数字世界是如何运转的：从比特到比特币的数据简史

作者简介

马克·斯图尔特·戴（Mark？Stuart？Day），麻省理工学院电气工程与计算机科学博士，麻省理工学院客座讲师，在流媒体、内容网络、移动通信、安全和电话等领域拥有38项发明专利。曾任河床科技公司*席科学家，在他任职的10年间，该公司从40人发展到超过2500人，收入从不足百万美元上升到超过10亿美元。此外，他还曾为Dropbox、IBM、Cisco、Digital和BBN等科技大厂提供技术支持。

内容简介

第 1 章? 步骤 一百多年前，乔治·修拉（Georges Seurat）和保罗·西涅克（Paul Signac）等艺术家开始尝试用纯色的小点创造图像。这种技术的衍生物——电视和各种数字显示器——现在已经变得极为常见，你很难想象人们曾经对这些由小点构成的画面嗤之以鼻。 在现代科技术语中，我们将这些点称为像素（意为“图像元素”）。现在，像素被广泛用于各种用途。许多人都经历过相关的像素化现象，当显示系统的某种局限使像素变得异常大而模糊，使部分或全部图像呈“块状”。这些现象意味着图像是用一系列离散元素呈现出来的，而不是我们可能更愿意看到的连续平滑的图像。一个有趣的哲学问题是：如果世界本身是由非常小的离散元素构成的呢？我们的体验会有什么不同？我们能够分辨吗？ 人们常常用“数 字”（digital）一词描述各种具有“阶梯式”或“块状”特征的计算机或媒体系统。“数字”的含义是我们即将进行的计算探索的一个重要基础。我们可以将世界由小块组成的哲学问题换一种说法，即“数字意味着什么？”不管“数字”是什么，它都是本书后面讨论的所有系统的基础。因此，它的性质会相应地限制这些系统的潜力。 我们的手指也被称为 digits，这就是 digital 一词的由来，用手指计数可能是每个人对数字系统的最初体验。我们让孩子伸出一根、两根和三根手指，为整数“1，2，3……”计数。当我们选择数手指时，我们都知道，手指只有在明显“向上”或明显“向下”时才算“数”。 尽管存在这种规范，你的手指还是完全可以采取半弯的姿势。如果你询问这种半弯姿势代表什么数字，答案通常是“我不知道”或者“什么也不是”。根据我们用手指学会的整数计数方案，我们只能得到整数值的答案——用“二又二分之一”或“2.16”回答是“没有意义的”。 日常生活中的另一种数字系统是台阶。台阶将两个水平面之间的垂直空间划分为几个不同的层次。我们可以对比台阶与直接连接两个水平面的斜坡。在斜坡上，我们可以在水平方向上前进很小的距离——实际上，我们可以选择任意小的距离——对于水平距离的每一个小变化，垂直距离都会有一个相应的小变化（反之亦然），这与台阶不同。在台阶上，一个方向上的小变化并不总是导致另一个方向上的小变化。特别是台阶上升边缘在垂直方向上会有显著的变化，但在水平距离上只会产生很小的变化。 让我们暂时假设台阶和斜坡具有相同的坡度（见图 1-1）。 在现实世界中，这种相同的坡度几乎永远不会出现：这种相同的坡度意味着要么斜坡陡峭而危险，要么台阶平缓得令人沮丧。不过，这对我们是有用的，因为我们只想理解两者的特点。 有三种常见的方式可以将台阶与斜坡关联起来（见图 1-2）。 一种可能是台阶刚好位于斜坡下方，踏步“最外侧”部分与斜坡重合。一种相反的可能是，台阶刚好位于斜坡上方，踏步“最内侧”部分与斜坡重合。第三种可能处于前两种中间，每个踏步中心与斜坡重合。 我们选择谈论第一种结构，因为相关的物理方面的经历和直觉使其更容易被解释。不过，要注意的是，使用哪种结构并不重要：我们谈论的是台阶和斜坡间隙的性质和面积。不管如何摆放台阶和斜坡，这些间隙都具有相同的总面积。 当台阶和斜坡具有相同的坡度，并且斜坡与踏步最外侧对齐时，斜坡上的大多数位置会略高于台阶水平部分对应的垂直对齐位置。如果我们把脚放在斜坡上的任意位置，它会稳稳地停在斜坡上；不过，如果我们在使用台阶时把脚放在完全相同的位置，脚并不会稳稳地停在任何事物上——相反，它会下落一小段距离，移动到位置低一些的踏步上，然后稳稳停住。如果我们认为自己在沿平滑的斜坡向上走，这种反复落向踏步的经历会令人不快。我们会将它们看作我们预期的“斜坡”的错误、粗糙或凹凸不平。大多数人错过台阶踏步时都会经历暂时的混乱或不适。“错过斜坡”可能会有类似的感觉，但是重复的频率更为密集而已。 我们可以将台阶变小，以减少“斜坡体验”和“台阶体验”之间的差异（见图 1-3）。 很小很小的台阶与斜坡是无法分辨的。实际上，如果我们以显微镜的尺度观察现实中的任意斜坡，我们会发现，它并不是连接两个水平面的完美直线。相反，它是一系列颠簸的、具有不同坡度和高度的水平位置变化。不过，这种微小的颠簸对我们平常使用斜坡时影响不大，我们完全可以将其看作平滑的斜坡。 一般来说，一个系统可以拥有台阶，也可以平滑地变化。在专业术语中，有台阶的系统叫作数字系统，没有台阶的平滑系统叫作模拟系统。有时，同一个系统中既可以找到模拟元素，又可以找到数字元素。重要的是，数字和模拟仅仅是模式而已。当我们需要注意和处理不同的离散等级（比如台阶）时，我们称该系统为“数字的”。当我们需要忽略粗糙性和尖锐变化，并且拥有足够多的中间等级（比如斜坡）时，我们称该系统为“模拟的”。 不过，我们可以选择将台阶看成颠簸的斜坡，也可以将斜坡看成显微镜下的台阶，我们不能说任何系统是“绝对数字的”或“绝对模拟的”。 本书接下来重点将放在以两种截然不同的方式实现数字化的系统上。计算与“做事”有关，也与“事物”有关。通常，我们关注的是两者的结合，即“用事物做一些事情”。不过，一开始，我们最好将两者分开来讲。在本章接下来的部分，我们将关注“事物”——即计算机科学家所说的数字数据。下一章，我们将关注“做事”——即计算机科学家所说的进程。 ◎ 什么是“比特腐烂”？我们的数字遗产会消失吗？ 仅仅根据ip地址能够顺着网线抓到嫌疑人吗？ 黑客有哪些方法入侵电脑并盗取信息？ 比特币挖矿是什么意思，和区块链技术有什么关系？ ◎ 从可以随意存取数据的光碟、磁盘，到颠覆传统的网络视听新媒体，再到直播购物、扫码付款，数字技术自诞生之日起，不断重塑着人们的生存方式。生于人工智能时代，可以不学计算机，但绝对有必要懂得数字世界搭建和运行的底层逻辑。 ◎麻省理工学院计算机博士、河床公司*席科学家马克·斯图尔特·戴用生活化的图表和案例清晰展示了操作系统、GPS、以太网、互联网、云计算、区块链、比特币等数字基础设施的建构原理。就算是文科生，就算不懂编程，你也可以轻松看懂数字世界是如何运转的。