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OK区块链60讲 | 第20集:什么是双花问题?

2020.03.11

《OK区块链60讲》是由OKEx&新浪科技联合出品的区块链科普动画视频,针对区块链零基础用户,通过系列文章、科普动画等形式,从概念、技术、应用等角度,通过5大板块,60个知识点,生动形象地科普区块链概念。本集课程内容由北京大学经济学博士刘昌用导师指导完成。

哈喽大家好,我是小K君。今天我们要讲的内容是:“什么是双花问题”?

之前的课程,我们已经讲过了区块链的四大核心技术都有哪些,它们共同决定了区块链的整个基础框架。可是在区块链网络中,还有一些问题是四大核心技术也没有办法完全解决的,比如网络拥堵问题、效率问题等等。而今天,我们要说的就是其中的一种,也就是双花问题。

所谓双花问题,顾名思义,就是一笔钱被重复花了两次。比如,我们微信钱包里有100块钱,我们先去饭店吃了顿饭,结果微信出了bug,这一笔钱并没有被银行同步,还留在钱包里,于是我们又能拿着同样的100块钱去看场电影,这就属于双花问题。

一般来说,双花问题分为两种情况:一种是记账前双花,比如同一笔钱,因为银行同步延迟的问题,被多次使用,像我们刚才举的例子就是这种情况;另一种是记账后的双花,一笔钱花出去,银行已经记账,但如果你攻击银行,从银行账本上删除了这笔花费,就可以再花一次了,即双花。

那在现实生活和区块链中,我们该如何解决双花问题呢?

在现实生活中,作为收款者来说,比如商店老板,防范第一种双花很容易,不以付款者的交易记录为依据,只有确认自己账户上钱到账才交付商品。比如用微信支付,不仅要看用户出示的手机支付页面,也要看自己的手机上是否收到。当然,如果很小额的交易,生意又忙,用户也是街坊邻里,只看支付页面也可以,这个小风险商店可以承担。

在区块链应用中,防范未记账前的双花也与之类似,最好的解决方案也是等记账后,再完成交易,大额交易一般都是走这种路径。不过,如果金额很小,人又熟,交易是可以不记入区块链的,即没有记账的情况下,也可以完成支付。这叫“零确认支付”,只不过这种方式,收款方是要承担被双花的风险。

而防范第二种双花就比较难了。在生活中,比如微信已经记了账,但黑客攻击了微信的服务器,商户收款的交易记录一旦丢失,商户自然就受到了损失,付款者又可以使用原来的这笔钱。不过,这种情况极少出现,既然要记账,那一定是非常小心保存账本的。

区块链应用也类似,整个区块链技术的核心就是保障账本的安全,记了账就不能被双花。但安全不是绝对的,即使记了账,仍然有可能被双花。因为,区块链应用不是依靠中央银行这样的机构的权威来保障账本安全的,而是依靠分布世界各地的节点都保存统一份的账本,并且由全世界的矿工用算力来竞争记账,产生完全一致的新账页的。

当有人掌握了全网51%以上的算力时,就能够将刚刚记过的账页作废,把里面的一笔花费恢复成没被花掉的状态。这就是记账后的双花了,这种攻击方法叫“51%攻击”。这种双花相对于记账前的双花比较难实现,因为掌握51%算力需要很多钱。但如果双花的收益足够大,攻击仍然是有可能的。怎么办呢?

解决的办法是,等待更多确认。51%的算力要作废最新账页,其成功概率是51%,但作废连续两个新账页的概率就是51%*51%=26%,作废3个的概率是13.3%,作废6个的概率只有0.46%了。如果攻击者没有掌握51%的算力,只掌握20%的算力,那么攻击成功的概率就只有0.0064%了。

这样,问题就简单了。商户可以根据交易金额的大小来决定如何防范双花。

如果交易金额很小,比如卖支铅笔,完全可以接受零确认,对用户既省时又贴心。万一双花也不在乎。如果交易金额大一些,比如卖件衣服,那建议等待一个确认就可以了。不会有黑客为了你一套衣服动用51%的算力发起攻击的。如果交易金额很大,比如买钻石,那就要小心了。要根据全网算力的成本估算一下需要多少个确认,金额越大,需要的确认数就越多。

比如这个区块链是10分钟确认一次,全网51%的算力每10分钟的成本是10万元。你卖的钻石价值100万元。那么你至少要10个确认以上才能交付钻石。最好是20个以上确认。

总之,预防双花攻击,一个基本的原理就是,让攻击者赔钱的概率远远高于你被双花的概率。

当然,为了预防双花问题,区块链本身从技术方面,也在共识机制的基础上,引入了一些其他技术,比如时间戳和UTXO模型。通过它们,进一步提高区块链的记账安全性、以及双花的作恶成本。至于它们具体是如何解决的,容小K君卖个关子,我们下节课再说~

注:这些例子数据都是为了简便给的估值,真实的攻击成本收益分析非常复杂。

感谢刘昌用老师对本集内容的帮助和指导。

新浪微博:@昌用老师

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