王嘉平：區塊鏈本質論_區塊鏈:比特幣

編者按：本文來自王嘉平，作者：王嘉平，Odaily星球日報經授權轉載。區塊鏈被大家關注事件好事情，但非常不希望看到各種區塊鏈項目盲目上馬，造成各種社會資源的浪費。區塊鏈技術本身尚在發展階段，還有很多核心技術問題有待突破，對區塊鏈技術本質還充斥著各種不同的理解。后面幾天我們將就區塊鏈的計算本質，技術難點，業務調整，社會影響等方面和大家分享。計算范式

區塊鏈的本質是使馮諾依曼計算體系不再依賴特定的計算物理設施，從而使得其計算過程和相關的存儲和通訊，不再為單方控制，而由各個參與者多方分時控制。這是一種全新的計算范式，區塊鏈計算范式，所謂的不可篡改數據庫，僅僅是這個內涵的一部分外延。共識算法，分布式網絡是當前實現這一計算范式的重要技術手段。這些是區塊鏈的技術本質。這是什么意思呢？之前所有信息系統，比如支付，搜索，推薦什么的，都是單一的一家企業掌握這個計算過程的全部，數據也好，計算代碼也好，計算的輸入/輸出都被一個單一企業完全控制。如果這個計算是為了大規模的公眾服務的，那么這個企業可以通過任意操縱這個計算過程，任意修改數據和狀態，限定和歧視來自外部的輸入，從而謀求高額利潤甚至造成嚴重的社會問題(這類問題在搜索領域已經凸顯)。同時企業也需要承擔巨大的責任保護好這個信息系統的數據和計算過程，否則就會導致嚴重的大規模數據泄露問題(例如時常聽到的拖庫事件，導致幾百萬用戶的個人數據被盜取，甚至如開房記錄等)。區塊鏈計算范式，由多方來分時控制計算過程，而不是單一方在區塊鏈計算范式中，將是多家企業和機構，共同控制這個計算過程，這一步計算在一家公司的計算機上完成，下一步計算在另一家機構的計算機上完成。各家接力計算過程，任何一家機構，如果篡改計算邏輯，或者惡意修改數據，立刻會被下一個計算接力的公司發現，并且回滾到上一步正確的計算步驟。這個一旦預設好計算邏輯和規則，沒有任何一家公司可以篡改，也沒有任何一家公司可以操縱這個計算過程。這樣做的一個核心優勢是，在區塊鏈計算范式中，當然像Google那樣所謂的不做惡，將不再是個口號，而是一個可以被證明被驗證的。也就是說區塊鏈計算范式的根本優勢在于:在業務全部信息可形式化的范疇內，讓這個計算系統可以自證清白。這件事情是之前互聯網技術棧無法實現的，也是未來區塊鏈計算范式給實際業務帶來的根本上的全新技術支撐。正因為這個技術支撐，比特幣得以實現，沒有任何人可以操縱比特幣系統既定的發行規則和轉賬規則，雖然這個網絡允許任何人以匿名方式參與其接力計算過程，即出塊。我們通常說的不可篡改數據庫也源于這個技術支撐，我們一開始約定了數據不可篡改，只可追加，在區塊鏈的計算范式下，這個約定就能被嚴格執行，不會被人為操縱。這里真正的挑戰并不是設立不可篡改這個規則，而是如何讓這個規則被嚴格執行，這一點是區塊鏈的核心能力。共識機制

本周，14家加密貨幣初創公司獲得了總計4990萬美元的融資:金色財經報道，本周，14家加密貨幣初創公司獲得了總計4990萬美元的融資，其中六家初創公司選擇對總數保密。[2023/6/26 21:59:55]

提到區塊鏈，Consensus是其中最為大家關注的一個新概念，被翻譯成共識機制，或共識算法，或共識協議。這個東西到底是干嘛的呢？共識機制本質是一個解決方案，當一個分布式系統里面出現不一致的情況時，我們如何最終裁定一個唯一的大家公認的結果，消解這個不一致性。注意了，這里共識僅僅指分布式系統里面的一個算法方案，和我們通常意義上的輿論呀，社會認同呀，組織關系呀什么的，毫無關系，就像是雷鋒和雷鋒塔一樣。別被忽悠了...為什么區塊鏈會需要共識機制呢，究其根本，源自于上一篇講到的區塊鏈的計算本質。因為在區塊鏈系統中，計算是通過全網各方接力完成的，在去中心化的區塊鏈網絡中，并沒有一個總指揮來分派這個接力過程，那么即使沒有惡意攻擊，也難免會發生己方爭搶接力的情況，從而導致整個系統中出現多個不一致的接力結果。而共識機制所起得作用，就是在這個時候最終認定，哪個結果該留下來，后面按這個接著走；哪個結果會被拋棄。對于這個問題，很早在分布式系統領域，為了解決容錯問題，早有答案，并被歸納為一個叫做拜占庭將軍問題(TheByzantineGeneralsProblem)，其對應的有效解決方案成為拜占庭容錯(ByzantineFaultTolerance)，就是經常聽到的BFT。早在2007年，這個問題就有了高效的算法(PBFT)，但是為什么2008年末，中本聰發表的比特幣系統設計方案中卻采用了完全不同的設計，而沒有采用BFT類的算法呢？我們先看看容錯是什么？假設有100個傳感器，在觀測比如機器是否正常運轉。那么如果有一部分的傳感器壞了，給出了不正確的觀測值，我們該如何最終推斷正確的觀測結果呢？這個就是容錯。當然，邏輯上的解法正如你現在直接想到的，少數服從多數，事實上也確實如此簡單。當然實際的算法中要互相傳遞和迭代最終認定的結果(基于數字簽名)，要限制結果認定的時間期限(所謂的epoch)，要處理多數不夠多的情況等。從上面的例子可以看到，在BFT中，少數服從多數的這個數，來自于多少個共識的參與者。這個參與者的總是必須是預先設定好的。這意味著誰是參與者，得有個預先協商和設定的過程，在區塊鏈系統中，有個叫法，叫做聯盟鏈或者許可鏈(permissioningblockchainsystem)。這就是為什么叫做拜占庭將軍問題，因為你得先是一個將軍，那么問題來了，誰來批準你成為一個將軍呢？這就是比特幣系統一開始不采用BFT算法的本質原因。在比特幣系統中，并沒有一個參與者的批準過程，任何人都可以直接參與這個共識過程，即所謂的公鏈或者叫無需許可鏈(permissionlessblockchainsystem)。這是，我們如何利用少數服從多數呢？我們連總共有多少個參與者都不知道。這個部分就是比特幣系統設計最耀眼的部分。很多人不明白這件事情，就覺得比特幣系統好像就是一堆現有技術的堆砌，沒什么技術含量。在比特幣系統中，少數服從多數的這個數，不再是多少個共識的參與者，而是一次次的哈希部分碰撞的計算結果。然后結合最長鏈規則來形成共識，即所謂的工作量證明(Proof-of-Work)。從這里大家可以看到，工作量證明方案解了一個比拜占庭將軍問題更難更挑戰的問題，就是在參與者集合未知的情況下，實現共識的一致性。當然算法具體實現還有不少細節，工作量證明的難度調整呀，一致性后置的最長鏈原則，以及后面被改進的最重子樹的原則等。接著有了所謂的資產證明(Proof-of-Stake)共識系統，利用資產的數量來定義這個少數服從多數的這個數。利用資產的數量先行定義BFT共識算法中所需要的這個預設的參與者集合。這樣，也可以實現無需許可鏈。也是一個不錯的辦法，只是，一開始初始的資產從何而來呢？最后提一句性能，也就是吞吐量的事兒。很長一段時間大家以為吞吐量由共識算法決定，然后事實上并不是這樣。上面提到的集中共識算法，都可以設定任意的塊大小和出塊間隔，來現實需要的吞吐量和塊確認延遲。只要，整個底層網絡有足夠的帶寬。下一篇，我們會著重聊聊這個事情。性能:吞吐量、確認延遲和狀態容量

Web3電子商務平臺Uquid接受Tether Gold (XAUT)作為支付選項:6月9日消息，Web3電子商務平臺Uquid宣布接受Tether Gold (XAUT)作為支付選項。

Uquid成立于2016年，是一個融合元宇宙和傳統電子商務的在線零售生態系統，除了現在接受XAUT作為支付方式外，客戶還可以使用BTC、USDT等加密貨幣購買商品。[2023/6/9 21:26:06]

咱買個電腦，大家都知道要看處理器(CPU)的速度，每秒能處理多少指令；也會要看內存容量，這基本上決定了我們能同時開多少個應用，打開多大的文件并且不卡。區塊鏈系統，也是類似，吞吐量類似于一臺電腦的CPU處理速度，決定了每秒可以處理多少個交易；而狀態容量類似于一臺電腦的內存容量，決定了整個系統可以承載多少個用戶(地址)在各個應用里面的狀態。有個額外的指標是確認延遲，這個源自一個很奇特的現象。區塊鏈系統可以接受一個交易，但是沒處理或者沒處理完，就開始接受下一個交易了。這個時候你就會發現，例如每秒100個交易的處理吞吐量，并不是你發一個交易，1/100秒之后這個交易就處理完，并且被確認了。通常每個交易會需要歷經更多的時間，才最終得以確認。比特幣性能很弱雞，大家都知道，大約平均每秒處理7個交易。每個交易僅包含幾個大整數的加減法，如果單純是計算這些交易，隨便拿個筆記本每秒都能算上百萬的交易。那為啥比特幣這么慢呢？先說個結論，這個事情不能賴在共識算法頭上，這不是PoW的問題。共識算法的事兒可以先看上一篇:比特幣慢，有人說是PoW的難度很高，要十分鐘才算一個塊，也有人說比特幣需要大量的算力才行。這些其實都是誤解，把因果搞反了。十分鐘才出一個塊，是因為協議就是這么定的，不讓出太快。如果大家算力多了，出塊出得快了。比特幣網絡的算力調整算法會自動加大PoW難度，使得出塊速度始終保持在十分鐘一塊的樣子。需要大量的算力，是因為大家都要搶著去參與比特幣的這個共識過程，因為每搶到一次機會，獎勵25個比特幣呀，看了一下，今天9000多美元一個。所以，就這樣參與比特幣共識的算力越來越多，PoW的難度也越來越高，就是我們今天看到的狀況。但是這個的PoW算力，只是在爭搶出塊機會，這個算力再大，也不會使得比特幣處理交易的速度有絲毫的提升。比特幣系統，吞吐量低的原因是因為，其最初上線的時候，順應當時的底層互聯網的通訊能力，設定了每十分鐘出一個塊，每個塊大小為1M字節。然后每個交易差不到需要200到300個字節，然后綜合起來就是這個大概7幾個交易每秒的吞吐量了。為什么比特幣系統要這樣設計呢？不能出塊間隔小一點，或者每個塊大一點嗎？到底是什么被什么東西限制住了呢？答案是，網絡帶寬從根本上限制了區塊鏈的吞吐量這就是為什么，我去年還看項目的時候，對于那些吹幾十萬幾百萬TPS的項目。我一般就問一個問題，你的系統跑起來需要多少帶寬？要那么高的帶寬，你就只能把所有節點放在一個機房里面，用局域網連起來，這不是區塊鏈，這叫做云服務.....咱開頭就講到，區塊鏈是在一個松散分布的節點之間，接力執行計算的過程。那么，計算的過程要能被接力，那就意味著每個節點都需要獲得這個計算的最新的上下文，最新的數據和狀態。在區塊鏈里面，具體的做法是，有節點出了一個塊之后，必須要有足夠的時間，讓大部分其他參與者都同步到這個新的塊，然后再出下一個塊。就是因為這個原因，吞吐量會受到網絡帶寬的限制，不能太高，否則區塊鏈網絡就會無法達成共識的一致性。然后，畢竟我們現在的互聯網已經比起10年前要快不少了。所以，現在把比特幣網絡加快幾十倍其實根本不需要什么算法的改進，改大塊大小，改小出塊間隔就可以輕松實現至少幾十倍的吞吐量提升。但是如果要進一步提高，并且還要保證其去中心的程度，這就有很大的理論挑戰了。這里需要強調一下，去中心的程度和性能是有矛盾的。去中心的程度要求，盡量多的人可以參與到網絡里面來，可以自己運行一個節點。那么，帶寬要求就不能太高，要匹配互聯網接入的平均帶寬水平。為什么DPOS(例如EOS)這么高吞吐量？因為它去中心的程度基本沒有，無異于云服務，那么他就可以利用非常高的帶寬，是普通互聯網接入帶寬的幾千倍，那么吞吐量當然就輕松提升了。隨著吞吐量的提升，除了帶寬，對每個節點的CPU處理能力，磁盤的讀寫能力也都會有更高要求。這里強調帶寬，不僅僅是因為帶寬是首要瓶頸，更是因為高帶寬對去中心的程度有極大的傷害，因為高帶寬的接入受到地理位置的限制，基本上只能在數據中心。而CPU,磁盤的升級，完全不受地理位置的約束。性能:狀態容量

“無聊猿”BAYC新游戲門票Sewer Pass持有者數量突破1萬個:金色財經報道，據 cryptoslam 數據顯示，無聊猿 BAYC 新游戲門票“下水道通行證” Sewer Pass NFT 持有者數量已突破 1 萬個，截至目前為 10,458 個，當前銷售總量達到 33,795,167 美元，銷售總量 9,747 筆。[2023/1/23 11:26:50]

狀態容量之于區塊鏈，就好似內存大小之于一臺電腦一樣。但是這一點不像吞吐量的TPS被大家所關注。狀態容量很少被各種項目拿來大肆吹噓，是因為這個容量不是太好測定，同時要擴容狀態容量極其困難。狀態具體指用區塊鏈中來表示鏈上每一個地址(即用戶)和每一個應用的狀態，所有需要準備好為驗證隨時到來的交易的信息的總和就是區塊鏈的狀態。典型的，比如，這個狀態包含每個地址的賬戶余額。當鏈上應用豐富的時候，每個地址將有更多的信息用來表示各個地址在各個應用中的狀態。狀態容量就是指一個區塊鏈系統可以具備多大的有效內存空間用來表示整個鏈上的狀態。鏈上狀態是必須隨時駐留在內存中，準備用來驗證隨時到來的交易的，這個部分信息無法放在硬盤上，否則會大大減低交易驗證的吞吐量，從而極大地約束區塊鏈整體的吞吐量。那么狀態容量具體是多少呢？在第一篇計算本質中，我們介紹了，區塊鏈網絡中，每個參與節點需要隨時準備好驗證和更新下一個到來的區塊，也就是說每個節點都完整地存儲了鏈上每一個地址，每一個應用的狀態。那么狀態容量本質上受限于每一個參與節點的內存容量。從這個意義上來說，只要提高每個參與節點的內存容量，就可以提升一個區塊鏈網絡的有效狀態容量。但是，提高單節點內存容量首先這個提升非常有限，更大的問題是提高了參與者的進入門檻，嚴重傷害了一個區塊鏈網絡的去中心程度。對于聯盟鏈系統來說，尚可接受；但對于公鏈系統來說，這種提升狀態容量是不可取的。如果要從本質上，提升狀態容量，同時又不提高單個節點的內存壓力，唯一的出路是全分片，至少是狀態分片。不過這還是一個非常前瞻的學術研究方向，有興趣的同學可以深入閱讀下文:這里順便說一下，另一個涉及存儲的信息:交易歷史。交易歷史是從創始區塊開始至今的每一條被確認的交易的總和。這個部分信息會不斷積累，只增不減。例如，比特幣系統，這個歷史已經有200多GB了。這部分信息，一旦區塊和交易被確認和執行，就不再涉及之后的區塊驗證和確認過程，所以可以完全放在硬盤上，而不占用內存空間。當然這200多GB也是個事兒，硬盤容量也不是無限的。就比特幣而言，消費級硬盤的發展速度也未必能趕上其歷史交易記錄的增長(每年最多約50GB)。但是已經有兩類比較成熟的技術問題解決這個挑戰。一個是checkpoint技術，可以使得節點丟棄掉陳舊的歷史交易記錄，另一個是RSAaccumulator技術，可以使交易記錄分散存儲，不再要求每個節點都記錄完整的全網交易記錄。作者簡介:王嘉平博士原為微軟研究院主管研究員，專注分布式系統，計算機圖形學和視覺以及用于機器學習的GPU集群等領域的研究，有數十項研究成果發表于ACMSIGGRAPH/ToG頂級國際期刊，已授權的美國專利十項余項。他師從沈向洋博士(現微軟全球執行副總裁)，在中科院計算所獲得博士學位。他的博士論文獲得2009年度全國百篇優秀博士論文獎，是該年唯一一名計算機科學專業的獲獎者。國際計算機網絡系統頂會NSDI2019，發表了王嘉平博士團隊關于高性能并行分片區塊鏈系統的論文，這是中國人自主研發成果在區塊鏈核心算法領域首次得到國際專家和同行的認可。

數字資產做市商DWF Labs與PlayZap達成戰略合作:9月5日消息，數字資產做市商和Web3投資機構DWF Labs宣布，其成為PlayZap的做市商（Market Maker），并與PlayZap建立戰略合作伙伴關系。據悉，DWF Labs此前在7月份投資PlayZap。[2022/9/5 13:10:03]

數據：過去24小時全網爆倉1.5億美元:金色財經消息，據Coinglass數據顯示，過去24小時全網爆倉1.5億美元，其中以太坊爆倉5362.70萬美元，占全網爆倉總額的35%。比特幣爆倉3182.30萬美元。[2022/7/24 2:33:37]

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