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比特池塘 区块链前沿 正文

并不完美的区块链三个“天然缺陷”

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区块链技术并不完美。; I2 A+ [# @! Q$ v
事实上,任何新技术诞生之初都会存在“先天缺陷”。缺陷会随着技术进步而被完善,然后在新的技术背景下,再面临新的“缺陷”。4 w% g, k! |8 Q# F& e2 k
比如飞机这个航空技术。1903年12月,莱特兄弟进行了人类历史上首次试飞,但是并不受美国政府重视,同时受限于材料,空气动力学,飞机发展也相当缓慢。直到两次世界大战,才推动了飞机在军事领域的应用。
& h# [  V. I! ^/ x6 J6 C区块链技术发展也不会例外。
$ v  Z% Y+ e) d) A* e& s! u时间回到2010年,彼时比特币刚满1周岁,由于核心代码漏洞,有人利用该漏洞凭空造出了1840亿个比特币。
% j" y; V5 z3 x0 S5 q庆幸的是,在社群努力下,迅速修复了这个漏洞。而比特币核心代码组的开发者们,也在夜以继日地为比特币核心代码库做贡献,以修补瑕疵,这才有了区块链行业的今天。1 z; g% q6 y' ]0 p' h
我们总是会把区块链技术“完美化”,殊不知,在经济学家、密码学家、计算机科学家眼中,区块链技术还有很多需要改进的地方。
/ {3 Y* K; M) F# Z1 C7 h. `例如《区块链核心技术开发与应用》就认为目前区块链技术在数学工具、博弈论、密码学、代码存在局限性的情况下,还有很大的改进空间。换言之区块链技术要想被大规模商用,还有很长的路要走。
) s& f' M  g. r& C( b1 b. w) ~那么,目前的区块链还存在什么不完美的地方呢?
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完美代码的错觉
. m. J9 G' F. S! Z, O1 U; }如果将比特币网络系统比作一个大型软件,那么计算机技术与编程则为这项技术的落地提供了载体。3 l# f0 ]7 h% S/ t# Q1 N  D
但是目前编程语言却明显存在一些不完美之处。
; |2 P; g/ c3 O! Z首先,语言种类繁多,没有哪种语言能够“一统江湖”。不同项目使用完全不同的编程语言,屡见不鲜:
/ N: L; G9 J! p0 F4 x3 z(1)比特币与瑞波币使用了C++;(2)以太坊则使用了四种专用语言:Serpent(受 Python启发)、 Solidity(受 Javascript启发)、Mutan(受Go启发)和LLL(受Lisp启发),都是为面向合约编程而从底层开始设计的语言。专用语言意味着这种语言只在开发以太坊相关应用时才应用;(3)很多基于区块链的DApps和Tools都是用的Go语言;(4)2017年著名的ICO明星项目Teos则使用了极其小众的 Michelson 与 OCaml 作为编程语言,等等。
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+ A4 ]+ m3 R4 ^' x数量众多的开发语言
  R+ B# C5 ?4 N5 O: _# e+ H世界上编程语言多达上五十多种,但尴尬的是,没有哪一种语言能够占据绝对优势。
$ U& |- I/ Y4 I, u0 l9 x- q2 Z国内著名经济学家朱嘉明认为,在现实中,很可能发生因为任何一种编程语言自身不足,以及不同的编程语言不足的迭加,对现有区块链造成本源性的伤害。
5 s/ d9 M: ]0 U' H6 c其次,区块链编程语言主要依赖C++、Java、Go等几种 “高阶语言”,而这些所谓的高阶语言目前还存在诸多不完善之处。/ ~/ j5 h! J0 @; D
以Go为例,创建时间是2009年,距今只有10年,其“错误处理机制”、“垃圾回收器”与“编译器”等逻辑功能,还需要逐步完善,才能满足未来区块链开发需要。
. o; u% ?6 k4 h  G同时,朱嘉明还认为:现有的计算机语言正在面临与其它新技术的融合,进而影响区块链的技术体系。例如,人工智能技术和计算机语言的融合,很可能引发计算机语言系统的变革。- v4 e. b  Y5 a3 S5 `* ?
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" T& B$ ~. b8 A2 h# \8 l+ f软件失效的逻辑
# b; `" q: n: {; D' i1 X最后,由邹均等编写的《区块链核心技术与应用》这本书中还提到了编程人员的自觉和非自觉的错误。
3 J7 s, N9 q( F编程人员的错误,会导致软件缺陷,而软件缺陷又会导致软件故障。软件故障是指软件在运行过程中导致不希望出现的错误,如果不加以适当处理,就会导致软件失效。7 H* K9 K* g: G/ Y
区块链技术一般运行在相对不可信的公开环境,没有专门的维护人员,更不可能做到像一般软件那样24小时公开维护,因此就要求软件要有高度的稳健性,但是现实情况却往往不是这样的。  W3 j3 o( J( i) P( ^
人为导致的漏洞,也会让区块链资产化为乌有,这种案例也屡见不鲜。! B& {8 L9 Q+ k/ O. }4 Y
4月22日中午,有黑客利用以太坊 ERC-20智能合约中BatchOverFlow漏洞攻击BEC(美链的代币“美蜜”)智能合约,成功向两个地址转出了天量级别的 BEC代币,导致市场上海量BEC被抛售。此事使得当日BEC的价值几乎归零。
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4月22日当天,BEC价格从0.32美金跌到0.02美金" L' [  d" D- ?$ G
4月25日,仅仅三天后,另一个智能合约SmartMesh(SMT)曝出漏洞,交易所表示,因SMT出现异常交易,各交易平台暂停SMT的充提和交易。
- \, z& G: e4 l2 _. K! _( D2 V现实世界里,财物失窃尚能够通过立案侦查追回损失。但是在互联网的世界里,尽管数字货币“钱途”无量,一旦被黑却血本无归。
* k5 h9 `+ [8 h6 Z因此,代码进步十分重要,但是程序员素养,对行业进步更为重要。
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3 o( c7 j/ H9 V4 ^, m1 B' v9 Q博弈论的局限
0 _* c% C4 J" H: m& t中本聪在白皮书中提到,比特币是一种点对点的电子现金系统。实际上比特币背后的共识机制也是点对点进行的,一台台矿机合作变成矿场,矿场之间通过矿池连接起来,在互相博弈中,形成一种平衡状态。) {* [* u1 [* `; ~4 Z9 R+ y
这种博弈状态的平衡,在朱嘉明看来,建立在“博弈论”基础上的“纳什均衡”最接近反映区块链共识系统的状态。/ q. W5 E- k$ w# }' ^6 Y( ]
      
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纳什均衡是博弈论中的一种情况
1 G: j$ w" |7 |! ]$ Z. T6 T“纳什均衡”是指,在一个博弈过程中,博弈双方都没有改变自己策略的动力,因为任何单方面改变自己的策略,都会导致自己的收益减少。举个例子,以即将来临的双十一为例,淘宝上两家旗舰店都在打价格战,任何一方在活动期间都不敢随便涨价,因为任何涨价行为都会导致自己一方失去优势。
& U* F. k$ P& K  `1 I无论是比特币点对点的支付系统,还是矿工之间的挖矿竞争,都无法摆脱一个问题,在转帐、挖矿过程中每个节点都存在竞争,竞争的结果就是谁付出的矿工费用越高,谁的交易越快完成。- @; h' D5 D7 Y6 E: ~; E2 f
但是实际上,朱嘉明认为,这种“纳什均衡”状态下的博弈,是当年诺伊曼和纳什研究的是有限“节点”下的小规模博弈,早已经不足以面对“由几十亿节点的庞大对象构成的社会、经济等复杂行为”。. z& v4 z# B. \: e/ x1 I5 D
当然也无法支持目前比特币、区块链系统节点“几何级数”的发展规模。# ^2 \1 Z2 F: O% _3 W, O
     
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比特币全网算力是47073540.92 TH/s
. v4 j7 u, e1 i. I' ?! A9 B目前,比特币全网算力是47073540.92 TH/s,市面上最常见的矿机是比特大陆的蚂蚁S9矿机,官方给出的这台矿机的额定算力时14.5TH/s,简单算个除法,结果就是全球比特币网络运行着324.6万台蚂蚁S9。
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蚂蚁S9参数
9 y5 O9 @( y5 I. }但是实际上,目前比特币矿场中还运行着很多算力低于S9的矿机,这就意味着全球比特币矿机数量远大于324.9万台。
& I5 t- |9 o! b在数百万的规模上实现矿机、矿场、矿池之间的博弈平衡,绝对不是个简单的算术问题。实际上,比特币全网算力还处于不断增长中,这种指数级别的增长,正面临“失控”着状态。目前比特币矿业消耗电力已经超过整个大英帝国的用电量。# S- o4 m# m& m' r2 K& Q- Z
研究机构曾做出过这样的统计:如果按照去年11月份“比特币挖矿耗电量”增长速度来计算,到2019年7月,比特币挖矿耗电量将超过如今美国全国的用电量。4 I+ ~5 a; D# g' p
      
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2010年以来,比特币全网算力增长趋势0 ]' T' D& _- F3 f2 ~
同时随着全球比特币用户增长,比特币转账也正在消耗越来越多的“手续费”,网络拥堵就像悬在每个矿工、用户头上的“达摩克利斯之剑”,随时都有可能造成巨大的负面影响。
+ }9 t. ]6 E, l% W  I显然,“纳什均衡”状态下的博弈论已经无法支撑以比特币为代表的区块链技术的前行。亟待进行一场新的基础科学的变革。4 h/ t/ F; J+ ~. ]2 E& B1 C

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6 |# \, j1 t' T! W% n6 g哈希算法的掣肘; c0 E. k  D2 m8 D* W
“区块链技术的核心其实是密码学,密码学的重点则是哈希函数。”《区块链核心应用与开发》这本书提到。% h& E7 {7 \  d& M
你在区块链上的每一笔转账、挖矿、应用开发等等,只要涉及链上数据处理,都会涉及哈希函数。而素数与数论则与哈希函数联系紧密。
2 A) l, _0 G' R; W, k: I6 M6 Z我们经常说的比特币POW算法本质是一个哈希函数。2 V6 M0 F* |) ~
事实上,已经有很多哈希函数被设计出来并广泛应用,支付宝、微信、银行的加密无不使用哈希函数。不过Hash函数一般安全寿命都不长,被认为安全的算法往往没能使用多久就被成功攻击,新的更安全的算法相继被设计出来,而每一个被公认为安全可靠的算法都有及其严格的审计过程。7 f, |; V( u# m, l4 Y8 d% @
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: ?6 K* r$ F/ {2 u. X) J" J& r- I' pSHA256对“哈希”加密
! R% K: X0 S/ }加密算法SHA家族的更迭史最能说明这个问题,从1993年SHA0被发明,在不断被破解与重新发明的较量中,目前已经发展到第五代SHA-512。
& G: f$ b5 D. a$ c$ P( c在币圈中我们经常说某某币发明了某种算法,其实主要都是使用那些被认证过的安全算法,或是单独使用,或是排列组合使用。
9 @; w6 [; p5 D" V6 y/ J而哈希函数与数学问题关系十分紧密,具体是指数论与素数问题。
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《区块链核心应用于开发》这本书认为,目前数论还处于发展状态,哈希函数当然也处于发展状态,这就决定了区块链技术还存在诸多算法不当,进而导致区块链技术性能不足。
  [5 m: m/ G0 ]比特币的不可扩展性、效率低下、升级困难,很大程度上就是该逻辑导致。因为扩展性问题,导致了比特币在2017年被迫分叉。总的来说,区块链技术的效率低下问题,在一定程度上还是数学问题。# P* ?7 P. u, v+ ~; x* L
有人可能会问,数论是什么?素数又是什么?
6 J9 w8 T2 k  }/ \0 s& a* C通俗理解,一切数学问题都可以归结为数论问题,因此素数问题也属于数论问题。
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1 n3 m: Y7 B# p3 |$ }! D! ]早在公元前300年欧几里得就证明了有无穷多个素数,在随后接近2000年的时间内,主要内容是以寻找素数通项公式为主要思想。这方面主要的代表人物有德国数学家高斯,英国著名数论学家哈代、李特伍德、拉马努金等等。) g, z" s0 X6 S' u
今年9月20日,与证明“黎曼猜想”相关的新闻,在网络上闹得沸沸扬扬。知名数学家迈克尔· 阿蒂亚爵士宣布将会证明黎曼猜想,这引起了区块链行业从业者的关注。为什么?7 S1 H+ A& Q9 z# C
“一旦黎曼猜想被证实,就意味着素数出现规律就能找到,基于此的加密可能也就不安全了。”从事数学研究的阿岚认为。. M: w. n8 m5 {& P" Y" D6 c
因此,博弈论、代码语言进步、数学理论发展,对区块链技术进步都有着不可小觑的影响。
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7 m5 W% m* Y& e, x$ g比特币诞生至今,10年过去了,期间被死亡200多次,被分叉20多次,但是任何一次危机都没能成功“杀死”比特币。
  F9 m- p( e+ `. P3 J* h比特币背后的区块链技术,虽然面临数学问题、博弈论问题、代码漏洞问题,但是这些也没能阻挡区块链行业的从无到有,从落魄到发荣的历史进程。
  g9 l/ Q3 W( W, k8 |而成功度过每一次危机,都能让这项技术浴火重生、凤凰涅槃。' L4 m9 W3 a  r% ?5 @. l
虽然目前区块链技术并不成熟、加密货币还没有完全被主流认可,但是时间会对这些问题做最好的注脚。
$ z4 V! X; }2 I1 f/ ]# ]正如思想家阿卜·法拉兹所言:“暂时的失利,比暂时的胜利好得多。”
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