明鏈的端點。

對于時間結構來說，最重要的兩個組成部分是：因果關系和不可預測事件。因果關系用來定義過去，不可預測事件用來構建未來。如果事件順序是可預測的，就有可能跳過。如果每個事件之間沒有聯系，要改變過去就很容易。由于比特幣系統定義了內部時間，作假難度極高。如果有人想作假，必須改寫過去或預見未來。比特幣的時間鏈可以有效防止這兩點。

如果從時間角度來看待比特幣，我們就應該清楚，「區塊鏈」并非主要創新，甚至不是什么新想法。只要研究過前人關于時間戳的文獻，我們就能發現這點。

區塊鏈，就只是數據塊組成的鏈條而已。

——PeterTodd

中本聰的創新之處在于，各方如何在沒有中心化協調的情況下獨立就事件歷史達成共識。中本聰找到了一種實現去中心化時間戳機制的方法。該機制不依賴于時間戳機構或服務器，不需要報紙或其它任何物理媒介作為證據，可以確保走時節奏基本不變，即使是在CPU時鐘時間更快的環境中運行也是如此。

計時需要因果關系、不可預測性和協調性。在比特幣中，因果關系由單向函數提供，即，位于比特幣協議核心的密碼學哈希函數和數字簽名。不可預測性是通過工作量證明難題和節點交互實現的：你無法提前預知其它節點在干什么，你也無法提前預知工作量證明難題的解。協調性是通過難度調整實現的，秘訣就是將比特幣時間與人類時間聯系起來。只有將物理世界和信息世界連接起來，我們才能只依賴于數據在時間上達成共識。

比特幣是時間不只體現在一方面。比特幣的最小單位satoshi是時間，因為它是貨幣；比特幣的網絡也是時間，因為它是一個去中心化時鐘。正是因為比特幣時鐘孜孜不倦地轉動，比特幣才能具備這些神奇的特性。否則，整個比特幣系統就會分崩離析。也正因如此，這一鬼斧神工般的互聯網貨幣才能惠及所有人。

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