时间观察 | 50年计算机网络发展史：从阿帕网到比特币

比特币白皮书并不是凭空出现的，P2P网络也不是什么新技术。 P2P 网络植根于计算机和互联网的早期历史，建立在计算机网络、密码学和博弈论数十年的研究之上。

文/Shermin Voshmgir

编译/柳叶惊喜

第一个计算机网络是在 1960 年代发明的。 ARPANET 是 1969 年推出的美国大学计算机专用网络，最初由美国国防部高级研究计划局资助。 1973 年，ARPANET 将英国和挪威研究机构的计算机整合成一个全球网络。 1974 年，随着第一个 Internet 服务提供商 Telnet 的集成，ARPANET 实现了商业化。 同年，发表了一篇论文，描述了使用分组交换在节点之间共享资源的工作协议。 该协议的中央控制组件是传输控制程序 (TCP)。 1982年，TCP的单体架构被划分为由传输层（TCP）和互联网层（也称为“网际协议”，IP）组成的模块化架构。 该模型称为 TCP/IP，用作标准网络协议。

70年代

70 年代初期，Ralph Merkle 的密码学研究为 P2P 网络中的安全通信奠定了基础。 他的工作概念化了如何解决计算机网络等“不安全通道上的安全通信”问题，并为现代公钥密码学奠定了基础。 在他的论文中，他进一步描述了一种构建抗碰撞密码哈希函数的方法。 他还为一种称为 Merkle 树的特殊类型的哈希表申请了专利，可以更有效、更安全地验证大型数据结构的内容。

1976 年，基于他的一些想法，Whitfield Diffie 和 Martin Hellman 创建了一种在公共网络上安全地交换密钥的机制。 它是实施公钥交换的首批示例之一，并引入了数字签名的概念。 在公钥方法发明之前，加密密钥必须以物理形式传输，因此在公共网络上进行安全的数字密钥交换是一项开创性的壮举，没有它，比特币和后续技术就无法运行。 1978 年比特币属于盲签名吗，Ron Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Adleman 发现了一种创建单向加密函数的方法，这种加密方法很难逆向。 他们的算法，现在被称为RSA，开创了非对称加密时代，后来演变为密码学中的椭圆曲线加密算法。 1985年Neal Koblitz和Victor S. Miller分别提出了该算法，也是比特币中的一项关键技术。

与此同时，随着个人电脑的兴起和 Internet 协议套件 TCP/IP 的引入，Internet 变得更加普遍。 然而，可用性仍然是一个问题。 您必须使用命令行，这是计算机的语言，才能浏览 Internet。 Tim Berners-Lee 以他对万维网的设想解决了这个问题。 他使用一种相对简单的标记语言，为视觉网站创建了一个标准，只需单击一下即可链接到其他网站。 虽然从发布的角度来看，万维网使每个人都可以轻松地平等地为 Internet 上可用的信息做出贡献，但数据仍然在服务器的墙后存储和管理。

TCP/IP 和基于它的协议都没有解决在何处存储数据以及如何管理数据的问题。 在公共计算机网络中，系统的结构，如网络拓扑结构、网络延迟、计算机数量等，对于计算机网络来说是事先不知道的。 因此，计算机网络可以由未知的、不受信任的计算机和网络链接组成。 网络的规模和组成也可能在分布式程序执行期间随时发生变化。 因此，在故障期间提供和维持可接受的服务水平的能力是网络弹性的关键。 当时的重点是公共网络中的数据传输，这已经是一个很难解决的问题。

出于经济原因，集中式数据存储和管理成为主流。 集中式网络的问题在于系统管理员或控制服务器的权威是唯一控制共享信息可用性的实体。 这意味着，如果管理员决定不再分发、操作或审查数据，他们可以简单地在他们的服务器上进行，不再向用户提供该信息。

DigiCash原技术团队

80年代

1982 年，David Chaum 引入了盲签名的概念，它保证了消息发送者的隐私。 盲签名是为投票系统和数字现金系统构建的。 他引入了 eCash 作为匿名加密电子货币或电子现金系统的想法，并创立了 DigiCash 公司，将他的研究成果商业化。 DigiCash在1995年到1998年间被用作美国银行的小额支付系统。但是DigiCash在1998年破产了，可能是他的想法太超前了，因为当时电子商务应用还没有那么广泛。

另一个突破出现在 1983 年，DNS（域名系统）的引入使网络中节点的寻址更具可读性。 然而，在这些第一代计算机网络中，重点是连接公共计算机网络并解决计算机寻址和数据传输问题。 网络架构仍然是基于C/S（Client-Server，客户端-服务器）架构逻辑。 此外，在 Internet 的早期，安全通信从来都不是主流关注的焦点。 但是，一些特定的研究人员对这个问题感兴趣。

1990年代

1991 年，Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 提出了一个文件时间戳不可篡改的系统，引入了第一个加密保护的区块链学术著作。 他们的目的是证明文件是在“所有文本、音频、图片和视频文件都是数字形式和易于修改的媒体格式”的世界中创建或修改的。 在最初的提案中，他们使用了集中式时间戳服务。 然后，他们试图通过要求多个用户（通过伪随机数生成器选择）分配信任而不是中央机构来为哈希添加时间戳。 一年后的 1992 年，Bayer、Haber 和 Stonetta 将 Merkle 纳入了该机制。 这通过允许将多个文档证书收集到一个块中来提高系统效率。

Hashcash 于 1997 年由 Adam Back 引入了第一个“PoW（工作量证明）”功能。 这个想法是为了限制垃圾邮件和拒绝服务攻击，这需要发起者执行一定数量的计算，这意味着消耗一定数量的计算机时间。 最初的想法是由 Cynthia Dwork 和 Moni Naor 在他们 1992 年的论文“Pricing by Processing or Combating Spam”中提出的。 Hashcash引入的概念在2004年B-money的挖矿机制中也被使用，多年后才出现比特币。 B-money是早期由魏戴提出的“匿名分布式电子现金系统”。 这是在 cypherpunks 邮件列表上讨论 Hashcash 的潜在用例时提出的，B-money 讨论也发布在同一个邮件列表上。 这个由 David Hughes 发起的密码朋克邮件列表代表了一群倡导在日常生活中使用强大的加密和隐私增强技术作为社会和政治变革手段的活动家。 上面提到的很多人都贡献了后来用于比特币的关键技术，他们是活跃的密码朋克。

1998 年，Nick Szabo 设计了一种分布式数字货币机制，他称之为“BitGold”，实现了他关于智能合约和数字协议的许多想法。 Saab 的自我执行协议的想法与 Ian Grigg 在 1996 年提出的“李嘉图合约”的想法大致相同。虽然 BitGold 从未实现，但许多人认为它是比特币架构的直接先驱。 与后来的比特币一样，BitGold 设想了一种基于 PoW 的共识算法，其中计算能力用于解决密码学难题。 然而，BitGold 的提议无法以完全去中心化的方式解决双重支出问题——Sybil 攻击，这可能就是它从未实施的原因。 许多人猜测萨博就是比特币的匿名创造者中本聪，但他否认了这一传言。

1999 年，音乐共享应用程序 Napster 普及了现代 P2P 网络的概念。 它改变了数据在 Internet 上的存储和分发方式。 Napster 为文件共享创建了一个虚拟覆盖网络，它与 Internet 的物理网络分开。 在此虚拟网络中，所有涉及的计算机构成物理网络中计算机的子集。 数据仍然通过底层 TCP/IP 网络直接交换，但在应用层，对等点能够直接相互通信。 P2P 网络增加了健壮性，因为它们消除了基于客户端/服务器的系统中固有的单点故障。 即使网络上的一台计算机出现故障，也不会危及或损坏整个网络。 这样的计算机网络必须被设计成能够容忍个别计算机的故障，而不管故障的来源。 然而，Napster 依靠中央索引服务器进行操作，因此很容易在版权侵权指控和法律诉讼后被关闭。

21世纪

2000 年，Gnutella（第一个展示的分布式对等系统）开创了一系列新的文件共享协议，消除了这些中心故障点。 它允许用户在搜索网络上的每个节点时找到彼此并远程连接，从而使其更加去中心化和抗审查。 虽然 Gnutella 解决了去中心化问题，但它们并没有解决隐私问题。 第三代文件共享网络（如 BitTorrent）使用分布式哈希表以加密安全方式存储网络中的资源位置。 分布式哈希表不仅取代了索引服务器，而且保证了其网络参与者的匿名性和网络上共享的所有数据。 这些分布式哈希表现在也被区块链和其他 Web3 协议（如 IPFS 和以太坊）使用。

尽管自 Napster 出现以来，现代 P2P 网络已经解决了在网络上有效分发数据的问题，但它们还没有解决数据的分布式验证或数据验证的问题。 同时，这些文件共享网络未能解决的另一个问题是“搭便车问题”：大量用户使用其他节点共享的资源，但自己不共享任何东西。 它导致社区崩溃。 搭便车的发生是因为用户没有合作的动力。 这样的合作不仅消耗了自身的资源比特币属于盲签名吗，也降低了自身的性能。

2004 年，在比特币出现之前，Hal Finney 推出了第一个可重复使用的 PoW 系统。 他介绍了 RPoW 代币的价值由“铸造”PoW 代币所需的实际资源的价值来保证的想法。 芬尼还在 2009 年从比特币创造者中本聪那里获得了第一笔比特币交易。 芬尼显然与一位名叫“中本聪”的日裔美国人住在同一个城镇，尽管他经常否认参与比特币交易。 但这一事实引发了人们猜测他可能是比特币的创造者，但他一直否认这一点。

2008 年，在金融危机达到顶峰、雷曼兄弟等大银行破产后不久，比特币白皮书以化名中本聪发表。 其目的是提供一个无需银行的P2P电子现金系统。 虽然第一个规范是由中本聪实施的，但一群敬业的人逐渐接管了代码的进一步开发。 几个月后，比特币网络上线，创建了第一个区块，铸造了第一个比特币，并最终确定并部署了代码。 不过有意思的是，白皮书并没有谈区块链，只是谈“区块链”。 几年后，当人们开始复制比特币代码库以开发替代协议时，“区块链”一词变得普遍。

虽然像 Napster 这样的现代 P2P 网络缺乏对网络参与者的激励，但早期的电子现金想法并不能抵御女巫攻击。 比特币白皮书改变了游戏规则，因为它提出了一种集体验证数据的协议。 它引入了一种共识机制——工作证明，允许在网络的每个节点上存储不断增长的交易记录——区块链。 比特币因此解决了以往P2P网络的“搭便车”问题，通过引入代币化的激励机制，鼓励所有参与者以实实在在的方式为系统做出贡献。 尽管比特币在设计时从未考虑过文件共享，但它最终激发了一种新的 P2P 存储框架，该框架将成为分布式网络的关键组成部分。 这些分布式存储网络现在可以使用令牌激励，建立在以前的文件共享协议的基础上，并使用原生令牌来激励他们的网络参与者，例如“Swarm”、“Storj”、“SIA”和“IPFS”。