【读书笔记】- 比特币为什么需要 6 个区块确认才会被认为难以篡改？ #14
simonliuliu
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Simon，我认为你对 “点对点网络度量时间” 的方法（区块时间戳中位数）以及参数选择的解释是对的。但这并不能解释为什么用户需要等待 6 个区块得确认。 如果我们认为控制 6 个区块足够困难，会自然而然选择 11 作为 MTP 的参数。也就是说，存在同一个理由（控制 6 个区块足够困难）可以同时解释 用户要等待 6 个区块 以及 MTP 参数为 11 这两件事。但这两件事却不能相互解释，不能认为是 MTP 参数导致了用户要等待这么多数量的确认。 等待一定数量的区块确认的要求来自于 PoW 共识算法本身；在点对点网络中，由于带宽的限制，特定的 PoW 算法以及相应的区块大小会存在一个自然的分叉（区块重组）概率。给定该概率，即使完全不考虑矿工恶意发动区块重组的可能性，用户也需要等待一定数量的区块确认，才能认定自己的交易被逆转的概率足够小。 在这里，推理会跟你在上文对 MTP 参数选择的推理类似：更多的区块确认意味着更小的逆转概率，但也会让整个系统变得更不友好。因此只能取一个折中。 从历史上看，“需要等待 6 个区块确认” 的提法出现得相当早（可能中本聪就已经提到），现在大多数 人/应用 都已不再等待那么久，比如闪电网络的客户端一般只等待 3 个确认；而 MTP 规则是直到 2016 年才在网络中激活的东西。 |
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一个困扰多年的问题
2016 年，我刚加入区块链行业，当时在 imToken 做钱包就遇到了一个问题：
交易为什么需要 6 个区块链确认才会被认为难以篡改？
得到的比较笼统的回答一般是，这样做矿工篡改的成本过高。这当然是一个正确的答案，但却过于表面。
最近在重读《精通比特币》第三版，这是去年年底最新修订的版本，看到书中提及了这一内容，所以单独拿出来说说。
6 源于 11
首先我们要明确两个概念：
我们通过 getblockhash 命令，从 bitcoin core 的 API 拉取区块信息的时候会得到如下信息
这其中有一个
mediantime字段，我们称之为「中位时间」- MTP。该「中位时间」是从（该区块的）之前 11 个区块计算得到的中位时间。为什么要使用中位数？
中位数具有更好的「抗操纵性」，它是统计学上用于测量数据集中趋势的一个稳健估计值，特别适合处理含有异常值（outliers）的数据。相比于平均值（容易受到极端值的影响），中位数只关心排序后最中间的值，因此少量极端值（时间戳被操控的区块）不会显著改变结果。
为什么是 11？
首先如果计算中位数，那么最好选择一个「奇数」，奇数的好处是中位数始终是一个确定的值，因为可以准确地取中间的那个值（比如第 6 个区块），避免了偶数情况下取两个中间值再平均的复杂性。
而选择 11 个区块的原因与中位数的特性有关，因为它能很好地处理小样本中的极端值，同时保持计算的简便性。
简单来说就是它足够小以保持计算效率，同时又足够大确保抗操纵性：
为什么是 6？
之前我们谈到，中位数是将数据排序后，选择中间位置的那个数值。而在 11 个区块的情况下，中位数是第 6 个区块的时间戳（按照时间戳大小排序后）。
要改变中位数的值，矿工至少需要控制超过一半的区块。因为中位数是基于排序后的位置值决定的，改变排序的多数才能影响最终的中位数。 💡 在 11 个区块的情况下：
如果矿工只控制 5 个区块，这些区块的时间戳只能影响排序的前半部分，但无法影响中位数（第 6 个位置）。
如果矿工控制了 6 个区块，他们就能确保排序后的中位数被自己的区块所决定，从而对整个链的时间戳产生影响。
一个例子
我们有 11 个区块，假设这些区块的时间戳如下（单位是时间）：
现在，我们将这些时间戳从小到大进行排序（这里时间戳已经是按时间顺序递增的）：
在这个排序列表中，第 6 个区块的时间戳是 1628003000，这是过去 11 个区块的中位时间，也就是 MTP。
现在，假设一个矿工控制了一些区块，并试图通过篡改时间戳来影响中位数。
情况 1：矿工控制 5 个区块
假设矿工控制了 区块 1、2、3、4、5，并且他们想通过操控这些区块的时间戳来改变 MTP。为了做到这一点，矿工将这些区块的时间戳篡改为一个非常小的值，假设为 1627000000。
篡改后的时间戳如下：
排序后的时间戳为：
你可以看到，虽然前 5 个区块的时间戳被篡改得很低，但中位数仍然是 1628003000，因为第 6 个区块的时间戳没有被矿工控制。
情况 2：矿工控制 6 个区块
现在，假设矿工控制了 区块 1、2、3、4、5、6，并且他们同样篡改这些区块的时间戳为 1627000000。篡改后的时间戳如下：
排序后的时间戳为：
此时，新的中位数是 1627000000（第 6 个位置的时间戳），这是矿工篡改的时间戳。因此，通过控制 6 个区块，矿工成功操纵了 MTP。
所以，如果矿工控制了 6 个区块，他们就能保证至少有 6 个区块的时间戳是他们自己设定的。这样，无论剩余 5 个区块的时间戳如何，矿工控制的区块一定会影响或决定中位数。
总结
要想了解为什么需要 6 个区块确认，就要了解为什么选择 11 作为「中位时间」校验。因为 11 相较于其他数字，具有足够的抗操纵性和高效性，这是一个权衡后的神奇数字。而如果想操纵 11 个区块的中位数，则需要满足 6 个确认才可以，这是一个简单的数学问题。
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