區(qū)塊鏈和與之相聯(lián)系的加密數(shù)字貨幣，無疑是21世紀(jì)“橫空出世”的新事物。過去數(shù)年，特別是2017年以來，區(qū)塊鏈技術(shù)及其應(yīng)用，受到全球范圍內(nèi)的科學(xué)家、思想家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、企業(yè)家，以及政府、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)組織的關(guān)注、參與和應(yīng)用，全方位地影響了現(xiàn)存的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)行為，一方面，迅速形成了全球性的“區(qū)塊鏈”運(yùn)動(dòng)；另一方面，因?yàn)閰^(qū)塊鏈技術(shù)的先天缺陷和現(xiàn)實(shí)困境而陷入“十字路口”境地?，F(xiàn)在，到了以理性態(tài)度理解和認(rèn)識(shí)區(qū)塊鏈和加密數(shù)字貨幣的真實(shí)狀況，突破區(qū)塊鏈創(chuàng)新瓶頸，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)體系進(jìn)化的時(shí)候。正是在這樣的歷史性期待下，鄒均及其他三位作者撰寫的《區(qū)塊鏈核心技術(shù)和應(yīng)用》，從剖析區(qū)塊鏈的核心技術(shù)入手，對區(qū)塊鏈的技術(shù)體系進(jìn)行了理性的梳理，觸及到區(qū)塊鏈的深處結(jié)構(gòu)和科學(xué)基礎(chǔ)，所以，我給以相當(dāng)?shù)目隙??！秴^(qū)塊鏈核心技術(shù)和應(yīng)用》共12章， 400余頁，26萬字。作為篇幅有限的序言，主要集中討論處于“十字路口”的區(qū)塊鏈及其技術(shù)體系所面臨的四個(gè)基本問題：

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如何理解和認(rèn)識(shí)區(qū)塊鏈所存在的“先天缺陷”，以及區(qū)塊鏈技術(shù)背后的科學(xué)層面。一般來說，任何一項(xiàng)新技術(shù)都可能存在“基因”和“染色體”問題，區(qū)塊鏈也不例外，很可能反映在以下的四個(gè)“局限性”：

1.1 囿于數(shù)學(xué)工具的局限性。通常認(rèn)為，區(qū)塊鏈的核心技術(shù)是“密碼學(xué)”，而區(qū)塊鏈的“密碼學(xué)”的重點(diǎn)之一則是“哈希函數(shù)”。也就是說，“哈希函數(shù)”是區(qū)塊鏈的基石之一。 “哈希函數(shù)”的種類很多，大多數(shù)“哈希函數(shù)”都是迭代性的，即使用一個(gè)“哈希函數(shù)”，不同的參數(shù)進(jìn)行多次迭代運(yùn)算。問題是，“哈希函數(shù)”，以及與“哈希函數(shù)”緊密聯(lián)系的“素?cái)?shù)”， 甚至現(xiàn)代“密碼學(xué)”，最終根源于純粹數(shù)學(xué)分支之一的“數(shù)論”。高斯說過：“數(shù)學(xué)是科學(xué)的皇后，數(shù)論是數(shù)學(xué)的皇后” 。因?yàn)椤皵?shù)論” 還在發(fā)展，“哈希函數(shù)”尚屬年輕，還存在諸如算法選擇不當(dāng)，造成較多碰撞，導(dǎo)致性能下降等問題，加之對“哈希函數(shù)”的有限移植，意味著區(qū)塊鏈的底層技術(shù)建立在還處于新生階段的“地質(zhì)板塊”上。至于，Merkle 樹因?yàn)榕c“哈希函數(shù)”的內(nèi)在聯(lián)系，也是數(shù)學(xué)問題，所謂的拜占庭將軍問題的本質(zhì)，更是一個(gè)數(shù)學(xué)問題。在這樣的意義上，可以試圖用數(shù)學(xué)語言將區(qū)塊鏈描述為：以“數(shù)論”為基礎(chǔ)，通過“哈希函數(shù)”實(shí)現(xiàn)的一種“復(fù)合函數(shù)”構(gòu)造。

1.2 囿于“博弈論”的局限性。區(qū)塊鏈的本質(zhì)是一種多方參與，且形成平衡關(guān)系的共識(shí)系統(tǒng)。這也是區(qū)塊鏈，特別是公有鏈存在價(jià)值的關(guān)鍵所在?？梢詫⒐沧R(shí)系統(tǒng)理解為一種節(jié)點(diǎn)之間“均衡”，建立在“博弈論”基礎(chǔ)的“納什均衡”最接近反映區(qū)塊鏈共識(shí)系統(tǒng)的這種狀態(tài)。具體來說，“納什均衡”是指這樣的一種策略組合：在一個(gè)非合作博弈過程中，無論對方的選擇為何，任一博弈方只有選擇某個(gè)確定性策略，才能獲得最佳收益。如果任一博弈方單獨(dú)選擇變換策略，悖離“納什均衡”，都會(huì)損害自己的收益。問題是，當(dāng)年諾伊曼和納什研究的是有限“節(jié)點(diǎn)”下的小規(guī)模博弈，早已經(jīng)不足以面對“由幾十億節(jié)點(diǎn)的龐大對象構(gòu)成的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等復(fù)雜行為”。MIT 的一個(gè)近期成果是，一位計(jì)算機(jī)科學(xué)博士在其論文中指出：“找到納什均衡點(diǎn)是幾乎不可能的事”。區(qū)塊鏈和“博弈論”，包括“納什均衡”的現(xiàn)實(shí)關(guān)系是：一方面，區(qū)塊鏈需要“博弈論”，包括“納什均衡”工具的支持，另一方面，區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的“算術(shù)級(jí)數(shù)”，甚至 “幾何級(jí)數(shù)”發(fā)展模式，已經(jīng)突破了“博弈論”的框架和體系?？傊?yàn)閰^(qū)塊鏈的節(jié)點(diǎn)無限擴(kuò)大，所以支撐區(qū)塊鏈的“博弈論”和“納什均衡”必然捉襟見肘，出路何在，至今并沒有找到最終的科學(xué)路徑。

1.3 囿于計(jì)算機(jī)語言和代碼的局限性。區(qū)塊鏈通過計(jì)算機(jī)語言和代碼完成技術(shù)實(shí)現(xiàn)，沒有軟件的注入，就沒有區(qū)塊鏈的生命力和運(yùn)行。但是，恰恰并不存在完美的軟件。其一，區(qū)塊鏈編程語言多元化，難以找到占有絕對優(yōu)勢的區(qū)塊鏈編程語言，只能通過不同編程語言的互補(bǔ)性加以改善。在現(xiàn)實(shí)中，很可能發(fā)生因?yàn)槿魏我环N編程語言自身不足，以及不同的編程語言不足的迭加，對現(xiàn)有區(qū)塊鏈造成本源性的傷害。其二，在現(xiàn)階段，區(qū)塊鏈編程語言主要依賴C++、Java、Go等幾種 “高階語言”，但是，這些語言都需要演進(jìn)，以求滿足區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)的需求?？梢源_定的是，現(xiàn)有的“高階語言”仍有很大的改進(jìn)空間。邏輯上說，整個(gè)計(jì)算機(jī)語言體系仍會(huì)繼續(xù)發(fā)展，新一代計(jì)算機(jī)語言勢必對區(qū)塊鏈產(chǎn)生沖擊和影響，推動(dòng)區(qū)塊鏈的演進(jìn)。其三，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)語言正在面臨與其它新技術(shù)的融合，進(jìn)而影響區(qū)塊鏈的技術(shù)體系。例如，人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)語言的融合，很可能引發(fā)計(jì)算機(jī)語言系統(tǒng)的變革。其四，編程人員的自覺和非自覺的錯(cuò)誤。本書提供了區(qū)塊鏈與軟件相關(guān)的錯(cuò)誤、缺陷、故障和失效的關(guān)系框架圖。

1.4 囿于預(yù)期時(shí)間實(shí)驗(yàn)長度的局限性。至今， 區(qū)塊鏈的實(shí)驗(yàn)歷史相當(dāng)短暫，支撐 “比特幣”的區(qū)塊鏈歷史最長，也不過不足十年。但是，依據(jù)“比特幣系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)和“比特幣”的算法，推測直到2140年最終產(chǎn)出2100萬單位，即使從2018年起計(jì)算，僅僅挖完全部的“比特幣”，還需要122年的時(shí)間。從理論上說，“比特幣”技術(shù)系統(tǒng)的使用壽命沒有上限，這個(gè)過程中，“比特幣系統(tǒng)”的運(yùn)行不可中斷，甚至不允許進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的修改。所以，本書提出了如何保證“比特幣系統(tǒng)”在未來122年安然無恙的運(yùn)行問題，是有相當(dāng)意義的。其實(shí)，豈止比特幣的區(qū)塊鏈技術(shù)系統(tǒng)，絕大多數(shù)的區(qū)塊鏈的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，并非是短期的，現(xiàn)在還沒有足夠的案例證明，現(xiàn)行支持區(qū)塊鏈的軟件和硬件系統(tǒng)能夠支持長周期的時(shí)間目標(biāo)。

進(jìn)一步說，到目前為止，支撐區(qū)塊鏈的主要底層技術(shù)的產(chǎn)生，早于區(qū)塊鏈。之后，因?yàn)橛辛藚^(qū)塊鏈理念，這些技術(shù)得以重新組合。也就是說，現(xiàn)階段的區(qū)塊鏈技術(shù)，及其數(shù)學(xué)和科學(xué)的基礎(chǔ)，還是相當(dāng)脆弱的，難以支持在商業(yè)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的長期和大規(guī)模的應(yīng)用。在人類現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過程中，從基于有限科學(xué)原理的技術(shù)嘗試起步，最終形成完整的學(xué)科和科學(xué)體系，不乏歷史案例。例如，萊特兄弟制造飛機(jī)之時(shí)，所依據(jù)的不過是一些初步的科學(xué)原理和技術(shù)，但是伴隨飛機(jī)的進(jìn)化和工業(yè)化，最終形成了以飛機(jī)整體設(shè)計(jì)為目標(biāo)，包括航空學(xué)、材料學(xué)、電子科學(xué)、工程制造學(xué)等眾多學(xué)科的綜合科學(xué)技術(shù)體系。

所以， 現(xiàn)階段區(qū)塊鏈的技術(shù)，很像萊特兄弟飛機(jī)的試驗(yàn)階段。要想全面實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈的理念，就像飛行器的歷史，最終不僅要實(shí)現(xiàn)在全天候和全方位的天空飛行，而且最終要進(jìn)入宇宙空間，需要的是一個(gè)完整的科學(xué)和技術(shù)體系的支持?？梢赃@樣認(rèn)為，因區(qū)塊鏈所組合的技術(shù)，還需要一個(gè)適應(yīng)區(qū)塊鏈廣泛應(yīng)用的調(diào)整時(shí)期，或者進(jìn)一步開發(fā)的時(shí)期，最終區(qū)塊鏈可能演變出一個(gè)科學(xué)含量極高的綜合學(xué)科體系。

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區(qū)塊鏈?zhǔn)欠翊嬖诂F(xiàn)實(shí)的和潛在的威脅？區(qū)塊鏈面臨著為數(shù)眾多的技術(shù)性困境，諸如“可擴(kuò)展性”技術(shù)，“隱私保護(hù)”技術(shù)，“存儲(chǔ)”技術(shù)，等等。但是，真正構(gòu)成對區(qū)塊鏈體系的現(xiàn)實(shí)的和潛在的威脅的很可能集中在：

2.1 “共識(shí)層”結(jié)構(gòu)性失衡的可能性。在區(qū)塊鏈的架構(gòu)中，或者在區(qū)塊鏈的分布式系統(tǒng)中，“共識(shí)層”至關(guān)緊要。共識(shí)的本質(zhì)是“算法”，一個(gè)嚴(yán)格“共識(shí)算法” 需要滿足四個(gè)條件：終止性、一致性、合法性、誠實(shí)性。 從技術(shù)層面來講，區(qū)塊鏈的共識(shí)算法基于異步通訊場景。這樣，就要涉及到FLP定理。該定理的研究對象覆蓋異步通訊的沒有時(shí)鐘、不能時(shí)間同步、不能使用超時(shí)、不能探測失敗、消息可任意延遲、消息可亂序等一系列特徵。在異步通訊場景下，即使只有一個(gè)進(jìn)程失敗，也沒有任何算法保證非失敗進(jìn)程達(dá)到一致性。在這樣的情況下，通常的共識(shí)算法，會(huì)傾向選擇“安全性”和犧牲“活性”，難以保證在有限時(shí)間內(nèi)達(dá)到共識(shí)。也就是說，現(xiàn)在的各類區(qū)塊鏈的共識(shí)算法只有相對意義，并不存在統(tǒng)一的共識(shí)算法，唯有根據(jù)不同的需求，不同類型的區(qū)塊鏈不得不采用不同類型的共識(shí)算法。

這樣，就引申出兩個(gè)問題：其一，已有的共識(shí)算法如何應(yīng)對當(dāng)下區(qū)塊鏈數(shù)量爆炸，類型組合多樣化，以及區(qū)塊鏈類型之間差異增加的情形？其二，區(qū)塊鏈?zhǔn)翘囟ǖ亩嗑S動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，就是一個(gè)多中心或無中心、更加分布式的網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)跨越多個(gè)子網(wǎng)、多個(gè)數(shù)據(jù)中心、多個(gè)機(jī)構(gòu)、多個(gè)運(yùn)營商、甚至多個(gè)國家，如果“區(qū)塊鏈聯(lián)盟” 進(jìn)入實(shí)質(zhì)化，怎樣協(xié)調(diào)不同共識(shí)算法，實(shí)現(xiàn)共識(shí)的共識(shí)？

不久前，一位以maxdeath作為筆名的作者提出：區(qū)塊鏈的第三代技術(shù)突破，一個(gè)是“零知識(shí)驗(yàn)證技術(shù)”，另一個(gè)可能的突破點(diǎn)是真正無限擴(kuò)展的共識(shí)算法［8］。 這個(gè)看法，頗值得注意。

還有，區(qū)塊鏈的功能依賴于去中心化賬本，而去中心化賬本取決于不同節(jié)點(diǎn)上的賬本數(shù)據(jù)的一致性和正確性，最終決定于分布式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)狀態(tài)共識(shí)的算法。因?yàn)閰^(qū)塊鏈的算法對“一致性”的制約，不可避免地影響了去中心化賬本的深層基礎(chǔ)，及區(qū)塊鏈的功能。

2.2 “算力”的壟斷傾向和趨勢。區(qū)塊鏈的運(yùn)行機(jī)制可以理解成不斷將“單一或多個(gè)輸入值”轉(zhuǎn)換為“單一或多個(gè)結(jié)果”的過程，因此區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N“計(jì)算” （Calculation）［9］ ，天然需要“算力”的支持。特別是，以比特幣為代表的“區(qū)塊鏈技術(shù)”，使用“工作量證明機(jī)制（POW）［10］” 來確定記賬權(quán)。這一機(jī)制要求節(jié)點(diǎn)進(jìn)行大量的復(fù)雜函數(shù)計(jì)算，使得記賬節(jié)點(diǎn)完成共識(shí)的同時(shí)，增加了對區(qū)塊鏈攻擊的成本，提高了安全性。引入這一機(jī)制，對區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響：唯有通過“算力”不斷挖出區(qū)塊實(shí)現(xiàn)記賬。如果區(qū)塊鏈沒有“算力”，就無法產(chǎn)生新的區(qū)塊，就會(huì)出現(xiàn)交易沒有人去記賬的情況。這就意味著區(qū)塊鏈的“死亡”?！八懔Α钡淖饔靡查_始被狹義化為“挖礦”，其衡量標(biāo)準(zhǔn)等同于“哈希率”，即“計(jì)算哈希函數(shù)輸出的速度”，單位是hash/s。“礦工”開始成為比特幣等區(qū)塊鏈中的重要群體，在比特幣的管理范疇中不斷要求更高的權(quán)利。問題在于，有可能發(fā)生區(qū)塊鏈天然 “算力”遭到壟斷的情況。以比特幣為例，過去的十年間，其 “算力”的實(shí)現(xiàn)，經(jīng)歷了從CPU到GPU的個(gè)體時(shí)代，短暫的FGPA階段，最終進(jìn)入了通過ASIC礦機(jī)支持的礦池壟斷時(shí)代，其標(biāo)志是比特幣全網(wǎng)算力以P hash/s算力為單位（1P=1024T，1T=1024G，1G=1024M，1M=1024k）。當(dāng)下，比特幣預(yù)計(jì)全網(wǎng)算力已經(jīng)將要達(dá)到37000P［11］。

期間，基于去中心化的分布式記賬的比特幣，原本與之配合的分散和自由競爭的“算力”，迅速遭到包括芯片技術(shù)升級(jí)、能源、人力、資本大量投入的組合型沖擊，造成以“算力”日益壟斷為特征的“異化”。從技術(shù)角度說，在區(qū)塊的挖出速度不能改變前提下，“算法”就會(huì)根據(jù)“算力”增大而提高和控制區(qū)塊的挖出難度，當(dāng)全網(wǎng)算力足夠大的時(shí)候，挖礦的難度也就足夠大，任何個(gè)人不太可能獨(dú)自挖出完整的區(qū)塊，只有加入礦池，才可能以礦池的算力挖出完整區(qū)塊，個(gè)人按照其貢獻(xiàn)算力的比例去分成。不僅如此，在礦池環(huán)境下，因?yàn)槿W(wǎng)挖礦難度的調(diào)整不是實(shí)時(shí)的，如果發(fā)生礦池突然中止挖礦，會(huì)導(dǎo)致剩余礦工無法在當(dāng)下的挖礦難度下準(zhǔn)時(shí)產(chǎn)生區(qū)塊，最終造成區(qū)塊鏈“死亡”式樣的“同歸于盡”。所以，建立在強(qiáng)大“算力”基礎(chǔ)上的礦池實(shí)質(zhì)上綁架了區(qū)塊鏈。先是比特幣，進(jìn)而以太坊也面臨相同的境地。

如果說，中本聰是智者，他們卻沒有想到，基于資本和工業(yè)能力所支持的 “算力”壟斷，早已經(jīng)不僅僅是一個(gè)簡單的能源、人力、資本的競爭和消耗問題，也不僅僅是個(gè)人通過挖礦獲得比特幣財(cái)富的權(quán)利遭到剝奪的問題，而是一旦處于壟斷狀態(tài)的“算力”失去控制的機(jī)制，很可能構(gòu)成對區(qū)塊鏈和加密數(shù)字貨幣生態(tài)的毀滅性破壞的問題。現(xiàn)在很可能只有兩種可能性：或者為了維持“算力”壟斷，成本不斷增大，當(dāng)成本高于收益的時(shí)候，就會(huì)停止；或者為了維持“算力”壟斷，“竭澤而漁”，最終同歸于盡。前者可以理解為“軟著陸”，后者可以理解為“硬著陸”，現(xiàn)在顯現(xiàn)的主要可能性是后者。不論是對“軟著陸”還是“硬著陸”，都需要警惕，更需要通過技術(shù)底層創(chuàng)新加以防范。

需要說明的是，目前，基于“工作量證明機(jī)制（POW）”所衍生出來的種種弊端，人們已經(jīng)嘗試了若干不同的替代方案，例如“權(quán)益證明機(jī)制（POS）”、“股份授權(quán)證明機(jī)制（DPOS）”等［12］。特別是，Vitalik Buterin針對“聯(lián)合化的礦工團(tuán)體出于自利目的將算力集體轉(zhuǎn)移以攻擊舊區(qū)塊鏈（spawn-camp）” 的可能性，提出可以加強(qiáng)從客戶端出發(fā)的驗(yàn)證機(jī)制，利用均勻分布的個(gè)體用戶的“協(xié)調(diào)性問題”，增加上述攻擊成功的難度［13］。但是，以上種種方案并不意味著“工作量證明機(jī)制（POW）”的思想已經(jīng)過時(shí)，也不意味著“算力”應(yīng)當(dāng)被摒棄。其如何演變，以及“工作量證明機(jī)制（POW）”究竟會(huì)如何發(fā)展，“算力”是否能夠在區(qū)塊鏈中發(fā)揮更重要的作用，還需要時(shí)間的驗(yàn)證。

2.3 傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式和工具的侵蝕。面對區(qū)塊鏈及其所支持的加密數(shù)字貨幣的橫空出世和蓬勃發(fā)展，有一種廣泛傳播的樂觀看法：區(qū)塊鏈和加密數(shù)字貨幣誕生、傳播與應(yīng)用，具有強(qiáng)大的生命力，代表了打破傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)生態(tài)平衡，改變傳統(tǒng)金融和產(chǎn)業(yè)秩序的“新物種”，類似歷史上來自北方“野蠻人”對“羅馬帝國”的沖擊。但是，現(xiàn)實(shí)更多展現(xiàn)的是相反的一面，即傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式和工具對區(qū)塊鏈和加密數(shù)字貨幣的生態(tài)體系的侵蝕。其一，包括比特幣在內(nèi)的主要加密數(shù)字貨幣的價(jià)值，需要通過以美元代表的“法幣”加以體現(xiàn)。之所以發(fā)生這樣的情況，主要因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)世界還沒有形成比特幣，或者其他加密數(shù)字貨幣的自我循環(huán)和交易的“市場”。其二，傳統(tǒng)的，以法幣作為投資手段的各種“資本”，全面進(jìn)入到區(qū)塊鏈和加密數(shù)字貨幣領(lǐng)域，形成“資本主權(quán)”。其三，諸如商業(yè)銀行、投資銀行、交易所等機(jī)構(gòu)模式，正在與區(qū)塊鏈、加密數(shù)字貨幣和Token“嫁接”，甚至“融合”。其四，部分“移植”區(qū)塊鏈和加密數(shù)字貨幣原理和技術(shù)，以求強(qiáng)化傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)和貨幣體系。一些國家開發(fā)的法定加密數(shù)字貨幣，就是典型案例。

現(xiàn)在要特別注意的是區(qū)塊鏈“財(cái)富效應(yīng)”幻覺，夸大以區(qū)塊鏈為技術(shù)基礎(chǔ)的數(shù)字資產(chǎn)的價(jià)值轉(zhuǎn)移、定價(jià)與交易，誤導(dǎo)人們以傳統(tǒng)商業(yè)化的原則理解和判斷區(qū)塊鏈的價(jià)值。簡言之，當(dāng)下回答如何看待傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式和區(qū)塊鏈系統(tǒng)彼此的相互作用，或者彼此“混合”的后果，是否能夠重構(gòu)人類信任體系，最終誰改造誰，還為時(shí)過早。但是，有一點(diǎn)是值得憂慮的：區(qū)塊鏈及其理念與技術(shù)原本是為了解決傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)制度的缺陷，然而面對傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)工具、制度和機(jī)構(gòu)的全方位的入侵，尚處于早期的和脆弱狀態(tài)的區(qū)塊鏈生態(tài)，并不具備一個(gè)強(qiáng)大的自我保護(hù)機(jī)制，面臨被傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式和工具的再改造可能性。

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現(xiàn)階段區(qū)塊鏈存在怎樣的創(chuàng)新路徑？區(qū)塊鏈過去、現(xiàn)在和未來的生命力，都決定于其“創(chuàng)新”能力。區(qū)塊鏈的創(chuàng)新主要是兩類：在現(xiàn)階段區(qū)塊鏈主流架構(gòu)下的創(chuàng)新，以及從本源上突破了主流框架的創(chuàng)新。

3.1 基於區(qū)塊主流架構(gòu)和具有 “路徑依賴”特征的創(chuàng)新?，F(xiàn)在普遍看法是，比特幣是區(qū)塊鏈的1.0， 以太坊是區(qū)塊鏈的2.0。但是，不論是比特幣，還是以太坊所代表的區(qū)塊鏈，都是“公有鏈“的主流框架。在主流框架下的“創(chuàng)新”主要集中在：其一，突破“可擴(kuò)展性”限制。主要包括比特幣通過“分叉”的擴(kuò)容方案，以太坊自身的Plasma，State Channel， Raiden，Truebit，Sharding，Casper等擴(kuò)容方案［14］；以及諸如側(cè)鏈技術(shù)（Rootstock， Polkadot， Cosmos），區(qū)塊擴(kuò)容，鏈下計(jì)算，分區(qū)共識(shí)，分片的 “內(nèi)部分割”等處于試驗(yàn)階段的選擇方案［15］。其二，改善“存儲(chǔ)”。工程實(shí)例至少有：Swarm（以太坊的P2P文件共享協(xié)議），Storj（一種“分布式存儲(chǔ)“），以及IPFS（一種P2P超媒體協(xié)議）［16］。其三，EOS代表的區(qū)塊鏈操作系統(tǒng)。根據(jù)EOS白皮書顯示，其預(yù)計(jì)擴(kuò)展至單鏈幾千TPS、全網(wǎng)并行百萬TPS的交易吞吐量，并且主網(wǎng)已于2018年6月上線，是未來區(qū)塊鏈平臺(tái)強(qiáng)有力的競爭者［17］。其四，開發(fā)具有隱私和法規(guī)的區(qū)塊鏈。例如 Cardano。Cardano是世界上第一個(gè)由研究為主導(dǎo)，從科學(xué)哲學(xué)開發(fā)出來的區(qū)塊鏈項(xiàng)目，也是第一個(gè)采用同行評(píng)審技術(shù)的區(qū)塊鏈項(xiàng)目，可用于發(fā)送和接收數(shù)字資金，支持各種去中心化應(yīng)用和智能合約［18］。其五，提高智能合約的安全性。一個(gè)被稱之為“形式化驗(yàn)證”的技術(shù)，正在逐步應(yīng)用到區(qū)塊鏈智能合約代碼檢查。其原理是，根據(jù)某個(gè)或某些形式規(guī)范或?qū)傩?，使用?shù)學(xué)的方法證明其正確性或非正確性［19］。其六，滿足區(qū)塊鏈測試需求，完善參考“ISO/IEC 25010標(biāo)準(zhǔn)”的一個(gè)測試模型。在這個(gè)模型中，區(qū)塊鏈評(píng)測涉及到8個(gè)維度，進(jìn)而延伸出31個(gè)分維度［20］。

3.2 突破現(xiàn)階段區(qū)塊鏈主流架構(gòu)的創(chuàng)新。必須注意到，在區(qū)塊鏈主流架構(gòu)下的創(chuàng)新，只具有相對意義。例如，比特幣在理論上可逆，在頂層設(shè)計(jì)階段就沒有徹底解決共識(shí)問題，只是將問題加以轉(zhuǎn)換，“一方面通過區(qū)塊鏈的序號(hào)作為虛擬時(shí)間，一方面通過“挖礦”的經(jīng)濟(jì)動(dòng)力來促使比特幣鏈的不斷延伸”［21］。 在這個(gè)意義上，中本聰用此類經(jīng)濟(jì)方法解決分布式系統(tǒng)共識(shí)算法，確實(shí)相當(dāng)智慧。進(jìn)一步說，現(xiàn)階段的區(qū)塊鏈，難以升級(jí)。一旦區(qū)塊鏈被部署和進(jìn)入生產(chǎn)模式，在功能上進(jìn)行添加、修改和刪除，難度甚大，成本甚高［22］。 現(xiàn)在，通常的區(qū)塊鏈修改，都會(huì)造成區(qū)塊鏈系統(tǒng)的軟分叉或者硬分叉，造成大量的時(shí)間和能量精力投入，且承受由此帶來的經(jīng)濟(jì)后果。

所以，區(qū)塊鏈的真正創(chuàng)新必須突破主流架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)頂層理論設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)方法上的創(chuàng)新。這種突破主流框架的創(chuàng)新，已經(jīng)悄然開始。到目前為止，DAG （Directed Acyclic Graph），即有向無環(huán)圖，屬于突破現(xiàn)階段區(qū)塊鏈主流架構(gòu)的創(chuàng)新。“比特幣的效率一直比較低，基于工作量證明共識(shí)下的出塊機(jī)制是一個(gè)原因，由于鏈?zhǔn)降拇鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)只能有一條鏈，導(dǎo)致出塊無法并發(fā)執(zhí)行。DAG從根本上摒棄了區(qū)塊概念，交易直接進(jìn)入全網(wǎng)中，達(dá)到所謂的“無區(qū)塊（Blockless）”效果，網(wǎng)絡(luò)中的交易就可以容納N倍。［23］” 具體說，DAG有四個(gè)特點(diǎn)：“其一，交易速度快，交易速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基于POW和POS的區(qū)塊鏈交易速度。其二，無需挖礦：DAG把交易確認(rèn)的環(huán)境直接下放給交易本身，無需由礦工打包成區(qū)塊后同意交易順序。所以DAG網(wǎng)絡(luò)中沒有礦工的角色。其三，無手續(xù)費(fèi)：交易發(fā)起只需要做簡單的POW工作量證明，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的POW都是發(fā)起交易者自己做的，而不是交給礦工。發(fā)起交易無需手續(xù)費(fèi)。其四，需要見證節(jié)點(diǎn)：DAG需要見證人機(jī)制的存在。超越DPOS、POS、PBFT，最終實(shí)現(xiàn)在效率與安全性的一種平衡。［24］” DAG的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不再是數(shù)論，而是圖論，即拓?fù)鋵W(xué)，即以空間、維度與變換作為研究對象的學(xué)科。圖論原理顯然更接近對區(qū)塊鏈基本模式的描述。DAG模式如下［25］：

第一次提出DAG跟區(qū)塊鏈結(jié)合是在Nxt社區(qū)，該社區(qū)的成員大多集中在東歐和俄羅斯，去中心化對他們更具有現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)在，基于DAG原理和技術(shù)的IOTA，由四名平均年齡不到30歲、最年輕者僅21歲的團(tuán)隊(duì)所創(chuàng)立，推出不到兩年，其價(jià)格在虛擬貨幣中已經(jīng)攀升至第八名，他們更高的目標(biāo)是成為“物聯(lián)網(wǎng)”的骨干。此外，Swirlds公司開發(fā)的Hashgraph技術(shù)也是DAG結(jié)構(gòu)的一種。Hashgraph通過“Gossip about Gossip”協(xié)議，“讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維護(hù)著所有節(jié)點(diǎn)跟其他節(jié)點(diǎn)的通信歷史，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在完成拜占庭協(xié)議時(shí)，不需要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)多輪通訊，節(jié)點(diǎn)本地環(huán)境就可以直接模擬拜占庭決議。Hashgraph的數(shù)學(xué)上可以證明滿足異步拜占庭容錯(cuò)，至少跟比特幣一樣安全［26］?！?不過，對于Hashgraph技術(shù)，尚有很大爭議。

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怎樣實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈系統(tǒng)維系“熵值減少”狀態(tài)？區(qū)塊鏈?zhǔn)堑湫偷男畔⑾到y(tǒng)，其生命力取決于其內(nèi)在的“信息熵”的大與少和高與低。

鄒均在《區(qū)塊鏈核心技術(shù)和應(yīng)用》的《前言》中提出：“在香農(nóng)創(chuàng)立的信息論中，信息是一個(gè)確定性的量，而熵也是信息量的一個(gè)度量。熵越大，越無序，信息量越少。而從這個(gè)意義上來說，區(qū)塊鏈系統(tǒng)是一個(gè)熵值減少的系統(tǒng)，因?yàn)楣沧R(shí)所確定的狀態(tài)，就是信息，而信息也就是有序和確定性”［27］。鄒均的上述說法是否精確，可能還需要討論。但是，鄒均提出了兩個(gè)有意義的問題：其一，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)熵值減少的系統(tǒng)；其二，共識(shí)導(dǎo)致熵值減少。

4.1 何謂“信息熵”？為了理解“信息熵”，首先需要理解什么是“信息”？“信息”沒有標(biāo)準(zhǔn)定義，按照香農(nóng)（C. E. Shannon，1916-2001）的“信息論” ，可以理解為一串以邏輯論的“01”（即計(jì)算機(jī)的“二進(jìn)制”）編碼的數(shù)列。至于“信息熵”，則是基于數(shù)學(xué)，或者統(tǒng)計(jì)學(xué)上的抽象概念，所描述的是“信息”本身的一種性質(zhì)，這種性質(zhì)獨(dú)立于“信息”的“形式內(nèi)容”。具體說，“信息熵”的幾個(gè)基本屬性：（1）單調(diào)性。發(fā)生概率越高的事件，不確定性越低，其所攜帶的信息熵越低。相反，事件的可能選擇越多，不確定性越大。（2）非負(fù)性，即“信息熵”不能為負(fù)。（3）“信息熵”應(yīng)該是隨概率連續(xù)變化的。（4）累加性，即多隨機(jī)事件同時(shí)發(fā)生存在的總不確定性的量度可以表示為各事件不確定性的量度的和［28］。在這里，“信息熵”與 “信息量” 概念發(fā)生某種重合。“信息量”是衡量信息消除的“不確定性”（Uncertainty）的度量，更準(zhǔn)確的說，就是“隨機(jī)變量不確定度的平均度量”，信息論中將它稱之為“信息熵”［29］?；蛘哒f，“信息熵”是信息的“不確定性”的度量，“不確定性”越大，“信息熵”越大。“信息熵”也可以理解為將一個(gè)事件用“01”編碼的一串?dāng)?shù)列的平均碼長，碼長的單位就是“bit”。所以，“信息熵”也是一種數(shù)學(xué)預(yù)期。

4.2 區(qū)塊鏈何以形成有序？從根本上說，區(qū)塊鏈的信息系統(tǒng)天然具有克服“熵增”，實(shí)現(xiàn)“熵減”的結(jié)構(gòu)。因?yàn)椋话愕男畔⑾到y(tǒng)不同于物質(zhì)世界，具有以下的基本特性：（1）可復(fù)制性，難以唯一；（2）無序擴(kuò)散性；（3）易失真、演變、丟失；（4）不考慮信源在信息流動(dòng)過程中扮演的“麥克斯韋妖”的角色的話，信息系統(tǒng)因?yàn)樾畔⒌幕咎匦裕菀壮霈F(xiàn)無序態(tài)；（5）加之中心化信息系統(tǒng)，本質(zhì)上只是一個(gè)沒有任何堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和被放大和降噪的信息管道，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的真正有序和確定性。所以，一般的信息系統(tǒng)很難克服“熵增”屬性，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的真正有序和確定性。而區(qū)塊鏈信息系統(tǒng)，因?yàn)榘肮沧R(shí)機(jī)制”，包含時(shí)間、主體、內(nèi)容在內(nèi)的全息記錄，例如時(shí)間戳技術(shù)，以及包含非中心化系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)分布，導(dǎo)致“熵減”，有序和增加穩(wěn)定性。

但是，在現(xiàn)實(shí)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，區(qū)塊鏈的“熵減”情況不是自然發(fā)生的。也就是說，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈架構(gòu)中的任何一個(gè)層次的數(shù)據(jù)和信息的真實(shí)性和完整性，絕非易事，特別是存在“共識(shí)層”結(jié)構(gòu)性失衡的可能性。如果考慮到區(qū)塊鏈天然需要“算力”，需要通過不斷挖出區(qū)塊來實(shí)現(xiàn)記賬，而挖出區(qū)塊需要耗費(fèi)日益增加的能源和人力資源的情況，區(qū)塊鏈及與其關(guān)聯(lián)的加密數(shù)字貨幣甚至無法擺脫熱力學(xué)的“熵”定理。所以，就區(qū)塊鏈技術(shù)和日益廣泛的應(yīng)用而言，怎樣實(shí)現(xiàn)持續(xù)性的 “熵值減少”狀態(tài)，具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。

4.3 “耗散結(jié)構(gòu)理論”和區(qū)塊鏈［30］。在物理學(xué)上，最能夠解釋“區(qū)塊鏈”的理論很可能是“耗散結(jié)構(gòu)理論”：一個(gè)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)下的開放系統(tǒng)，在與外界環(huán)境交換物質(zhì)和能量的過程中，通過能量的耗散過程和系統(tǒng)內(nèi)部的非線性動(dòng)力學(xué)機(jī)制，能量達(dá)到一定的程度，熵流可能為負(fù)，系統(tǒng)總熵變可以小于零，宏觀上可能從原來的無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間、空間或功能的動(dòng)態(tài)有序狀態(tài)［31］。現(xiàn)在看，區(qū)塊鏈很可能屬于“耗散結(jié)構(gòu)”，是一種“自組織”系統(tǒng)，具有內(nèi)各因素之間產(chǎn)生協(xié)同動(dòng)作和相干效應(yīng)，解決了信息系統(tǒng)從無序走向有序的機(jī)制。 區(qū)塊鏈的“自組織”系統(tǒng)能夠適應(yīng)普遍的環(huán)境，更加柔韌和健壯。特別是， “自組織”的“區(qū)塊鏈系統(tǒng)”具有自我完善的可能性，消除了宏觀上必然“熵增”引發(fā)的衰敗趨勢。進(jìn)一步說，區(qū)塊鏈作為一種“自組織”的“耗散結(jié)構(gòu)”，具有自我意志和自我創(chuàng)造、演化的潛力，以及自我發(fā)展的路徑，而不是簡單地由被外部條件影響、塑造。區(qū)塊鏈伴隨著算力的運(yùn)行，會(huì)不斷形成新的有序結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生新的能量，從這個(gè)角度說，區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)具有內(nèi)生的演化邏輯。由此，需要提及“麥克斯韋妖”［32］。 麥克斯韋做了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)：它能把一個(gè)封閉盒子里的本來熱平衡的分子從一邊“趕”到另一邊，從而讓一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)減熵，由此違反了“熵增”和“熵最大原理”。但是，這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)已經(jīng)被證明無法違背“熵最大原理”。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，“小妖”為了發(fā)現(xiàn)并分辨分子運(yùn)動(dòng)的快慢，以及消除自己的信息記錄，本身也需要消耗能量，造成熵增。這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)的意義之一在于，智能可以是“耗散結(jié)構(gòu)”的方案。在某個(gè)意義上而言，區(qū)塊鏈系統(tǒng)就是一種“麥克斯韋妖”，也就是說，區(qū)塊鏈本身就是一種智能。

在這里應(yīng)該指出，到目前為止，比特幣及其區(qū)塊鏈基礎(chǔ)是符合“耗散結(jié)構(gòu)”模型的，否則，比特幣也不足以維持十年之久。但是，按照比特幣的初始設(shè)計(jì)，從現(xiàn)在到2140年的未來一百年間，比特幣是否能夠始終處于“耗散結(jié)構(gòu)”，維持“熵減”，避免“熵增”的狀態(tài)，受到太多的內(nèi)生和外生因素的影響，難以做出簡單的判斷。但是，可以肯定的是：在過去四五十年間，傳統(tǒng)法幣在非“耗散結(jié)構(gòu)”和“熵增”的過程中，發(fā)生了從“算術(shù)級(jí)數(shù)”到“幾何級(jí)數(shù)”的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致了全球貨幣體系走上了“熵增”的不歸之路。

在結(jié)束本序言前，我想告訴讀者：鄒均編著的《區(qū)塊鏈核心技術(shù)和應(yīng)用》，與其上一本編寫的著作《區(qū)塊鏈技術(shù)指南》，以及市場上關(guān)于區(qū)塊鏈的大量著作相比，以下幾個(gè)方面值得注意：其一，宏觀視野。本書從當(dāng)代互聯(lián)網(wǎng)的局限和計(jì)算模式的演變的大背景出發(fā)，切入?yún)^(qū)塊鏈的概念和技術(shù)框架，最后對區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行分解說明，使讀者得以窺見區(qū)塊鏈技術(shù)及其應(yīng)用的全貌。其二，系統(tǒng)化。本書對區(qū)塊鏈技術(shù)相關(guān)的問題進(jìn)行分解、梳理和歸納，捕捉出區(qū)塊鏈技術(shù)的“最小公約數(shù)”，最終形成了十二個(gè)主題的板塊，每個(gè)板塊又細(xì)分成三個(gè)層次。這樣的框架設(shè)計(jì)，有益於系統(tǒng)討論區(qū)塊鏈技術(shù)。其三，科學(xué)的描述方式。本書在講解技術(shù)的過程中，超越日常生活的形象化舉例，大量引用數(shù)學(xué)語言和符號(hào)語言進(jìn)行描述，從而準(zhǔn)確傳達(dá)了概念和邏輯。其四，超越概念化。本書沒有僅僅停留在對概念的介紹，而是大量討論概念背后的“實(shí)現(xiàn)過程”、“運(yùn)行機(jī)制”和“交互關(guān)系”，例如進(jìn)行“關(guān)于比特幣POW能否解決拜占庭將軍的問題”，“基于POW的共識(shí)記賬”等設(shè)問。其五，重視和引用英語文獻(xiàn)對話。本書大量的引用英語文獻(xiàn)，一定程度上彌補(bǔ)了當(dāng)下國內(nèi)區(qū)塊鏈文章和書籍的英文文獻(xiàn)的引用和研究普遍不足的缺憾。當(dāng)然，可能因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)分工寫作的限制，本書不乏重復(fù)和粗糙之處，距離精致化、凝練化還有一定距離。希望這本書還有再版機(jī)會(huì)，得以完善。

可以預(yù)見，在區(qū)塊鏈未來發(fā)展和成長過程中，還會(huì)出現(xiàn)一個(gè)又一個(gè)的“十字路口”，也就是一次又一次的挑戰(zhàn)。但是，可以相信，區(qū)塊鏈的內(nèi)在學(xué)習(xí)能力將幫助其在“十字路口”的正確選擇。伴隨區(qū)塊鏈未來發(fā)展和成長，人類社會(huì)中的實(shí)體經(jīng)濟(jì)正在被觀念經(jīng)濟(jì)所超越，與物理世界平行的數(shù)字世界全面崛起。區(qū)塊鏈將是連接實(shí)體經(jīng)濟(jì)和被觀念經(jīng)濟(jì)，物理世界平行的數(shù)字世界的重要橋梁。這正是區(qū)塊鏈真正的歷史功能所在。