加密货币的未来: 比特币与后比特币时代

过去一段时间加密货币给立法部门带来很多挑战。 创业圈和学术圈里也有越来越多的人加入了这场科技变革中。

比特币于2009年1月发布, 那时候只有长期关注加密学的少数人知晓这个新兴事物。 比特币源自于一个自称”中本聪”的个人或者团体。 到目前为止，“中本聪”的真实身份还未被公众知晓。 比特币是利用加解密算法来维护转账记录的电子货币。 它让人乍听起来感觉是天方夜谭。 人们可以匿名的使用比特币。 比特币网络里的转账记录是去中心化的方式保存维护的。 没有任何团体或者个人控制着比特币。 甚至包括政府, 银行, 中本聪都不能做到这一点。

今天有大概1460万个比特币在市场上流通。 总市值在34亿美元左右。 在流通市场上的比特币, 或许有一部分是被用于了黑市交易。 利用其匿名特性, 有人把比特币用于购买毒品等违禁物品。 另一方面, 比特币的诸多特性也吸引到了摩根大通这样的金融机构的关注。 他们认同比特币这样的技术能以更低廉的成本实现流通与支付功能。 围绕着比特币, 现在已经有接近700种电子货币被创造出来。 今年9月15日, 电子货币社区还迎来了第一本学术期刊(Ledger)的创立。

比特币之所以能吸引这么多注意力都是由于它革命性的创新。 利用一种叫区块链的技术, 比特币保存每一笔交易记录。 也正是依靠区块链, 所有比特币交易都很难被撤销或者篡改。 比特币的交易是记录在P2P网络里的众多电脑上的, 比特币用户并不需要信任这些电脑的所有者。 即使在这种情况下, 比特币网络仍然是安全可靠的。

许多人认为区块链还可以运用到其他方面, 包括智能合约,、投票、众筹。 今年7月份, 位于瑞士巴尔(Baar)的非盈利组织Ethereum Foundantion发布了一个基于区块链的系统以太坊(Ethereum)。 美国康奈尔大学的IC3研究团队也与7月决定开始基于区块链的科学探索。一位伦敦大学学院的加密学者尼古拉斯·库尔图瓦（Nicolas Courtois）, 表示如果比特币能顺利发展, 它可能会变成21世纪最重要的发明。

比特币还是有一些可以改进的地方, 比如安全方面。 现在已经有超过40起比特币失窃事件, 其中不乏损失超过1百万美元的案例。

加密货币相关公司和学者利用game theory 和 高级加密学方法来重新审视比特币。 Initiative for CryptoCurrencies and Contracts (IC3)的联合负责人 艾瑞·朱尔斯（Ari Juels）指出, “加密货币不像其他系统, 一旦发生问题, 其导致的后果是不可承受的。 所以需要吸引更多相关专家来解决这些潜在的问题。”

学术圈对加密货币的探索, 最早可以追溯到20年前。 当时荷兰国家数学与将计算机研究院的加解密学专家David Chaum做过很多相关工作。 为了更好的保护买家的个人信息, 他在1990年创立了最早的电子货币 DigiCash。

DigiCash 在1998年破产了。 失败的主要原因是, DigiCash 的协议不是去中心化的。 其系统的运作又依托于一个传统银行, 却一直没能在传统金融行业找到自己的位置。 在10年后, DigiCash的想法被中本聪重新在比特币上实现了。 不同就在于, 比特币的代码是由社区参与者共同维护的, 比特币网络又是基于P2P协议。 就是说比特币是一个去中心化的系统。 任何人都可以参与到比特币网络中来, 只需要打开钱包连上互联网便可。 众多参与者构建起这个网络, 共同维护着一个不断更新的区块链。

中本聪最大的挑战是在这么一个开放式的网络里, 如何避免网络交易被篡改, 保证不会出现虚假的比特币交易记录。 他提出的解决方案就是, 让大家通过竞争来决定, 谁有权利把交易写入区块链。 这个过程也就是比特币挖矿。

比特币交易一旦提交到网络, 就会被广播到整个比特币网络中。 参与比特币挖矿的人需要收集这些交易记录, 然后进行一系列的哈希计算。 谁第一个找到满足特定条件的哈希值, 就有权把当前所有记录打包成一个块, 并添加到区块链上。 目前比特币的区块链上已经有将近40万个块了。

为什么这个争夺出块权的过程可以保证区块链是安全的? 因为没有任何个人/团体可以轻松获取到出块权, 这就意味着没有人可以重写以前已经产生过的数据块。

挖矿在维护区块链的同时, 也缓慢增加了比特币的供应量。 每次获取到出块权的人, 就会获得25个比特币的奖励, 价值数千美元。 比特币的挖矿难度会自动调节, 每个数据块的间隔时间, 平均是10分钟。 同时出块奖励的比特币数目也随时间减少, 每4年就会减半一次。 这样比特币的供应量上限是2100万。

比特币网络无法决定一个比特币能值多少钱。 价格取决于比特币交易市场上的买卖双方。 这就导致了比特币价格波动巨大。 2013年1月, 一个比特币的交易价格是13美元, 在12月份却涨到1200美元。 2010年5月22号, 有人用1万个比特币购买了2个披萨。 按照比特币最高时刻的价格计算, 这2个披萨花费了1200万美元的比特币。

困境

没过多久, 比特币的问题慢慢暴露出来了。 比如, 由于比特币的匿名特性, 很多人会利用它进行一些违禁物品的交易。 丝绸之路(Silk Road)就是一个使用比特币作为支付手段的网上黑市。 FBI在2013年关闭了这个网站, 网站站主与今年5月被判终身监禁。 另一个方面, 比特币也被人们用于赞助维基解密(WikiLeaks) 这样的网站。 普林斯顿大学的一位计算机科学家, 阿尔文德·纳拉亚南（Arvind Narayanan）, 认为比特币社区很难建立一个标准来鉴别什么样的比特币应用是好的还是坏的。 “除非禁止相关技术的使用, 否则没人可以监管比特币网络。”

比特币在挖矿上也浮现出一些问题。 随着比特币的价格水涨船高, 挖矿的算力竞争也越来越到。 更快的设备被开发出来用于比特币挖矿。 曾经有人挖矿一天就能赚取价值200美元的比特币。 还有人在冰岛建设了大型的比特币挖矿中心。 之所以选址在冰岛, 是因为那里气候寒冷, 有利于挖矿机器的散热。 根据2014年的一个估计, 用于比特币挖矿的电力相当于整个冰岛的耗电量。

协作

日益加剧的比特币算力竞争使得个人挖矿者都加入各种挖矿矿池。 去年, 最大的挖矿矿池GHash.IO 曾经掌握了全网超过50%的算力。 一旦有人掌握了全网一半以上的算力就可以掌握出块权。 这样他能够欺诈网络, 撤销比特币交易记录, 让支付出去的比特币又回到原来的地址。 这种欺诈手法被称为“51%攻击”。 在一些规模比较小的电子货币网络 (Terracoin, Coiledcoin)上, 有人成功发动了51%攻击。 当时的攻击甚至导致了人们放弃继续维护 Coiledcoin的区块链。

为了降低被攻击的风险, 有人提出了新的挖矿算法。 比如莱特币的挖矿算法更多的依靠的是内存, 这使得设计专门的挖矿矿机变得更加困难。 IC3实验室的联合负责人, 伊莱尼·史（Elaine Shi）和他的同事从理论上确定了矿池参与者可以窃取挖矿奖励。 他们还开发了算法原型, 计划在比特币或者其他电子货币网络上进行测试。

另一个问题是比特币挖矿所消耗的能源。 为了减少浪费, 研究员史和朱尔斯 开发了一个叫Permacoin的电子货币网络。 它的挖矿算法不再是计算无意义的哈希, 而是处理医学数据或者基因数据。 这不能减少挖矿的能量消耗, 但是起码让能量消耗在了更有用的计算上。

电子货币的安全是另一个大问题。 很多比特币失窃事情不是由区块链架构导致,而是由于比特币所使用的数字签名技术。 比特币用户掌握着一个公钥和一个私钥。 公钥可以发送给别人, 用于收款。 私钥必须严密保管, 它可用于发起比特币转账。 一旦有人的电脑被攻破, 他的私钥一旦失窃, 就意味着他的比特币会被盗走。

纳拉亚南 认为用户对于安全是如此的敏感, 所以比特币不大可能成为广泛使用的支付手段。 针对这个问题, 纳拉亚南和他的团队开发了一种可以分开存储私钥的技术。 比如用户可以把私钥分段存储在电脑和手机上。 即使你的电脑被攻破, 攻击者还需要攻破你的手机才能窃取到完整的私钥。

库尔图瓦指出，比特币网络另一个安全隐患是, 签署一个比特币转账交易的时候需要同时使用到私钥会和一个随机数。 在一些比特币客户端的实现中, 比如安卓手机上, 随机数的产生不是很可靠。 如果有人可以利用系统的漏洞, 猜测到什么随机数被用于签署交易, 那么他就有机会猜出私钥是什么。 Ripple公司的首席密码学家大卫·思科瓦尔兹（David Schwartz）承认到,”让人尴尬的是, 这个行业给人感觉随时都可能搞出大篓子。”

以太坊

以太坊的CEO加文·伍德 （Gavin Wood）认为, 区块链的应用不仅仅局限于记录转账记录。 比如我们正在设计一个智能合约系统(以太坊), 在满足合约规定条件的时候自动发起支付。 区块链还可以用于投票管理, 众筹。 伍德指出以太坊在交易双方缺乏信任的时候, 能发挥很大的作用。 为了把这个想法付诸实现, 伍德和以太坊创始人维塔利克（ Vitalik Buterin）在2014年通过众筹募集了3万个比特币用于以太坊的开发。

项目团队找到了学术专家来确保以太坊的协议是安全的。史和朱尔斯一直在尝试寻找着以太坊的协议漏洞。 朱尔斯认为, 技术是双刃剑, 我们需要确保在危害发生时, 其导致的破坏是可控的。

伍德指出, 同比特币一样, 以太坊不由任何个人控制。 它目前处在法律的空白地带。 就像音乐录音和网络一样, 这些新兴事物刚出现的时候都曾处在法律监管空白地带。 从法律上如何更好的监管比特币, 以太坊, 等区块链项目, 还有很多空白需要填充。

朱尔斯认为比特币会走向中心化。 就像曾经的音乐行业一样, 一开始大家热衷于通过P2P分享网络下载音乐, 现在大家都喜欢通过中心化的机构比如Apple Music 购买音乐。 一旦银行意识到了区块链的优点, 他们就会开发出自己的应用, 并提供去中心化的服务。

库尔图瓦不同意这种看法, 他觉得比特币是加密货币行业里的微软。 一旦有什么技术上的创新, 比特币都可以吸收进来并保持自己在行业里的领先地位。

无论比特币的未来如何, 纳拉亚南 强调电子货币社区已经建立起来。 这个社区背后的开发者和研究者才是最重要的。 区块链技术一定会在未来20年的计算机课程上被反复提及。

原文：http://www.nature.com/news/the-future-of-cryptocurrencies-bitcoin-and-beyond-1.18447
作者：Andy Extance
译者：Harvey老狼
责编：printemps
稿源（译）：资讯