比特幣和其他加密貨幣都可以追溯到這個早期的、注重隱私的互聯網支付系統。

原文標題:《乾貨 | 創世文檔:David Chaum 的 eCash 如何催生一個密碼朋克的夢》
撰文:Aaron Van Wirdum
翻譯:阿劍

乾貨 | 創世文檔:David Chaum 的 eCash 如何催生一個密碼朋克的夢

你可以給數據庫訪問付費、用電子郵件買軟件和報紙、在網上玩電子遊戲、接收朋友之前欠你的 5 塊錢,還可以買披薩。可能性是無限的。

上文引用的這句話不是出自某個 2011 年製作的、介紹比特幣的視頻。實際上,它完全跟比特幣無關。甚至,它不是這個世紀的作品。引文來自一位密碼學家 David Chaum 在 1994 年日內瓦的第一次 CERN 大會上的演講,他講的是 eCash。

如果密碼朋克運動有一個祖先,那肯定是留着鬍子和馬尾辮的 David Chaum。說這位密碼學家領先於時代 —— 他現在已經 62 還是 63 歲了(他沒有暴露過自己的真實年齡)—— 都嫌太輕描淡寫了。在大多數人瞭解到互聯網、擁有個人電腦以前,甚至在愛德華·斯諾登(Edward Snowden)、Jacob Appelbaum 和 Pavel Durov 出生以前,Chaum 已經在關心互聯網隱私的未來了。

「你必須讓你的讀者知道這有多重要」,Chaum 曾經跟《連線(Wired)》雜誌這麼說,「賽博空間完全沒有物理限制 …… 沒有 ‘牆’ 這種東西 …… 它是個完全不同、詭異奇怪的地方,而且大家都知道這是一個全景監獄似的噩夢。不是嗎?其他任何人都可以知道你幹過的所有事,甚至可以永久記錄下來。這跟民主制的基本原理是對立的。」

Chaum 的職業起於在伯克利擔任計算機科學的教授。他不僅僅是一個數字隱私權的鼓吹者,他還設計了工具來實現隱私權。Chaum 出版於 1981 年的論文 「不可追蹤的電子郵件、回郵地址和數字假名」 爲互聯網加密通信的研究奠定了基礎;這些研究最終產生了隱私保護的技術,比如 Tor (洋蔥網絡)。

但日常通信的隱私性還不是 Chaum 最關心的東西。可以說,他還有更大的想法。這個伯克利的教授想設計一種保護隱私的數字貨幣。

「是把信息保存在個人手裏,還是保存在組織手上,每當一個政府或一個公司要把一批事務自動化的時候,都必須做抉擇」,Chaum 在 Scientific American 上寫道,「下一個世紀的社會形態,可能就取決於哪種技術佔據主導地位」。那是 1992 年。

而在 10 年以前(1982),Chaum 已經解決了這個難題:他出版了自己的第二篇重要論文 「用於不可追蹤的支付系統的盲簽名」。那時候,現在比特幣圈子裏老手如 Pieter Wuille 博士、Erik Voorhees 和 Peter Todd 還沒出生呢,這個密碼學家就已經爲互聯網設計出了一套匿名的支付方案。

盲簽名(Blind Signatures)

Chaum 的數字貨幣系統的核心是他的發明 「盲簽名」。

要理解盲簽名,你得先了解公鑰密碼學,尤其是,(普通的)密碼學簽名是怎麼回事。

公鑰密碼學會用到密鑰對,一個密鑰對由一把公鑰和一把私鑰組成,其中公鑰是由私鑰(一個真正隨機的數字串)根據一定的數學公式計算出來的、(看似隨機的)數字串。用私鑰推導公鑰非常簡單,但根據公鑰反向計算出私鑰則幾乎是不可能的;這是一條單行道。

公鑰密碼學可以用來建構雙方之間的隱私通信 —— 學術論文中一般以 「Alice」 和 「Bob」 來代指着兩方 —— 只要雙方都向對方分享自己的公鑰即可。私鑰可以保持隱私而不暴露。

但 Alice 和 Bob 能用公鑰密碼學做的可不止隱私通信。Alice 還可以 「簽名」 任意數據(Bob 也是)。實際上,Alice 就是用自己的私鑰和數據一起做一些數學運算。結果就是另一串看似隨機的字符串,稱爲 「簽名」。同樣地,從簽名中也是無法恢復出 Alice 的私鑰的(無論你是否掌握了那段被簽名的數據)。這還是一條單行道。

有意思的是,Bob (乃至其他所有人)都能用 Alice 的公鑰來檢查這個簽名是不是 Alice 生成的(譯者注:驗證需要被簽名的數據)。檢驗完了 Bob 就知道,到底是不是 Alice 用自己的私鑰(以及相應的數據片)生成了這條簽名。而私鑰可以簽名任何數據,也就是說數據可以是 Alice 和 Bob 的任何表態和請求。舉個例子,簽名可以意味着 Alice 同意該段數據表示的意思(就像 Alice 給合同手寫了一個簽名一樣)。

而盲簽名則使這一切更進一步。一開始,Bob 先生成一個隨機數,稱爲 「nonce」,然後拿這個隨機數和一段初始數據一起運行特定的數學運算,得出一段亂序的數據片。這個亂序的數據片使其看起來與其它的隨機字符串無異。然後 Bob 拿這段亂序數據給 Alice 簽名。Alice 沒法斷定 Bob 的初始數據是什麼樣的,所以她是 「盲目的」。Alice 簽名運算的結果就是 「盲簽名」。

盲簽名的特殊性在於,這條簽名不僅關聯着 Alice 的密鑰(任何數字簽名都有這樣的特徵)和亂序數據片。它也關聯着那段初始的、沒有被混淆過的數據。如果能獲得那段原始數據,那麼任何人僅需使用 Alice 的公鑰,就能檢查 Alice 是否簽名了那段原始數據的一個亂序版本 —— 當然也包括 Alice 自己。

ECASH

盲簽名就是 Chaum 用來創造數字貨幣系統的關鍵工具。

要理解這些,你要先把上文示例中的 Alice 當成一個銀行:Alice Bank。這是一家普通銀行,就像我們現實中的一樣,客戶們在銀行裏有專門的賬戶以及存款。

假設 Alice 銀行有四個客戶:Bob、Carol、Dan 和 Erin。在假設 Bob 想從 Carol 手上買些東西。

首先,Bob 要向 Alice 銀行請求 「取款」(一般來說 Bob 當然要在事先取到錢,但你先不要管這些細節)。取款的時候,Bob 自己創建一些 「電子鈔票」,形式是一串獨一無二的數字,稱作 「序列號」。此外,他還要像上面的例子那樣,生成這些鈔票的亂序版本,然後把這些亂序支票發給 Alice 銀行。

收到 Bob 的亂序鈔票後,Alice 銀行盲簽名每一條亂序數據,然後把這些簽名發回給 Bob。每簽發一條亂序鈔票,Alice 銀行就從 Bob 的銀行賬戶扣除 1 塊錢。

現在,因爲 Alice 銀行盲簽了這些亂序鈔票,她的簽名已經與初始的電子鈔票關聯了起來。所以 Bob 現在可以使用這些初始的、沒有經過混淆的鈔票給 Carol 支付了。他只需把這些數據發送給 Carol 即可。

Carol 收到這些電子鈔票後,轉發給 Alice 銀行。Alice 可以檢查自己是否簽名過這些鈔票,這也是靠盲簽名完成的事:它們都跟她的私鑰有關聯。Alice 銀行也順帶檢查同樣的鈔票(序列號)是否已由他人使用過(自己是否遭遇了多重支付)。

鈔票檢驗完成後,Alice 銀行就給 Carol 的賬戶添加等量的金額,並告知 Carol。經過銀行的確認後,Carol 也知道了 Bob 所支付的是有效的鈔票,可以放心地發貨了。

乾貨 | 創世文檔:David Chaum 的 eCash 如何催生一個密碼朋克的夢eCash 背後的基本原理。來源:faculty.bus.olemiss.edu/

最關鍵的是,Alice 銀行只有在 Carol 要存入這些數字鈔票時纔會知道未經混淆的鈔票數據!因此,Alice 銀行根本不知道這些鈔票是 Bob 的。理論上,也完全有可能是 Dan 或者 Erin 的!

因此,Chaum 的解決方案提供了支付中的隱私性。在當時,這不算什麼新鮮事:那時候隱私支付是常態(譯者注:指的是現金交易)。但它是電子形式的,這就是新穎之處。因此,Chaum 選擇了這個比喻:現金(cash)。電子化的現金,eCash。

DIGICASH

到 1990 年,也就是 Chaum 發表第一篇論文差不多 10 年後(現在年輕一輩的密碼學貨幣開發者比如 Matt Corallo、Vitalik Buterin 和 Olaoluwa Osuntokun 也都還沒出生),David Chaum 創辦了 DigiCash 公司,辦在阿姆斯特丹(Amsterdam),Chaum 已在那裏生活了好一段時間。這個公司實際上專門做數字貨幣和支付系統,業務包括一個替代收費亭的政府項目(最終被取消)和智能卡(類似於我們今天的硬件錢包)。但 DigiCash 的旗艦項目還是其數字現金系統 eCash。(這個系統叫做 「eCash」,而系統中所用的貨幣叫做 「CyberBucks」,相當於我們用大寫的 「Bitcoin」 來指稱底層的協議,而用小寫的 「bitcoin」 來稱呼其中的貨幣。)

乾貨 | 創世文檔:David Chaum 的 eCash 如何催生一個密碼朋克的夢DigiCash 早期的技術團隊(Chaum 不在照片中)。來源:chaum.com/ecash

那還是網景(Netscape)和雅虎(Yahoo!)領導科技行業開創新高度的時代,一些人認爲微支付而非廣告,將成爲互聯網的收入模式,DigiCash 也被認爲是科技企業中冉冉升起的新星。當然,Chaum 和他的團隊也對自己的技術很有信心。

「隨着網絡支付的成熟,你將可以爲各式各樣的小事情小物件買單,支付會比今天多得多」,1994 年,Chaum 這樣跟 New York Times 說。當然,他強調了隱私權的重要性。「你讀過的每篇文章、問過的每個問題,你都要支付。」

那一年,經過 4 年的開發,第一個成功的支付系統已在測試,同年晚些時候,eCash 開始允許試用:想要使用這種技術的銀行,需要向 DigiCash 請求許可。

銀行業興趣盎然。1995 年末,eCash 發出了第一張許可:聖路易斯的 Mark Twain 銀行。而且,在 1996 年頭,世界上最大的銀行之一,德意志銀行(Deutsche Bank),也試水了。瑞士信貸(Credit Suisse) 是第二個加入的大機構,還有多個國家的銀行,也都加入了,包括:澳大利亞的 Advance Bank、挪威的 Advance Bank 和 Bank Austria。

然而,比起 DigiCash 達成的交易,更有趣的可能是他們沒有談成的生意。荷蘭三大銀行中的兩家 —— ING 和 ABN Amro —— 據說已經和 DigiCash 達成了價值幾千萬美元的合作。類似地,Visa 也被曝出提出了 4000 萬美元的投資,而且網景也有興趣:eCash 本可以放進那個時代最流行的互聯網瀏覽器中。

不過,最能出價不是別人,正是微軟。比爾·蓋茨希望把 eCash 集成到 Windows 95 操作系統中,據說願意出價 1 億美元。Chaum —— 按照故事的說法 —— 要求每賣出一份 Windows 95 就收 2 美元。於是事兒就黃了。

雖然在當時的技術人員眼中不可謂不亮眼,DigiCash 似乎在談生意上不太利索,因此也難以實現其全部潛能。

到了 1996 年,DigiCash 的員工看過了太多失敗的交易,希望有一些改變。辦法就是換個 CEO:來自 Visa 的資深人士 Michael Nash。這家初創公司還獲得了一筆投資,而 MIT Media Lab 的創始人 Nicholas Negroponte 還被任命爲董事會主席。(最近,通過 Digital Currency Initiative 的這一層關係,MIT Media Lab 還聘用了多位 Bitcoin Core 的貢獻者。) DigiCash 的總部也從阿姆斯特丹搬到了硅谷。Chaum 還是其中一員,不過變成了 CTO。

事情並無太大改變。幾年打拼下來,eCash 並沒有被普遍接受。加入的銀行一直在實驗,才從未力推這門技術;到了 1998 年,Mark Twain 銀行只招收了 300 名商家和 5000 位用戶。在 DigiCash 與花旗銀行(Citibank)的最終協定即將敲定之際 —— 這本來可以給這個項目極大的推動 —— 銀行因爲不相關的原因而退出了。

「很難獲得足夠多的商家,所以也沒辦法獲得足夠多的消費者。反過來說也是對的。」 Chaum 在 1999 年跟 Forbes 雜誌這麼說,那時候 DigiCash 已經破產了,「隨着互聯網變大,用戶的平均素質也下降了。所以很難跟他們解釋隱私的重要性。」

密碼朋克的夢想

DigiCash 失敗了,連帶着 eCash 也失敗了。但是,雖然這項技術沒有在商業上成功,Chaum 的工作啓發了一羣密碼學家、黑客和活動人士,他們靠着一個郵件列表建立了聯繫。這個團體裏面包含了 DigiCash 貢獻者 Nick Szabo 和 Zooko Wilcox-O’Hearn,後來以 「密碼朋克」 之名爲人所知。

可能比 Chaum 自己做的還要激進,密碼朋克一直懷有創造一種數字現金的夢想;從 1990 年代到 2000 年代早期,他們一直在提出不同的數字現金方案。直到 2008 年,DigiCash 落幕的 10 年後,中本聰把 TA 的數字現金設想(比特幣)發到了密碼朋克的精神繼承者的郵件列表。

比特幣和 eCash 在設計視角上沒有多少共同點。最重要的是,eCash 有一箇中心,就是 DigiCash,光憑自己是沒法成爲貨幣的。即使世界上所有人都在交易中使用且僅使用 eCash,你仍然需要銀行來提供賬戶、餘額和交易確認。這也意味着 eCash 雖然能提供隱私性,但並不是抗審查的。舉個例子,即使面臨銀行的封鎖,比特幣仍能用於給維基解密捐贈,但 eCash 就做不到,銀行一樣能鎖住維基解密的賬號。

但是,Chaum 對數字貨幣的貢獻,可以追溯到 1980 年代早期,仍然能有意義的。比特幣沒有使用盲簽名技術,但建構在比特幣協議上的擴展處理層和隱私層可以使用。 Bitcointalk 論壇和 reddit 論壇子版塊 r/bitcoin 版主 Theymos,一直倡議在比特幣區塊鏈上開發一種類似於 eCash 的可擴展側鏈。比特幣交易隱私領域的帶頭人之一 Adam Fiscor 也在實現一種使用盲簽名的混幣服務(這種思路最早是由 Bitcoin Core 貢獻者 Greg Maxwell 提議的)。當前尚未落地的閃電網絡,也可以使用盲簽名來提高安全性。(譯者注:原文寫於 2018 年 4 月。)

那 Chaum 自己呢?他回到了伯克利,在那裏寫出了等身的著作,大部分都跟數字化選舉和聲譽系統有關。也許,再過 20 年,全新一代的開發者、企業家和活動人士,把這些著作奉爲某項足以改變世界的技術的奠基工作。

本文部分基於兩篇在 1990 年代出版的文章:Steven Levy 爲《連線》雜誌撰寫的文章 《E-Money (That’s What I Want)》,還有未具名作者爲 《Next! Magazine》撰寫的《Hoe DigiCash alles verknalde》(譯本在此:《How DigiCash Blew Everything 》。) chaum.com/ecash 網站亦提供了豐富的信息。

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