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64岁图灵奖得主破解区块链“不可能三角”

米卡利认为,区块链要想实现大规模应用,就一定要能同时满足扩展性、安全性和去中心这三个条件。


区块链自问世以来就被形容成一项无所不能的科技,被看好能影响各行各业,甚至重塑生产关系。然而区块链自身,却存在著称为“不可能三角”的技术瓶颈,至今仍远远无法施展它的潜能。

所谓的区块链“不可能三角”,也称为“三元悖论”,就是指区块链网络无论采用哪种共识机制来决定新区块的生成方式,皆无法同时兼顾扩展性(Scability)、安全性(Security)、去中心(Decentralization)这三项要求,至多只能三者取其二。

64岁图灵奖得主破解区块链“不可能三角”

图|区块链“不可能三角”(来源:Algorand)

但 64 岁的图灵奖得主、美国麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(MIT CSAIL)教授希尔维奥·米卡利(Silvio Micali)提出了一个解决方案——Algorand,宣称已能破解这一不可能三角!

这个大胆宣称、加上图灵奖光环,让 Algorand 今年初正式问世以来,就备受万众瞩目。所有人都亟欲揭开 Algorand 面纱,了解米卡利究竟如何实现把不可能化为可能。

米卡利于 9 月初访华,连走上海、北京数站现身说法,几乎场场爆满,在中国开发者社区掀起一阵旋风。DT 君在此期间独家专访米卡利及其团队核心成员,揭开 Algorand 诞生过程,并提出外界对 Algorand 最常有的三大关键疑问,米卡利都一一释疑,包含首度对外透露 Algorand 的代币发行规划。

64岁图灵奖得主破解区块链“不可能三角”

图|米卡利出席上海区块链周(来源:万向)

“区块链的应用之广是没有限制的,它确实是非常理想的技术,但却有一个很大的“但是”(but),就是著名的不可能三角”,米卡利对 DT 君说,在目前的状况下,我们通常只能得其二,无法三者兼得。

现有著名公链皆无法同时满足三项要件

以比特币为代表的 POW(Proof of Work, 工作量证明)共识机制,理论上可以在大量算力的基础上,对安全性和去中心化有较高保障。但缺点就是难以提升扩展性,速度慢、成本高。更别提还会造成能源浪费、且实际上也已被证明算力非常集中。

较新型态的 POS(Proof of Stake, 权益证明),则是以太坊目前正在融合发展的方向。其基本理念是持有股份愈多、时间愈长,则权利愈大。这在一定程度上提升效率、减少了挖矿能源浪费,但却难以避免中心化的问题。

而其它更新型态的共识机制如 DPOS(Delegated Proof of Stake, 股份授权证明)或 PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance, 拜占庭容错算法),同样存在各自局限,不能完全解决问题。

64岁图灵奖得主破解区块链“不可能三角”

表|现有著名公链皆无法同时兼顾安全性、扩展性与去中心(来源:Algorand,DT 君制表)

揭秘 Algorand 在 MIT CSAIL 如何诞生

但米卡利认为,区块链要想实现大规模应用,就一定要能同时满足扩展性、安全性和去中心这三个条件。

米卡利坦言,自己最初和许多人一样,曾经相当排斥比特币这回事。然而,当他在 2013 年终于真正认识了比特币后,就立刻发现它的命题令人赞叹,只是,“解决方案不够优美(elegant)。”

他试图找寻其它更好的解决方案,却没有任何一个令他满意。于是,他决定自己从头开始打造一个。不仅如此,他更号召麾下门徒一同效力。其中,最核心的早期成员之一,就是他的一名中国博士生、当时已在纽约州立大学石溪分校(SBU)任教的陈婧。

“米卡利是在 14、15 年就把我拽回去的”,现为 Algorand 首席科学家的陈婧对 DT 君透露,Algorand 并非一朝一夕简单架构出来,最刚开始是 MIT CSAIL (麻省理工学院计算机及人工智能实验室)里一群 7、8 人的早期团队,从最根本开始分析问题,直到 2017 年底才把原型设计出来,400 万美元的种子融资也大约同时到位。

64岁图灵奖得主破解区块链“不可能三角”

图|Algorand 首席科学家陈婧毕业于清华大学,是区块链领域中极其少见的女性开发者。她不仅是 SBU 计算机科学助理教授,同时研究领域也横跨分布式账本、博弈理论,以及演算法,是区块链领域中少见具有如此广泛研究背景的人才。(来源:Algorand)

Algorand 由“algorithm”(算法)和“random”(随机)两个字组合而成。其测试网已在今年 7 月宣布上线,开放申请测试。由其原型可看出,米卡利想要采取创新的思路来解决目前基础公链的普遍难题,而他的构想主要可以从三个角度来说明。

独创“纯粹的权益证明”(Pure Proof of Stake)

第一,Algorand 是一个“纯粹的权益证明”(Pure Proof of Stake)。每一枚代币都拥有相同权利,不需要提出作为抵押。新的区块是透过投票产生,每个人都可以参与或授权,并通过适当的激励机制来鼓励参与。

超快速拜占庭协议,“即时发起与确认”达成共识

其次,Algorand 通过“即时发起与确认”(Immediate Propose-and-agree)来形成共识。陈婧形容,这是一种“新的超快速拜占庭协议(Byzantine Agreement)”。拜占庭协议是普遍运用于区块链的通讯协议模式,主要是处理在分散式对等网络中如何达成共识协议并保证网络不被破坏的问题。

Algorand 的共识机制分成两个步骤,分别是“发起”(Propose)与“协议”(Agreement)。

在第一个步骤“发起”,系统会随机选择一个代币,公布其公钥,由公开持有者签名并发起一个新的区块,关键是这一过程可以非常快速。

而在第二个步骤“协议”,系统会再由用户中随机选出 1000 名验证者并公布其公钥,由这 1000 名用户达成共识并进行签名,新的区块便得以生成。

而这些过程将以 Algorand 独创的加密抽签(cryptographic sortition)技术来随机选择用户,无法事先预知是哪些人会被选中。

64岁图灵奖得主破解区块链“不可能三角”

(来源:DT 君)

能够持续“演化”的区块链

第三,通过这种共识机制,Algorand 也解决了区块链中最令人头痛的分叉问题,使其成为一个可以持续“演化”的公链。

由于区块链的去中心化设计,每个节点都必须保持一致,这使得单纯的系统升级在区块链上很难做到,每当改变规则,动辄就会导致系统分叉。但 Algorand 却是几乎不会出现分叉的分布式账本,因为其分叉的概率低至仅为 10 的-18 次方。

“我不想夸称这是一个革命,但这确实是一个很大的进步”,米卡利在上海一场开发者见面会上如此自信地说。

米卡利认为,基础公链必须要解决分叉问题,能够持续演化。因为区块链是人为设计的产物,不可能完美,一定会存在很多缺点。“就像一艘船出海,可能有天气、有船身、有船员的问题。最好的解决办法就是要让它有持续进化的可能”

兼顾扩展、安全与去中心,Algorand 克服区块链不可能三角!

回到区块链的不可能三角来检视,Algorand 通过所有代币权利相等、每个步骤皆随机替换参与者,来确保整个网络可以最大程度去中心化。

而 Algorand 借由加密抽签组建临时验证委员会来减轻工作量、提升效率,也保证了网络的可扩展性。

且因验证者皆为随机秘密选出,即便“敌对者”可以瞬间加以腐化,但也来不及篡改或撤回他们对外发出的消息,而下一轮又将是新一批随机选出的参与者。所以也让安全性有极大的保证。

64岁图灵奖得主破解区块链“不可能三角”

(来源:DT 君)

话虽如此,Algorand 并非完美无瑕。DT 君在专访中直接对米卡利提出外界对 Algorand 最主要的三大疑问。

关键提问 1:Algorand 缺乏激励机制设计,难以吸引参与者?

首先,Algorand 最常被质疑的一点就是其模型中缺乏激励机制的设计。正如比特币是靠着 POW 机制,每生成一个区块就发放若干枚比特币作为奖励,吸引矿工提供算力来验证链上交易。激励机制在绝大多数区块链基础公链中都堪称是最核心、最不可或缺的要素之一。

一位重量级区块链平台的核心开发人员就私下对 DT 君分析,Algorand 的设计确实很“优雅”,但缺少奖励的区块链,很难吸引到足够的参与者。

对此米卡利强调,Algorand 并非没有激励机制,而是将会提出一套更安全的激励机制。事实上他认为,激励机制是长期被忽略的一块,自从有加密货币以来,激励机制就没有被好好设计过。但如果激励机制不够安全,那还不如没有激励。

“过于简单的激励设计是有问题的。并不是有激励机制,就可以驱使人们做应该做的事情。因为人们只会想要极大化自身利益,未必会按照你的设想去行动”,米卡利指出,比特币就是最好的例子。现在我们所看到的大型矿池、算力集中,绝对不是中本聪当初所设想的情形。

“激励机制若设计不当,可能会解决一个问题,但却创造另一个问题”,陈婧也说。

那么 Algorand 将会设计什么样的激励机制呢?米卡利解释,Algorand 想要做的是激励参与者,而且是所有人的参与,我们想要奖励的,不是矿工挖矿的这一行动,而是驱使整个社会都为采取这一行动做好准备,“这是一个非常核心的概念”。换句话说,也就是让整个激励机制不是只能吸引少数专业矿工,而是能够尽可能地吸引更多一般人参与。

他更透露,相较于现在比特币挖矿门槛已经高到不是任何一般人所能轻易参与,Algorand 将保证“工作”将会非常轻松,轻松到所有人在家用自己的电脑,也能完成所有的工作。

有多轻松?米卡利举例说,有人会为了省电而不自己在家收发电子邮件吗?绝对不会!根本没有这个需要。因为现在电子邮件系统所消耗的算力与电费,基本上低到可以忽略不计。Algorand 想要做到的,就是让区块链的“工作”也能变得如此轻量化。

关键提问 2:Algorand 如何募资?如何发行代币?

同时,外界亦高度关注 Algorand 的代币发行规划。过去甚少谈及这一块的米卡利,在本次专访中明确告知 DT 君,Algorand 的种子轮募资是通过股权的方式来融资,因为这是一个完全合规的募资管道。这意味着,只有合格投资人、创投与天使投资人,才能参与到 Algorand 的募资。

他强调,现阶段,团队将负责完成 Algorand 基础开发工作。未来团队不会销售代币,而团队所分配的代币也会长期持有。

往后,Algorand 的代币 Algo 将会通过设立在新加坡的基金会进行代币发行,方式是透过一系列的拍卖(auction),对象是所在国家可以合法进行代币购买的机构和个人。米卡利指出,拍卖的好处是,Algorand 团队不会决定价格,而是由市场来决定价格。任何机构和个人只要通过KYC(know your customer)审核,都可以参与 Algo 拍卖。

当然,除了经由拍卖的方式来取得代币,用户也可以通过参与 Algorand 的工作、对生态作出贡献的方式来获得奖励。

关键提问 3:Algorand 是学院派创业,商业化实践能力有待商榷?

此外,外界还常有的一个疑问是,Algorand 是学院派创业,商业化执行能力恐值得怀疑。

对此陈婧指出,Algorand 团队从很早就已将商业化实践纳入考量,并经由天使投资人延揽到曾是成功创业家的首席执行官,以及拥有多年产业经验的工程长(Head Of Engineering),强化团队产品化能力。“就连米卡利本人也有过其它创业经验”,陈婧强调。

并且,Algorand 的原创性极高,也使得这个项目很可能只有它的设计者本人才能加以实践出来。

“Algorand 并非借用他人基础,而是完全从零开始做起”,米卡利对 DT 君解释,要想把这个想法实践出来,需要一个真正有能力的团队。“所以我们创立了 Algorand,在一个公司的架构下,我们可以更明确、更负责地将这个项目开发出来。”

陈婧补充,Algorand 脱胎自 MIT CSAIL,开发能力极强,同时这是一个她所看过“默契最好、工作流程最顺畅的团队。”

但米卡利也说,与其说 Algorand 是一家公司(company),更好的说法是一个团队(team)。Algorand 真正想做的并不仅仅是一个创业,而是把构想给实践出来。

采访最后,他清晰地说,“我们会尽可能持续最久的时间以一个团队的状态工作,对这个项目负责。”

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