考驗(yàn)重重：區(qū)塊鏈底層技術(shù)的四大待解“難題”

當(dāng)2009年1月3日中本聰在位于芬蘭赫爾辛基的一個(gè)小型服務(wù)器上挖出了創(chuàng)世區(qū)塊(Genesis Block)的50個(gè)比特幣開始，一種不需要中心機(jī)構(gòu)背書，依靠分布式技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)信任的P2P網(wǎng)絡(luò)區(qū)塊鏈誕生了。

近幾年來，“分布式賬本”、 “點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”、“智能合約”等詞匯被當(dāng)今世界不厭其煩提及，恰恰濃縮了區(qū)塊鏈技術(shù)日夜兼程發(fā)展的現(xiàn)狀。

作為后互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新型底層技術(shù)，區(qū)塊鏈從比特幣以來的沿革，與Web互聯(lián)網(wǎng)變遷的軌跡極為相似，但又更為迅猛。如同Web1.0給世界一個(gè)由靜態(tài)不可交互網(wǎng)頁構(gòu)成的萬維網(wǎng)，區(qū)塊鏈最初的模樣，是一個(gè)旨在以比特幣為橋梁搭建的共享式公開賬本；而以以太坊為代表的第二代可編程區(qū)塊鏈，通過智能合約映射了Web2.0引入了創(chuàng)造、社交、分享的理念，成為一個(gè)由全體用戶織網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)樣態(tài)。甚至，由此引發(fā)社會(huì)思潮的變革。

互聯(lián)網(wǎng)的迭代經(jīng)歷了二十余載，而當(dāng)區(qū)塊鏈沉浸在飛速發(fā)展中時(shí)，與資源配置紅利相伴的是新技術(shù)走向臺(tái)前后受到的重重考驗(yàn)——

區(qū)塊鏈?zhǔn)欠裾娴墓?

區(qū)塊鏈?zhǔn)欠裼袘?yīng)用價(jià)值?

區(qū)塊鏈?zhǔn)欠褡銐虬踩?

區(qū)塊鏈究竟能否實(shí)現(xiàn)SHD(安全、高性能、去中性化)的完備性?

任何事物都有其雙面性，精華與糟粕相生相伴，區(qū)塊鏈技術(shù)也一樣。已知的壁壘和未知的困惑，推使人們解決“難題”，填塞知識(shí)和應(yīng)用的狹縫或鴻溝，讓第三代區(qū)塊鏈底層技術(shù)正在加速駛來，區(qū)塊鏈的3.0革命也由此開啟。

區(qū)塊鏈真的公平?

在區(qū)塊鏈加密技術(shù)出現(xiàn)之前，包括數(shù)字貨幣在內(nèi)的數(shù)字資產(chǎn)如果不依賴一個(gè)中心化的機(jī)構(gòu)，公眾無法確認(rèn)一筆交易是否真的存在和發(fā)生。區(qū)塊鏈提出了一種“去中心化”的解決方案——虛擬資產(chǎn)由公共總賬來確認(rèn)，而這本“總賬”分布在全球各地的節(jié)點(diǎn)上，高度隱私、不可篡改。

以比特幣為代表的虛擬貨幣，是為了獎(jiǎng)勵(lì)節(jié)點(diǎn)接入?yún)^(qū)塊鏈進(jìn)行“記賬”而出現(xiàn)。在比特幣的激勵(lì)體系里，作為記錄交易的載體——“區(qū)塊”的打包記賬權(quán)必須由所有節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)獲得:“礦工”去解決比特幣設(shè)計(jì)者在區(qū)塊中設(shè)置的密碼學(xué)難題，最先得出答案的節(jié)點(diǎn)獲得相應(yīng)的比特幣并廣播所記錄交易，而剩下的茫茫節(jié)點(diǎn)只能復(fù)制、粘貼相應(yīng)“賬目”。

近十年過去，這種以計(jì)算機(jī)“算力”論英雄、被稱為“PoW”(工作量證明)機(jī)制的共識(shí)發(fā)展到今天，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了中本聰當(dāng)初的預(yù)想。專門用來競(jìng)爭(zhēng)記賬權(quán)的專業(yè)設(shè)備遍地開花，隨著“ASIC礦機(jī)”的出現(xiàn)，依靠CPU、GPU“挖礦”的普通計(jì)算機(jī)在算力競(jìng)爭(zhēng)中的收益近乎為零。為了逐利，參與者也從個(gè)人發(fā)展成礦池、礦場(chǎng)，算力“集權(quán)”逾趨顯著，算力高企讓純粹的PoW共識(shí)機(jī)制成為“民主”、“公平”的偽命題。

而以太坊為了降低這種技術(shù)門檻導(dǎo)致的不公平，引入PoS(股權(quán)證明機(jī)制)取代PoW:在創(chuàng)世區(qū)塊中寫明股權(quán)配比，之后通過公開發(fā)行、轉(zhuǎn)讓、交易等方式實(shí)現(xiàn)虛擬貨幣的流通，通過“利息”的方式對(duì)接入記賬節(jié)點(diǎn)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。很顯然，PoS在解決算力集中的問題時(shí)，卻不可避免導(dǎo)致“少數(shù)人”以極低的成本獲得代幣，后續(xù)無論是持有還是拋售，單純的PoS都使區(qū)塊鏈價(jià)值以一種二八定律式的結(jié)構(gòu)存在。

在業(yè)界看來，拋棄了PoW共識(shí)，轉(zhuǎn)向PoS或 DPoS共識(shí)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，以EOS為代表，大幅提高了系統(tǒng)性能，卻忽視了去中心化的根本意義，由少數(shù)權(quán)益擁有者掌握系統(tǒng)的發(fā)展方向，本質(zhì)上和現(xiàn)有的中心化系統(tǒng)并沒有太大區(qū)別。

區(qū)塊鏈能否高效?

不可否認(rèn)的是，比特幣所代言的第一代底層區(qū)塊鏈技術(shù)具有顛覆性，極大降低了信用成本，激發(fā)了世界對(duì)去中心化的好奇和期待。

然而從虛擬貨幣和支付角度來看，比特幣同中心化的主流手段仍有很大的距離。截至目前，轉(zhuǎn)出一個(gè)比特幣大約花費(fèi)28-30美元，確認(rèn)比特幣交易平均花費(fèi)4.5個(gè)小時(shí)，而同等時(shí)間內(nèi)支付寶可以處理相似交易13億次。

近兩年來，流動(dòng)性溢價(jià)已經(jīng)讓比特幣成為“數(shù)字黃金”。當(dāng)細(xì)究這一虛擬貨幣的實(shí)際“價(jià)值”，可錨定的僅僅是礦機(jī)的支出與電力的消耗。根據(jù)Digiconomist比特幣能源消費(fèi)指數(shù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前比特幣挖礦年用電量為39.45TWh，折合美元超過20億，巨大的算力資源只是投入在維護(hù)低效能比特幣系統(tǒng)的穩(wěn)健性之中。

面對(duì)巨大的算力浪費(fèi)，以及世界對(duì)于區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的期待，Vitalik Buterin在2013年開始建立以太坊:一個(gè)可以運(yùn)行智能合約的分布式網(wǎng)絡(luò)。圖靈完備的腳本語言為第二代區(qū)塊鏈技術(shù)帶了巨大的靈活性，開發(fā)者可以通過以太坊提供的各種模塊來建立自己的去中心化應(yīng)用(Dapp)，并通過以太幣通過Gas(燃料)的模式激勵(lì)各節(jié)點(diǎn)在鏈上活躍。

目前以太坊上已經(jīng)擁有超過9萬種合約，然而這些應(yīng)用目前大多處于“發(fā)幣”階段。考慮到以太坊和比特幣的去中心化邏輯相同，每一步交易需要全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)確認(rèn)，在分片技術(shù)應(yīng)用前，每秒大約只能處理20筆交易，遑論數(shù)萬個(gè)應(yīng)用同時(shí)開足馬力。就目前來看，TPS(系統(tǒng)吞吐量)的限制讓以太坊成為一條擁堵的收費(fèi)公路，沒有像樣的跑車，即使有，也無從酣暢通行。

區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用期待與底層技術(shù)發(fā)展的制約間的矛盾將日益凸顯，如何通過鏈與鏈之間的價(jià)值傳遞構(gòu)建包含億級(jí)，甚至百億級(jí)應(yīng)用的區(qū)塊鏈系統(tǒng)成為業(yè)界亟待破解的技術(shù)難題。

區(qū)塊鏈?zhǔn)欠褚琅f安全?

道高一尺，魔高一丈。目前，PoW、PoS、DPoS 等多種共識(shí)機(jī)制雖然已經(jīng)被提出，但是否能夠?qū)崿F(xiàn)真正的安全可信，尚不能完全證明。

在中本聰當(dāng)初設(shè)計(jì)PoW共識(shí)機(jī)制的邏輯下，即使個(gè)體或機(jī)構(gòu)擁有超過51%的算力，比特幣獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制依然會(huì)讓隨意篡改的攻擊得不償失:與其攻擊，不如安心“挖幣”。不過此后礦機(jī)一騎絕塵的發(fā)展，讓超51%的算力不是假想。同時(shí)，出現(xiàn)了不少比特幣分叉出的“小幣種”被“大算力玩家”逐一“算死”的情況，進(jìn)一步挑戰(zhàn)了中本聰對(duì)人性逐利欲望的判斷。

此外，重視圖靈完備性的以太坊，其智能合約也多次被曝出漏洞，黑客甚至可能通過傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攻擊方式，造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，迫使區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)硬分叉，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)整個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的可信性受到質(zhì)疑，網(wǎng)絡(luò)體系的價(jià)值存在著崩盤的可能。

除了區(qū)塊鏈本身漏洞，為了提升TPS而引入DPoS(授權(quán)股權(quán)證明)機(jī)制的EOS，也存在著當(dāng)選超級(jí)節(jié)點(diǎn)過于中心化，可能引發(fā)被黑客攻擊利用的缺陷。

除此之外，網(wǎng)絡(luò)參與主體責(zé)任劃分、賬本數(shù)據(jù)最終歸屬、成本偏高、交易區(qū)塊具有選擇性等問題，也會(huì)導(dǎo)致區(qū)塊鏈技術(shù)落地應(yīng)用時(shí)會(huì)面臨較大風(fēng)險(xiǎn)。

更令業(yè)界擔(dān)心的是女巫攻擊以及量子攻擊的風(fēng)險(xiǎn)也如影相隨。根據(jù)理論預(yù)測(cè)，對(duì)于區(qū)塊鏈所依賴橢圓曲線公鑰加密算法ECC 密鑰，用目前超級(jí)計(jì)算機(jī)需要幾十年才能破解的密碼如果采用具有數(shù)千個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)及 Shor 算法預(yù)計(jì)數(shù)十分鐘就可以破解。

SHD是否可以完備?

區(qū)塊鏈技術(shù)集成了分布式記賬、不可篡改、內(nèi)置合約等多項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)，以更低成本建立信任的機(jī)制。從前兩代的區(qū)塊鏈技術(shù)來看，數(shù)據(jù)算法、密碼學(xué)機(jī)制保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)和一致性，共識(shí)機(jī)制踐行了去中心化的“民主”精神，智能合約程序則給區(qū)塊鏈技術(shù)賦能，試圖改變?nèi)祟愒械纳a(chǎn)力以及生產(chǎn)組織方式。

而現(xiàn)實(shí)情況是，現(xiàn)階段的區(qū)塊鏈技術(shù)在SHD(安全性 Security，縮寫為“S”)、(高性能 High-performance，縮寫為“H”)、(去中心化 Decentralization，縮寫為“D”)方面形成了一個(gè)此消彼長(zhǎng)的蹺蹺板關(guān)系，而更多在此基礎(chǔ)上的理想化設(shè)計(jì)，也紛紛敗給了“道高一尺、魔高一丈”的人性。

中本聰在低效 CPU的前提假設(shè)下，保證了安全性S和去中心化D并存，卻幾乎忽略了高性能H，由于共識(shí)算法和區(qū)塊容量的設(shè)計(jì)，比特幣平均十分鐘產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊，1秒鐘只能處理7筆交易。不僅如此，隨著高性能“ASIC礦機(jī)”的出現(xiàn)，普通的 CPU算力獲得收益的概率降為0，礦機(jī)輕易的獲得了超線性收益，后期礦場(chǎng)和礦池的出現(xiàn)更是徹底打破了去中心化D，現(xiàn)在比特幣顯然不是一個(gè)平等參與的社區(qū)。更糟糕的是，礦場(chǎng)和礦池不斷壟斷算力，必然會(huì)有少數(shù)參與者超過51%的算力(決定權(quán))，安全性S也會(huì)無法保證。

以太坊為了避免 ASIC礦機(jī)帶來的破壞性影響，采取了“反復(fù)讀緩存”的 ASIC抵抗算法，在短時(shí)間內(nèi)維系了安全性S和去中心化D。但其最引以為豪的智能合約的第一個(gè)大規(guī)模應(yīng)用“Crypto Kitties”，就令以太坊系統(tǒng)完全崩潰，高性能H顯得尤為低下。而拋棄了PoW共識(shí)，轉(zhuǎn)向PoS或DPoS共識(shí)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，盡管大幅提高了系統(tǒng)性能，卻忽視了去中心化的根本意義。

ETM開啟區(qū)塊鏈3.0革命

為破解區(qū)塊鏈底層技術(shù)的難題，在SHD完備性的探索上，全球業(yè)者在不斷探索全新的模式。

諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主托馬斯·薩金特、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主謝爾登·格拉肖以及來自于美國(guó)加州理工大學(xué)、美國(guó)馬里蘭大學(xué)、法國(guó)龐加萊研究所等多領(lǐng)域?qū)W者們，將博弈論的研究成果革命性融入?yún)^(qū)塊鏈中，首次提出了新的組合嘗試Kantorovich共識(shí)——將PoW(工作證明)機(jī)制與DPoS(委托股權(quán)證明)機(jī)制耦合，讓“競(jìng)爭(zhēng)”與“結(jié)盟”形成一套在數(shù)學(xué)上被稱為“納什均衡”的完美狀態(tài)，力圖構(gòu)建具有SHD完備性的 En-Tan-Mo(ETM)的新一代區(qū)塊鏈底層平臺(tái)。

ETM的靈感來源于 Entente(聯(lián)盟)、Transaction(交易)和 Mobius(莫比烏斯)，PoW+DPoS雙共識(shí)機(jī)制成為第一個(gè)具有科學(xué)憑證其安全性的耦合權(quán)益證明協(xié)議，通過采用平均場(chǎng)博弈論確保算力與權(quán)益之間的均衡。ETM世界中，PoW體現(xiàn)了成本因素，與PoS體現(xiàn)的供需關(guān)系相互糾纏，形成最大價(jià)值體現(xiàn)的統(tǒng)一權(quán)益法則UPoS，進(jìn)而得到相對(duì)穩(wěn)定的價(jià)值曲線，開創(chuàng)了新一代的均衡價(jià)值互聯(lián)體系。

Kantorovich共識(shí)通過礦工團(tuán)隊(duì)選舉制度，保證權(quán)證擁有者和區(qū)塊礦機(jī)的分離和各自權(quán)益得到保障，讓每個(gè)參與者都可以以礦工或投票人的身份平等參與區(qū)塊鏈建設(shè)并獲得均衡的獎(jiǎng)勵(lì)，確保所有者利益不被大礦池或大股東壟斷，抑制“權(quán)力”過度集中，力圖在保障安全性的同時(shí)提高效率，又保持去中心化的基本屬性，從而滿足SHD完備性，構(gòu)建公平公正的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

雖然區(qū)塊鏈這一創(chuàng)新技術(shù)早已成為全球焦點(diǎn)，但始終存在著一個(gè)問題:不同區(qū)塊鏈系統(tǒng)之間的價(jià)值交易仍然需要像“交易所”等類型的第三方中間商。區(qū)塊鏈之間的互通性極大限制了更廣泛的應(yīng)用空間，因而，跨鏈技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)價(jià)值傳遞的關(guān)鍵。

ETM用最小化信任的智能合約與鏈適配器試圖取代這種第三方，來承擔(dān)起不同鏈之間的橋梁，通過這種方式幫助身處ETM的節(jié)點(diǎn)獲得參與外部區(qū)塊鏈“挖礦”的收益。

在ETM內(nèi)部，這種鏈與鏈的適配并行，成為擴(kuò)充區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的空間的重要手段。在構(gòu)想中，與EOS和以太坊新擴(kuò)容方案Plasma的思路相似但構(gòu)架不同，ETM采用了一條中心鏈加多條衍生鏈的設(shè)計(jì)，中心鏈負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)安全及價(jià)值交換，每一個(gè)衍生鏈作為獨(dú)立、隔離的系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一個(gè)DApp，通過繼承和復(fù)用主鏈技術(shù)，每個(gè)應(yīng)用都擁有個(gè)性化的賬本、代幣、共識(shí)機(jī)制、交易類型。同時(shí)ETM解決了EOS與以太坊交易費(fèi)用昂貴的問題，對(duì)于開發(fā)者來說更為友好。

ETM的平行鏈交互協(xié)議首次實(shí)現(xiàn)了鏈與鏈之間的價(jià)值傳遞，從而構(gòu)建了一個(gè)可以包含千萬級(jí)應(yīng)用的區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)。

除了借助PoW共識(shí)機(jī)制對(duì)沖DOS攻擊幾率之外，在區(qū)塊鏈SHD完備性中，去中心化和安全性之間最攸關(guān)的安全問題——女巫攻擊、量子攻擊——依舊是橫亙?cè)诘谌鷧^(qū)塊演進(jìn)發(fā)展過程里不得不攻克的關(guān)卡。

來自加州理工、龐加萊研究所的數(shù)學(xué)家，在ETM中試圖運(yùn)用運(yùn)拓?fù)鋷缀卫碚撗芯繌?fù)雜不變集的結(jié)構(gòu)與分岔，結(jié)合基于混沌理論的遍歷性和對(duì)初始條件的敏感依賴性提出的混沌排序方法，為區(qū)塊上傳順序建立了高度的偽隨機(jī)性機(jī)制，來避免惡意虛假節(jié)點(diǎn)對(duì)公鏈上誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)權(quán)益的干擾和破壞，同時(shí)又具有可以抵抗量子攻擊的高級(jí)別安全性。

回溯區(qū)塊鏈的發(fā)展歷史，所謂“SHD”似乎永遠(yuǎn)是一個(gè)薛定諤的狀態(tài)(好與壞各占50%可能性，但只有揭開謎底的最后時(shí)刻才能知道結(jié)果，編者注)。畢竟一個(gè)漏洞、缺陷被發(fā)現(xiàn)之前，你永遠(yuǎn)不知道它是否均衡、完備，何況與之博弈的是更加精密、難料的人性。ETM的科學(xué)家們立志攻克SHD“蹺蹺板”式的難題，開啟區(qū)塊鏈3.0時(shí)代的探索。

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