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区块链技术“不可能三角”问题探讨| 币块专访

发布时间:2018-09-12 14:14 阅读量 22363
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那么,区块链技术是否存在“不可能三角”问题?“不可能三角”问题对于区块链技术甚至行业发展造成哪些影响?有没有什么办法可以破解或者协调“不可能三角”问题?

以太坊创始人Vitalik提出区块链技术的“不可能三角”, 也就是在区块链系统中,不可能在同一层面、同一时间在去中心化、安全性、可拓展性三方同时取得最佳优化,必须以牺牲其他因素去换取某一因素在一个领域上的提升。

那么,区块链技术是否存在“不可能三角”问题?“不可能三角”问题对于区块链技术甚至行业发展造成哪些影响?有没有什么办法可以破解或者协调“不可能三角”问题?

币块财经带着疑问,有幸采访到LITEX CMO李丽诗和李立中。

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(左李丽诗和李立中右)

李丽诗简介

李丽诗Laura,LITEX CMO。毕业于北京大学与哥伦比亚大学,长江商学院MBA。连续创业者,盖娅大学与区块链星球创始人,分布式实验室联合创始人,EOSapce联合创始人。

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李立中简介

上海立旃科技董事长,金窝窝区块链科技董事长,北斗未来大数据集团首席科学家。

近百项项专利发明人其中四十余项区块链技术专利,全球区块链专利创新人才百人榜第24位,曾任阿里巴巴蚂蚁金服集团财富事业群总裁助理,营口银行总行科技部总经理,分行运营管理部副总经理,目前兼任中国信息化协同创新专委会副秘书长,新金融联盟理事兼专家委员会委员,新金融俱乐部发起人,中国电子学会计算机取证专家委员会委员,中国计算机学会区块链专委会委员,区块链与产业互联网融合应用60人论坛执行委员会委员,国际区块链创新应用联盟专家委员会副理事长,北邮在线数字经济研究院执行董事、副院长。

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“不可能三角”问题确实存在

近日,区块链行业很多专家学者都在谈论“不可能三角”问题,认为其会阻碍区块链行业的发展,也有人质疑,“不可能三角”问题是否存在呢?

李丽诗认为,不可能三角问题,原见于分布式系统中的CAP原理:一致性(Consistency),可用性(Availability),分区容忍性(Partition tolerance)。CAP原理指的是,在同一个分布式系统中,最多只能同时实现两个要素,不可能三者兼顾。

之后,以太坊创始人Vitalik提出区块链技术的“不可能三角”问题:可扩展性(Scalability),去中心化(Decentralization),安全性(Security)。也就是在区块链系统中,不可能在同一层面、同一时间在可扩展性、去中心化、安全性三方同时获得最优解,只能同时实现两点。

区块链作为一个人人可以参与记账的分布式账本,其“不可能三角”问题确实是存在的,并且这也是目前区块链无法大规模商用化的根本原因之一。

但是,目前行业内,许多公司和个人已经开始了不同层面的探索。

从应用层面上,公有链就是实现了去中心化和安全性的最优解,但是相对而言,其可扩展性相对较低;而私有链和联盟链,就是在牺牲去中心化的前提下,实现了安全性和可扩展性的提升。

从技术层面上来说,比特币、以太坊和EOS都做出了他们的尝试。

比特币:通过所有节点参与记账和存储数据,实现了去中心化和安全性,牺牲了部分的可扩展性。

比特币的区块限定为1M,每10分钟生成一个区块,网络中每一个节点都下载和储存所有的数据包,使得权利可以下放到每一个节点,这样虽然可以保护链上数据的安全,也确保数据不受任何中心机构操控,但同时也带来了储存空间损耗和校验成本。现在由于比特币发展,经常出现链上延迟和交易拥堵问题,就是因为系统在设计之初,就缺乏可扩展性造成的。

以太坊:通过区块分片化存储方案,在保证去中心化的前提下,对可扩展性进行了优化,但是数据安全性相对降低。

在认识到比特币缺乏可扩展性的不足之后,以太坊通过采取区块分片化存储方案,就是每个节点只保存链上部分数据,通过这种方式来节省存储空间。但这样,数据的安全性就变弱了,因为一旦某些节点受损,那么整个链上的数据将不再完整。这就是选择了去中心化和可扩展性,牺牲了部分安全性。

EOS:竞争21个超级节点,降低运行能熬和成本,实现了可扩展性和安全性的最优解,却使得去中心化程度较低。

EOS采用DPOS共识机制,通过投票方式选取节点,减少节点数量,从而降低网络的能耗和运行成本,并加快确认速度,最终可以实现分布式应用的性能扩展。但是这也在一定程度上牺牲了区块链去中心化的特征。

李立中表示,当前的区块链技术存在“不可能三角”,即无法同时达到“高效率”、“去中心化”、以及“安全”这三个要求。

将对区块链行业造成哪些影响?

在李丽诗和李立中看来,目前区块链行业确实存在着“不可能三角”问题,那么,这个问题会对区块链技术甚至行业发展造成哪些影响呢?

李丽诗告诉币块财经,诚如Vitalik指出,去中心化、安全性、可扩展性的“不可能三角”问题确实是目前限制区块链发展的主要问题之一。

但是,“不可能三角”问题成为区块链大规模商用枷锁的同时,也促使其底层技术的研发力度大大加强,并催生了许多相关产业的发展。

就拿比特币来说,为了解决其扩展性,就有许多项目从多领域不同角度提出了各自的解决方案。

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技术层面,由于比特币的发展,1M的区块大小已经不够用了,社区中矿工与开发团队之间就这个问题产生了分歧,于是出现了两种主要的解决方案:1)通过将交易信息与签名信息进行隔离的方式,来增加吞吐量,提高链上运行效率;2)直接增加区块大小来提高验证速度,从而提高链上运行效率。

继而,在隔离见证的基础上,又出现了如闪电网络之类的二层网络。指的是将小额的、频繁的交易,直接在链下支付通道中进行运作,再将交易结果归并到主链。这样可以有效减少主链写入压力,提升主链容量。

直接增加区块大小的项目也有,比如说比特现金(Bitcoin Cash)就是将区块增至8M,借此解决比特币主链拥堵问题。

“不可能三角”是否可解?

“不可能三角”问题对于区块链行业的发展有利有弊,但是,总体来说,弊大于利,有没有办法可以破解或者协调“不可能三角”问题呢?

李立中说道:我认为是可以的,首先我们分析对于商业化交易来讲高效率和安全是第一保障,但是去中心化并不一定要求实时。因此我们完全可以采用随机的部分可信节点完成交易共识,结束交易后再把相关信息同步到外部交易信息披露节点。这样就可以大大提升交易的效率,又保障了后面的去中心化。相关技术可以参考下图我在2016年做出的发明专利:

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那么这些随机选出的部分共识节点如何保障其安全性呢?可以参考下图的专利实现方式,我们可以通过相关节点的随机分层避免拜占庭将军问题,有坏节点因为不知道自己所在的层级报出不一致的错误信息,就会对他进行降权甚至剔除出共识体系,这样就有效的解决了安全问题。

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为了进一步提升提升效率在完全可信的环境下也可以采用我最新的创新共识机制CN201810565810.X基于区块链的交易信息确认方法及装置:

本发明实施例涉及一种基于区块链的交易信息确认方法及装置。该方法适用于区块链节点网络,所述区块链节点网络包括多个区块链节点,该方法包括:接收终端发送的第一交易信息;确定信息确认集群,以便所述信息确认集群确认所述第一交易信息是否符合第一预制规则,所述信息确认集群包括所述区块链节点网络中符合第二预制规则的指定奇数个区块链节点,所述指定奇数大于1;当所述第一交易信息合规时,将所述第一交易信息在所述区块链节点网络中进行同步。以此节省了算力,将低了能耗,提高了区块链节点网络处理大量业务数据的能力。通过这种随机指定确认集群节点,通过交易权值可以附加多个确认集群来提高效率保障安全性。

综上所述通过合理的技术架构,把商业应用的高效率和安全性优先权前置,去中心化的共识算法后置就可以完美的解决不可能三角问题。

李丽诗则表明了不同的观点,她认为,作为一个新兴技术,初现时存在问题在所难免。“不可能三角”问题虽然是个“问题”,只要应对得当,也可以成为提升区块链技术的源动力。像上面提到的几种案例,就是根据自己的实际需求,对去中心化、安全性和可扩展性进行协调。

而要破解“不可能三角”问题,我个人认为还是要借助外力来打破循环。过分拘泥于问题本身,往往会导致自己的视野变小,不能俯视全局。从这个循环中抽离出来,没准会得到不一样的灵感,豁然开朗。

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把区块链比作一块蛋糕,并且只能切三块,它们之间肯定是此消彼长的关系。这就是“不可能三角”问题不能同时做到去中心化、安全性和可扩展性最优化的现状。但是,三者之间既是互相竞争、又相互依存,各方在不断尝试和改进的过程中,可以使得整块“蛋糕”变大。也就是通过改进技术来带动区块链整体的跃迁,顺势带领区块链走出困境。

还是拿比特币的可扩展性为例,既然链上拥堵,共识机制和算法又无法轻易改变,那何不建立一个二层网络,做个链下通道对其进行补充? 

当然,破解“不可能三角”问题需要大家从各个层面进行努力,我们希望大家可以用乐观的心态看待这个问题,让它成为将这块“蛋糕”做大的源动力。

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