比特币的永恒之战：对抗熵，在秩序与混乱的边缘崛起

比特币如何在秩序与混乱的边缘茁壮成长？ 本文带您了解为什么比特币网络体现了永恒的生命之战、与熵的斗争、秩序与混乱边缘的战斗。

比特币正在发挥作用，无论你怎么想，毫无疑问，它正在发挥作用、不断发展、充满活力。 即使世界上大部分地区都处于停滞状态，比特币网络仍继续每 10 分钟产生一个区块。

比特币行之有效的原因有很多：博弈论、经济激励、密码学、完美的工程设计和弹性网络层。 杀死比特币非常困难。 打败比特币就像扼杀了数百万爱好者心中的一个想法。

首先，要在全球范围内关闭互联网非常困难； 第二，比特币可以超越互联网。 任何能够传输数据的设备都可以用来传输比特币交易。 比特币只是一个账本，上面所有的数据都只是信息。 令人不解的是比特币运行模式，比特币网络如何体现永恒的生命之战、与熵的斗争、秩序与混乱边缘的战斗。

了解这场混乱的战斗，以及比特币如何因此而蓬勃发展，需要简要讨论熵、随机性和信息的概念，以帮助您理解。 这些概念是相关的，它们在比特币的生存斗争中发挥了相当大的作用。

熵

在计算中，熵可以用来衡量数据源的随机性。 一般来说，在密码学，尤其是比特币中，好的熵源可以保证安全。 如果一个人的私钥（又名种子短语）的熵被搞乱，很快你的比特币就会变成我的。

熵是一个相对复杂的概念，一般来说，它描述了一个对象的随机性或可压缩性。

高熵：随机性

低熵：规律性

或者用 Tsachy Weissman 的话来说：

高熵：不可压缩

低熵：相当可压缩

熵有复杂的公式和许多定义明确的定义。 这个概念在经典热力学、统计热力学、量子统计物理学、有序与无序、生命、天体物理学等方面都有应用。它也是不可逆性的度量。

在比特币中，可逆性和不可逆性都有一定的概率。 如果足够多的人拥有大量的散列能力，则可以撤销交易。 比特币不是绝对不可逆转的，最终的结算交易不一定是最终的，有一定的概率可以逆转。 逆转的可能性可能高到天文数字（意味着极不可能），但最终结算不存在，比特币也不存在。 中本聪共识禁止逆转交易。

“热力学第一定律，也称为能量守恒定律，指出能量不能在孤立系统中产生或破坏。第二定律指出任何孤立系统的熵总是增加，第三定律指出当温度接近绝对零度时，系统的熵接近一个常数值。”

— 克努特·斯万霍尔姆

在比特币中，熵很重要，因为：

1. 秘密信息应该从高熵数据源中产生

2. 新区块局部反转熵，即拨乱反正

3. 比特币的安全模型依赖于混沌过程

4. 验证依赖于确定性过程

5. 每个人都可以验证结构化数据

6.没有人能猜到随机数据

以上六项对每个人来说都是绝对正确的，但事实略有不同：由于比特币本身就是概率性的，理论上一个人猜出一个私钥是可能的，就像理论上你可以在一毫秒内找到 10 亿个有效区块一样.

抛开繁琐的细节，让我们从简单的开始。 一般来说，如果你有两枚硬币，这个系统的熵就是2。例如：你可以用两个比特来描述整个系统：00,01,10,11。

2 位熵

同时抛两枚硬币，你得到的要么是反面，要么是正面，要么是正面，要么是正面。 如果你抛硬币是均匀分布的，每个组合的概率是 25%。 想象一个可以同时抛出数百个硬币的系统，这样你就有了一个可以用来生成私钥的系统。

随机性

随机性是密码学的基础。 所有隐蔽通信的基础都是某种形式的信息不对称：知道潜在窃听者不知道的事情。

最佳保密就像最佳密码一样：随机生成，即密码来自高熵数据源。

随机噪声，你能看出这张图片包含多少信息吗？

如果一条消息是“完全”加密的，窃听者就无法区分口语和随机数据。 这就是适当加密的目的：您想隐藏所说的话，如果可能的话，甚至是重要的事情。

· “好”随机性：不可压缩/高熵/秘密/安全。

“坏”随机性：可压缩/低熵/可猜测/不安全。

比特币本身不使用加密，整个账本的设计是公开透明的，任何人都可以对系统进行审计。 比特币使用加密签名和加密散列，两者都会产生准随机结果。 如果你知道密钥，你可以解锁一些令牌（使用密钥），向区块链添加新块（使用你找到的随机数），或证明你的身份（通过签署消息，至少证明你控制一个或多个键）。

只有你知道你的私钥，只有成功的矿工才能找到下一个区块的随机数。 这就是信息不对称以及比特币的运作方式。

由于信息不对称，所有密码系统都能正常工作。 令人费解的是，正确加密的数据与随机数据无法区分。 否则，窃听者可以辨认出加密的消息，这反过来又会证明所使用的加密技术并不完美。

信息

究竟什么是信息？

人们常说比特币在热力学上是安全的。 虽然这是真的，但让我们更深入一点。 热力学稳定到底意味着什么？

这意味着，根据目前已知的情况，改变宇宙中的事物需要能量。 “改变事物”意味着改变宇宙中的任何事物，它需要“使用”能量和一些功来完成改变。

搬椅子？ 你必须付出一些努力。 种一棵树？ 您需要阳光才能将二氧化碳转化为木材。 操作任何保存数据的设备都需要能量。 存储结果？ 无论您使用何种介质，您都需要能量来管理（和保护）原子以存储结果。

比特币主要存在于信息领域，与所有其他信息系统一样，它需要物理介质来存储和处理信息。 所以如果你改变比特币中的信息，你实际上改变了现实世界中的一件事。 不管它是固态驱动器、拇指驱动器、硬盘驱动器、光存储介质还是其他什么。

改变事物，即翻转位，需要能量，这是所有计算的基本困难。 这就是为什么计算机在进行大量“思考”时会发出很大的噪音并发热，为什么计算机科学专业的学生必须学习大 O 表示法，以及为什么软件公司喜欢提出有关它的问题。 将 0 变成 1 需要做功，而且无论你做得多快，它仍然需要一些能量。 根据物理学中的能量守恒定律，翻转位是一种工作，需要消耗能量。

比特币利用了这样一个事实，即计算上棘手的问题和指数上棘手的问题之间存在巨大差异。

回到最初的问题：信息到底是什么？

排序的颜色。 这张图片包含多少信息？

信息，涉及知识和意义，是未知的对立面，而数据中信息的对立面是随机性。 也就是说，如果你不能理解某些数据，那么这些数据对你来说就是随机的。

· 机器可读信息：可压缩。

· 无意义信息：不可压缩。

这可以借用 π 来说明：π=3.141592653589793……可以“压缩”成 π，即圆的周长和直径。

如果你是一名计算机程序员，可以这样想：我可以编写一个计算机程序来生成我想要传达的信息吗？ （这就是我所说的“可压缩”的意思。）

简而言之：机器可读信息和无意义信息、秩序和混乱、信息和随机性错综复杂地联系在一起。 可以说它们是一枚硬币的两面，两个概念通过熵联系起来。

信息等于结构，结构受益于冗余。 自然界中最古老的结构已经适应通过进化生存。 这种结构的根源是DNA，双链相互缠绕形成双螺旋。 对称和冗余信息，允许 DNA 生存和繁殖的特性嵌入在 DNA 的进化中：DNA 复制机制依赖于这种冗余结构，由于纠错碱基，需要四个碱基而不是两个碱基。

相比之下，比特币很简单：一条链，两位，没有纠错（信息被完美复制）。 与 DNA 一样，比特币生存（和繁荣）的本质嵌入在复制过程中：一场寻找新区块的混乱竞赛开始，区块在网络中复制，软件在尽可能多的节点（和账本）上复制。 当我们谈论比特币时，修复错误意味着它还活着。 比特币网络每 10 分钟心跳一次以验证自身。 这就是比特币极其强大的原因，它旨在生存。

在比特币中，高熵信息通常是保密的。 顾名思义，私钥是保密的，只对个人可见。 您刚刚计算的随机数，代表您为挖掘新区块所做的工作量，通常是保密的。 您不希望您的对手知道哪些 nonce 生成了无效块并跳过这些 nonce 计算。

左边代表混乱，右边代表秩序。

比特币使用秩序和混乱来创建一个在这两个极端之间发展甚至繁荣的系统。 它利用信息不对称和巧妙的激励结构来发起全球竞赛以寻找比特币的秘密。

那么哪些过程是有序的，哪些是混乱的呢？ 比特币如何在秩序和混乱的边缘成长？ 见下文。

徘徊于秩序与混乱之间

是什么推动了比特币网络？ 答案可能不止一个。 真正驱动比特币网络运行的是全球时钟：区块时钟，每个区块都是一个时间单位。

目前比特币运行模式，我们把出块过程称为挖矿，因为每挖出一个有效的区块都会产生新的比特币，我们称之为“区块奖励”，这是一种引导网络机制发展的激励。

从某种意义上说，比特币在有序和混乱之间“生长”：寻找新区块是一个混乱的过程，其结果是一个非常有序的交易列表：比特币区块链，也称为账本。

从“寻找新区块”的角度来看，现在还很早，生产只有 10 年，区块奖励将持续到 2140 年左右，这意味着我们已经进入了 13% 的比特币启动阶段：奖励时代。

毫无疑问，中本聪知道比特币是一场持久战。 新区块的比特币奖励只是比特币游戏的一个阶段。 整个比特币有 6930000 个区块。 按平均出块时间10分钟计算，奖励期可长达131年。

2019 年：比特币奖励阶段的初期

总有一天，矿工的收入将主要来自网络费用市场，正如 Dan Held 在比特币的安全性中出色地指出的那样，在 2020 年至 2140 年之间的某个时间点，要么网络费用接管市场，要么比特币消亡，或者一些博物馆计算机不顾损失地寻找新块。

2140 年之后，比特币“挖矿”可能还会被谈及，即使此时矿工不再生产新的比特币。 2100 万比特币，约 2,099,999,997,690,000 聪，将全部被开采。 现有的代币池将不再添加新的比特币进入流通。

矿工仍将努力寻找新区块，但这些新区块将拥有漫长的交易历史。 矿工在 coinbase 交易中用新比特币奖励自己并在 100 个区块后花费这些比特币的日子已经一去不复返了。

5000年后比特币还会存在吗？ 它最终会取代黄金成为人类事实上的货币吗？ 无从知晓，但重要信息很难抹去。 比特币有望长期存在，就像古代经文和宗教文本一样。 它只是传达比印刷媒体生命周期更长的信息。

当然，我预计在此之前会发生诸如超级比特币化（比特币导致现金停用）之类的事情。 将会有一个循环比特币经济，比特币银行在全球范围内结算巨额交易。 普通公民，或者拥有货币主权的人，比特币的底层将被像你我这样的人使用。

知道了比特币的发展阶段、秩序、信息、随机性和熵的概念，我们再来看看比特币的一些概念。 视觉区分：从混沌（左）到有序（右）。

比特币在秩序和混乱之间进化。

虽然有一个秩序和混乱的框架，但它既不精确也不普遍适用。 比特币的核心是在秩序与混乱之间生存、成长和繁荣。

考虑以下概念：

· 私钥：随机性高的混沌信息。 完全保密的秘密信息，最高的熵意味着最高的安全性。 如果私钥不是随机分发的，安全性就有问题。

随机数：具有高度随机性的混沌信息。 随机数是一个特定的数字。 矿工们不断竞争以寻找下一个将产生有效区块的随机数。 可能有多个nonce符合条件，但整个挖矿过程只寻找一个nonce。

新块（广播前）：新发现的块是混乱过程的结果。 广播前的块可以理解为秘密信息。 新区块是不确定的，多个区块可能同时聚合到区块链前端。 最好的选择是立即向所有人广播新区块并获得奖励。 只有当您是攻击者时，块广播才会被阻止。

链端：链端也是一种通过混沌过程产生的有序状态。 链端可能是不确定的，其中一个版本的链端幸存下来，而失败的链端则成为孤儿。 所有收集到链端的信息都可以验证，链端反映了比特币的当前时间。

孤块：孤块是比特币区块链中的自然排序过程。

一些有效块通常被丢弃。 如果几乎同时找到两个有效区块，就会发生一场生死攸关的概率大战。 随着时间的推移，只有一个区块会获胜，而失败的区块将成为孤块。

· 未确认交易：是有序结构，更容易验证。 未经确认的交易可能有效也可能无效。 通过经济激励，鼓励矿工将有效交易打包到区块中。 块打包是一个概率的、市场驱动的过程。 无效交易将被丢弃。

· 埋块：指曾经由混沌过程产生的有序结构。 重组埋藏块的可能性呈指数增长。 示例：如果每个块的重组概率为 50%，则 6 个块的重组概率为 1.5%。 每个区块的实际概率接近0.31%，6个区块的实际概率接近0.0000000000008875%。

· 确认交易：有序结构，易于验证。 有一定的不可逆概率，这取决于区块的高度。 一旦交易被确认，它在区块链中埋得越深，被逆转的可能性就越小。

公钥：扩展公钥（xpub、ypub、zpub）是从随机种子（私钥）生成的。

· 区块时间：比特币网络平均每 10 分钟找到一个有效区块。 比特币的心跳以区块为单位时，是非常有规律的。 虽然以人类时间衡量存在规律性，但挖矿是一个寻找区块迟早会被发现的概率的过程。

· 难度调整：虽然难度调整是一个极其有序的过程，但如果哈希算力发生剧烈变化（如2017年8月备受争议的bcash硬分叉），则可能会变得混乱。 难度调整基于块时间，这只是概率上接近人类时间。

· 比特币供应量：比特币自诞生以来就规定了比特币的总供应量。 新比特币的发行嵌入在比特币的共识代码中，几乎不可能更改。

· 整个账本，即深埋区块（又称比特币区块链）：它是一个有序的、连续的、非常清晰的链端结构，每个人都可以验证。

· 账本验证：验证是一个有序、连续的过程。 验证的结果是每个区块的一个简单的布尔值：这个值是否正确有效。 每个节点独立达到相同的区块高度，达成中本聪共识。

上述所有机制都回答了“这是真实事件吗？”这个问题。 用“是”或“否”。

整个比特币区块链的作用是决定什么时候发生在谁身上（deciding what happened to whom）。 每人有多少钱？ 如何获得金钱？ 以这样一种方式，每个人都可以审计交易并获得一致的结果。

综上所述，比特币利用混沌过程（挖矿、私钥生成）和信息不对称（广泛共享的公共信息，完全私下共享的秘密信息）构建了一个结构化、有序、永久的记录，每个人都可以审计和验证记录。

这就是比特币，这就是中本聪共识，这就是创新，这就是为什么比特币是地球上有史以来最完美、最强大的货币。

你可以称比特币是开源的、无需许可的、无边界的、中立的、抗审查的、开放的、完整的、抗脆弱的，等等。

我称之为生活，我们都称之为比特币。