原標題：《區塊鏈底層技術四大“難題”待解》
來源：中國搜索
當2009年1月3日中本聰在位於芬蘭赫爾辛基的一個小型伺服器上挖出了創世區塊（Genesis Block）的50個比特幣開始，一種不需要中心機構背書，依靠分布式技術手段實現信任的P2P網絡區塊鏈誕生了。
近幾年來，“分布式账本”、 “點對點”、“智能合約”等詞匯被當今世界不厭其煩提及，恰恰濃縮了區塊鏈技術日夜兼程發展的現狀。
作為後互聯網時代的新型底層技術，區塊鏈從比特幣以來的沿革，與Web互聯網變遷的軌跡極為相似，但又更為迅猛。如同Web1.0給世界一個由靜態不可互動網頁構成的萬維網，區塊鏈最初的模樣，是一個旨在以比特幣為橋梁搭建的共享式公開账本；而以以太坊為代表的第二代可編程區塊鏈，通過智能合約映射了Web2.0引入了創造、社交、分享的理念，成為一個由全體用戶織網的網絡樣態。甚至，由此引發社會思潮的變革。
互聯網的迭代經歷了二十餘載，而當區塊鏈沉浸在飛速發展中時，與資源配置紅利相伴的是新技術走向台前後受到的重重考驗——
區塊鏈是否真的公平？
區塊鏈是否有應用價值？
區塊鏈是否足夠安全？
區塊鏈究竟能否實現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，區塊鏈技術也一樣。已知的壁壘和未知的困惑，推使人們解決“難題”，填塞知識和應用的狹縫或鴻溝，讓第三代區塊鏈底層技術正在加速駛來，區塊鏈的3.0革命也由此開啟。
區塊鏈真的公平？
在區塊鏈加密技術出現之前，包括數字貨幣在內的數字資產如果不依賴一個中心化的機構，公眾無法確認一筆交易是否真的存在和發生。區塊鏈提出了一種“去中心化”的解決方案——虛擬資產由公共總账來確認，而這本“總账”分布在全球各地的節點上，高度隱私、不可篡改。
以比特幣為代表的虛擬貨幣，是為了獎勵節點接入區塊鏈進行“記账”而出現。在比特幣的激勵體系裡，作為記錄交易的載體——“區塊”的打包記账權必須由所有節點競爭獲得：“礦工”去解決比特幣設計者在區塊中設定的密碼學難題，最先得出答案的節點獲得相應的比特幣並廣播所記錄交易，而剩下的茫茫節點只能複製、粘貼相應“账目”。
近十年過去，這種以電腦“算力”論英雄、被稱為“PoW”（工作量證明）機制的共識發展到今天，已經遠遠超越了中本聰當初的預想。專門用來競爭記账權的專業設備遍地開花，隨著“ASIC礦機”的出現，依靠CPU、GPU“挖礦”的普通電腦在算力競爭中的收益近乎為零。為了逐利，參與者也從個人發展成礦池、礦場，算力“集權”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門檻導致的不公平，引入PoS（股權證明機制）取代PoW：在創世區塊中寫明股權配比，之後通過公開發行、轉讓、交易等方式實現虛擬貨幣的流通，通過“利息”的方式對接入記账節點進行獎勵。很顯然，PoS在解決算力集中的問題時，卻不可避免導致“少數人”以極低的成本獲得代幣，後續無論是持有還是拋售，單純的PoS都使區塊鏈價值以一種二八定律式的結構存在。
在業界看來，拋棄了PoW共識，轉向PoS或 DPoS共識的區塊鏈系統，以EOS為代表，大幅提高了系統性能，卻忽視了去中心化的根本意義，由少數權益擁有者掌握系統的發展方向，本質上和現有的中心化系統並沒有太大區別。
區塊鏈能否高效？
不可否認的是，比特幣所代言的第一代底層區塊鏈技術具有顛覆性，極大降低了信用成本，激發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，流動性溢價已經讓比特幣成為“數字黃金”。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Digiconomist比特幣能源消費指數統計，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的穩健性之中。
面對巨大的算力浪費，以及世界對於區塊鏈技術應用的期待，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絡。圖靈完備的腳本語言為第二代區塊鏈技術帶了巨大的靈活性，開發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用（Dapp），並通過以太幣通過Gas（燃料）的模式激勵各節點在鏈上活躍。
目前以太坊上已經擁有超過9萬種合約，然而這些應用目前大多處於“發幣”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節點確認，在分片技術應用前，每秒大約只能處理20筆交易，遑論數萬個應用同時開足馬力。就目前來看，TPS（系統吞吐量）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。
區塊鏈技術的應用期待與底層技術發展的製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建包含億級，甚至百億級應用的區塊鏈系統成為業界亟待破解的技術難題。
區塊鏈是否依舊安全？
道高一尺，魔高一丈。目前，PoW、PoS、DPoS 等多種共識機制雖然已經被提出，但是否能夠實現真正的安全可信，尚不能完全證明。
在中本聰當初設計PoW共識機制的邏輯下，即使個體或機構擁有超過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”。不過此後礦機一騎絕塵的發展，讓超51%的算力不是假想。同時，出現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的網絡攻擊方式，造成網絡堵塞，迫使區塊鏈網絡出現硬分叉，進而導致對整個區塊鏈系統的可信性受到質疑，網絡體系的價值存在著崩盤的可能。
除了區塊鏈本身漏洞，為了提升TPS而引入DPoS（授權股權證明）機制的EOS，也存在著當選超級節點過於中心化，可能引發被黑客攻擊利用的缺陷。
除此之外，網絡參與主體責任劃分、账本數據最終歸屬、成本偏高、交易區塊具有選擇性等問題，也會導致區塊鏈技術落地應用時會面臨較大風險。
更令業界擔心的是女巫攻擊以及量子攻擊的風險也如影相隨。根據理論預測，對於區塊鏈所依賴橢圓曲線公鑰加密算法ECC 密鑰，用目前超級電腦需要幾十年才能破解的密碼如果採用具有數千個量子比特的量子電腦及 Shor 算法預計數十分鐘就可以破解。
SHD是否可以完備？
區塊鏈技術集成了分布式記账、不可篡改、內置合約等多項基礎技術，以更低成本建立信任的機制。從前兩代的區塊鏈技術來看，數據算法、密碼學機制保證了數據的連續和一致性，共識機制踐行了去中心化的“民主”精神，智能合約程式則給區塊鏈技術賦能，試圖改變人類原有的生產力以及生產組織方式。
而現實情況是，現階段的區塊鏈技術在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係，而更多在此基礎上的理想化設計，也紛紛敗給了“道高一尺、魔高一丈”的人性。
中本聰在低效 CPU的前提假設下，保證了安全性S和去中心化D並存，卻幾乎忽略了高性能H，由於共識算法和區塊容量的設計，比特幣平均十分鐘產生一個區塊，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，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，後期礦場和礦池的出現更是徹底打破了去中心化D，現在比特幣顯然不是一個平等參與的社區。更糟糕的是，礦場和礦池不斷壟斷算力，必然會有少數參與者超過51%的算力（決定權），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“反覆讀緩存”的 ASIC抵抗算法，在短時間內維系了安全性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模應用“Crypto Kitties”，就令以太坊系統完全崩潰，高性能H顯得尤為低下。而拋棄了PoW共識，轉向PoS或DPoS共識的區塊鏈系統，儘管大幅提高了系統性能，卻忽視了去中心化的根本意義。
ETM開啟區塊鏈3.0革命
為破解區塊鏈底層技術的難題，在SHD完備性的探索上，全球業者在不斷探索全新的模式。
諾貝爾經濟學獎得主托馬斯·薩金特、諾貝爾物理學獎得主謝爾登·格拉肖以及來自於美國加州理工大學、美國馬裡蘭大學、法國龐加萊研究所等多領域學者們，將博弈論的研究成果革命性融入區塊鏈中，首次提出了新的組合嘗試Kantorovich共識——將PoW（工作證明）機制與DPoS（委託股權證明）機制耦合，讓“競爭”與“結盟”形成一套在數學上被稱為“納什均衡”的完美狀態，力圖構建具有SHD完備性的 En-Tan-Mo（ETM）的新一代區塊鏈底層平台。
ETM的靈感來源於 Entente（聯盟）、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憑證其安全性的耦合權益證明協定，通過採用平均場博弈論確保算力與權益之間的均衡。ETM世界中，PoW體現了成本因素，與PoS體現的供需關係相互糾纏，形成最大價值體現的統一權益法則UPoS，進而得到相對穩定的價值曲線，開創了新一代的均衡價值互聯體系。
Kantorovich共識通過礦工團隊選舉制度，保證權證擁有者和區塊礦機的分離和各自權益得到保障，讓每個參與者都可以以礦工或投票人的身份平等參與區塊鏈建設並獲得均衡的獎勵，確保所有者利益不被大礦池或大股東壟斷，抑製“權力”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，構建公平公正的區塊鏈網絡平台。
雖然區塊鏈這一創新技術早已成為全球焦點，但始終存在著一個問題：不同區塊鏈系統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。區塊鏈之間的互通性極大限制了更廣泛的應用太空，因而，跨鏈技術成為實現價值傳遞的關鍵。
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，來承擔起不同鏈之間的橋梁，通過這種方式幫助身處ETM的節點獲得參與外部區塊鏈“挖礦”的收益。
在ETM內部，這種鏈與鏈的適配並行，成為擴充區塊鏈技術應用的太空的重要手段。在構想中，與EOS和以太坊新擴容方案Plasma的思路相似但構架不同，ETM採用了一條中心鏈加多條衍生鏈的設計，中心鏈負責網絡安全及價值交換，每一個衍生鏈作為獨立、隔離的系統對應一個DApp，通過繼承和複用主鏈技術，每個應用都擁有個性化的账本、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，對於開發者來說更為友好。
ETM的平行鏈互動協定首次實現了鏈與鏈之間的價值傳遞，從而構建了一個可以包含千萬級應用的區塊鏈生態系統。
除了借助PoW共識機制對衝DOS攻擊幾率之外，在區塊鏈SHD完備性中，去中心化和安全性之間最攸關的安全問題——女巫攻擊、量子攻擊——依舊是橫亙在第三代區塊演進發展過程裡不得不攻克的關卡。
來自加州理工、龐加萊研究所的數學家，在ETM中試圖運用運拓撲幾何理論研究複雜不變集的結構與分岔，結合基於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，來避免惡意虛假節點對公鏈上誠實節點權益的干擾和破壞，同時又具有可以抵抗量子攻擊的高級別安全性。
回溯區塊鏈的發展歷史，所謂“SHD”似乎永遠是一個薛定諤的狀態（好與壞各佔50%可能性，但只有揭開謎底的最後時刻才能知道結果，編者注）。畢竟一個漏洞、缺陷被發現之前，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的科學家們立志攻克SHD“蹺蹺板”式的難題，開啟區塊鏈3.0時代的探索。
責任編輯：吳化章
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