Tài liệu sáng tạo: Cách Adam Back thiết kế công cụ của Bitcoin

Tiêu đề gốc: "Tài liệu sáng tạo: Adam Back How để thiết kế bộ máy Bitcoin"

Nguồn gốc: Aaron Van Wirdum

Bản tổng hợp ban đầu: Một Jian, người đam mê Ethereum

Vào ngày 28 tháng 3 năm 1997, hơn 2.000 người đăng ký vào danh sách gửi thư của Cypherpunks đã nhận được một email bắt đầu bằng câu trích dẫn trên. Người gửi là một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ người Anh 26 tuổi tại Đại học Exeter. Nhà mật mã trẻ tuổi có tên là Tiến sĩ Adam Trở lại danh sách gửi thư và là người đóng góp nhiều cho danh sách gửi thư. Phần giải thích và cách thực hiện đơn giản có trong email này được tác giả đặt tên là "Lược đồ bưu chính dựa trên va chạm băm một phần" - trên thực tế, nó tương đương với con tem được sử dụng trong email, nhưng nó dựa trên một sơ đồ mật mã đẹp mắt .

"Lý do cơ bản cho việc sử dụng hàm băm một phần là chi phí tính toán của chúng có thể cao tùy ý," Back viết, "nhưng chúng có thể được xác minh ngay lập tức." . Đây là những gì ông giải thích về những lợi thế của hệ thống này.

Cựu chuyên gia mật mã hiện là CEO của Blockstream, nhưng email lúc đó không gây nhiều ảnh hưởng: chỉ có một độc giả trả lời, còn thảo luận là vấn đề kỹ thuật chọn thuật toán băm. Nhưng công nghệ đằng sau Hashcash – bằng chứng công việc – đã định hình hoạt động nghiên cứu tiền kỹ thuật số trong hơn một thập kỷ kể từ khi nó được tạo ra.

"Triển khai chi phí thông qua xử lý tác vụ để chống thư rác"

Hashcash của Back không phải là Hashcash đầu tiên thuộc loại của nó.

Ngay từ đầu những năm 1990, triển vọng của Internet và những ưu điểm của hệ thống email nói riêng đã trở nên rõ ràng đối với các nhà công nghệ có liên quan. Tuy nhiên, những người tiên phong về Internet lúc bấy giờ cũng nhận ra rằng hệ thống email cũng có những vấn đề riêng.

"Đặc biệt vì việc gửi email dễ dàng và rẻ tiền, đồng thời bạn có thể gửi cùng một tin nhắn cho nhiều người, điều này chắc chắn sẽ dễ dẫn đến lạm dụng." , IBM nhà nghiên cứu Tiến sĩ Cynthia Dwork và Tiến sĩ Moni Naor đã giải thích điều này trong sách trắng của họ xuất bản năm 1992. Sách trắng có tên là “Chống thư rác bằng cách áp đặt chi phí xử lý tác vụ”.

Quả thực, khi email trở nên phổ biến hơn thì thư rác cũng vậy.

Cần có một giải pháp, những người sử dụng Internet thời kỳ đầu đã đồng ý - và một giải pháp đã được Dwork và bài báo của Naor đưa ra.

Kế hoạch của họ là: mỗi khi người gửi email gửi email, anh ta phải đính kèm một số dữ liệu vào email. Dữ liệu cần phải là giải pháp cho một vấn đề toán học và câu hỏi được hỏi trong mỗi email là duy nhất. Cụ thể, Dwork và Naor đề xuất ba dạng câu đố ứng cử viên có thể được sử dụng trong kịch bản này, tất cả đều dựa trên sơ đồ chữ ký và mật mã khóa công khai.

Không khó để thêm một giải pháp vào email. Lý tưởng nhất là nó chỉ cần sức mạnh xử lý của một máy tính thông thường. Chỉ mất vài giây và việc tiếp nhận Thật dễ dàng để kiểm tra tính hiệu quả của nó. Đây là điểm thú vị: ngay cả một chút sức mạnh xử lý của một email cũng có thể tăng thêm chi phí cao cho các nhà quảng cáo, kẻ lừa đảo và tin tặc đang cố gắng gửi hàng nghìn, thậm chí hàng chục email cùng một lúc. Về lý thuyết, chi phí cho việc gửi thư rác có thể rất cao, tốn kém đến mức không mang lại lợi nhuận.

“Ý tưởng chính là ngăn chặn sự lạm dụng bằng cách cho phép người dùng tính toán một hàm có độ khó vừa phải nhưng không phức tạp trước khi có quyền truy cập vào tài nguyên”, Dwork và Naor Giải thích nó cách này.

Mặc dù Dwork và Naor không phát minh ra thuật ngữ này nhưng loại giải pháp mà họ đề xuất được gọi là "bằng chứng công việc". Người dùng phải hiển thị kết quả làm việc trên máy tính của họ để chứng minh rằng họ đã sử dụng tài nguyên trong thế giới thực.

Thật là một kế hoạch tuyệt vời, nhưng đáng tiếc là nó có thể quá tiến bộ. Kế hoạch này chỉ được lưu hành trong một nhóm nhỏ các nhà khoa học máy tính và chưa bao giờ thu hút được sự chú ý rộng rãi.

Adam Back và Cypherpunks

Cùng lúc đó Dwork và Naor xuất bản bản trắng của họ paper, một nhóm các nhà hoạt động về quyền riêng tư có khuynh hướng tự do cũng bắt đầu nhận ra tiềm năng mạnh mẽ của Internet. Nhóm những người có hệ tư tưởng tương tự này bắt đầu thành lập một nhóm email chuyên thảo luận về các công nghệ nâng cao quyền riêng tư. Giống như Dwork và Naor, những "cypherpunks" này - như sau này chúng được gọi - đã khai thác mật mã mới hơn để đạt được mục tiêu của mình.

Vài năm sau, Adam Back—người nhận bằng Tiến sĩ năm 1996—trở thành một trong những người tham gia tích cực nhất trong nhóm email, nhờ đó tôi có thể gửi hàng tá email. email một tháng. Giống như các cypherpunks khác, anh ấy đam mê các chủ đề như quyền riêng tư, tự do ngôn luận và chủ nghĩa tự do, đồng thời anh ấy cũng tham gia vào các dự án như “trung gian ẩn danh”, hệ thống tệp mã hóa và tiền điện tử (tác giả David Chaum. Trong các cuộc thảo luận kỹ thuật về các chủ đề chẳng hạn như các phát minh của tiến sĩ).

Nhưng trong một thời gian, Back có lẽ được biết đến nhiều nhất với việc in và bán "vũ khí". Áo: Áo phông in các giao thức công nghệ mã hóa, nhằm mục đích chỉ ra rằng chính phủ Hoa Kỳ Sự vô lý của chương trình mã hóa PGP (Pretty Good Privacy) của Phil Zimmermann bị kiểm soát theo quy định “Arms” của luật kiểm soát xuất khẩu. Nếu mặc quần áo của Back và vượt biên rời khỏi Hoa Kỳ, bạn sẽ trở thành "kẻ xuất khẩu vũ khí".

Giống như hầu hết mọi người, Back không biết gì về các đề xuất bằng chứng công việc của Dwork và Naor. Nhưng vào giữa những năm 1990, ông đã nghĩ đến việc sử dụng các phương pháp tương tự để chống thư rác, đôi khi còn đánh giá cao nhóm email cypherpunk.

Ví dụ: trong bối cảnh tăng thêm quyền riêng tư cho người chuyển tiếp, Back sẽ nhận xét: "Một trong những lợi ích đi kèm với việc sử dụng giao thức PGP là PFP phương pháp mã hóa Sẽ có một số chi phí áp đặt lên người gửi thư rác - số lượng tin nhắn anh ta có thể mã hóa mỗi giây phải ít hơn số lượng cần thiết để làm tắc nghẽn liên kết T3." Thật giống ý tưởng của Dwork và Naor.

Nhóm email cypherpunk phát triển nhanh chóng trong vòng 5 năm. Khởi đầu là một nền tảng thảo luận trực tuyến dành cho một nhóm nhỏ những người xây dựng công ty khởi nghiệp ở Khu vực Vịnh San Francisco, nay đã phát triển thành một hiện tượng internet mini với hàng nghìn người đăng ký — và thường có nhiều email hơn mức bạn có thể xử lý.

Chính trong giai đoạn này - năm 1997, khi danh sách gửi thư gần đạt đến đỉnh cao - Back đã nghĩ ra Hashcash của mình.

Hashcash

Hashcah tương tự như giải pháp chống thư rác của Dwork và Naor, và có cùng mục đích, nhưng Back đề xuất một số cách sử dụng bổ sung, chẳng hạn như chống lại sự lạm dụng của những người chuyển tiếp ẩn danh. Nhưng đúng như tên gọi, nền tảng của Hashcash không giống với nền tảng của Dwork và Naor mà nó dựa trên thuật toán băm.

Thuật toán băm là một công cụ mã hóa chấp nhận bất kỳ dữ liệu nào - dù là một lá thư hay toàn bộ cuốn sách - làm đầu vào và đầu ra. Một số có độ dài xác định dường như là không thường xuyên.

Ví dụ: giá trị băm SHA-256 của câu "Đây là một câu" là số thập lục phân sau:

"Chuyển đổi" sang số thập phân thông thường là:

Dạng nhị phân là:

Tuy nhiên, giá trị băm SHA-256 của "Đây là một câu" là:

Là bạn có thể thấy, chỉ cần chèn dấu chấm câu sẽ tạo ra giá trị băm hoàn toàn khác. Và quan trọng là, hàm băm của cả hai câu là hoàn toàn không thể đoán trước được; ngay cả khi bạn biết hàm băm của câu đầu tiên, bạn không thể suy ra hàm băm của câu thứ hai từ nó. Cách duy nhất để tìm hiểu là thực sự chạy phép tính băm.

Hashcash sử dụng công cụ toán học này rất thông minh.

Trong Hashcash, siêu dữ liệu của email (chẳng hạn như "địa chỉ người gửi", "địa chỉ người nhận", thời gian gửi, v.v.) được chính thức hóa dưới dạng Một thỏa thuận. Ngoài ra, người gửi email phải thêm một số ngẫu nhiên, được gọi là "nonce", vào phần siêu dữ liệu này. Tất cả siêu dữ liệu này, bao gồm cả "nonce", dẫn đến giá trị băm trông giống như số ngẫu nhiên được hiển thị ở trên.

Bí mật là: không phải bất kỳ giá trị băm nào cũng có thể được tính là "hợp lệ". Dạng nhị phân của giá trị băm phải bắt đầu bằng số "0" được xác định trước để hợp lệ; ví dụ: nó phải bắt đầu bằng 20 "0". Người gửi cần tìm một nonce sao cho phải có 20 "0" ở đầu giá trị băm. Tuy nhiên, anh ta không có cách nào biết trước nonce nào có thể làm được điều này.

Do đó, để lấy được giá trị băm hợp lệ như vậy, người gửi chỉ có một cách: thử và sai (tức là "tính toán bạo lực"). Anh ta chỉ có thể tiếp tục thử các loại nonce khác nhau cho đến khi tìm thấy sự kết hợp hiệu quả. Nếu không, email của TA sẽ bị ứng dụng email của người nhận từ chối. Giống như kế hoạch của Dwork và Naor, Hashcash cũng yêu cầu cam kết về tài nguyên máy tính: đó là một hệ thống bằng chứng công việc.

"Nếu email không có giá trị băm 20 chữ số... chương trình của bạn sẽ bật lên một thông báo giải thích rằng việc gửi sẽ phải trả phí bưu chính email và nơi nhận nó. "Với phần mềm phù hợp", Back giải thích trên danh sách gửi thư của Cypherpunk, "điều này có thể khiến những kẻ gửi thư rác ngừng hoạt động chỉ sau một đêm, bởi vì 100 0000 x 20 = 100 MIP năm lớn hơn nhiều so với khả năng tính toán của họ. "

Điều đáng chú ý là hệ thống bằng chứng công việc của Back ngẫu nhiên hơn Dwork và Naor. Giải pháp của họ chỉ yêu cầu giải một câu đố, điều đó có nghĩa là một máy tính nhanh hơn sẽ luôn giải nó nhanh hơn (so với một máy tính kém hơn). Nhưng theo thống kê, có khả năng một máy tính chậm hơn trong Hashcash sẽ tìm ra giải pháp chính xác nhanh hơn.

(Ví dụ: nếu ai đó chạy nhanh hơn những người khác, người đó sẽ giành chiến thắng mọi lúc trong cuộc đua nước rút. Nhưng nếu ai đó chỉ mua nhiều hơn Nếu bạn có nhiều hơn vé số, những người khác sẽ luôn có cơ hội trúng nhiều hơn anh ta - chỉ là họ không thắng thường xuyên như vậy.)

Sự khan hiếm trong thế giới kỹ thuật số

Tương tự như số phận của đề xuất của Dwork và Naor, Hashcash chưa bao giờ thu hút được nhiều sự chú ý. Back giải thích chi tiết về Hashcash trong sách trắng năm 2002 của mình. Nền tảng SpamAssassin (lọc thư rác) mã nguồn mở của Apache triển khai nó và Microsoft cũng đã khai thác ý tưởng bằng chứng công việc ở định dạng "dấu bưu điện email" không tương thích. Back và các học giả khác đã nghiên cứu đề xuất các ứng dụng khác nhau cho giải pháp này trong nhiều năm nhưng chưa nhận được nhiều sự quan tâm. Đối với hầu hết các ứng dụng tiềm năng, việc thiếu hiệu ứng mạng khiến chúng khó khởi chạy.

Tuy nhiên, Dwork và Naor and Back (nghiên cứu độc lập) đã tạo ra được điều gì đó. Một trong những đặc tính mạnh mẽ nhất của các sản phẩm kỹ thuật số là chúng có thể dễ dàng được sao chép và bằng chứng công việc về cơ bản là khái niệm độc lập tập trung đầu tiên về sự khan hiếm ảo: nó kết hợp dữ liệu điện tử với các tài nguyên máy tính hữu hạn, trong thế giới thực được gắn kết với nhau.

Sự khan hiếm chắc chắn là điều kiện tiên quyết của tiền tệ. Trên thực tế, Back, cả trong bài phát biểu qua email về cypherpunk và trong sách trắng của mình, đã đặt Hashcash một cách rõ ràng vào danh mục tiền tệ, trái ngược với loại tiền kỹ thuật số duy nhất trên thế giới vào thời điểm đó (DigCash của Chaum).

"Hashcash có thể cung cấp giải pháp tạm thời cho đến khi digicash được sử dụng rộng rãi", Back nói trong danh sách gửi thư. "Hashcash là miễn phí, bạn chỉ cần thêm nó vào Bạn có thể nhận được nó bằng cách thực hiện một số phép tính trên máy tính của bạn. Điều này phù hợp với văn hóa tự do ngôn luận trên Internet, nơi những người có khó khăn về tài chính cũng có thể nói chuyện bình đẳng với các triệu phú, quan chức chính phủ đã nghỉ hưu, v.v. (Và) nếu có vấn đề gì xảy ra với digicash (được tiếp quản hoặc Yêu cầu lưu giữ an toàn thông tin nhận dạng người dùng), Hashcash cũng có thể cung cấp giải pháp sao lưu để kiểm soát thư rác."

Tuy nhiên, mặc dù có tên như vậy nhưng Hashcash không phải là rất tốt Đất đóng vai trò như một loại tiền mặt chính thức (đề xuất của Dwork và Naor chắc chắn không hiệu quả). Có lẽ quan trọng hơn, bằng chứng công việc mà người nhận “nhận được” không có ích gì đối với anh ta. Không giống như tiền tệ, bạn có thể tiêu nó ở nơi khác. Ngoài ra, khi máy tính trở nên mạnh hơn, chúng có thể tạo ra ngày càng nhiều bằng chứng trong cùng một khoảng thời gian – Hashcash sẽ bị siêu lạm phát.

Bỏ mọi thứ khác sang một bên, những gì Proof of Work cung cấp là nền tảng hoàn toàn mới cho nghiên cứu tiền kỹ thuật số. Hầu hết các giải pháp tiền tệ kỹ thuật số quan trọng sau này đều được xây dựng trên Hashcash, thường cho phép tái sử dụng bằng chứng công việc ("Bằng chứng công việc có thể tái sử dụng (PROW)" của Hal Finney là ví dụ rõ ràng nhất).

Bitcoin

Tất nhiên, cuối cùng, bằng chứng công việc đã trở thành nền tảng của Bitcoin, và Hashcash cũng là một trong số ít tài liệu tham khảo trong sách trắng Bitcoin.

Tuy nhiên, việc sử dụng Hashcash (hoặc các biến thể của nó) của Bitcoin rất khác so với những gì người khác đã đề xuất trước đây. Không giống như Hashcash và các chương trình dựa trên Hashcash khác, sự khan hiếm do Proof of Work cung cấp không được sử dụng trực tiếp làm tiền tệ trong Bitcoin. Trên thực tế, Hashcash được sử dụng để tạo ra một loại cạnh tranh: bất kỳ người khai thác nào đầu tiên tạo ra bằng chứng công việc hợp lệ - nghĩa là giá trị băm của một khối giao dịch Bitcoin - người đó sẽ quyết định giao dịch nào là giao dịch tiếp theo. . Ít nhất về mặt lý thuyết, mọi người đều cạnh tranh như nhau: giống như xổ số, ngay cả một thợ mỏ nhỏ cũng có cơ hội trở thành người đầu tiên tạo ra một lượng công việc hiệu quả tại một địa điểm nhất định.

Hơn nữa, mỗi khi một khối được khai thác, nó sẽ xác nhận một loạt giao dịch khó có thể đảo ngược. Kẻ tấn công phải chứng minh rằng anh ta đã thực hiện ít nhất khối lượng công việc tương đương với khối được khai thác đầu tiên (nhà sản xuất khối) và số tiền này sẽ tiếp tục tích lũy khi các khối tiếp theo xuất hiện. nhanh chóng. Do đó, nguồn lực trong thế giới thực cần có để lừa dối thường lớn hơn lợi ích tiềm tàng từ việc lừa dối. Người nhận giao dịch Bitcoin cũng tin tưởng rằng số tiền mình nhận được sẽ không biến mất đột ngột.

Cách sử dụng Hashcash này có thể nói là một mũi tên trúng hai con chim: nó không chỉ giải quyết được “vấn đề thanh toán nhiều lần” theo cách phi tập trung mà còn cung cấp một cách để các đồng tiền mới sẽ được phân cấp. Người phát hành tiền tệ có thể được đưa vào lưu thông trở lại.

Hashcash không trở thành hệ thống tiền điện tử đầu tiên - Ecash đã tận dụng được lợi thế và bản thân bằng chứng công việc thực sự không thể được sử dụng làm tiền tệ. Nhưng không có nó, có lẽ đã không có hệ thống tiền kỹ thuật số phi tập trung.

Liên kết gốc

Chào mừng bạn tham gia cộng đồng chính thức của BlockBeats:

Nhóm Telegram đăng ký: https://t.me/theblockbeats

Nhóm Telegram thảo luận: https://t.me/BlockBeats_App

Tài khoản Twitter chính thức: https://twitter.com/BlockBeatsAsia