鄒均：區塊鏈技術發展——在不完美世界艱難前行

鄒均在分享中，談到區塊鏈的發展現狀、發展制約、發展的驅動因素，以及區塊鏈技術發展的多重方向，提出了區塊鏈的完美世界是：去中心化的可信、安全、公正、可以保護隱私、高效、可問責、自治組織，甚至自治社會。而為什麼這麼難實現區塊鏈的願景呢？他認為主要是因為在一個分散式的環境中，沒有辦法同時達到完全去中心、高擴展性和安全性的三個目標。這個就是所謂的區塊鏈不可能三角。因此，未來區塊鏈技術和應用的發展，需要根據不同的需求做不同的取捨、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鏈發展的思考，他認為：區塊鏈未來的發展是區塊鏈基礎設施的深度結合，與法律深度結合，與監管深度結合，與互聯網人工智慧做結合。

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

以下，為鄒均關於區塊鏈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鏈的心得，我今天的題目有些特別，講區塊鏈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，春天即將結束嗎？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。後面發現區塊鏈是解決這個問題非常好的一個技術，所以有興趣轉到研究區塊鏈領域。

今天我主要講的內容是以下幾方面：

區塊鏈技術發展現狀

發展制約—不完美世界

區塊鏈技術發展的驅動因素

區塊鏈技術發展的多重方向

未來發展的思考

區塊鏈技術發展現狀

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

比特幣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鏈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，比特幣兩天前市值1300多億美金，錢包2千萬個，這個是很大的數字。以太坊的地址三千萬，上面發行的ERC20代幣合約超過6萬多。假設每個代幣發行過億人民幣的資產，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，所以這個以太坊平台作為殺手級發幣應用應該無需置疑。

從宏觀的局面來看一下區塊鏈技術發展，現在的階段，第一個Gartner新技術熱度周期大家比較熟悉。可以看到區塊鏈在去年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，我們知道比特幣最高點去年12月17號，接近兩萬美金。看起來GoogleTrend比較接近實際，高點是去年11月，我們現在看熱度確實是往下走。

發展制約——不完美世界

我們認為區塊鏈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。我們認為區塊鏈是一個分散式的確定性共識有限狀態機，再加上不可篡改的狀態檔案，這個是區塊鏈比較接近它本質的東西。如果說定義的話，目前來看，最精確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現一個以太坊的節點，那個是準確的一個定義。

我這兒籠統的把它作為一個普通的區塊鏈的數學定義。基本上來說，區塊鏈實際上我們叫分散式的確定性有限狀態機，他們要達成一個共識。什麼叫有限狀態機呢？實際上我們見到的很多東西，我們可以理解為有限狀態機。我們常用的ATM就是一個有限狀態機的例子。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態的系統。我們可以看到包括自動售貨機、咖啡機都是有限狀態機。人可能不是，因為有些狀態機分兩種，一種是確定性的有限狀態性，一種是非確定性的。人有意識，能主動行動而不是被動的接受外界條件觸發。所以人有可能不是有限狀態機，即使是，也是非確定性的。

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，確實有美好的事情，美好的東西。區塊鏈的完美世界是什麼呢？區塊鏈的完美世界我們叫去中心化的可信、安全、公正、可以保護隱私、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區別。

去中心化的應用，是指運行在去中心化的多個網路節點，沒有一個節點或者機構去控制它，運行的結果需要通過共識確認。

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持去中心化的應用。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。這是大致它當時設想的完美世界。

這個願景為什麼這麼難實現？恰恰回到剛才區塊鏈的本質是分散式的確定性有限狀態共識的有限狀態機，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。

雲計算把伺服器虛擬成多個虛擬機，將多個虛擬機構建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擬機同時的運行，最後運行的結果來進行匯總來進行處理，最後反饋給客戶，這是雲計算的方式。

而區塊鏈則是同一個任務，放在每個共識節點同時運行，然後做共識確認。也就是說把多個計算機變成一個虛擬計算機來執行同一個任務，結果需要共識確認，可想而知它的效率不會太高。

所以傳統的技術它實際上我們常說提升生產效率，區塊鏈實際上是改善生產關係。

我們說現實世界確實是不完美的，剛才我們也看到，而且特別是對分散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，大家也知道在分散式處理裡面我們也有CAP的理論，可用性、一致性、分區容錯性，三者取二，不能得兼。

區塊鏈這一塊在共識機制這一塊我們也知道有FLP理論，確定性的共識、有故障存在的非同步通信、活性這三者也是不可得兼的。活性就是它在有限的時間內總能達到共識，不至於陷入死循環。

大家現在比較公認的區塊鏈的不可能三角理論，去中心化，或者說完全的去中心、擴展性、安全性形成一個不可能三角，只能三者取其二。所以這個就是區塊鏈的現實世界，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體現。

我們現在總結一下，目前區塊鏈技術在當前這個不完美世界一些限制，難點主要是在分散式系統裡面所有的節點步調一致，體現在第一個大家熟知的就是性能限制，大家都在討論多少tps才能支撐應用。

拓展性限制，特別在聯盟鏈，能否支持很多個共識節點。共識節點少，那人們會問這個鏈到底有沒有公信力，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，指的是一般用戶實際上是寫不了，也部署不了智能合約，也看不懂，易用性也包括應用怎麼方便的調用區塊鏈的功能。

兼容性、跨鏈互聯限制，我們現在可以看到區塊鏈的本質去中心，未來會有很多鏈，不可能一條鏈主打天下，鏈與鏈之間怎麼做打通，不同鏈上資產如何跨鏈流轉，現在確實存在這個限制。

存儲的限制，區塊鏈的數據每天都在增長，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演算法缺少一個很嚴格的數據證明，在假設條件下面做到一致性和正確性，又能夠保持活性，這個在很多區塊鏈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只能看著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，證明它的功能正確，這也是一個非常大的一個研究領域，現在目前沒有特別好的區塊鏈平台能做這個。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號。

區塊同步的限制，今天同步一個以太坊的區塊鏈，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，我們的區塊鏈很難去修改它，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，

軟體升級的限制，現在大部分需要通過分叉來做這個軟體升級。

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，區塊鏈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？

區塊鏈技術發展的驅動因素

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，這些就是驅動區塊鏈技術發展的最大動力，包括剛才說的性能，拓展性包括鏈上的安全性，隱私保護，數據的真實性都是用戶的剛需。

我們很多人知道區塊鏈上面的數據不能篡改，但當你把鏈下的數據上傳到區塊鏈過程中怎麼保證你鏈下的數據沒有被篡改，你是假的數據上來區塊鏈也只能是假的數據，不可能變成真的數據。所以如何保證數據安全真實上鏈也是一個重要的應用需求。

密碼安全無需置疑是一個區塊鏈重要的需求。還有就是兼容性、跨鏈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。比特幣非常安全，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許可權管理，在企業級的應用非常重要，怎麼去保證這些上鏈的身份，是真正的身份，並賦予他們合適的許可權。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鏈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鏈發展階段的一些比較公認或者比較流行的看法。

大家都聽說區塊鏈1.0可編程數字貨幣，以比特幣為代表，非圖靈完備腳本引擎來控制UTXO交易的執行。

區塊鏈2.0，可編程金融。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態，還可以包括「世界狀態」，你所有能想像的狀態都能支持。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。

區塊鏈3.0可編程組織，可編程社會。其實我們今天看以太坊，它其實更像個是發布虛擬資產的平台，我們或者叫ICO平台，離所謂的世界狀態，支持世界狀態智能和約還差很遠。現在有很多這種區塊鏈的平台號稱以太坊殺手，或者叫區塊鏈3.0，我們有EOS，IOTA，還有很多新的，DFINITY，Hashgraph等都冒出來，號稱是區塊鏈3.0。但大部分都還在白皮書或開發階段，所以這個是很多不確定性在這裡面，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，區塊鏈技術的發展方向，注意由於需求是多方面，因此技術發展也不是一個方向，而是在多個方向上齊頭並進。

區塊鏈技術發展的多重方向

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

具體來說，區塊鏈操作系統就是要提供DApp開發運行所需要的功能和服務，包括身份認證，包括授權，資料庫、調度、雲存儲，非同步通信；非功能需求包括支持水平擴展能力，包括負載均衡、交易並行，智能和約的並行執行。這樣交易性能才能超過每秒千筆的交易。這是我們對支持去中心化應用的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現它的很多承諾。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。

交易能在秒級內得到最後確認，具體細節由於時間關係我就不細說了。

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。這個概念用在區塊鏈上，就是上層應用通過中間件來打通不同的區塊鏈底層，這裡面有些比較典型的例子，本體區塊鏈就是類似這樣概念。

鏈下的網路，主要用於支付場景，其思想是在不影響主鏈架構為主鏈擴容。比特幣上的閃電網路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路版本是雷電網路，而Splend的Flash network則是解決雷電網路成本比較高的以太坊鏈下擴容方案。

由Blockstream提出的側鏈概念，也是基於在不改變主鏈架構的前提下來擴展主鏈功能。例子像Rootstock，它既支持與比特幣的雙向掛鉤，也支持智能和約，而且兼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既自成一區塊鏈網路，又可以作為側鏈去橋接像以太坊這樣的主鏈。它有多條平行鏈，和一條中繼鏈，組成自成一套區塊鏈網路，其中平行鏈之間的跨鏈經由中繼鏈來實現。而橋接則是一種橋接主鏈的側鏈機制。

Tendermint Cosmos也是區塊鏈的網路，Tendermint第一個提出支持拜占庭容錯的POS共識演算法，Cosmos通過Hub來對並行多鏈做跨鏈整合。

瑞波提出InterLedger賬本互聯協議，從協議的角度來構建賬本的互聯網，互聯賬本。InterLedger可以用來構建開放的不同區塊鏈上的資產轉移協議，甚至也可以用來構建區塊鏈賬本與非區塊鏈賬本之間的資產轉移協議。

而另一方面，以太坊也不甘落後，從多方面開啟區塊鏈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硬分叉升級。這個包括Casper共識演算法的引進。Casper第一階段將在目前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個仍然採用PoW機制出塊，第100個採用PoS出塊，並最終確認前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，比如把地址分段，不同地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現，它包括Plasma子鏈系統，Truebit和狀態通道。其實質是把一部分計算移到鏈下，鏈上只用來做結算見證。這些都是以太坊擴容機制。最近也由JosephPoon和V神提出一套鏈下子鏈擴展方案，叫Plasma，與側鏈類似，把鏈上計算轉到鏈下，但與側鏈不同的是它但可以層級性擴展，因此擴展性更好。

TrueBit是另一個鏈下擴容方案，通過外包方式把大的計算任務和驗證認為轉移到鏈下。狀態通道則在原先支付通道的基礎上，進一步支持智能合約，管理「世界狀態」。

還有新的企業級的區塊鏈平台號稱是區塊鏈3.0。在共識機制上面各有特點。例如Cardano就是一個最有學術范的區塊鏈。其白皮書或者重要設計文件都要經過類似學術界的同行評審的機制。

Fabric在企業級區塊鏈這一塊目前是一騎絕塵。

另外也有和場景適用性的區塊鏈，例如為金融場景設計的號稱不是區塊鏈的R3 Corda。

另一個不是像區塊鏈的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確認。

另外一個比較新的Swirlds Hashgraph也是完全不同於區塊鏈的結構，有著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鏈項目，我們大家都知道基於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。

密碼學是區塊鏈生命線。

量子計算，並不像大家現在想像的這麼可怕，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演算法的威脅。

時間關係，很多方面不能講得太細。最後是區塊鏈未來發展的思考，區塊鏈之道，在區塊鏈上面是共識即存在，只有共識才被認可，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、安全性和擴展性上做權衡取捨，不能所有的都要。這才是解決區塊鏈受不完美世界限制的唯一方法。

未來發展的思考

未來的發展我們認為區塊鏈基礎設施的深度結合，與法律深度結合，與監管深度結合，與互聯網人工智慧做結合。謝謝大家！

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