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去中心化的比特币究竟有多么去中心化?结论和人们想像的不一样

纽约时报的Siobhan Roberts报道了一项新研究,集中于早期比特币挖矿过程中泄露的个人信息。研究发现,与许多人认为的去中心化不同,早期的比特币挖矿行为集中在64人中,而且这些人掌握了左右区块链的大量权力。这说明了区块链的去中心化和匿名性更多的是一种叙事而不是真相。

Photo by Shubham Dhage on Unsplash 

莱斯大学和休斯顿贝勒医学院的数据科学家阿丽莎·布莱克本(Alyssa Blackburn)花了几年时间,与她值得信赖的实验室助手万福玛丽(Hail Mary)一起进行数字侦探工作,万福玛丽是一台带有橙色装饰的闪亮黑色电脑。她一直在收集和分析比特币区块链中泄露的信息,这个不可改变的公共账本记录了自2009年1月加密货币推出以来的所有交易。

比特币代表了一个技术乌托邦式的梦想。比特币的假名发明者中本聪提出,世界不应在集中的金融机构上运行,而是在一个平等的、基于数学的电子货币系统上运行,这个系统通过计算机网络分布。是“无信任”(trustless)的,也就是说,它将不依赖受信任的一方,如银行或政府,来仲裁交易。相反,正如中本聪在2008年的白皮书中写道,这个系统将以“加密证明而非信任”为基础。或者,正如T恤衫上的口号所宣称的:“我们相信代码。”

事实证明,实际情况是复杂的。价格动荡足以诱发比特币的扭曲,而且这个系统对环境有破坏性,因为计算网络使用了大量的电力。

布莱克本说,她的项目并不评价比特币的优点和缺点。她的目标是穿透匿名的围栏,从第一天开始追踪交易流程,研究世界上最大的加密经济是如何出现的。

中本聪曾介绍过这种货币是匿名的。对于比特币交易(购买、出售、发送、接收等),用户使用假名或地址,用于隐藏真实身份的字母和数字斗篷。在2011年,维基解密宣布它将通过比特币接受捐款,这显然是对其匿名性的信任。但随着时间的推移,研究发现数据泄漏;身份保护毕竟不是那么无懈可击。

布莱克本和她的合作者在他们的新论文(尚未发表在同行评议的期刊中)中报告说:“信息泄漏逐次侵蚀着曾经坚不可摧的区块,刻画出社会经济数据的新景观。”

布莱克本汇总了多个泄漏信息,将许多比特币地址合并为少数几个,这些地址似乎代表了许多矿工。她拼凑了一个代理目录,并得出结论,在最初的两年里,64个关键参与者,研究人员称他们的其中一些为社区的“创始人”, 开采了当时存在的大部分比特币。

芝加哥大学的经济学家埃里克·巴迪什说:“他们发现,早期的比特币开采和使用有多么集中,这是一个科学发现。” 巴迪什曾在这一领域进行过研究,他收到了来自作者的两小时视频预览。一旦他了解了他们的工作,他就想,“哇,这是很酷的侦探工作。”提到这些早期的关键人物,巴迪什建议将这篇论文命名为“比特币64人”。

计算机科学家杰伦·拉尼尔是这篇论文的早期读者,他称这项调查的野心和社会影响“重要而有意义”。位于加州伯克利的拉尼尔说:“我内心的书呆子对数学很感兴趣,用于提取信息的技术也很有趣。”

他指出,区块链泄漏的演示会让一些人感到惊讶,但另一些人却不会。拉尼尔说:“这东西不是密封的。”他补充说:“我不认为这就是故事的结局。我认为会有进一步的创新,从这些类型的系统中提取信息。”

布莱克本的策略之一就是简单的毅力。她回顾了论文的主要研究者,贝勒医学院和莱斯大学的应用数学家、计算机科学家和遗传学家埃雷兹·利伯曼·艾登是如何描述她的方法的。她说:“我不断踢它,直到它坏掉。”

更准确地说,布莱克本为特别有意义的时间段开发了黑入方法:从加密货币开始到2011年2月比特币与美元实现平价,这段时间恰好是以比特币为基础的黑市,即丝绸之路的建立。她利用了人类的失误,如不安全的用户行为;她利用了比特币软件固有的操作特性;她部署了既定的技术来连接假名地址;她还开发了新的技术。布莱克本对矿工特别感兴趣,矿工是通过参与精心设计的计算比赛来验证交易的代理人,这类似于猜谜游戏,对照目标猜测和检查随机数字,以寻找一个幸运数字。当一个矿工赢了,他们就会获得比特币收入。

64个关键矿工看起来是多还是少,取决于一个人是否接近加密货币的潜流。学者们质疑,比特币是否真的是一种去中心化的货币。从利伯曼·艾登的角度来看,被调查的人群“甚至比看起来更集中”。尽管分析显示,两年来大玩家的数量为64个,但根据研究人员的建模,在任何特定时刻,这个人群的实际规模只有五六个。而且在许多情况下,只有一两个人掌握着大部分的采矿权。

正如布莱克本所描述的,只有少数几人“戴着王冠”,并作为网络的仲裁者发挥作用。她说,“这不是去中心化的无信任加密货币的精神。”

在数据中寻找宝藏

对于布莱克本和利伯曼·艾登来说,比特币的数据,即区块链中存档的324个左右的字节,呈现出一种隐秘的诱惑力。利伯曼·艾登的实验室从事生物物理学和广泛应用的数学;其中一个重点是三维基因组图谱。但作为一个学者,他也对使用新型数据来探索复杂现象感到好奇。2011年,他与谷歌图书公司和合作者一起,利用1800年至2000年的500多万本数字化图书,发表了一项定量文化分析。他称之为“Culturomics”(文化“culture”和经济“economics”的结合)。例如,这个团队推出了谷歌Ngram阅读器,能让用户输入一个词或短语,并观察其在几个世纪以来的使用情况。

Photo by Kanchanara on Unsplash 

本着同样的精神,他想知道在比特币的数据湖中可能潜藏着什么宝藏。他说:“我们实际上有每一笔交易的记录,这些是了不起的经济和社会学数据集。显然,如果你能设法接触到,那里有很多信息。”

事实证明,获取这些信息并非易事。布莱克本被禁止进入大学的超级计算集群,因为她的文件夹上标有“比特币”,她被怀疑正在开采加密货币。她说:“我提出了异议。”她试图说服一位管理员,她正在进行研究,但“他们完全不为所动。”

布莱克本的一个关键策略是,追踪在理论上应该是随机和无意义的数字图谱中的模式。在一个案例中,她追踪了“额外随机数”(extraNonce),这是挖矿难题中的一个部分:一个由0和1组成的短字段,藏在一个较长的字符串中,用于编码每个区块或一捆交易。额外随机数泄露了计算机活动的信息。这使布莱克本能够重建矿工的行为:他们何时挖矿,何时停止,何时再次启动。她推测,额外随机数的泄露行为之所以被容忍,是因为它可以让比特币的创造者监视矿工;在2010年12月中本聪从公共比特币社区消失前不久,源代码被修改以堵塞这一泄露点。

一旦布莱克本把各种微不足道的立足点都用上了,这允许她侵蚀身份掩盖的保护,然后她开始合并地址,在图表上连接节点,整合有效的采矿代理人数。然后,她用从比特币论坛和博客上搜刮来的信息对结果进行交叉对比和验证。最初,开采大部分比特币的代理目录有几千个,然后在200个左右徘徊了一段时间。最终,万福玛丽发现了了64个。(最终,万福玛丽的大脑被纳入了实验室的计算机集群,名叫Voltron)。

这项研究的目的不是为了揭露身份;逮捕比特币罪犯是联邦调查局和国税局的工作。但研究人员指出了几个公开的比特币犯罪分子的身份。19号代理人是迈克尔·曼西尔·布朗(Michael Mancil Brown),又名“邪恶”(电影系列《王牌大贱谍》的反派),他在2012年的欺诈和勒索计划中被认定有罪,这项计划涉及当时的总统候选人米特·罗姆尼。67号代理人与罗斯·乌尔布利特有关,他又名“DreadPirateRoberts”(恐怖海盗罗伯茨),是丝绸之路的创建者。当然,1号代理人是中本聪,研究人员并没有试图确定他的真实身份。

耶鲁大学生物信息学教授马克·格斯坦在研究中发现了对数据隐私的影响。他最近在一个私人区块链上存储了一个基因组,这使得安全和防篡改的记录成为可能。但他指出,在公共环境中,就像比特币的区块链一样,数据集的规模和微妙的模式使其容易被破坏,即使数据仍然不可改变。(布莱克本并没有篡改比特币区块链的记录)。

格斯坦说:“这就是大数据的神奇之处,如果你有一个足够大的数据集,它就会开始以意想不到的方式泄露信息。”他说,当来自不同来源的数据被连接起来时,情况更是如此。他说:“当你把一个数据集和另一个数据集结合起来,形成一个更大的数据集时,不太明显的联系就会显现出来。”

去中心化的戏剧

布莱克本和利伯曼·艾登利用数据泄露制作的早期比特币代理人身份。他们在论文中称, “每个代理人对应一个地图上的瓦片,面积与代理开采的比特币数量成正比。”

一旦布莱克本收集了代理人的目录,她就分析了他们从采矿中获得的收入。她发现,在加密货币推出的几个月内,与比特币的平等主义承诺相反,出现了典型的收入不平等分布。一小部分矿工掌握了大部分的财富和权力。采矿收入显示了所谓的帕累托分布,这是以19世纪经济学家维尔弗雷多·帕累托的名字命名的。(注:帕累托认为,社会上大多的财富最终会流向少数富人,造成不平等)。

实验室在发明“二氧化碳币”时无意中复制了这种动态,这种加密货币可以用来从学生经营的商店购买零食。在适当的时候,一些二氧化碳矿工变得比其他矿工更成功,而商店为了迎合富人的口味而提高了零食的价格。

利伯曼·艾登回忆说:“拥有大量加密资源的人对商店收购的东西有很强的控制力,其他人对此感觉不是很好。当商店开始对使用咖啡机收取二氧化碳的费用时,经济就崩溃了,也就是说,出现了反抗。

在正式研究中,布莱克本还观察到,资源的集中威胁着网络的安全,一个矿工的计算资源与他或她的采矿收入成正比。有几次,个别矿工掌握了超过50%的计算能力,因此,他们可以像暴君一样使用所谓的“51%攻击”来接管。例如,他们可以欺骗系统,在不同的交易中重复花费相同的比特币。

伦敦大学学院的密码学家莎拉·梅克尔约翰说,假设调查的结果是没有错误的,它为“在这个领域已经流传了一段时间的直觉”提供了经验上的证据确认。梅克尔约翰开发了调查中使用的一些地址链接技术,并在最近设计了一种技术,用于跟踪一种被称为剥离链的交易流程。

她说:“我们都知道,采矿是相当集中的,没有那么多矿工。当然,即使在今天也是如此,在一开始更是如此。”至于应该怎么做,她说,“我们确实需要真正研究这个问题。我们如何使采矿业更加分散化?”她认为这项调查的结果可能会鼓励加密货币领域更认真地对待这个问题。

但另一个剧情转折是,布莱克本发现,虽然一些矿工有能力执行51%的攻击,但他们一再选择不这样做。相反,他们的行为是利他的,他们维护了加密货币的完整性,尽管基于去中心化的防欺诈机制已经被破坏。

在分析这一发现时,布莱克本的团队转向了实验经济学的工具。他们在网上召集了人类受试者参与游戏理论场景,模拟的创始人所面临的“社会困境”,也就是说,当人们发现自己是一个有价值的物品的受托人时,他们是如何行事的。

利伯曼·艾登说:“在这样的场景中,人们似乎不喜欢杀死金主,意思是他们不喜欢破坏体的利益。”他说,无论你觉得“比特币64人”的动机是什么,这个网络容易受到个人决策者的影响这一事实还是改变了对其安全性的理解。

他说:“当然,去中心化可以保护区块链,但即使在矿池成为中心化的情况下,占主导地位的矿工也拒绝对其进行攻击。这与人们对这些加密货币为何安全的理想化模式有很大不同。”

正如作者在论文中总结的那样。“尽管比特币被设计为依靠一个去中心化、无信任的匿名代理网络,它的早期成功反而依赖于一小群利他主义创始人之间的合作。”

对于参与研究的微软研究院经济学家格伦·韦尔来说,这一发现表明了去中心化是如何发挥着修辞作用而不是实质性作用的。韦尔说:“这种修辞作用非常强大,它将这个社区联系在一起,就像其他神话将其他社区联系在一起一样,比如国家。”他和拉尼尔为加密货币新闻网站CoinDesk写了关于这项研究的文章。但他说,这个神话和承诺与出现的现实存在着矛盾。“这情况是种有意思的讽刺,也是可预测的,重复着它渴望消除的历史模式。”

拉尼尔称其为“去中心化的戏剧”。加密货币创造了一种幻觉。“现在我们在乌托邦里。一切都是去中心化的。每个人都是平等的。有这种没有烦扰的民主概念。”

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但是,他说,这些系统最终隐藏了一群新的精英,这可能只是一个新舞台上的旧精英。而且这种技术是双向的。拉尼尔说:“无论你认为你能利用新的算法或大数据或其他工具实现什么,它们也能被用来对付你。同样的算法可以被科学家用来研究和调查这些由新精英建立的城堡。”

布莱克本说,这个故事的一个寓意很简单:“你必须要小心。”加密有一个有限的时间表,“有一条地平线,超过这条线它就不再有用了。当你对私人数据进行加密并将其公开时,你不能假设它将永远是私人的。”