计算机发展(时代观察:计算机网络50年发展史)

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边肖:记得要集中注意力。

来源:时代观察

比特币不是空出现的，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，基于几十年的计算机网络、密码学和博弈论研究。

文/Shermin voshmgiry

编译/刘洪

第一个计算机网络是20世纪60年代发明的。ARPANET是1969年推出的美国大学专用计算机网络，最初由美国国防部高级研究计划局资助。1973年，阿帕网整合了英国和挪威研究机构的计算机，成为一个全球网络。1974年，随着第一家互联网服务提供商Telnet的整合，ARPANET开始商业化。同年，一篇发表的论文描述了一种使用分组交换在节点之间共享资源的工作协议。该协议的中心控制组件是传输控制程序(TCP)。1982年，TCP的单片架构被划分为由传输层(TCP)和互联网层(也称为“互联网协议”，IP)组成的模块化架构。这种模型被称为TCP/IP，是一种标准的网络协议。

在二十世纪七十年代

20世纪70年代初，Ralph Merkle的密码学研究为P2P网络中的安全通信奠定了基础。他的工作将如何解决像计算机网络这样的“在不安全通道上的安全通信”概念化，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造防冲突加密散列函数的方法。他还申请了一种特殊类型的哈希表的专利，这种哈希表被称为Merkle树，可以更有效和安全地验证大型数据结构的内容。

1976年，惠特菲尔德·迪菲(Whitfield Diffie)和马丁·赫尔曼(Martin Hellman)基于他的一些想法，创造了一种通过公共网络安全交换密钥的机制。它是公钥交换的最早的例子之一，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，因此在公共网络上安全地交换数字密钥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，罗恩·里维斯特、阿迪·萨莫尔和伦纳德·阿德曼发现了一种创建单向加密函数的方法，这种函数很难逆转。他们的算法，现在叫RSA，开启了非对称加密时代，后来演变成密码学中的椭圆曲线加密算法。1985年，Nirkko Blietz和Victor S.Miller分别提出了这种算法，这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互联网协议套件TCP/IP的推出，互联网变得更加普及。然而，可用性仍然是一个问题。你必须使用命令行，也就是计算机语言，来浏览互联网。蒂姆·伯纳斯·李用他对万维网的设想解决了这个问题。他用相对简单的标记语言创建了一个可视化网站的标准。只需点击一下，这些链接就可以指向其他网站。虽然从出版的角度来看，万维网使每个人都很容易对互联网上可用的信息做出同等的贡献，但数据仍然是在服务器的墙后面存储和管理的。

无论是TCP/IP还是基于它的协议都没有解决在哪里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，例如网络拓扑、网络延迟和计算机数量，对于计算机网络来说是事先未知的。因此，计算机网络可以由未知和不可信的计算机和网络链接组成。在分布式程序的执行过程中，网络的规模和组成也可能随时发生变化。因此，在故障过程中提供和维持可接受的服务水平的能力是网络恢复的关键。当时的重点是公网中的数据传输，这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已成为主流。集中式网络的问题在于，系统管理员或控制服务器的组织是控制共享信息可用性的唯一实体。这意味着，如果管理员决定不再分发、操作或审查数据，他们可以在自己的服务器上这样做，不再向用户提供这些信息。

DigiCash的原始技术团队

在1980年代

1982年，DavidChaum提出了盲签名的概念，保证了信息发送者的隐私。盲签名适用于投票系统和数字现金系统。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，并成立了DigiCash公司将他的研究商业化。从1995年到1998年，DigiCash被用作美国银行的小额支付系统。但是DigiCash在1998年破产了，可能是因为他的想法太超前了，因为当时电子商务的应用还没有那么广泛。

1983年，随着DNS(域名系统)的引入，实现了另一个突破，使网络中节点的寻址更具可读性。但是，在这些第一代计算机网络中，重点是连接公共计算机网络，解决计算机寻址和数据传输问题。网络架构仍然基于C/S(客户端-服务器)架构逻辑。另外，在互联网的早期，安全通信从来都不是主流重点。然而，一些特定的研究者对这个问题感兴趣。

在1990年代

1991年，Stuart Haber和W Scott Stalne提出了一种不能篡改文件时间戳的系统，并介绍了最早的受加密保护的关于区块链的学术著作。他们的目的是证明文件是在一个“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。在最初的提议中，他们使用了集中式时间戳服务。然后，他们试图通过要求几个用户(由用户通过伪随机数生成器选择)来分配信任，而不是中央机构，来给散列加上时间戳。一年后的1992年，拜耳、哈伯和斯塔尔纳塔将默克尔纳入这一机制。这通过允许在一个块中收集多个文档证书来提高系统效率。

第一个“工作证明”函数是由Adam在1997年由Hashcash引入的。这个想法是为了限制垃圾邮件和拒绝服务攻击。它要求发起者执行一定量的操作，这意味着它需要一定量的计算机时间。最初的想法是由辛西娅·德沃克和莫尼·诺尔在他们1992年的论文《通过处理或打击垃圾邮件来定价》中提出的。在多年后比特币出现之前，Hashcash引入的概念还被用于2004年B币的挖矿机制。B-money是戴伟早期提出的一种“匿名分布式电子现金系统”。这是在密码朋克邮件列表讨论Hashcash的潜在应用场景时提出的，B-money的讨论也发表在同一个邮件列表上。这个由大卫·休斯发起的cryptopunk邮件列表代表了一群积极分子，他们倡导在日常生活中使用强大的加密技术和隐私增强技术，作为社会和政治变革的一种手段。上面提到的很多人都为后来比特币使用的关键技术做出了贡献。他们都是活跃的隐朋克。

1998年，NickSzabo设计了一种分布式数字货币机制，他称之为“BitGold”(比特金)，比特金实现了他的许多关于智能合约和数字协议的想法。萨博的自我执行协议思想与1996年昂里格提出的“李嘉图契约”思想大致相同。虽然BitGold从未实现过，但很多人认为它是比特币架构的直接开创者。就像后来的比特币一样，BitGold在PoW的基础上构思了一个共识算法，其中的计算能力被用来解决密码难题。然而，BitGold的建议无法以完全分散的方式解决双重支出问题——西比尔攻击——这可能是它从未实施的原因。许多人猜测萨博是比特币的匿名创造者中本聪，但他否认了这一传言。

1999年，音乐分享应用Napster普及了现代P2P网络的概念。它改变了数据在互联网上存储和分发的方式。Napster为文件共享创建了一个虚拟覆盖网络，它独立于因特网的物理网络。在这个虚拟网络中，所有涉及的计算机构成了物理网络中计算机的子集。数据仍然在底层的TCP/IP网络上直接交换，但是在应用层，对等体可以直接相互通信。P2P网络增强了它们的健壮性，因为它们消除了基于客户机/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发生故障，整个网络也不会受到伤害或破坏。这种计算机网络的设计必须能够容忍单个计算机的故障，不管故障的来源是什么。然而，Napster依赖于中央索引服务器的运行，因此在版权侵权指控和法律诉讼后很容易关闭。

二十一世纪

2000年，Gnutella(第一个演示的分布式对等系统)率先提出了一系列新的文件共享协议来消除这些中心故障点。它允许用户找到对方并远程连接，同时搜索网络上的每一个节点，因此更加分散和反审查。Gnutella虽然解决了去中心化问题，但是他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和安全的方式存储整个网络中的资源位置。DHT不仅取代了索引服务器，还保证了其网络参与者的匿名性和所有通过网络共享的数据。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。

虽然从Napster出现以来，现代P2P网络已经解决了在网络中有效分发数据的问题，但是它们并没有解决分布式数据验证或数据校验的问题。同时，这些文件共享网络无法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，但他们不共享任何东西。它会导致社区的崩溃。免费搭车是因为用户没有合作的动力。这样的合作不仅消耗了我们自己的资源，也降低了我们自己的业绩。

2004年，在比特币出现之前，哈尔·芬尼推出了第一个可重复使用的PoW系统。他引入了RPoW令牌的价值由“铸造”PoW令牌所需的实际资源的价值来保证的思想。2009年，芬尼还收到了来自比特币创始人中本聪的第一笔比特币交易。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，但他经常否认自己曾参与比特币交易。但这一事实加剧了人们对他可能是比特币创造者的猜测，尽管他一直否认这一点。

2008年，在金融危机达到顶峰、雷曼兄弟(Lehman Brothers)等大银行破产后不久，比特币白皮书以笔名中本聪发布。其目的是提供一个没有银行的P2P电子现金系统。尽管第一个规范是由中本聪实现的，但一群专注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，铸造了第一枚比特币，最终确定并部署了代码。然而，有趣的是，白皮书没有谈到区块链，而只谈到“区块链”。几年后，当人们开始复制比特币代码库来开发替代协议时，“区块链”一词变得非常常见。

虽然现代P2P网络(如Napster)缺乏对网络参与者的激励，但早期的电子现金思想无法抵御女巫的攻击。比特币改变了游戏规则，因为它提出了数据集体验证协议。它引入了一种共识机制-工作负载证明，允许在网络的每个节点上存储不断增长的事务记录-区块链。因此，比特币解决了以往P2P网络中的“搭便车”问题。通过引入基于令牌的激励机制，鼓励所有参与者以真实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，但它最终启发了一种新的P2P存储框架，这将成为分布式网络的关键组件。这些分布式存储网络现在可以通过使用令牌激励机制来建立在以前的文件共享协议的基础上，并使用本地令牌来激励其网络参与者，如“Swarm”、“Storj”、“SIA”和“IPFS”。