合作的演化和BitTorrent經濟設計

這個文章原本是一個演講在Papers We Love Taipei meetup。英文版在這裡，然後影片在這裡。

介紹

上次我跟你們分享的是跟 合作有關係。合作是什麼，為什麼人決定互相合作，就算不合作對他們比較有利。

這個分享是基於「BitTorrent經濟設計」，BitTorrent發明家Bram Cohen寫的。再來，我們會看上次學的東西：怎麼運用這些在比較現代的系統中，特別是看BitTorrent，一種點對點(p2p)檔案共享協議，鼓勵人們或是「節點」之間彼此共享。

講完以後，你應該會比較懂 如何產生合作，什麼情況是好用的，怎麼用賽局理論來分析，以及怎麼將他設計在現代的系統中。

簡要回顧

首先，我們看看上次的總結。我們學了什麼？我們學到了：
1. 即使跟敵人同在戰場上，合作還是可以在重複出現的情況中演化。
2. 在賽局理論和現實生活中，囚犯困境（Prisoner’s dilemma, PD）是一種常見的遊戲類型
a) 在困境中，可以選擇要合作或是背叛
b) 在困境中，最好的結果是互相合作，可是優勢策略是 “雙方都背叛”。
c) 通過玩很多次囚犯困境，當作重複遊戲，這樣就會出現更好的策略，比如說以牙還牙。
3. 以牙還牙在重複的囚犯困境遊戲中，是一個很棒的策略。
a) 我們先合作，然後跟隨對方的決定。
b) 以牙還牙是友善、寬恕、報復、而且也很清楚的策略。
c) 也因此，在許多進化環境中，這讓以牙還牙成為一種非常簡單而且很強大的策略。

BitTorrent

讓我們一起看一下這些見解是怎麼運用在設計電腦系統中，尤其是在BitTorrent。BitTorrent(p2p)協議，可以將他運用在網路上分享檔案。

他已經存在20年了，而且很流行，它佔全部網路流量很大的一部分（下載2.5％，上傳25％），擁有數億用戶。BitTorrent是一種協議，就像HTTP之於網路，或是SMTP之於email。有很多不一樣的電腦程式可以跟他們互動。介面也很簡單：打開torrent檔案，然後只需要放著讓它運行就可以了。除了是一個開放、不用許可的協議以外，他的特色也有如何分配負載。和傳統的伺服器-客戶端系統不同，以前是一些伺服器管理檔案然後和客戶分享，在BitTorrent裡面每一個人是公平的節點，可以跟其他節點分享那個檔案。

所以要怎麼鼓勵人們互相分享呢？沒有東西可以阻止人們一直當伸手牌，只下載，不上傳、不回饋。要怎麼解決這個問題呢？你可能發現這是一種囚犯困境，節點比較想要只下載，不上傳。但要是每一個人都上傳回來，那每一個人會有比較好的結果。因為可以把檔案分成很多塊，我們可以把那個遊戲變成重複的囚犯困境，然後可以用以牙還牙的策略鼓勵合作。

BitTorrent還有一個很有趣的特色。想要某一塊的人越多，他被分散的速度就越快。因為有比較多的人在幫忙上傳，所以可以說他是反脆弱的（antifragile）。越多人使用系統，系統接受壓力的時候 就會變得更堅固。

這個圖片裡，如果你殺一個蛇頭，他會多兩個蛇頭：

這與一般脆弱的系統或強大的系統形成對比。普通網站在負載很重的時候，可能會很脆弱，並且需要復雜的操作，才能保持正常運行。但是，要怎麼讓任何系統在超載時，不會當機，反而有更好的表現呢？

想像，有一天你進去郵局，發現裡面的人比平常的多十倍。平常你可能會想 寄信速度會變慢。但如果沒變慢，反而變快？怎麼達到的？不是那些傳統郵務人員，取而代之，是去郵局的所有人，用點對點的方式處理郵務。比如說，有一些人寫提單，有一些人掃描提單，有一些人包裝等等。同時，每一個人有一些包裹想用點對點的方式發送。大家不再排隊、玩手機，大家反而一起合作，讓他們的郵務作業更快速。這當然會有很多問題，但你可以想像在大家庭採購和準備晚餐的情況。這類似BitTorrent的工作方式，只是這個都發生在幕後，而且只使用了你的頻寬。

BitTorrent中的以牙還牙

要是在Bittorrent裡面，只有一塊需要下載，你就會一口氣完成它，下載然後離開。可是Bittorrent故意把檔案分成很多資料塊，所以變成重複的遊戲形式。他要怎麼運作呢？

一個節點會告訴其他節點，他有哪一些資料塊，然後選擇一些，要從其他節點才能收到的資料塊。一開始,那些區塊選擇是很隨機的，但這裡也常使用一些策略法。比如說，節點會選“稀有優先”，意思是說會先收到最難的一塊，因為這一塊是最有價值的。這樣一來，一開始只有一個人上傳，但最後會有越來越多節點可以加入，並且幫第一個節點減輕負擔。

賽局理論在其中發揮了拒絕（choking）和接受（unchoking）的作用。沒有一個中央協調去決定誰會得到什麼。相反的，是每一個節點會自己決定。一個節點想要最大化他的下載速度。從其他的節點下載，然後使用以牙還牙的方法決定誰要上傳。通常在限定時間內能上傳完的點是有限的。合作代表共享，背叛的意思是:你拒絕上傳一個節點。有時候也會樂觀地接受（optimistic unchoking），一個節點會隨便決定上傳到另外一個節點，這和以牙還牙概念中的“先合作”一樣，並且允許節點找到互惠互利的關係。

我們之前看到，在重複的囚犯困境中，用以牙還牙是很有效率的策略。加上BitTorrent是一種協議，每一個使用BitTorrent的APP可以選他們想用什麼策略。很多都使用這個策略的原因很簡單，因為：為了自己的利益，隨機跟節點共享，這樣能帶來最好的結果。這裡沒有強制性/或由上往下的控制，而是由下往上的，自然地發展與他人共享某個檔案。

在BitTorrent中，如何運作還有很多細節和技術。要是你對這個題目有興趣，建議你可以看看文章來得到更多細節。

一個比賽持續多久的時間？

BitTorrent檔案共享遊戲,是有時間限制的。每一個檔案本質上都當成新的遊戲。意思是說一個檔案現在下載完了，或是快下載完了，就沒有理由繼續分享。接下來，BitTorrent會有很多流量，特別是分享盜版檔案這類的東西，最後會流入私人社群。這些一般來說是私人網站，需要被邀請，然後要,繼續有很好的種子比率(seed ratio)才可以繼續留下來。種子比率意思是說：你貢獻多少和你下載多少的比率，平常需要大於1，才代表你上傳的東西比下載的東西多。包括第一次的心得分享資料。

這一些社群中的種子比率跟這個BitTorrent協議沒有很大的關係。他們只用BitTorrent檔案共享機制，可以算是一種工具。這讓一些社群比較容易被攻擊，成為單點故障。有一些很有名的例子，例如 OiNK Pink Palace 2007和What.cd 2016都被要求關閉。當時，這兩個都是全世界最全面、最豐富的音樂資料庫。

還有一些沒有解決的問題

我們不知道可不可以普及這種由下而上，運用分權的方法來達成合作。這個議題就超出今天介紹的範圍了。

BitTorrent中的遊戲也定義得很清楚：有一個檔案和一組固定塊是被需要的。當檔案裡的訊息一直在變的時候，並且不清楚每塊的價值怎麼樣的時候，會發生什麼事呢？當材料稀有，但是大多數人對此沒有興趣時，又該怎麼辦呢？ BitTorrent傾向鼓勵更多受歡迎的內容。

另外一方面，是關於什麼資源正在交易。對於BitTorrent，使用頻寬是很有道理的。但是，和現實生活相比，這不是很好的指標。在現實生活中，合作的形式有很多種。最平常的可能是用金錢購買產品、買服務，但很多其他社會合作形式也很常見，而且被認為是當然的。

BitTorrent做得很好的是，他給人們選擇是否可以幫忙、貢獻，並且提供獎勵。傳統的客戶端-伺服器架構中，“提供者” 和“用戶”之間有清楚的區分，但在BitTorrent中，就像在真實世界中，邊界更不清楚、更流暢。這變成一種代理形式，這種代理 帶來了更豐富、更好的行為，你可以在共享經濟中看到很多類似的現象：人們在Airbnb和Uber網站上留下評論，好的參與者能夠重覆參加遊戲（會有很多評論、留言）。我們可以怎麼利用這些觀察，來創造其他類似的系統，並且鼓勵合作，然後幫助其他參與者帶來更好的結果呢？

結論

在這兩次分享中，我們看到在最可怕的情況裡，比如 在戰場，怎麼發展合作。我們學了一點囚犯困境和他的結構。我們看到 為什麼重複玩一樣的遊戲很多次以後，會造成一些策略的發展，特別是以牙還牙。我們已經了解以牙還牙如何成功，因為他很友善、很寬容，有報復性也很清楚。最後，我們也了解  要怎麼在設計現代系統時，運用這種方法。特別是透過BitTorrent點對點（p2p）檔案共享協議來鼓勵分享。更看到一些關於這個的開放性問題。

我希望這個演講，能給你們一些工具思考這種問題，也可能給了你們一些想法，思考怎麼設計系統。

謝謝

謝謝Sanaz 給我feedback，然後謝謝我的中文老師Jenny幫我改很多中文。