分布式系统与计算机网络 漫谈分布式系统(7)

根据前面的介绍，我们在区块链中使用的消息应该属于签名消息。具体体现在：每一个区块中的交易都进行了签名，保证无法被篡改，也能保证这个消息只能是由最初的发起者发出的。那么，这属于上述第二种情况，难道说区块链网络中忠诚节点的数目没有要求？显然不是这样。比如在比特币网络中，要求恶意节点不能掌握多于50%的算力。为什么两者之间似乎不一致呢？这是因为，「拜占庭将军问题」只是关注一个子问题，它关注的是其中一个将军（称为主将）向其他所有将军（称为副官）发送命令的情况。而最终对所有命令进行汇总则要求所有忠诚的将军达成共识。如果忠诚的将军数目太少，不管最终确定的作战计划是什么，还是会失败，因为叛徒可能不执行这个作战计划。这类似于比特币网络中的情况，其中对于最长链的选择过程，就相当于将军们对所有命令进行汇总的操作（按多数投票）。

在「拜占庭将军问题」中，一个叛徒可能向不同的将军发送不一致的命令。如果算法设计得不好，就可能造成最终无法达成一致。在区块链网络中，类似的行为将会成本很高。这是由于矿工节点发布区块的消息必须经过工作量证明，它如果发布不一致的区块，每个区块都需要工作量证明，这将耗费它大量的算力。另外，这样做也没有动机，它只会产生更多分叉，不会产生最长链。

在「拜占庭将军问题」的框架下，如何看待工作量证明呢？它其实相当于提高了做叛徒的成本，从而极大降低了叛徒超过半数的可能性。这里可以做一个对比，假设历史上存在真实的拜占庭将军问题，那么可以想象，敌军的打入拜占庭将军这个群体中的成本应该是很高的。所以，可以认为将军中的叛徒不至于太多。但对应到计算机网络中，如果没有类似工作量证明的机制，那么成为叛徒矿工的成本就是非常低的。这就很有可能使得叛徒比忠诚的矿工还要更多。

当然，从经济学的角度看，在需要工作量证明的前提下，成为叛徒矿工也是不明智的。因为它既然拥有比较强的算力，还不如按照合理的方式通过挖矿赚取收益更为稳妥。不过这是技术之外的因素了。

除了工作量证明这种机制(Proof of Work)之外，还有一种被称为Proof of Stake的机制。虽然有人质疑这种机制存在缺点(比如nothing at stake)，但站在「拜占庭将军问题」的角度，它也是相当于提高了做叛徒的成本。这就好比一个要混入董事会，成本肯定是比较高的，因为他需要首先持有大量股票。

区块链到底是什么？有人说是个无法篡改的超级账本，也有人说是个去中心化的交易系统，还有人说它是构建数字货币的底层工具。但是，从技术的角度来说，它首先是个解决了拜占庭将军问题的分布式网络，在完全开放的环境中，实现了数据的一致性和安全性。而其它的属性，都附着于这一技术本质之上。

在今天这篇文章中，我们从分布式系统的一致性问题开始谈起，直到「拜占庭将军问题」，最后又跟区块链产生了关联。这几部分逐步深入，虽是「漫谈」，逻辑上却是前后贯穿的。

最后，区块链，是不是一项伟大的革新？是。特别是比特币系统，它是分布式系统技术与金融系统业务相结合造就的一次成功的创举。

区块链技术到底会不会颠覆未来呢？我们现在只能说：有可能。

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