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    什麼是“拜占庭將軍問題”

    拜占庭位於如今的土耳其的伊斯坦布林,是東羅馬帝國的首都。當時拜占庭羅馬帝國國土遼闊,為了防禦目的,因此每個軍隊都分隔很遠,將軍與將軍之間只能靠信差傳訊息。 在戰爭的時候,拜占庭軍隊內所有將軍和副官必需達成一致的共識,決定是否有贏的機會才去攻打敵人的陣營。但是,在軍隊內有可能存有叛徒和敵軍的間諜,左右將軍們的決定又擾亂整體軍隊的秩序。在進行共識時,結果並不代表大多數人的意見。這時候,在已知有成員謀反的情況下,其餘忠誠的將軍不受叛徒的影響下如何達成一致的協議,拜占庭問題就此形成。

    這是拜占庭問題的起源,最初是由萊斯利·蘭伯特提出的點對點通訊中的基本問題。含義為在存在訊息丟失的不可靠通道上試圖透過訊息傳遞的方式達到一致性是不可能的。因此對一致性的研究一般假設通道是可靠的,或不存在本問題。

    其實這是個假設,是對現實世界的模型化,在網際網路世界由於硬體錯誤、網路擁塞或斷開以及遭到惡意攻擊,計算機和網路可能出現不可預料的行為。

    如果傳輸的資訊不一致或者不可靠,那麼所傳遞的資訊就不會被賦予價值。現有的網際網路系統解決了資訊的快速傳遞和儲存問題。比特幣系統為了保障資訊在通道傳輸中的一致性和可靠性,採用工作量證明機制給傳送資訊加入適當成本,採用非對稱加密技術和Hash演算法給資訊進行數字簽名,使得資訊在缺乏信任的分散式網路中傳輸得以可信,也使得價值在網際網路上傳輸成為可能。

    工作量證明機制(POW)

    我們設想一下,拜占庭時代有個牆高壁厚的城邦拜占庭,高牆內有超級多財富。它被其他10個城邦所環繞。它的十個鄰居都覬覦拜占庭的財富,希望佔領它。任何單個城邦入侵都會失敗,十個鄰居的一半以上同時進攻才能攻破它。而且,鄰居之間通訊和協調統計時間的唯一途徑是透過騎馬傳遞資訊。然而,他們可在任意時間以任意頻率派出任意數量的信使到任意的對方。問題是如果每個城邦向其他九個城邦派出一名信使,十個城邦每個派出九名信使,也就是在任何一個時間有總計90次的傳輸,且每個城分別收到九個資訊,每一封都寫著不同進攻時間。除此以外,部分城邦會答應超過一個的攻擊時間,故意背叛,所以他們將重新廣播超過一條的資訊鏈。這個系統迅速變質成不可信的資訊和攻擊時間相互矛盾的糾結體。

    比特幣系統為解決這樣類似的問題,為每一個傳送資訊者加入成本,降低資訊傳遞的速率。所加入的成本就是工作量證明。工作量證明是基於計算一個隨機雜湊演算法的。它唯一做的事情就是獲得一些輸入然後進行計算,並得到遺傳64位的隨機數字和字母的字串,就像這個:

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    用非對稱加密技術和Hash演算法給資訊數字簽名

    在POW技術基礎上,資訊傳遞還得使用非對稱加密演算法對資訊加密,產生公鑰和私鑰。用公鑰對資訊進行加密只有對應的私鑰才能解密,這使得資訊公開傳輸和金鑰管理問題得以高效解決。在比特幣系統中,除了使用非對稱加密解決資訊傳遞的可信問題外,還使用安全雜湊演算法(Hash演算法)來對資訊進行數字認證簽名,從而快速驗證使用者的身份。要想證明對此資訊擁有所有權和更改權,就必須在網路中廣播發送請求,所有的網路節點都可以使用公鑰來驗證這個請求是否對應於這個簽名,若對應則資訊被驗證。

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