为什么中本聪不给比特币设计最终性？

昨日刘教链发布原创文章《论比特币和以太坊的“宕机”》之后，引发了一些对区块链工作原理感兴趣的朋友的热烈讨论。其中，魔笛手社区群主Claire提了一个好问题：为什么中本聪不给比特币设计最终性（finality）呢？或者说，为什么中本聪设计的比特币没有显式最终性（explicit finality）呢？

透彻地了解这个问题，需要对计算机科学的一个重要分支——分布式系统——的发展历史和关键问题作一个全面了解和深入思考。在刘教链所著《上帝掷骰子：比特币史话》一书（https://leanpub.com/history-of-bitcoin 有售，以下简称《史话》）第七章“拜占庭将军”用了6个小节的篇幅对这段往事做了较为全面的铺陈。接下来，笔者试着用简单的篇幅和精炼的逻辑，来对上述问题做一个较为通俗易懂的解答。

中本聪发明比特币，克服了什么关键困难，或者说解决了什么关键问题？去中心化共识问题，或者叫做分布式一致性问题。特别的，比特币要解决的，是如何在有人可能会掉链子（宕机、掉线）、有人可能会作恶（人人皆佛魔两面）的不确定环境中，不借助于一个中心权威或者说中央统治者，就能自动达成共识（consensus）或者一致（consistency）的问题。这个问题，就是由计算机科学家Leslie Lamport在1982年的著名论文《拜占庭将军问题》中所指出和命名的“拜占庭将军问题”。

最早意识到此问题的人，并非Leslie Lamport，而是他的同事Robert Shostak。那是1978年。从1978年到中本聪发表比特币白皮书的2008年，整整30年，整个人类计算机科学界，没有人真正解决这个问题。

为什么这个问题如此难以解决？也许有学过分布式系统的朋友会说，当年Lamport就已经给出了解决方法了呀！就是拜占庭容错（BFT）算法。后来1999年的时候还有人继续改进该算法，提出了实用拜占庭容错（PBFT）等新算法。

事实上，Lamport的解题思路走向了一个错误的方向。所有BFT类的算法，都必须隐含一个假设，节点时钟同步性假设。否则，就无法形成共识、达成一致。而这个隐含假设，恰恰是自相矛盾的：想作恶的人，当然可以篡改他所控制的节点的时钟，使之不同步。要想满足这个假设，就要取消拜占庭环境的设定，那么，拜占庭容错算法只能在非拜占庭环境中工作，这解决方案是解了个寂寞！而如果作了非拜占庭环境设定，我们显然可以换用效率高出成百上千倍的算法来达成分布式一致性，比如谷歌Spanner和微信后台所用的Paxos算法（《史话》第六章第19话“时钟同步性”）。

你永远叫不醒一个装睡的人。直到今天，还有宣称去中心化的公链系统采用BFT、PBFT以及其他变体作为共识算法，在错误道路上执迷不悟。事实上，到了1985年，三个计算机科学家——耶鲁的Michael Fisher、MIT的Nancy Linch和华威大学（英）的Mike Paterson——联合发表了一篇名为《有一个错误进程即不可能达成分布式共识》的著名论文，提出了著名的“FLP不可能定理”。

FLP定理给了BFT类算法当头棒喝：只要取消掉时钟同步性假设，别说有人作恶了，即便只是有人掉链子，分分钟就把整个系统的共识搞崩溃。

路被堵死了。Lamport知耻后勇。你以为他奋发图强，一举克服了时钟同步性依赖了吗？不。他好汉不吃眼前亏、韩信能受跨下辱，借坡下驴、顺势躺平，乖乖接受了这个五雷轰顶的现实。1990-1998年，他提出了在非拜占庭环境下的高效共识算法Paxos。为啥花了这么久？在《史话》第27话“美丽的小岛”有记述这段离奇而曲折的故事，篇幅过长，不再展开。

这一下子就过去了十年。

老天爷似乎总爱给越挫越勇的人更多的挫折和挑战，“增益其所不能”。就在Lamport关于Paxos算法的论文发表的同一年，伯克利大学教授Eric Brewer提出了一个理论假说：分布式系统，无论如何，都不可能同时做到这3点：一致性（consistency），可用性（availability），分区容忍（partition tolerance）。

看起来好像一个不可能三角形。但是由于第三点不得不接受，因为网络不可能100%可靠，那么本质上就是二选一了：你要一致性呢，还是要可用性？鱼翅，我所欲也；熊掌，亦我所欲也。二者不可得兼，舍哪个而取哪个呢？

Paxos选得啥？Paxos选的是强一致性。那么就意味着，它必然、一定、不得不舍弃可用性。舍弃可用性不意味着一个采用Paxos算法的系统总是在宕机，但是它一定有机会宕机。宕机，就意味着要整体干预、协调和重启。也就意味着，对中心化控制的依赖。5秒钟思考一下，著名的“宕机链”Solana宕机之后怎么办？当然是项目方、基金会出面协调全网重启啦！它无法自我恢复。