考驗重重：區(qū)塊鏈底層技術(shù)的四大待解“難題”

當2009年1月3日中本聰在位于芬蘭赫爾辛基的一個小型服務(wù)器上挖出了創(chuàng)世區(qū)塊(Genesis Block)的50個比特幣開始，一種不需要中心機構(gòu)背書，依靠分布式技術(shù)手段實現(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”、 “點對點”、“智能合約”等詞匯被當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)社會思潮的變革。

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

區(qū)塊鏈是否真的公平?

區(qū)塊鏈是否有應(yīng)用價值?

區(qū)塊鏈是否足夠安全?

區(qū)塊鏈究竟能否實現(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)如果不依賴一個中心化的機構(gòu)，公眾無法確認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，而這本“總賬”分布在全球各地的節(jié)點上，高度隱私、不可篡改。

以比特幣為代表的虛擬貨幣，是為了獎勵節(jié)點接入?yún)^(qū)塊鏈進行“記賬”而出現(xiàn)。在比特幣的激勵體系里，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)點競爭獲得:“礦工”去解決比特幣設(shè)計者在區(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)點只能復(fù)制、粘貼相應(yīng)“賬目”。

近十年過去，這種以計算機“算力”論英雄、被稱為“PoW”(工作量證明)機制的共識發(fā)展到今天，已經(jīng)遠遠超越了中本聰當初的預(yù)想。專門用來競爭記賬權(quán)的專業(yè)設(shè)備遍地開花，隨著“ASIC礦機”的出現(xiàn)，依靠CPU、GPU“挖礦”的普通計算機在算力競爭中的收益近乎為零。為了逐利，參與者也從個人發(fā)展成礦池、礦場，算力“集權(quán)”逾趨顯著，算力高企讓純粹的PoW共識機制成為“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、交易等方式實現(xiàn)虛擬貨幣的流通，通過“利息”的方式對接入記賬節(jié)點進行獎勵。很顯然，PoS在解決算力集中的問題時，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，轉(zhuǎn)向PoS或 DPoS共識的區(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)出一個比特幣大約花費28-30美元，確認比特幣交易平均花費4.5個小時，而同等時間內(nèi)支付寶可以處理相似交易13億次。

近兩年來，流動性溢價已經(jīng)讓比特幣成為“數(shù)字黃金”。當細究這一虛擬貨幣的實際“價值”，可錨定的僅僅是礦機的支出與電力的消耗。根據(jù)Digiconomist比特幣能源消費指數(shù)統(tǒng)計，當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低效能比特幣系統(tǒng)的穩(wěn)健性之中。

面對巨大的算力浪費，以及世界對于區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的期待，Vitalik Buterin在2013年開始建立以太坊:一個可以運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)的模式激勵各節(jié)點在鏈上活躍。

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?？紤]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)點確認，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)萬個應(yīng)用同時開足馬力。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值傳遞構(gòu)建包含億級，甚至百億級應(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)塊鏈是否依舊安全?

道高一尺，魔高一丈。目前，PoW、PoS、DPoS 等多種共識機制雖然已經(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。

在中本聰當初設(shè)計PoW共識機制的邏輯下，即使個體或機構(gòu)擁有超過51%的算力，比特幣獎勵機制依然會讓隨意篡改的攻擊得不償失:與其攻擊，不如安心“挖幣”。不過此后礦機一騎絕塵的發(fā)展，讓超51%的算力不是假想。同時，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，進一步挑戰(zhàn)了中本聰對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，進而導(dǎo)致對整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)的可信性受到質(zhì)疑，網(wǎng)絡(luò)體系的價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)機制的EOS，也存在著當選超級節(jié)點過于中心化，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，也會導(dǎo)致區(qū)塊鏈技術(shù)落地應(yīng)用時會面臨較大風(fēng)險。

更令業(yè)界擔(dān)心的是女巫攻擊以及量子攻擊的風(fēng)險也如影相隨。根據(jù)理論預(yù)測，對于區(qū)塊鏈所依賴橢圓曲線公鑰加密算法ECC 密鑰，用目前超級計算機需要幾十年才能破解的密碼如果采用具有數(shù)千個量子比特的量子計算機及 Shor 算法預(yù)計數(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)置合約等多項基礎(chǔ)技術(shù)，以更低成本建立信任的機制。從前兩代的區(qū)塊鏈技術(shù)來看，數(shù)據(jù)算法、密碼學(xué)機制保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)和一致性，共識機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”)方面形成了一個此消彼長的蹺蹺板關(guān)系，而更多在此基礎(chǔ)上的理想化設(shè)計，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，由于共識算法和區(qū)塊容量的設(shè)計，比特幣平均十分鐘產(chǎn)生一個區(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”的出現(xiàn)，普通的 CPU算力獲得收益的概率降為0，礦機輕易的獲得了超線性收益，后期礦場和礦池的出現(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平等參與的社區(qū)。更糟糕的是，礦場和礦池不斷壟斷算力，必然會有少數(shù)參與者超過51%的算力(決定權(quán))，安全性S也會無法保證。

以太坊為了避免 ASIC礦機帶來的破壞性影響，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，轉(zhuǎn)向PoS或DPoS共識的區(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)濟學(xué)獎得主托馬斯·薩金特、諾貝爾物理學(xué)獎得主謝爾登·格拉肖以及來自于美國加州理工大學(xué)、美國馬里蘭大學(xué)、法國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——將PoW(工作證明)機制與DPoS(委托股權(quán)證明)機制耦合，讓“競爭”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。

ETM的靈感來源于 Entente(聯(lián)盟)、Transaction(交易)和 Mobius(莫比烏斯)，PoW+DPoS雙共識機制成為第一個具有科學(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，形成最大價值體現(xiàn)的統(tǒng)一權(quán)益法則UPoS，進而得到相對穩(wěn)定的價值曲線，開創(chuàng)了新一代的均衡價值互聯(lián)體系。

Kantorovich共識通過礦工團隊選舉制度，保證權(quán)證擁有者和區(qū)塊礦機的分離和各自權(quán)益得到保障，讓每個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)并獲得均衡的獎勵，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。

雖然區(qū)塊鏈這一創(chuàng)新技術(shù)早已成為全球焦點，但始終存在著一個問題:不同區(qū)塊鏈系統(tǒng)之間的價值交易仍然需要像“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)成為實現(xiàn)價值傳遞的關(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，中心鏈負責(zé)網(wǎng)絡(luò)安全及價值交換，每一個衍生鏈作為獨立、隔離的系統(tǒng)對應(yīng)一個DApp，通過繼承和復(fù)用主鏈技術(shù)，每個應(yīng)用都擁有個性化的賬本、代幣、共識機制、交易類型。同時ETM解決了EOS與以太坊交易費用昂貴的問題，對于開發(fā)者來說更為友好。

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

除了借助PoW共識機制對沖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——依舊是橫亙在第三代區(qū)塊演進發(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中試圖運用運拓撲幾何理論研究復(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性機制，來避免惡意虛假節(jié)點對公鏈上誠實節(jié)點權(quán)益的干擾和破壞，同時又具有可以抵抗量子攻擊的高級別安全性。

回溯區(qū)塊鏈的發(fā)展歷史，所謂“SHD”似乎永遠是一個薛定諤的狀態(tài)(好與壞各占50%可能性，但只有揭開謎底的最后時刻才能知道結(jié)果，編者注)。畢竟一個漏洞、缺陷被發(fā)現(xiàn)之前，你永遠不知道它是否均衡、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時代的探索。

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