从博弈论角度看区块链如此简单

2019-10-22

区块链是什么?这篇文章进行了最基本的阐述。区块链是一门综合技术,建立在计算机科学、密码学和经济学等数十年研究的基础上。为了理解区块链的工作原理,我们不需要深入到细节,但是仍需要了解对区块链最重要的经济学支撑是博弈论。

  一、什么是博弈论?

  博弈论是研究多个个体之间的收益与奖励,以及如何使用它们来分析一次性和持续性游戏中的激励因素。它应用到区块链的核心就是共识机制,让链上所有参与者就同一问题达成统一意见。这里涉及到最关键的两个博弈论概念是:纳什均衡和谢林点。

  博弈论是研究战略决策的理论。由冯·诺依曼和奥斯克·摩根斯坦于 1944 年提出。从那时起,博弈论在各种领域和技术上得到了广泛的应用。一个博弈论模型至少有三个组成部分:1、决策者,例如公司董事长;2、战略,为了推动公司发展而做出的决定;3、回报,策略的结果。

  在博弈论中,有两种类型:1、零和游戏:一种以牺牲另一个玩家为代价换取一个玩家的收益的游戏;非零和游戏:一个玩家的收益不以另一个玩家的损失为代价的游戏。

  二、什么是纳什均衡点?

  纳什均衡是博弈论的一个解决方案。假设每个参与者都知道其他参与者的策略的情况下,没有参与者可以通过改变自身策略使自身受益时的一个概念。它是由约翰·纳什制定的,对于像区块链这样的分布式计算机系统有着巨大的影响。

从博弈论角度看区块链如此简单配图(1)

  事实上,区块链是“无欺骗”的,因为整个共识机制是处于一个纳什均衡点上。我们将在稍后讨论这个问题,现在看看纳什均衡点的代表性的例子。

  1、囚徒困境

从博弈论角度看区块链如此简单配图(2)

  如果你对博弈论有任何概念,那么一定遇到过这个问题。假设甲和乙因为偷盗商铺被发现,在调查过程中,发现他们两人过去都犯过更严重的罪行,比如抢劫银行。警察审问了他们两个,并提出了一个建议。

  提议 1、如果你们两个都不认罪,那么你们两个会被判 2 年监禁;

  提议 2、如果你们中的一个出卖了另一个,那么认罪的人会被判 0 年,而另一个会被判 8 年;

  提议 3、如果你们两个都认罪,那么你们两个会被判 4 年监禁。

从博弈论角度看区块链如此简单配图(3)

  现在我们来分析一下。可能因为甲和乙是惯犯,他们不会出卖任何人,因为有“盗贼之间的交情”。尽管这个听起来很浪漫,但是行为心理学和博弈论告诉我们并不是这样。

  如果他们都不认罪,那么回报矩阵表示结果是 (2,2)。是最好的结果他们每人会被判 2 年。然而,他们知道有一个更好的提议摆在桌面上。如果他们真的出卖了对方,那么他们将有 0 年的刑期。在这种情况下,当他们两个都认罪的时候,甲和乙达到他们的最佳解决方案 (4,4),纳什均衡点就发生了。

  如果存在这样一种情景,即两个参与者的最佳解决方案对社会产生不良影响,该怎么办?想想甲和乙正在计划抢劫银行,让我们做一个矩阵的正收益表格,将得到以下情况:

从博弈论角度看区块链如此简单配图(4)

  正如你所看到的,在这个假设的场景中,最好的策略是甲和乙都抢银行。虽然这对他们两人都有好处,但对社会来说却不是一个好的方案。这就是“惩罚”的意义所在。

  2、什么是惩罚?

  世界不是一个公平善良的地方。如果不加以控制的话,人们通常有很多机会堕落而不考虑整个社会。所以我们控制的方法就是惩罚策略。

  假设上面囚徒困境的例子中,我们有这样一个惩罚策略:每一个被认为对社会“不利”的行为都会得到 -7 的惩罚,而社会成本只有 0.5。社会成本的丧失可以是金钱、时间或任何东西,另一方面,犯罪的人也会受到可怕的惩罚。

  我们总是把这融入到日常生活中,加上惩罚策略,减少了“坏”行为的回报,并像下面这样改变了矩阵:

从博弈论角度看区块链如此简单配图(5)

  看看这个“坏”行为的回报是如何推导出来的?正如你所看到的,通过加入惩罚策略,纳什均衡点从对社会有害的东西变成了对社会有益的东西。最优策略从甲和乙一起抢劫银行变为不抢银行。换句话说,如果一个人做了社会不赞同的事情,那么他就会成为罪犯并受到惩罚。

  在一个文明社会中是如何适用的?一支警察队伍的资金来源是从人民那里征收的税款。他们是专门施加惩罚的队伍,而社会参与的方式是通过缴纳他们的税款来资助这支力量。如果不交税,你会受到惩罚。

  纳什均衡点和惩罚策略在区块链和挖矿方面有着重要的意义。我们稍后会探讨这个问题。但在这样做之前,我们必须通过一些更基本的博弈论模型。

  3、谢林点

  伟大的经济学家约翰·托马斯·谢林做了一个实验,让一群学生回答一个简单的问题:“明天你要去纽约见一个陌生人,会和他约定何时何地见面呢?”他发现最常见的回答是:“中午在中央车站。”之所以会发生这种情况,是因为中央车站对于纽约人来说是一个自然的焦点,焦点也被称为“谢林点”。

  “谢林点”也是博弈论的一个解决方案,是指人们在没有沟通的情况下的选择倾向,做出这一选择可能因为它看起来自然、特别、或者与选择者有关。

  假设有两个囚犯被关在两个不同的房间里,他们被给予一个随机的数字序列。然后他们被要求猜测另一个囚犯会猜测的数字,而这两个囚犯之间没有任何联系。如果他们猜错了数字,那么他们就会被杀死(只是为了增加赌注)。

  给出的数字是:7816239、676716313、100000000、871823719。答案是 100000000。为什么?因为与其他数字相比,它是不同和特殊的,它就是谢林点。纵观我们的历史,在潜意识中我们会聚集在各种各样的地方,如酒吧、教堂、社区中心等,因为在一个社会里,这些地方都是谢林点。

  一个非常着名的谢林点游戏,称为“胆小鬼博弈”。游戏中两个人相对驱车而行。如果都拒绝转弯,任由两车相撞,最终两人都会死于车祸;但如果有一方转弯,而另一方没有,那么转弯的一方会被耻笑为“胆小鬼”,另一方则胜出。如何解决这个难题呢?

从博弈论角度看区块链如此简单配图(6)

  谢林使用焦点的概念来解决这个问题。这个游戏的最佳解决方案是不要直视对方的眼睛,即切断与对方的沟通,专注于自己的本能。因为在美国,人们习惯靠右行驶,如果我们让直觉控制自己的行为,就会自动驱车驶向右边,这就是谢林的观点所在。

  4、冷酷触发策略

  为了理解冷酷触发策略是如何起作用的?我们需要考虑一个场景,想象一个君主制的社会,人们相信国王的统治是因为上帝赋予他们的神圣权利。然而,如果国王被杀,那么神权法则就会自动消失,因为每个人都会明白,国王不是神,可以被杀死。

  现在每个人都清楚国王是可以被杀的,这将开始一个无休止的血腥循环,没有什么可以阻止后来的国王被谋杀。停止这种恶性循环的唯一办法是首先不杀死国王,并保持“神权”的概念。这就是所谓的冷酷触发策略。把它想象成一种状态,在这种状态中,如果你偏离了哪怕一点点,你就会导致一个无休止的恶性循环。

  5、协调问题

  想想下面的矩阵:

从博弈论角度看区块链如此简单配图(7)

  现在有两个纳什均衡:(A,A) 和 (B,B) ,偏离任何一个状态都不会使他们受益。这个游戏的想法是你如何说服人们从 (A,A) 到 (B,B)?如果有一小群人参与其中,那就相对简单,你通过电话或电子邮件进行协调。但是,当我们谈论一个很庞大的群体时,这个办法就失效了。

  囚徒困境和协调问题的根本区别在于,在囚徒困境中,两个参与者都必须选择 (B,B) ,因为尽管 (A,A) 在道德上是更好的解决方案,但选择 (B,B) 的回报最高。在协调问题中,这不是关于道德或回报,而是协调一大群人从一个选择到另一个,要怎么改变他们选择的方式呢?

  当团队中只有少数人改变了他们的状态,而大多数人没有,协调博弈就失败了。相反,当团队中的大多数人改变了他们的状态,协调博弈就成功了。

  假设我们想把语言变成另一种基于符号的语言,例如:“把你的电话号码给我? ”你把“132” 变成“ ABC ”传达给别人。如果只有你使用这种号码,那将是完全无用的,因为大多数人不会理解你的号码,自然无法联系你,你也不会获得任何好处,所以你没有动力去改变。然而,如果社会的大多数人都转而使用这种号码,你将不得不改变你的号码,否则将永远无法适应社会。

  6、有限理性概念

  想象一下这样的场景:作为一种仪式,莎拉每天去杂货店买一个苹果。现在有一种情况,只要她来店里,店主就会离开 5 分钟,而且店里没有安装摄像头。在商店里她可以很容易地偷一个苹果,而且没有人会知道这件事,但是她从来没有这样做过。

  有限理性概念,意味着当有选择的时候,人们总是会选择一条简单且习惯的道路。这条道路可能不是最适合他们的,也可能不会给他们最高的回报,却是最简单的道路。莎拉之所以选择遵循自己简单的习惯,而不是顺手牵羊,是因为第二种情况比她简单的习惯要复杂一些。现在我们已经经历了一些博弈论模型,让我们看看它在加密货币中的含义,以及它是如何帮助保持系统安全的。

  三、区块链与加密货币的博弈理论

  区块链是由一个个区块以链条(有序列表)的形式构成。其中每一个区块是由区块头(head)和区块体(body)两部分组成的数据结构容器。

从博弈论角度看区块链如此简单配图(8)

  基于区块链的比特币系统中,一般有两个参与者:用户和矿工。比特币的用户使用两种功能:接受或发送比特币。为了做到这一点,用户需要两个密钥:公钥和私钥。矿工所做的是通过挖矿来验证交易,挖矿是指如何发现新的区块并添加到区块链上。

  1、区块开采

  通过一系列的哈希计算,矿工找到一个新块,并将其添加到链上。目前在比特币中,挖矿奖励是 25 比特币。如果矿工为了个人利益选择“欺骗”网络,会破坏区块链的系统。为了让矿工诚实,区块链使用了博弈论来保护系统。

  2、矿工如何作弊?

从博弈论角度看区块链如此简单配图(9)

  如图所示,蓝色的区块是主链。假设有一个矿工,在蓝色区块 51 时用 10 BTC 交换得到 500 Litecoin(假设)。现在又创建一个带有新块 51 (红色)的并行链,但不执行之前的交易,将新的并行链作为主链继续挖矿,他就同时获得了 10BTC 和 500Litecoin。这被称为“双重支付”。

  那么为什么矿工们不这么做呢?是因为他们善良仁慈?不可能存在一个以人的道德为基础的信任系统,因为道德是无法量化的。这就是区块链真正的关键所在,它是一个能够自动执行纳什均衡点的系统。

  3、挖矿的纳什均衡点和惩罚策略

  如果一个矿工创建了一个无效的块,那么其他人就不会在它上面挖矿,因为一个规则已经被定义在惩罚策略上。任何在无效块顶部挖掘的块都会变成无效块。因此,矿工将直接忽略无效块,并继续在主链(即图中的蓝色链)的顶部进行挖掘。

  因为矿工作为一个团队将选择最稳定的状态,也就是有纳什均衡点的状态。显然,你可以让所有的矿工在红色区块挖掘,并使其成为新的主链。然而,你很难协调人数如此庞大的矿工加入。

  正如协调博弈所指出的那样,如果这个群体中的大多数人不改变自己的状态,那么少数人就不会有任何动机改变。为什么一个矿工要花费他所有的计算能力,冒着被排斥在一个无用主链上的风险呢?

  4、为什么用户使用主链而不是其他链?

  现在我们已经知道了为什么矿工会更喜欢蓝色主链的原因。那么用户呢?在区块链游戏中有两个玩家,矿工和用户。为什么用户更喜欢蓝色链条而不是红色链条?再一次,博弈论机制开始发挥作用。

  第一件原因是,加密货币之所以有价值是因为人们赋予了它价值。那么,为什么普通用户给蓝色链条的代币赋值,而不给红色链条的代币赋值呢?原因很简单。从用户的角度来看,蓝色主链是一个谢林点,对于他们来说蓝色主链更特别。

  用户更看重蓝色主链的另一个原因是他们已经习惯了主链。就像有限理性概念一样,人们每次都会选择最简单的解决方案。

  5、什么是主链接管问题?

  在我们开始解释这个之前,让我们回过头来看看旧图表:

从博弈论角度看区块链如此简单配图(10)

  假设有人为某项活动制定了一个新的智能合同。合同的条款是这样的:

  1、任何矿工都可以通过在合同中加入一大笔存款来参加这项活动;

  2、矿工必须将相关信息填入合同,核实是否是一名合格的矿工?是否有足够的计算能力;

  3、如果系统中 60% 的矿工没有加入合同之前,你随时可以离开;

  4、如果 60% 的矿工加入之后,那么你将受到合同的约束,直到 20 个区块被添加到硬分叉链,也就是红链上;

  5、新的分叉链不仅会越来越长,因为系统 60% 的矿工加入,蓝色主链变得无关紧要。

  现在,你可能会问,为什么矿业公司会参与?让我们看看他们加入的动机:他们最初存入的巨额资金,再一次获得巨大回报的可能性。从理论上讲,这样的收购可以终结任何货币,但这不太可能发生,因为有博弈论。

  6、冷酷的触发策略来拯救

  想想我们第一次谈论冷酷触发策略的国王论点。如果一个国王被杀死和篡位,又有什么能阻止他被杀害?阻止这种无休止的血腥循环呢?最好的办法就是从一开始就不要杀死原来的国王。

  类似地,让我们把这个逻辑用于区块链。如果一个区块链被接管和破坏,矿工被转移到一个新的主链,是什么阻止这个新的主链被接管?为了阻止这些无穷无尽的“硬分叉”的发生,最好的办法是从一开始不要接管原来的主链。

  然而,在某些地方,冷酷触发策略很明显失败了。在某些地方,冷酷触发策略的效果相当引人注目:

  1、如果矿商不受单一加密货币的约束,这种观点就站不住脚了。如果这些矿商正在研究多种货币,那么它们可以简单地组合起来,接管一种低价值的加密货币。

  2、如果他们受到某种加密货币的约束,这种观点就站得住脚。毕竟,维持货币的价值和合法性最符合他们的利益。

  3、如果加密货币需要专门的矿机挖矿,那么冷酷触发策略就站得住脚。矿工们将确保这种特定的货币不会发生任何事情,并确保它不会贬值。毕竟,专用的矿机很昂贵。

  4、如果可以使用 CPU 挖矿,那么这种观点就站不住脚。CPU 毕竟并不昂贵,它可以用来挖其他加密货币。

  5、如果拥有这些 CPU 的矿商质押了加密货币,那么这种观点就站得住脚,因为利害关系,他们不想失去他们质押的部分。

  四、总结

  博弈论是区块链如此特殊的关键原因,区块链包含的技术和共识机制并不新鲜,但正是这两个有趣概念的结合,使得加密货币免受内部破坏。即使比特币和以太网因为某种原因失败,加密货币也将因为这种开创性的设计而永远存在。

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