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去中心化量化指南|想了解系统去中心化程度?试试最小中本聪系数
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2017-08-11 去中心化量化指南|想了解系统去中心化程度?试试最小中本聪系数

我们认为最小中本聪系数可以有效帮助我们最先量化去中心化的程度。

【猎云网(微信号:ilieyun)】8月11日报道 (编译:堆堆

编者注:在我们进一步完善区块链技术之前,我们首先要量化该技术的去中心化程度。本文作者是21.co的首席执行官Balaji S. Srinivasan,他也是16z.com的董事会成员。

相比传统选择,比特币和以太坊的主要优势是众所周知的,那就是去中心化。尽管大家都认可了这种性质的重要性,但这类话题大多缺乏量化讨论。如果我们能够确定一个测定量度,我们就可以:衡量某一系统去中心化的程度,确定某一系统的修改会对系统的去中心化程度带来多少改进或损坏,设计优化算法和体系架构来最大限度实现去中心化。

在本篇博文中,我们提出用最小中本聪系数(minimum Nakamoto coefficient)作为衡量系统去中心化的一个简易定量测度,该方法是受到著名的基尼系数和洛伦兹曲线的启发。

其基本思想包括:(a)列举了去中心化系统的基本子系统,(b)控制每一个子系统需要多少实体,(c)之后使用最小值来衡量系统的有效去中心化程度。最小中本聪系数的数值越高,那么系统的去中心化程度也就越高。

为了让大家更好地理解这个定义,我们首先要给出基尼系数和洛伦兹曲线的背景介绍,之后再提供一些图表和计算进行分析,基于这些数据来观察当下加密货币生态系统的中心化程度。我们接下来会讨论衡量去中心化的概念,以此作为对比特币和以太坊这些基本子系统的综合测量,并且讨论改进这一系数的方式。

洛伦兹曲线和基尼系数

即便这两个定义关注的是不同的方向,但“过于不平等”以及“过于中心化”这两个问题上实际上存在很大的相似性。具体来说,我们可以认为财富和权利的不均匀分配实际上就是高度集中化的体现。

经济学家一直都是利用洛伦兹曲线和基尼系数这两个工具来测量人口的分布不均匀。洛伦兹曲线的基本概念如下图所示:

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上图中红色部分即为洛伦兹曲线。随着累计分布变量的发散,基尼系数(G)也就从0增加至1。数据来源于Matthew John。

基尼系数的方程则是通过洛伦兹曲线以及所谓的“平等线”之间的区域计算而得。方程如下:

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基尼系数还可以根据连续分布和离散分布的个人实体股进行计算(可参考这里的方程)。

直观来说,资源分配越统一,基尼系数就越会越接近0。相反,资源分配越倾向于某一方,那么基尼系数就会越接近1。这就恰好符合我们对于集中化的直观理解:在一个高度集中化的系统中(基尼系数为1),要想破坏系统,只需要找到一个决策制定者/实体。相反,在一个高度去中心化的系统中(基尼系数为0),要想破坏系统,你需要找到很多个决策制定者。因此,基尼系数低的话,这就意味着去中心化程度高。

加密货币:基尼系数和洛伦兹曲线

为巩固大家的认知,我们可用一个简单的例子来应用基尼系数和洛伦兹曲线:加密货币市值的财富分布。为此,我们获取了前100名数字货币在2017年7月15日的市值情况,计算了每一种数字货币的市场份额占比,得出一条与基尼系数相关的洛伦兹曲线。

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如果我们测量前100名加密货币的市值中心化程度,基尼系数为0.91。这就符合我们的预期,即2017年7月70%的市值都属于排名前两位的加密货币——比特币和以太坊。

去中心化系统是由子系统组成的

为将此概念应用到公共区块链领域,我们需要区分去中心化系统和去中心化子系统。具体来说,像比特币这样的去中心化系统是由一组去中心化子系统组成的(如挖矿、交易所、节点、开发者、客户端等等)。下面是六种组成比特币的子系统:

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我们会利用这六个子系统来说明如何衡量比特币或以太坊的去中心化程度。记住,你认为哪一个子系统对于整个系统的去中心化程度至关重要,这将决定你选择使用哪一种子系统。

至此,争论就会产生。也许有人会说一些去中心化子系统可能比另外一些子系统更重要。举个例子,对于比特币的正常使用来说,挖矿无疑是必须的,而交易所(同样也很重要)实际上却不属于比特币协议。

我们可以假设,某个个体可以确定去中心化系统中的基本去中心化子系统。之后,我们就可以规定,如果一个人可以危及任何一个基本去中心化子系统,那么他就可以危及这个去中心化系统。

量化比特币和以太坊的去中心化程度

鉴于这些定义,现在我们就可以计算出比特币以及以太坊的挖矿、客户端、开发者、交易所、节点以及所有权子系统的洛伦兹曲线以及基尼系数。然后根据基尼系数以及洛伦兹曲线的测度,我们就可以看出各自的中心化程度。如下是比特币的曲线:

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这是以太坊的曲线:

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基于上述六个面板,我们来依次讨论一下这六个子系统。

挖矿去中心化

如左上面板显示的一样,根据过去24小时内的区块奖励计算情况,比特币挖矿显然是极其去中心化的。以太坊挖矿则更集中一些。这些数值相差较大,我们可以在更长区间内对这些数据进行追踪,从而获得更理想的数据,比如说平均7天或30天进行追踪。

客户端去中心化

如中上面板显示的一样,大多数比特币用户使用的都是Bitcoin Core(比特币核心钱包),而Bitcoin Unlimited则是第二受欢迎的客户端。按照不同客户代码库的数量进行衡量,那么基尼系数=0.92就意味着高度集中化。对于以太坊客户来说,大多数客户端(76%)都是geth,16%采用Parity,由于这两种代码库占据了大部分以太坊的生态系统,基尼系数也达到了0.92。

开发者去中心化

在右上面板中,我们可以看到Bitcoin Core标准客户端中有一些工程师会提交代码共享。尽管原始提交参数肯定无法准确衡量贡献情况,但这却可以指明一些情况,即数量相对较少的部分工程师完成了Bitcoin Core的大部分工作。拿以太坊的geth标准客户端来说,开发工作更为集中化,两个开发者就完成了大多数客户端的代码工作。

交易所去中心化

比特币和以太坊在各个交易所的交易量存在很大不同,相应的基尼系数也会产生很大波动。但我们为了说明情况,在左下面板处计算出了过去24小时内基尼系数的数据快照情况。

节点去中心化

在下中面板中,另一个衡量去中心化的工具就是确定比特币和以太坊在各个国家之间流动的节点分布情况。

所有权去中心化

右下方的最后一块面板中,我们可以看到按照地址,比特币和以太坊所有权的去中心化程度如何。

最大基尼系数:粗略测量区块链技术的去中心化程度

我们能否将子系统去中心化程度的测量工具与系统去中心化程度的测量工具结合起来呢?第一种简单的方式就是选用所有基本子系统中得出的最大基尼系数,结果如下:

 

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按照这种计算方式,比特币和以太坊都拥有一个最大基尼系数,大约为0.92,这是因为两种货币与客户端的节点在其各自的代码库中都是高度中心化的(比特币采用的是Bitcoin Core,以太坊采用的是geth)。

关键是,选择了不同的基本子系统,这些数值也会发生变动。举个例子,有人认为单独一个代码库的存在不会对实际去中心化程度造成阻碍。如果是这样的话,那么比特币最大基尼系数就会提高至0.84,新的去中心化瓶颈将是不同国家间的节点分布。

当然,我们并不是说在六个子系统中,单独选择哪一个子系统才是测量去中心化程度的最佳工具。我们不过是想整合一些数据,来向大家说明这种计算是什么样子的。我们确实认为最大基尼系数指标能够为我们指明方向,确认可能的去中心化瓶颈。

最小中本聪系数:优化测量区块链去中心化程度的工具

但是,最大基尼系数也存在一个显而易见的问题:当一个最大值代入到我们直觉认为的“中心化程度更高”的系统中,加上每一个基尼系数都是在0-1之间,这就意味着它无法直接计算出系统妥协所需的个人/实体数量。

具体而言,假设有一个区块链子系统,有1000位参与者,基尼系数为0.8,另一个是拥有10名挖矿者的子系统,其基尼系数为0.7。要想让系统妥协,三个挖矿者作恶带来的恶劣影响远超过57个交易所带来的危害。这就表明了最大基尼系数能够指明,交易所才是去中心化的瓶颈,而非矿工。

有许多种办法可以克服这个难题。比方说,我们可以在合并不同的子系统之前,根据基尼系数提出有原则性的权重安排。

另一种方式就是基于基尼系数的计算结果,利用洛伦兹曲线确定一个类似的指标,这就是我们称之为的“中本聪系数”。如下可看到具体情况。在这一个例子中,某一子系统的中本聪系数为8,因为它需要8个实体来实现51%的控制。

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这也就是说,我们将中本聪系数定义为某一子系统满足51%总容量所需的最小实体数量。利用子系统的最小值进行测度整合,之后我们就得到了“最小中本聪系数”,即要想让整个系统妥协所需要的实体数量。

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中本聪系数代表着让某一子系统妥协所需的最小实体数量。最小中本聪系数则是取所有子系统中的最小中本聪系数。如果51%不是每个子系统妥协的阈值,那么我们还可以定义出一个“修正过的中本聪系数”概念。举个例子,可能需要75%的交易所才能严重破坏某系统,而做到这一点,矿工只需要满足51%。

现在我们可以利用之前生成的洛伦兹曲线来计算比特币和以太坊的中本聪系数。下面是以太坊标准客户端geth的计算。如图所示,我们只需要2名开发者就可以满足geth51%的数据提交,因此中本聪系数为2。

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这也就说明了该概念。下面这些图表是比特币和以太坊子系统又计算一遍的结果,这一次采用的是中本聪系数。

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这张图表记录了每一个子系统的中本聪系数。

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我们可以看到,基于这些基本子系统,比特币和以太坊的中本聪系数均为1。具体而言,假设Bitcoin Core和geth的代码库遭遇麻烦,可能会影响超过51%的客户端,它们各自的网络也会受到波及。

想要改善以太坊的这一数据,这就意味着要让其他像Parity这样的客户端占据更多的市场份额,之后开发者或矿工中心化就成为了下一个瓶颈。改善比特币的这一数据,这同样需要大范围采用像btcd、bcoin等等的客户端。

最小中本聪系数取决于子系统的定义

我们意识到,一些人认为比特币某一标准客户端的高度中心化并不会影响它的去中心化程度,抑或是说中心化程度是有必要的。在这个问题上,我们没有任何立场去评判这一观点,因为采用其他的基本子系统定义,大家都会得出不同的去中心化程度测度。

举个例子,如果一个人认为“创始人和发言人”是一项基本子系统,那么以太坊的最小中本聪系数就会是1,因为以太坊创始人Vitalik Buterin的一个错误选择就会连累以太坊。

相反,如果一个人认为“挖矿实力雄厚的不同国家数量”可以作为一个重要的子系统,那么比特币的最小中本聪系数也会是1,因为中国政府打压挖矿的行为会导致51%以上的挖矿算力受到影响。

选择哪一个基本子系统才能最好得代表某一个去中心化系统,这个问题是下一次要讨论的内容了。但是,值得注意的是,“创始人和发言人”以及“中国矿工”也是以太坊和比特币这两类加密货币的威胁因素之一。这样一来,如果有人试图想要对比不同币种之间的最小中本聪系数,那么生态系统的多样性也可以大幅改善去中心化程度。

结论

许多人表示去中心化程度是比特币和以太坊这类系统最为重要的特性。如果这一论点无误的话,那么量化去中心化程度的能力也是至关重要的。最小中本聪系数就是这样一个测度。随着最小中本聪系数的提高,让系统妥协所需的最少实体数量也会提高。我们认为这符合我们直观感觉的去中心化程度。

为量化去中心化程度给出一个明确的测度为何如此重要?原因有三。

1.测量。首先,像这样的量化测度可以明确进行计算,随时间变化加以记录,最终呈现在仪表盘上。这让我们可以跟踪子系统以及整个系统的去中心化程度变化趋势。

2.改进。其次,和我们衡量绩效一样,像中本聪系数这样的测度可以让我们改善或是降低去中心化程度。之后,我们可以将去中心化程度的变动归结为个人代码的安排或是其他类型的网络活动。举个例子,鉴于资源稀缺,我们可以确定部署1000个节点或是雇佣两个新的客户端开发者能否给去中心化程度带来明显的改进。

3.优化。最后,也是最重要的一点,一个可量化的目标函数(数学角度上而言)决定了优化程序的结果。从表面上来看,类似的目标函数会产生截然不同的解决方案。如果我们的目标是要优化去中心化系统中的去中心化程度,那么我们就需要像洛伦兹曲线、基尼系数、中本聪系数这样的量化指标。

我们意识到,关于去中心化系统,哪一个子系统更加重要的问题仍需更多讨论。但是,鉴于已经提出的重要子系统,我们可以获得一条洛伦兹曲线以及一个中本聪系数,还能看到对于整个系统来说,这些子系统是否是去中心化的瓶颈。

像这样的情况,我们认为最小中本聪系数可以有效帮助我们最先量化去中心化的程度。

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