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區塊鏈技術 走進大眾視野(下)
時間:2019-12-03    來源:河南能源化工集團

區塊鏈技術最新的理論和實踐進展


隨著社區的繁榮,研究的深入,不同應用蓬勃發展,對于區塊鏈技術的局限有了更深刻的認識,在此基礎上,針對區塊鏈的一些不足提出了很多解決方案,主要集中在共識機制,性能,隱私和安全,治理機制和跨鏈技術等方面。

首先來看共識機制。共識是各方對某種陳述達成一致的過程或結果。在博弈論中,每個人都知道的信息稱為共有知識,僅是共同知識的一個層次。共同知識還要求每個人都知道別人也知道的信息,以至于每個人都知道其他人知道,并且相互認同。以安徒生童話《皇帝的新裝》為例,在小孩戳破真相之前,每個人都知道皇帝是裸著的。但這是共有知識,不是共同知識。

區塊鏈技術通過信息廣播,交易簽名,投票表決的方式,可以巧妙地將共有知識轉化為高階的共同知識。其中,節點簽名并廣播起到了讓其他人知道我知道并認可該區塊,從而達成共識獲得共同知識的作用。在比特幣中,其規則“最長鏈是全網的有效鏈”即是一種共同知識,礦工作為經濟理性人使用該共同知識來支持高階信念,對其他礦工的決策進行猜測,最終形成納什均衡。

有后繼研究認為,中本聰原始論文中51%的安全算力假設是有問題的。自私挖礦策略的存在使得比特幣的理論安全閾值下降。自私挖礦簡單說就是,挖到塊后不發布,繼續挖,如果挖到第二個塊,這時再發布出來。如果在挖第二個塊的過程中,有別人挖出的其他塊被廣播出來,則立刻廣播自己之前挖到的塊。經過理論測算,如果一個礦工有1/3的算力,則自私挖礦是有利于自己的。因此,基于掌握的算力份額大小,大小礦工的影響力是不同的,需要用新的計算模型求解博弈均衡點。

分布式系統的共識算法研究由來已久,20世紀80年代就開始研究,Lamport提出的Paxos以及后來在此基礎上發展出的各種BFT拜占庭容錯算法皆屬此類,其核心在于通過節點投票達成分布式系統的狀態一致性。比特幣另辟蹊徑,在技術之外疊加經濟激勵,以共識機制保證系統狀態的全局一致。

古典共識機制的問題在于,一旦參與投票節點數量增加后,其共識效率會大幅下降以至于無法使用;中本聰共識機制的問題在于浪費大量能源以及交易確認時間長。康奈爾和麻省理工的研究員提出了將中本聰共識和BFT類共識進行有機結合的混合共識方案,是一個新的突破方向,有可能兼具兩者優點,避免各自缺點。目前這方面的研究還在持續進行中。

技術改進的第二個方面是在隱私和安全方面。在公有鏈中,需要對交易數據、地址、身份等敏感信息進行保護,同時又能讓記賬節點驗證交易的合法性;對于聯盟鏈,在構建隱私保護方案的同時,需考慮可監管性/授權追蹤。可以通過采用高效的零知識證明、承諾、證據不可區分等密碼學原語與方案來實現交易身份及內容隱私保護;基于環簽名、群簽名等密碼學方案的隱私保護機制、基于分級證書機制的隱私保護機制也是可選方案;也可通過采用高效的同態加密方案或安全多方計算方案來實現交易內容的隱私保護;還可采用混幣機制實現簡單的隱私保護。

以太坊自正式運轉后發生多次安全事故,其中最大的一次是TheDAO被黑事件。TheDAO是一個由程序代碼管理的自治的風險投資基金,共募集了1200萬ETH。黑客利用TheDAO智能合約的安全漏洞,從合約管理的ETH中劃走360萬個ETH。最終以太坊基金會不得不進行分叉以解決該問題。因為社區對分叉的處置手段有不同意見,此次事件后出現了ETH和ETC兩種以太坊的區塊鏈,堅持私產不可以任何理由剝奪的人群選擇留在了ETC。

TheDAO事件折射出兩個問題:一是智能合約尤其是公有鏈的智能合約的安全問題非常重要,出現漏洞或錯誤后,無法像中心化系統那樣通過關閉系統,集中升級的辦法進行修復。而智能合約往往直接管理資金,一旦出現漏洞會直接導致經濟損失,因此需要更強的安全措施。目前在這方面的研究熱點是把以往應用在芯片設計或者軍事控制系統上的形式化驗證的方法,應用到智能合約上,以數學證明的方式盡可能避免人為錯誤。

TheDAO事件還折射出另外一個問題,即現有區塊鏈缺乏一套完善的治理機制,當社區面臨重大決策事件時,如何讓社區參與進來,以某種機制形成社區意見,最終在區塊鏈上表達出來。這些決策可能是不同的技術升級提案,也可能是TheDAO這樣的突發事件處理,或者是該區塊鏈某些基礎規則的調整。如果缺乏治理機制,只能通過軟分叉或者硬分叉解決問題,最終將導致混亂和分裂。

最近比較有趣的一個趨勢是,代幣持有者投票的鏈上治理機制再度作為多目標決策機制興起。代幣持有者的投票有時會用來決定運行網絡的超級節點由誰操作,如EOS、NEO、Lisk等系統中的委任權益證明(DPOS)機制;有時用來對協議參數進行表決,比如以太坊的Gas上限;有時用來進行表決或直接實行批量協議升級,如Tezos。在這些例子中,投票都是自動進行的,也就是說,協議本身包含了更改驗證程序集或更新其自身規則所需的一切邏輯,而且是根據投票結果來自動進行。

鏈上治理通常被認為具有以下幾大主要優勢。首先,與比特幣所倡導的高度保守的理念不同,它可以迅速發展并接受必要的技術改進。其次,通過建立一個明確的去中心化框架,可以避免非正式治理上的已知缺陷,人們覺得非正式治理太不穩定,又容易出現鏈分裂,或是變得在事實上過于中心化。最后,鏈上治理有利于確保流程的貫徹執行,從而提高協調性和公平性,也允許更快的決策。

但代幣投票機制飽受詬病的一點是,無論這些機制在何處嘗試,其投票者參與度會往往很低。投票參與度低引發了兩個問題。首先,投票要取得合法性認可比較困難,因為它只反映了少部分人的意見。其次,僅持有一小部分代幣的攻擊者就能夠左右投票。

此外,有些人認為,鏈上治理存在風險,因為元系統一旦確定就難以再改變。正如直接寫入的代碼一樣,一旦有缺陷,就會更快也更容易地被利用。同時,鏈上治理讓普通節點運營者對治理的參與變得毫無必要。這使得普通節點運營者無須作任何決定,而只是遵循鏈上流程所作出的決策。那么當出現財閥式的少數人鏈上治理時,普通用戶利益將會被不相容,有悖于公有鏈的價值觀。區塊鏈屬于公眾,為了公共利益服務。它不是為了讓加密貨幣大戶變得更加富有。區塊鏈并不應該由誰來占有,更不用說一小部分超級富豪了。因此,有人反對鏈上治理。

總體看,關于鏈上治理機制,仍處于爭議和探索的過程中,尚未有統一的意見,需要我們進一步關注和研究。

最后談談跨鏈技術。跨鏈技術可以理解為連接各區塊鏈的橋梁,滿足不同區塊鏈間的資產流轉、信息互通、應用協同。當下區塊鏈技術紛繁蕪雜,各成一派,彼此之間還無法進行價值和數據的交換。隨著行業發展,鏈與鏈之間的互操作越來越重要。如果跨鏈沒有解決,各大區塊鏈都將會是孤島,必定會降低區塊鏈社區的活力,從而限制整個區塊鏈網絡和生態系統的發展。

跨鏈技術可以應用于跨鏈資產轉移、跨鏈原子交易、跨鏈數據共享、跨鏈合約執行以及去中心化交易所等廣泛場景,目前有三種技術模式:

一是公證人機制(Notary schemes)。這是中心化或基于多重簽名的見證人模式,主要特點是不關注所跨鏈的結構和共識特性,而是引入一個可信的第三方充當公證人,作為跨鏈操作的中介。代表性方案是Interledger。

二是側鏈/中繼(Sidechains/Relays)。側鏈是一種錨定原鏈的鏈結構,但并不是原鏈的分叉,而是從原鏈的數據流上提取特定的信息,組成一種新的鏈結構,而中繼則是跨鏈信息交互和傳遞的渠道。不論是側鏈還是中繼,作用都是從原鏈采集數據,扮演著listener的角色。側鏈和原鏈不能直接驗證對方塊的狀態,因為這樣會形成循環,但相互只包含輕節點是可行的,相應的驗證邏輯可由鏈協議本身或應用合約實現。

一般來說,主鏈不知道側鏈的存在,而側鏈必須要知道主鏈的存在。代表性方案是BTC relay、RootStock、Polkadot等。

三是哈希鎖定(Hash-locking)技術。它在不同鏈之間設定相互操作的觸發器,通常是個待披露明文的隨機數的哈希值。哈希值相當于轉賬暗語,只有拿到這暗語的人,才能獲得款項。同時,它還構造了兩個退款(Redeem)合約,這兩個合約需要雙重簽名且有時間期限,對方簽名,自己未簽名,當自己簽名時,資產退回原處。其中一個關鍵技術設計是,制造轉賬哈希暗語的人的退款合約,在時間期限上要長于另外一個人,由此可保護他的權益。代表性方案是比特幣閃電網絡。

值得一提的是,跨鏈技術也得到了一些中央銀行的重視。比如日本央行和歐洲央行合作的Stella央行數字貨幣試驗項目,在第二期就著重研究了單鏈和跨鏈的DVP解決方案。

總 結

區塊鏈技術的進展,還有很多方面可以展開闡述,鑒于時間的關系,我就作一個簡要的匯報,不當之處,敬請大家批評指正。應該說目前監管者面臨的任務也并不輕松,面對不斷演進的區塊鏈技術,還需要同步考慮相應的法律法規和技術標準,以加強監管,防范風險。

總結來說,區塊鏈是一種可能成為未來金融基礎設施的新興技術,對其進行深入研究是我國金融科技工作的應有之義。區塊鏈技術有優點,也有缺點,仍在不斷發展演進中。目前看,區塊鏈若要實現真正落地,支撐實際業務,在技術層面仍需做大量改進工作。

在剛剛召開的全國網絡和信息化工作會議上,習近平總書記作了非常重要的講話,他指出:“核心技術是國之重器,要下定決心保持恒心,找準重心,加速推動信息領域核心技術的突破,要抓產業體系建設,在技術產業政策上共同發力,要遵循技術發展規律做好體系化技術布局,優中選優、重點突破。”習近平總書記的講話可謂是語重心長,我們應該清醒意識到,區塊鏈應用在我國是走過彎路的,所以易綱行長也指出要發揮區塊鏈技術的正能量和更好地服務于實體經濟。我們必須認真貫徹落實習近平總書記的重要講話精神,在核心關鍵技術上下功夫,不受制于人,同時要促進區塊鏈技術整個市場和生態環境的健康發展。

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