比特币是时钟

俗话说，时间就是金钱。 反过来，金钱也是时间：时间是人体储存的全部经济能量。 然而，时间和金钱之间的关系远比乍看起来要复杂得多。 如果不花时间创造货币，货币就不会被称为货币，至少不会长久。 在更深层次上，追踪信息世界的是追踪时间。

当货币数字化时，我们必须就时间的定义达成一致，这就是问题所在。 也许您认为看时间就像看一眼身边的时钟一样简单。 如果你只是处理日常工作，你可以这样想。 但是当涉及到同步全球分布式网络的状态时，人们在做自己的事情，告诉时间就成了一个大问题。 如果时钟不可信，您如何获得正确的时间？ 如果你的系统跨越星系，你如何创建时间概念？ 在没有时钟的世界里，你将如何测量时间？ 时间究竟是什么？

为了回答这些问题，我们必须进一步了解时间的概念，以及比特币是如何创造自己的时间单位（区块时间，也就是我们通常所说的区块高度）。 我们将探讨的问题包括：为什么计时最终与簿记挂钩？ 为什么去中心化系统中没有绝对时间？ 比特币如何使用因果关系和不可预测性来定义“现在”时态？

计时码表曾多次为文明社会带来巨大变革。 正如刘易斯·芒福德在 1934 年所说：“工业时代最重要的机器不是蒸汽机，而是时钟。” 今天，计时器再次推动着现代文明的变革：信息时代最重要的机器不是电脑，而是时钟。 这个时钟是比特币。

追踪

“教孩子学会数数比特币交易可以跟踪，从而获得数的概念。数数时，这些东西都可以看成是一样的，可能是单个物体，也可能是一组物体。”

—大卫·尤金·史密斯，《初等数学教学》（1900 年）

一般来说，我们可以通过两种方式追踪物品：实物代币和账本。 可以直接使用现实世界的物体，比如贝壳、硬币或者其他有形的东西（来表示相应的数量）； 您还可以通过在一张纸上记录发生的事情来复制世界的状态。

想象一下，您是一名牧羊人，您希望确保每只羊都能回家。 可以给每只羊戴上项圈，每次有羊回家，你就把项圈取下来挂在羊棚里。 假设每个项圈都挂在一个单独的钉子上，只要钉子满了，所有的羊都在家。 当然，你也可以每次数一数，列一个清单。 但是，每次开始计数时，您都必须重新列出一个列表，以防止重复计数或漏计数。

货币本质上是一种用于追踪债务的工具。 总的来说，迄今为止用作货币的东西分为两类：实物制品和信息列表。 用更通俗的话说，代币和账本。

了解这两种货币之间的根本区别很重要。 我想在这里明确声明：物理符号直接代表事物的状态； 账本间接反映事物的状态。 两者都有优点和缺点。 例如，代币是实体化的、分布式的，而账本是信息化的、中心化的； 代币本质上是无需信任的，但分类账不是。

在数字世界中，我们只能使用账本（尽管总是有很多“大师”会想让你相信还有其他方式）。 这是信息世界，而不是物理世界。 即使将某类信息定义为“符号”，它仍然是写入硬盘或某种信息存储介质中的一段塑料信息，以信息记录的形式呈现。

所有的数字信息本质上都是一个账本，这就是“一币多花一币”问题的根源所在。 信息从不直接代表世界的状态。 此外，信息的流动也意味着信息的可复制性。 信息存在于某处。 要“移动”信息，您必须将其复制到另一个位置，然后删除原始信息。 物理世界不存在这个问题，移动是移动，不是复制。 信息世界没有这个特点。 如果要将A表的信息“移动”到B表，就必须将A表的信息复制到B表比特币交易可以跟踪，除此之外别无他法。

另一种思路是“唯一性”。 物理令牌是无法轻易复制的原子的独特组合。 纯信息不具备这种特性。 只要能读懂一段信息，就可以完美重现。 因此，我们可以得出结论，物理代币具有唯一性，而数字代币不具有。 我什至认为“数字代币”这个词是有争议的。 符号可以表示秘密信息，但绝不是唯一且不可重复的信息。

这种特性上的差异表明，信息在实践中是无法“交出”的。 数字代币不可能像物理代币那样转移，因为你无法确定原始所有者是否销毁了信息。 与所有信息一样，数字代币只能像思想一样进行交流。

“……如果你有一个苹果，我有一个苹果，我们可以交换苹果，交换后每人还有一个苹果。但是，如果你有一个想法，我有一个想法，我们交换后，每个人都会有一个苹果。两个想法。”

——查尔斯·F·布兰南 (1949)

实物代币（我们称之为实物不记名资产或“现金”）不会面临这样的困境。 在现实世界中，如果你给我一枚硬币，你就会失去那枚硬币。 这个世界上没有任何魔法可以复制这枚硬币，而我要得到一枚硬币，就必须将一枚硬币交给我。 物理世界的法则防止超过一枚硬币被花费。

虽然在非数字世界中确实存在多重支出（臭名昭著的骗子乔治帕克曾经通过出售不止一套房屋获利，出售布鲁克林大桥等地标），但它需要精心设计的骗局和容易上当受骗的买家。 数字世界是不同的。

在数字世界中，由于我们总是与信息打交道，因此多重支出是一个固有的概念问题。 复制过文件或使用过复制粘贴功能的人都知道，信息可以完美复制，不受存储介质的限制。 假设你有一张数码照片，你可以复制一百万张，并把其中的一些放在嘴里。 U 盘并将其发送给成千上万的人。 完美的副作用是可以实现的，因为可以使用完美的校正来消除所有的缺陷。 最重要的是，复制几乎不需要任何费用，而且副本与原件没有区别。

同样：信息只存在于复制中。 数字信息不能从A移动到B，只能从A复制到B，如果复制成功，A处的原件被删除，这才叫“移动”。 这就是多次支出问题如此棘手的原因。 没有授权，就无法在不冒交易对手防御风险的情况下将任何信息从 A 传输到 B。 我们必须相信原件会被删除。 一个自然的副作用是，对于数字信息，我们无法确定存在多少副本以及它们位于何处。

因此，数字代币永远不能用作货币。 符号由于其独特的物理结构而难以复制，因此非常可靠。 在数字世界中，这种优势消失了。 在数字世界中，令牌是不可信任的。 由于信息的固有特性，唯一可行的数字货币形式是账本，而不是代币。 因此，数字货币不得不面对时间的问题。

符号没有时间属性，账本也没有

“看得见的是暂时的，看不见的是永恒的。”

——大数的保罗，哥林多前书 4:18b

使用实物代币，交易何时发生（你的钱从哪里来）并不重要。 你要么口袋里有钱，要么没有。 要么花，要么不花。 花钱的唯一前提是口袋里有钱。 剩下的交给自然法则吧。 从这个意义上说，物理代币是无需信任和永恒的。

对于分类账，实物占有不太重要。 管理书籍的人需要确保所有书籍都井井有条。 物理定律最初赋予的特性（你不能花不属于你的钱，同样的钱你不能花两次）必须由人为制定的规则来强制执行。 正是这些规则，而不是物理定律，使账本保持有序。

从物理定律到人为规则的转变是问题的症结所在。 后者是可修改和可破坏的，前者不是。 例如，你不能“伪造”一枚实物金币，你必须把黄金从地里挖出来。 但是，您可以在纸上伪造金币。 您只需在分类帐中添加一个条目，声称拥有一些金币。 如果是央行，只需要在电脑上按几个键，就可以发行数万亿美元。 （金融从业者称它们为“再抵押”、“部分准备金融资”和“量化宽松”——但不要被这些花里胡哨的东西所愚弄，它们本质上是假货币。）

为了确保账本和管理账本的人不被篡改，我们必须定期对账本进行独立审计。 对分类帐中的每个条目进行核算并不是什么大问题。 审计师需要能够检查过去的账簿，以确保账簿的可靠性和有效性。 没有可靠的时间戳，我们无法验证账本的内部一致性。 我们必须建立一种机制来确定交易的顺序。

没有绝对的时间概念，我们无法确定交易的顺序。 如果无法确定交易顺序，我们无法保证账本没有被篡改。 另外，有什么方法可以证明你有多少钱？ 有没有其他方法可以确保所有帐户都井井有条？

令牌和分类账之间的区别突出了跟踪时间的必要性。 在现实世界中，货币是一种永恒的神器，可以在没有监管的情况下用于交易。 在数字世界中，标记货币需要时间戳。

中心化货币代币

“时间可以铭刻所有的印记，也可以抹去所有的印记。”

——亚海亚·拉巴比迪（1973 年生）

解决多次支出问题（确保每次数字传输恰好发生一次）的最常见方法是创建一个集中的交易列表。 一旦你有了一个集中的交易清单，你就有了作为唯一真实来源的分类账。 在这一点上，解决多重支出问题就像检查交易列表以确保每个条目都是正确的一样简单。 这就是 PayPal、Venmo、支付宝以及世界上每一家银行（包括中央银行）解决多重支付问题的方式：权限。

“这个过程的问题是，收款人很难验证之前的持有人是否双花了一定数额的钱。通常的解决方案是引入一个可信的第三方机构，或者像造币厂这样的机构。检查每一笔交易以防止多次支付......这个解决方案的问题是整个货币系统的命运完全取决于铸币厂的运营商，因为每笔交易都要经过铸币厂确认，铸币厂就像一家银行”

— 中本聪，白皮书

请注意，中本聪无法使信息不可复制。 比特币的每一部分（源代码、账本、用户私钥）都是可复制的。 所有这些都可以复制和修改。 然而，中本聪设法创建了一个系统，使违反规则的副本变得无用。 比特币网络实施复杂的机制来确定哪些副本有用，哪些没有用。 正是这种机制给数字世界带来了稀缺性。 这个机制就像舞蹈一样，你需要控制节奏。

即使是中心化的账本，也必须采用统一的时间跟踪方式来解决多次支付的问题。 当交易发生时，我们必须知道交易的各方、交易的金额，最重要的是，交易的时间。 在信息领域，没有时间戳就无法标记货币。

“必须强调的是，由于我们一直无法解决分布式系统中事件和时间点的链接问题，去中心化账本只有在中本聪发明解决方案后才能实现。”

——格雷戈里·特鲁贝托斯科伊 (2018)

分散时钟

“时间带走一切。”

— 埃斯库罗斯（公元前 525-456 年）

时间和顺序有着非常密切的关系。 正如 Leslie Lamport 在他 1978 年的论文“分布式系统中的时间、时钟和事件顺序”中所说：“时间的概念是我们思考方式的基础。它源自一个更基本的概念，即事件发生。 由于缺乏一个中心协调的时间点，“先”、“后”和“同时”等看似直观的概念没有任何参考意义。用兰波特的话来说：“‘首先发生’的概念定义了顺序的不变部分分布式多进程系统中的事件。”

换句话说：如果我们不能让某人负责管理时间（时间），我们如何确定事件发生的顺序？ 没有中央参考系，我们如何获得可靠的时钟？

你可能认为这个问题很容易解决，因为每个人都可以使用自己的时钟。 但这只有在每个人的时钟都准时（并且每个人都遵守规则）的情况下才有效。 在一个人们利益对立、冲突的系统中，每个人都使用自己的时钟将是一场灾难。 而且，根据相对论，这种方法不能跨越空间。

这是一个思想实验：假设你生活在一个每个人都为自己跟踪事件顺序的世界中，你怎么能愚弄其他人？ 你可以假装你今天发送的一笔交易实际上是昨天发生的（只是因为某种原因延迟了），这样你今天花的钱仍然是你的。 由于每个去中心化系统本质上都是异步通信的，因此上述场景不仅仅是一个理论上的思想实验。 消息确实会延迟，时间戳也会不准确。 再加上相对论效应和宇宙的自然速度限制，如果没有集中的权威或观察者，我们很难辨别事件的顺序。

“谁啊？敲敲门。”

—— 经典谐音梗

为了更好地说明这个问题，我们来看一个具体的例子。 想象一下，您和您的业务合作伙伴都可以访问您公司的银行帐户。 您的业​​务遍及全球，因此您在瑞士有一个银行账户，您住在纽约，而您的商业伙伴住在悉尼。 在你这边，今天是 1 月 3 日，你正在旅馆里度过一个舒适的周末之夜。 在您的业务合作伙伴这边是星期一早上，她决定使用共享银行帐户中的借记卡购买早餐。 当时卡上的余额为 615 美元。 当地时间早上 8 点 21 分。 她的早餐花了 27 美元。

同时，您计划使用与该银行账户关联的另一张借记卡支付住宿费用。 此时卡上的余额为 615 美元。 当地时间下午 5 点 21 分。 住宿费为599美元。

换句话说，您同时刷卡。 会发生什么？ （物理学家，请原谅我使用了“同一时刻”这个表述，这里我们忽略了相对论效应和宇宙中没有绝对时间的事实。此外，我们还假设存在同时事件的概念。比特币本身是够复杂的！）

银行的中央分类账可能同时收到了这两笔交易，所以你们中的一个一定是幸运的，另一个是不幸的。 如果中央分类账在同一时刻（以毫秒为单位）收到两笔交易，银行必须决定谁将花钱。

那么，如果没有银行会怎样？ 谁来决定交易顺序？ 如果不仅仅是你们两个，而是成百上千的人同时交易怎么办？ 如果你不信任这些人怎么办？ 如果有人想做坏事，比如将时钟拨回并假装他的交易是几分钟前发生的怎么办？

“我们需要一种依赖时间的工具来创建公认的顺序并在不依赖任何中央协调员的情况下维护独特的历史记录。”

— Giacomo Zucco，发现比特币 (2019)

这就是为什么以前所有的数字现金尝试都依赖于中心化的注册中心。 也就是说，我们必须信任某人来制定正确的事务顺序。 我们需要中心化的各方来充当中心化的时钟。

比特币解决这个问题的方法是重新定义时间。 比特币以块而不是秒来衡量时间。

以区块为时间单位

帝王和解，是时代之恩；

揭穿谎言，让真相大白；

铭记岁月，被往事封印；

坚守黑夜，唤醒黎明；

惩罚恶人，直到他们悔改；

— 莎士比亚，卢克丽丝的强奸案 (1709)

所有时钟都依赖于称为“滴答”的常规过程。 从本质上讲，祖父钟的滴答声与现代石英钟和原子钟的嗡嗡声无法区分。 具体来说，我们通过时钟的一部分振荡或振动的次数来测量秒或分钟。

大摆钟的钟摆很长，摆动明显。 更专业的小钟需要特殊零件。 时钟的振动频率（它“滴答”的频率）取决于它的应用。

大多数时钟以固定频率振动，以便准确地报时。 然而，一些时钟以可变频率振动。 例如，节拍器可以有一个预设的振动频率，一旦设置，它就会以恒定的频率跳动。 由于其内部机制的概率性质，比特币的每个“tick”之间的时间间隔是不同的。 不过，两者都有相同的目的：创作音乐，让舞蹈继续下去。

老爷钟

~0.5 Hz（Hz“赫兹”表示周期性事件在一秒钟内发生的次数）

节拍器 ~0.67 Hz 至 ~4.67 Hz

石英表 32768 赫兹

铯 133 原子钟 9,192,631,770 赫兹

比特币一区块（0.00000192901 Hz* 至 ∞ Hz**）

* 创世区块（6 天）

** 区块之间时间戳的增量值可以是负数。

你面前的比特币不就是一个时钟吗？ 中本聪确实暗示整个比特币网络就像一个时钟，用他的话来说，就是一个分布式时间戳服务器。

在本文中，我们将提出一种解决多重支付问题的方法，即通过点对点分布式时间戳服务器为一组交易发生的顺序生成计算证明。

今天的比特币价格