BTA | 鄒均：區塊鍊技術發展——在不完美世界艱難前行

鄒均在分享中，談到區塊鍊的發展現狀、發展制約、發展的驅動因素，以及區塊鍊技術發展的多重方向，提出了區塊鍊的完美世界是：去中心化的可信、安全、公正、可以保護隐私、高效、可問責、自治組織，甚至自治社會。而為什麼這麼難實作區塊鍊的願景呢？他認為主要是因為在一個分布式的環境中，沒有辦法同時達到完全去中心、高擴充性和安全性的三個目标。這個就是所謂的區塊鍊不可能三角。是以，未來區塊鍊技術和應用的發展，需要根據不同的需求做不同的取舍、權衡，需要把問題領域分解，不同的問題用不同的方式解決，不能眉毛鼻子一把抓。

最後，鄒均談到了對未來區塊鍊發展的思考，他認為：區塊鍊未來的發展是區塊鍊基礎設施的深度結合，與法律深度結合，與監管深度結合，與網際網路人工智能做結合。

鄒均，澳洲麥考瑞大學計算機博士，麥考瑞商學院MBA，海納雲任CTO，兼中關村區塊鍊聯盟副秘書長。鄒均在領先的國際會議和期刊上發表論文20餘篇；主編《區塊鍊技術指南》。2015年榮獲澳中校友會“傑出校友獎”， 2016區塊鍊論文在IEEE ICWS獲最佳論文獎。2017年獲麥考瑞大學“校長獎”。2018年共識算法論文被國際頂級期刊《Transaction on ServiceComputing》接受。

以下，為鄒均關于區塊鍊技術發展的詳細分享，希望對你有所啟發：

非常高興跟大家分享一下區塊鍊的心得，我今天的題目有些特别，講區塊鍊技術在我們所處的不完美的世界的發展情況。為什麼是不完美呢？是因為今天是3月的最後一天，春天即将結束嗎？答案我們先按下再表，留個懸念。

首先自我介紹一下，我以前是做雲計算這一方面的架構師。在這個行業做了很多年，我發現雲計算這個行業不單是不完美，而且可能是有些令人失望，因為我們看到這個行業越來越高度集中。雲服務提供商，很多時候都是寡頭壟斷了，當我們去用他們的服務時，必須簽他們給出的霸王條款，出了任何問題都是你的責任，否則你就不能用他們的服務。這是雲計算非常中心化的一個現象。後面發現區塊鍊是解決這個問題非常好的一個技術，是以有興趣轉到研究區塊鍊領域。

今天我主要講的内容是以下幾方面：

• 區塊鍊技術發展現狀
• 發展制約—不完美世界
• 區塊鍊技術發展的驅動因素
• 區塊鍊技術發展的多重方向
• 未來發展的思考

很多人認為目前區塊鍊是炒作，沒有落地應用，殺手級應用隻有一個，就是比特币。我們認為稍微樂觀一點，目前殺手級應用應該有兩個。一個是比特币，一個是以太坊。

比特币兩天前活躍的全球節點數有一萬二千多個，美國排第一，中國排第二。以太坊也是兩天前全球節點一萬六千多個，也是中國排第二，美國排第一。題外話，中國現在真的超過美國了嗎？看看實際的數字我們跟美國還是有些差距。

大家談的最多的就是區塊鍊到底是不是一個炒作，從killer App（殺手級應用）的定義來看，至少有超過活躍的上萬的節點，比特币兩天前市值1300多億美金，錢包2千萬個，這個是很大的數字。以太坊的位址三千萬，上面發行的ERC20代币合約超過6萬多。假設每個代币發行過億人民币的資産，總共就是6萬億。我們現在一直記得很多年前我們國家發了4萬億刺激經濟，而以太坊上不到一兩年的時候發了個6萬億，是以這個以太坊平台作為殺手級發币應用應該無需置疑。

從宏觀的局面來看一下區塊鍊技術發展，現在的階段，第一個Gartner新技術熱度周期大家比較熟悉。可以看到區塊鍊在去年7月份的時候已經走向下坡路，未來可能會跌向失望的深淵，明年這個時間相信今天的會就不會有今天這麼多人了（開玩笑），這是現在的預測。

從另外一個側面來看，這個Gartner是比較超前，從去年7月說現在是個下坡路，而真正的最高點是去年12月，我們知道比特币最高點去年12月17号，接近兩萬美金。看起來GoogleTrend比較接近實際，高點是去年11月，我們現在看熱度确實是往下走。

發展制約——不完美世界

我們認為區塊鍊是個比較有意思的系統，如果從熱力學第二定理來看，是熵值減少的開放系統。我們認為區塊鍊是一個分布式的确定性共識有限狀态機，再加上不可篡改的狀态檔案，這個是區塊鍊比較接近它本質的東西。如果說定義的話，目前來看，最精确的定義是以太坊黃皮書裡面，它實際上完全用數學語言描述了以太坊，任何公司按照黃皮書可以完全的去實施實作一個以太坊的節點，那個是準确的一個定義。

我這兒籠統的把它作為一個普通的區塊鍊的數學定義。基本上來說，區塊鍊實際上我們叫分布式的确定性有限狀态機，他們要達成一個共識。什麼叫有限狀态機呢？實際上我們見到的很多東西，我們可以了解為有限狀态機。我們常用的ATM就是一個有限狀态機的例子。嚴格的定義就是說實際上是響應外部觸發的一些事件，按一定的規則轉換自身的狀态的系統。我們可以看到包括自動售貨機、咖啡機都是有限狀态機。人可能不是，因為有些狀态機分兩種，一種是确定性的有限狀态性，一種是非确定性的。人有意識，能主動行動而不是被動的接受外界條件觸發。是以人有可能不是有限狀态機，即使是，也是非确定性的。

我們每個人出生希望這個世界是個完美的世界，美國有美國夢，中國有中國夢，确實有美好的事情，美好的東西。區塊鍊的完美世界是什麼呢？區塊鍊的完美世界我們叫去中心化的可信、安全、公正、可以保護隐私、高效、可問責、自治組織，甚至自治社會。這裡面有個比較重要的概念叫去中心化的應用，這跟我們傳統的應用有比較大的差別。

去中心化的應用，是指運作在去中心化的多個網絡節點，沒有一個節點或者機構去控制它，運作的結果需要通過共識确認。

以太坊當初提出來宏偉的構想，提供一個圖靈完備的智能合約平台、一個永不停止的計算機來支援去中心化的應用。在永不停止的世界計算機裡面實際上是三個方面：

第一個去中心化的計算，就是今天大家談論的智能和約；

第二個去中心化的存儲，這一塊還在繼續開發中的Swarm；

第三個去中心化的通信Whisper。這是大緻它當時設想的完美世界。

這個願景為什麼這麼難實作？恰恰回到剛才區塊鍊的本質是分布式的确定性有限狀态共識的有限狀态機，我們來看，拿它跟雲計算做比較，我們發現它有很大的不一樣。

雲計算把伺服器虛拟成多個虛拟機，将多個虛拟機建構成一個資源池再把任務切分，把任務切分之後發給這些資源池裡面多個虛拟機同時的運作，最後運作的結果來進行彙總來進行處理，最後回報給客戶，這是雲計算的方式。

而區塊鍊則是同一個任務，放在每個共識節點同時運作，然後做共識确認。也就是說把多個計算機變成一個虛拟計算機來執行同一個任務，結果需要共識确認，可想而知它的效率不會太高。

是以傳統的技術它實際上我們常說提升生産效率，區塊鍊實際上是改善生産關系。

我們說現實世界确實是不完美的，剛才我們也看到，而且特别是對分布式系統它存在所謂不可能三角。包括我們看到經濟系統有蒙代爾不可能三角，大家也知道在分布式處理裡面我們也有CAP的理論，可用性、一緻性、分區容錯性，三者取二，不能得兼。

區塊鍊這一塊在共識機制這一塊我們也知道有FLP理論，确定性的共識、有故障存在的異步通信、活性這三者也是不可得兼的。活性就是它在有限的時間内總能達到共識，不至于陷入死循環。

大家現在比較公認的區塊鍊的不可能三角理論，去中心化，或者說完全的去中心、擴充性、安全性形成一個不可能三角，隻能三者取其二。是以這個就是區塊鍊的現實世界，我們也看到一個區塊貓就把以太坊弄的很堵，也是這個不完美的世界的展現。

我們現在總結一下，目前區塊鍊技術在目前這個不完美世界一些限制，難點主要是在分布式系統裡面所有的節點步調一緻，展現在第一個大家熟知的就是性能限制，大家都在讨論多少tps才能支撐應用。

拓展性限制，特别在聯盟鍊，能否支援很多個共識節點。共識節點少，那人們會問這個鍊到底有沒有公信力，到底是中心化的還是去中心化的，這個是一個問題。

易用性限制，指的是一般使用者實際上是寫不了，也部署不了智能合約，也看不懂，易用性也包括應用怎麼友善的調用區塊鍊的功能。

相容性、跨鍊互聯限制，我們現在可以看到區塊鍊的本質去中心，未來會有很多鍊，不可能一條鍊主打天下，鍊與鍊之間怎麼做打通，不同鍊上資産如何跨鍊流轉，現在确實存在這個限制。

存儲的限制，區塊鍊的資料每天都在增長，每時每刻都在增長，你怎麼去滿足不斷增長的存儲需求。

另外一個限制就是，大部分的白皮書現在對共識算法缺少一個很嚴格的資料證明，在假設條件下面做到一緻性和正确性，又能夠保持活性，這個在很多區塊鍊的白皮書都沒有涉及。

缺少形式化證明，智能合約一部署上去你就改不了，你有Bug隻能看着黑客去破壞而無能為力。智能合約一部署上去就不受你的控制，那我們怎麼在部署之前對它做形式化的證明，證明它沒有漏洞，證明它的功能正确，這也是一個非常大的一個研究領域，現在目前沒有特别好的區塊鍊平台能做這個。去年國外第二大的ICO項目Tezos，提了一個要做智能合約形式化證明的許諾，現在項目團隊出現分裂，能不能做下去也是個問号。

區塊同步的限制，今天同步一個以太坊的區塊鍊，你拿你的筆記本同步你可能同步一個月也同步不了。

治理的限制，我們的區塊鍊很難去修改它，通過什麼機制去對它的一些工作共識機制來進行修改，怎麼樣去制定這個規則，治理架構是怎麼樣的。很多項目在治理這一塊，基本上是一個空白，

軟體更新的限制，現在大部分需要通過分叉來做這個軟體更新。

剛才我們說了一下制約的因素，現在我們從積極的層面來看，區塊鍊的技術毫無疑問會繼續發展，而且會發展的很快，我們主要看一看它的驅動因素在哪裡？

其實從某個角度來說，它的驅動因素正是前面我們說的痛點，這些痛點恰恰又是我們的應用需求，我們的客戶需求，這些就是驅動區塊鍊技術發展的最大動力，包括剛才說的性能，拓展性包括鍊上的安全性，隐私保護，資料的真實性都是使用者的剛需。

我們很多人知道區塊鍊上面的資料不能篡改，但當你把鍊下的資料上傳到區塊鍊過程中怎麼保證你鍊下的資料沒有被篡改，你是假的資料上來區塊鍊也隻能是假的資料，不可能變成真的資料。是以如何保證資料安全真實上鍊也是一個重要的應用需求。

密碼安全無需置疑是一個區塊鍊重要的需求。還有就是相容性、跨鍊互聯也是當下熱門的話題，另外一個有用的工作量證明也是比較重要的需求。比特币非常安全，但是它浪費能源，做的這種工作量證明基本上沒用，浪費很多電。有沒有更好的既能做工作量證明，又有效有用，又能夠做這種安全性保障的這種工作量這種機制，這個也是比較大的需求。

另外一個是身份認證權限管理，在企業級的應用非常重要，怎麼去保證這些上鍊的身份，是真正的身份，并賦予他們合适的權限。治理和監管也是非常重要的一個需求，怎麼去保證整個區塊鍊的平台能夠可持續的發展。這個是防止中心化，無論是從整個架構共識機制來設計，怎麼去防止中心化。

下面我們來看一下目前大家對區塊鍊發展階段的一些比較公認或者比較流行的看法。

大家都聽說區塊鍊1.0可程式設計數字貨币，以比特币為代表，非圖靈完備腳本引擎來控制UTXO交易的執行。

區塊鍊2.0，可程式設計金融。以以太坊為代表，提出圖靈完備的智能合約平台，不單管理賬戶體系支付這樣的狀态，還可以包括“世界狀态”，你所有能想象的狀态都能支援。架構往前邁了很大的一步。現在也是因為邁的步子太大出現很多問題。但我們人類的需求是無止境的，2.0沒做好，很多人已經開始想3.0。

區塊鍊3.0可程式設計組織，可程式設計社會。其實我們今天看以太坊，它其實更像個是釋出虛拟資産的平台，我們或者叫ICO平台，離所謂的世界狀态，支援世界狀态智能和約還差很遠。現在有很多這種區塊鍊的平台号稱以太坊殺手，或者叫區塊鍊3.0，我們有EOS，IOTA，還有很多新的，DFINITY，Hashgraph等都冒出來，号稱是區塊鍊3.0。但大部分都還在白皮書或開發階段，是以這個是很多不确定性在這裡面，到底誰最終勝出也不知道。

總的來說我們還是認可我們處在2.0到3.0的過渡階段，驅動因素我們剛才說的應用的需求。下面我們就來談談根據這些應用的需求，區塊鍊技術的發展方向，注意由于需求是多方面，是以技術發展也不是一個方向，而是在多個方向上齊頭并進。

首先最早應該算是EOS提出區塊鍊作業系統的概念，到底它的含義是什麼？是我們傳統的作業系統加上區塊鍊，加區塊鍊的功能？還是我們現在說的區塊鍊+，去加傳統的作業系統？還是最後它實際上很簡單，就是一個支援Dapp的作業系統？我們更相信是最後這個支援Dapp的區塊鍊作業系統。

具體來說，區塊鍊作業系統就是要提供DApp開發運作所需要的功能和服務，包括身份認證，包括授權，資料庫、排程、雲存儲，異步通信；非功能需求包括支援水準擴充能力，包括負載均衡、交易并行，智能和約的并行執行。這樣交易性能才能超過每秒千筆的交易。這是我們對支援去中心化應用的OS的期望。

這個是比較有名的是EOS。大約6月上線，我們可以拭目以待，看看它最後它是否能夠實作它的很多承諾。從Github上來看，它還是處在不斷變化的過程中，包括最近也在修改它的白皮書2.0，它的機制現在也稍微改變了，原先的不能夠有效防範拜占庭的節點，現在實際上加入了一些懲罰機制來提供拜占庭的容錯。出塊時間，也從3秒到0.5秒，每個見證人從出一個變成現在出6個，順序實際上也是通過一種共識機制來定誰先出誰後出。

交易能在秒級内得到最後确認，具體細節由于時間關系我就不細說了。

傳統中間件提供的是一個把底層功能通過簡單易用的方式提供給上層應用的中間層。這個概念用在區塊鍊上，就是上層應用通過中間件來打通不同的區塊鍊底層，這裡面有些比較典型的例子，本體區塊鍊就是類似這樣概念。

鍊下的網絡，主要用于支付場景，其思想是在不影響主鍊架構為主鍊擴容。比特币上的閃電網絡自去年十二月正式上線，目前已經有過一千多節點。以太坊上的類似閃電網絡版本是雷電網絡，而Splend的Flash network則是解決雷電網絡成本比較高的以太坊鍊下擴容方案。

由Blockstream提出的側鍊概念，也是基于在不改變主鍊架構的前提下來擴充主鍊功能。例子像Rootstock，它既支援與比特币的雙向挂鈎，也支援智能和約，而且相容以太坊的智能和約。而以太坊黃皮書作者Gavin領銜開發的Polkadot既自成一區塊鍊網絡，又可以作為側鍊去橋接像以太坊這樣的主鍊。它有多條平行鍊，和一條中繼鍊，組成自成一套區塊鍊網絡，其中平行鍊之間的跨鍊經由中繼鍊來實作。而橋接則是一種橋接主鍊的側鍊機制。

Tendermint Cosmos也是區塊鍊的網絡，Tendermint第一個提出支援拜占庭容錯的POS共識算法，Cosmos通過Hub來對并行多鍊做跨鍊整合。

瑞波提出InterLedger賬本互聯協定，從協定的角度來建構賬本的網際網路，互聯賬本。InterLedger可以用來建構開放的不同區塊鍊上的資産轉移協定，甚至也可以用來建構區塊鍊賬本與非區塊鍊賬本之間的資産轉移協定。

而另一方面，以太坊也不甘落後，從多方面開啟區塊鍊3.0之旅。總的說來，它通過兩類擴容機制。第一類也就是平台核心擴容，叫第一層擴容，這個需要hardfork硬分叉更新。這個包括Casper共識算法的引進。Casper第一階段将在目前PoW的共識機制加上POS，把它變成POW和POS的混合，也就是說每100個區塊中，前99個仍然采用PoW機制出塊，第100個采用PoS出塊，并最終确認前100個區塊的交易。

另外一個第一層擴容機制是分片（Sharding）。Sharding就是用局部共識代替全局共識，比如把位址分段，不同位址段上的交易分開共識。分片帶來的複雜性在跨分片的交易的共識。

以太坊第二層的擴容，一般可以通過軟分叉來實作，它包括Plasma子鍊系統，Truebit和狀态通道。其實質是把一部分計算移到鍊下，鍊上隻用來做結算見證。這些都是以太坊擴容機制。最近也由JosephPoon和V神提出一套鍊下子鍊擴充方案，叫Plasma，與側鍊類似，把鍊上計算轉到鍊下，但與側鍊不同的是它但可以層級性擴充，是以擴充性更好。

TrueBit是另一個鍊下擴容方案，通過外包方式把大的計算任務和驗證認為轉移到鍊下。狀态通道則在原先支付通道的基礎上，進一步支援智能合約，管理“世界狀态”。

還有新的企業級的區塊鍊平台号稱是區塊鍊3.0。在共識機制上面各有特點。例如Cardano就是一個最有學術範的區塊鍊。其白皮書或者重要設計檔案都要經過類似學術界的同行評審的機制。

Fabric在企業級區塊鍊這一塊目前是一騎絕塵。

另外也有和場景适用性的區塊鍊，例如為金融場景設計的号稱不是區塊鍊的R3 Corda。

另一個不是像區塊鍊的DAG，有向無環圖系統。特點非常獨特，交易不用打包，一個交易來就做共識确認。

另外一個比較新的Swirlds Hashgraph也是完全不同于區塊鍊的結構，有着非常獨特的共識機制。

還有一個方向是解決存儲這一塊的存儲區塊鍊項目，我們大家都知道基于IPFS的Filecoin會在今年6月正式上線，以太坊上面的存儲有Swarm。

其他有名的sia，maidsafe，Storj,Burstcoin等等。

密碼學是區塊鍊生命線。

量子計算，并不像大家現在想象的這麼可怕，第一是目前量子計算離商業應用還很遙遠，第二個也有很多的方法應對量子算法的威脅。

時間關系，很多方面不能講得太細。最後是區塊鍊未來發展的思考，區塊鍊之道，在區塊鍊上面是共識即存在，隻有共識才被認可，架構上面我們做到分而治之。第二個是傳統的中國的哲學，不要走極端，去中心化和中心化是陰陽互補，最後要根據應用需求在去中心、安全性和擴充性上做權衡取舍，不能所有的都要。這才是解決區塊鍊受不完美世界限制的唯一方法。

未來的發展我們認為區塊鍊基礎設施的深度結合，與法律深度結合，與監管深度結合，與網際網路人工智能做結合。謝謝大家！

原文釋出時間為：2018年04月05日

本文作者：區塊鍊大學營

本文來源：

CSDN區塊鍊大學營

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