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区块链:重塑经济与世界
2018年 05月 28日 10:07:12  来源: 沙坪坝新闻中心 编辑: 沙坪坝
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    内容简介

    我们生活在一个奔腾的年代,苹果重塑手机,谷歌战胜李世石,特斯拉重新定义汽车。科技不断重塑着我们的经济、生活和世界。一种全新的金融网络、分布式数据库技术从底层蓬勃而出,将重塑整个金融和经济,可能会让比尔•盖茨的预言“你们传统银行如果不改变,就是21世纪要灭绝的恐龙”应验。 这个技术就是区块链。

    区块链的诞生颇具传奇色彩,而它引发的一系列产物:数字货币、智能合约、分布式治理等更是激发了全球领域的金融和社会变革。由于具有去中介化、开放性、不可篡改、可编程性等特质,区块链受到了美国华尔街的瞩目,44家国际财团、跨国银行组成R3公司进行区块链技术的联合试验;技术创业者的天堂——硅谷也在疯狂追捧:短短数年,仅美国区块链领域的前10家领军创业公司获得的风险投资额就已经超过10亿美元;中国也正在经历这场区块链革命。

    本书由中国*的区块链技术公司OKCoin和中关村互联网金融研究院,联合业界*线成员和金融界专家学者,从源头、技术原理、应用案例、趋势、政策等方面全方位地详细解读这项革命性的金融科技成果,为读者带来这个领域*的洞见。

    作者简介

    徐明星

    区块链创业企业OK Inc创始人及CEO,中国区块链应用研究中心创始理事兼理事长,前豆丁网CTO和雅虎、阿里的开发工程师。徐明星先生以先进的区块链技术为依托,深耕互联网金融领域的科技创新,创造性的改变经济与金融环境。OK Inc公司拥有行业内最*的团队,旗下拥有中国*的区块链资产交易平台OKCoin 、区块链金融连接网络OKLink、区块链自金融平台好有钱三大产品线。是目前国内区块链技术应用领域的先驱。

    刘勇

    国培机构创始人兼董事长、中关村互联网金融研究院执行院长、中国互联网金融三十人论坛秘书长、中国保险业协会互联网分会副秘书长、中关村互联网金融服务中心董事、中国企业联合会管理咨询委员会副主任、中国中小企业国际合作协会常务理事、中国总会计师协会理事、中关村核心区P2P联盟秘书长。2005年发起成立“国培机构”,现为国内小微金融与互联网金融领域最知名的综合服务平台。2014年,发起成立中关村互联网金融研究院。主持多个小微金融与互联网金融专项课题研究,参与多项政府委托行业调研工作。编著《互联网金融》(国内第一本互联网金融图书,中国财政经济出版社出版,获第二届金融图书“金羊奖”)《平台制胜》《小额信贷运作与管理》《中国小微金融与互联网金融竞争力评价报告》等专业图书。

    段新星

    西安交通大学学士,南京大学硕士。金融及技术领域研究者,国际货币基金组织IMF授权《Virtual Currencies and Beyond – InitialConsiderations》译者。比尔及梅琳达盖茨基金会TEDxChange奖学金得主。早年在美国朗讯贝尔实验室工作,资深工程师。现任职于中国*的数字货币与区块链技术公司 OKCoin,负责OK Inc. 的研究机构和品牌部门。

    郭大治

    中央财经大学、佐治亚理工大学联合培养经济学博士,目前担任中关村互联网金融研究院研究总监,主要研究领域包括互联网金融发展趋势、小微金融等内容,曾组织撰写《中国小微金融与互联网金融竞争力评价报告》(2015)(2016),并组织多项政策调研及报告撰写工作,包括中国证券业协会《我国股权众筹发展及监管策略研究》课题、中国经济社会理事会《中国互联网金融人才体系建设研究》课题、北京市金融办《北京市知识产权投融资体系建设研究》课题以及海淀区金融办《海淀区互联网金融综合服务平台建设的构想及路径研究》课题。曾参与两项国家自科基金资助的研究项目:“中国人力资本的测量及人力资本指标体系的构建”项目、“国家自然科学基金加强资助经济学研究”项目,并担任项目协调人,具有多年项目管理经验。

    章节试读

    探寻区块链的源头——“重回拜占庭”

    每一个时代都有自己值得骄傲的技术,无论是晶体管、激光、互联网,还是载人航天飞机。近10年中,金融网络领域最具颠覆性、最闪耀的技术发明莫过于区块链。无论是与数字货币一道横空出世,继续发力衍生出智能合约,还是可预见的未来,不断重塑整个金融世界,都使它的夺目光芒无法掩盖。然而究其源头,我们不得不追溯到“拜占庭将军问题”和“双花问题”。后者比较简单,即如何杜绝非实体货币的再次被使用,或者是双重支付(只要引入盖时间戳的电子签名就能解决)。而前者,“拜占庭将军问题”则看起来费解且扑朔迷离,但我们又不能回避,因为它是整个区块链技术核心思想的真正根源,也直接决定了区块链技术的种种与众不同的颠覆性特质。

    在某种程度上,问题比答案更重要。很难想象:如果没有“拜占庭将军问题”,没有它揭示出在人类散兵游勇的状态下,永恒的“共识”困境,那么对于这种困境的反思和探索便无法成为可能,逃离困境到达光明之地也无法成为可能。所以在我们向伟大的“答案”——区块链致以敬意之时,请不要忘记它的源头,不要忘记拜占庭。

    拜占庭将军的难题

    古老的“拜占庭将军问题”

    让人生,让人死,让人痴迷,让人疯狂。

    这就是传说中繁华与没落,绝望与救赎并存的东罗马帝国首都,拜占庭。

    在2013年获得计算机科学领域最高奖项图灵奖的31年前,1972年,莱斯利•兰伯特(Leslie Lamport)搬到湾区。此时,他仍然是一个寂寂无闻的美国小伙。他充当Compass(马萨诸塞州计算机合伙人公司)西海岸计划前哨基地的先锋,不幸的是,这个分支机构最终未能落实。在长达5年的时间里,他曾是Compass总部派驻加州的唯一员工。最后,他却收到撤回东海岸的指令。于是,他决定加入斯坦福国际研究院(SRI)。在那段岁月里, SRI有一个项目,要在美国航空航天局建立容错型航电计算机系统。考虑到系统的工作性质,故障是不允许发生的。这段经历孕育了两篇旨在解决一种特殊故障的论文,由兰伯特和SRI同事马歇尔•皮斯(Marshall Pies)及罗伯特•肖斯塔克(Robert Shostak)合作完成。用计算学术语说,普通故障可能会导致信息丢失或进程停止,但系统不会遭到破坏,因为这种普通故障属于一出错就会停下来的故障类型,剩下的备份的、正常的部分照样可以运转,发挥作用。就像战场上的士兵,他们一旦受伤或阵亡就停止战斗,但并不妨碍他人继续作战。

    然而一旦发生“拜占庭故障”,就会非常麻烦,因为它们不会停下来,还会继续运转,并且给出错误讯息。就像战争中有人成了叛徒,会继续假传军情,惑乱人心。当时为了解决这个问题,常常使用的技术被称为“三重模块冗余”:也就是说使用三台计算机进行万一出错的备份工作,三台独立的计算机按照少数服从多数的原则“投票”。这样,即使其中一台机器提供了错误结果,其他两台仍然会提供正确答案。但是为了证明这种方法的有效性,必须拿出证据。而在编写证据的过程中,研究人员遇到了一个问题:“错误”计算机可能给其他两台计算机发送互不相同的错误值,而后者却不会知道。这就需要使用第四台计算机来应对这个故障。

    兰伯特说:“如果你使用数字签名,就可以用三台机器达成目的,因为如果‘坏了’的计算机向一台计算机发送了带签名的错误值,并向另一台发送了不同的带签名错误值,另外两台计算机就能够交换消息,以检查究竟发生了什么情况,因为两个不同的值都是签名发送的。”兰伯特还听吉姆•格雷谈论过另一个性质大体相同的问题,人们称之为“中国将军问题”。这引起了兰伯特有关司令将军和叛徒将军的联想,于是他将这个问题及其解决方案命名为“拜占庭将军问题”。

    “我记得,与我的朋友怀特•迪菲(White Duffy)坐在伯克利的一间咖啡馆里,当时他描述了一个构建数字签名的问题。”兰伯特回忆说,“他说:‘如果能办到的话,会非常有用。’我说:‘这听起来并不很困难。’于是在一张餐巾纸上,我为他勾画出了第一种数字签名算法。虽然当时并不很实用,但目前已经变得切实可行。”只可惜那张餐巾纸已经消逝在时间的流沙中。在后来1982年正式出版的拜占庭将军论文的序言中,他这样写道:

    “我一直觉得正是因为通过用一组围坐在圆桌旁的哲学家来表述,Dijkstra(迪克斯塔)的‘哲学家就餐问题’才变得如此让人关注(比如在理论界,它可能比‘读者/作者’问题都引人注目,尽管读者/作者问题可能更具实际意义)。我认为Reaching Agreement in the Presence of Faults(达成共识的缺陷)中所描述的问题十分重要,值得计算机科学家们去关注。‘哲学家就餐问题’使我认识到,把问题以讲故事的形式表达出来更能引起人们的关注。在分布式计算领域有一个被称作‘中国将军问题’的问题。在这个问题中,两个将军必须在进攻还是撤退上达成一致,但是相互只能通过信使传送消息,而且这个信使可能永远都无法到达。我借用了这里的将军的叫法,并把它扩展成一组将军,同时这些将军中有些是叛徒,他们需要达成一致的决定。同时我想给这些将军赋予一个国家,同时不能得罪任何读者。那时候,阿尔巴尼亚还是一个完全封闭的国家,我觉得应该不会有阿尔巴尼亚人看到这篇文章,所以最初的时候这篇论文题目实际是The Albanian Generals Problem(阿尔巴尼亚将军问题)。但是JackGoldberg(杰克•古登博格)后来提醒我,在这个世界上除了阿尔巴尼亚之外还有很多阿尔巴尼亚移民,所以建议我换个名字。于是就想到了这一更合适的叫法——Byzantine generals(拜占庭将军)。”

    写这篇论文的最主要目的是将拜占庭将军这个叫法用在这个问题上。基本的算法文章在1980年的论文中就已经出现了。

    起源:拜占庭位于现在土耳其的伊斯坦布尔,是东罗马帝国的首都。由于当时拜占庭罗马帝国国土辽阔,为了防御敌人每个军队都分隔很远,将军与将军之间只能靠信差传消息。在战争时期,拜占庭军队内所有将军和副官必须达成一致共识,决定是否有赢的机会才去攻打敌人的阵营。但是,军队可能有叛徒和敌军间谍,左右将军们的决定,扰乱军队整体的秩序。在达成共识的过程中,有些信息,往往并不代表大多数人的意见。这时候,在已知有成员谋反的情况下,其余忠诚的将军在不受叛徒的影响下如何达成一致的协议,就是“拜占庭将军问题”。

    两军问题:军队与军队之间分隔很远,传递信息的信差可能在途中阵亡,或因军队距离不能在得到消息后即时回复,发送方也无法确认消息确实丢失的情形,导致不可能达到一致性。在分布式计算上,试图在异步系统和不可靠的通道上达到一致性是不可能的。因此对一致性的研究一般假设信道是可靠的,或非异步系统上运行。

    “拜占庭将军问题”在通信领域的意义

    “拜占庭将军问题”并非如传说中那样,源于公元5世纪的东罗马战场,而是产生于1982年一位美国计算机科学家的头脑当中。因此,我们不会使用任何1982年之前的案例来描述这个问题在古老年代的意义,因为再往前追溯,它并未真正、严肃地被提出并加以审视。

    在原始的战争年代,将军与将军、将军与下属间只能采用原始的方式——“出行靠走,通讯靠吼”的口头传输。这对应兰伯特论文提出算法中的第一部分的口头消息算法,简称OM(m)算法。这种情形,真伪很难辨别,只有当叛徒的总数不超过将军总数的1/3,成为一个特殊的“拜占庭容错系统”时,才能在很大的消息验证代价后,实现最终的一致行动。这个结果非常令人惊讶,如果将军们只能发送口头消息,除非超过2/3的将军是忠诚的,否则该问题无解。尤其是,如果只有三个将军,其中一个是叛变者,那么此时无解。但这样的错误,这样的有意、无意的“叛徒”却可能经常出现。无论是我们把“叛变的将军”替换成以下哪种,该问题都成立。

    一个出故障的,向其他计算机不停发出不同错误信息的服务器;

    一份为获取暴利而做出来的金融票据;

    一份失效的医疗纠纷合同;

    一份含混不清的保单;

    一个可以发出消息,做出行动的错误信息节点。

    而这里,每一个错误节点可以做任意事情:不响应;发送错误信息;对不同节点发送不同决定;不同错误节点联合起来攻击其他节点等。没准会出现比这更严重、更荒谬的错误。

    如果说“叛变的拜占庭将军”是我们社会中各种类型的信息节点的隐喻,那么“拜占庭将军问题”所描述的情景,这样一个进攻/撤退命令极难验证真伪的中世纪战场,则无疑是我们当今越发缺乏中心化的、难以判别信息与产生信任的社会的极度悲观的隐喻。

    用算法解决难题——区块链技术的雏形

    构造出一个完美的、可以解决问题的“拜占庭容错系统”是一个不小的挑战。而且构造出来以后,其是否真的有效,能否经得起时间的考验与各方的质疑,这些都关乎着这个系统未来的命运与其创造群体的声誉。

    2008年冬季,美国MIT(麻省理工学院)的密码学及密码学政策战略的邮件讨论组中,一位澳大利亚的企业家James A Donald(詹姆斯•A唐纳德)就对一位声称构造出了一个点对点的、不需要第三方权威认证的e-cash(电子现金)支付系统提出了质疑。而他的理由就是:对方设计的P2P系统不能够解决“拜占庭将军问题”。

    在邮件中他挑剔地说道: “我们的确真的非常非常需要这个系统,但我所担忧的并不是信任的问题,而是如何获取一个全局共享的图景,借由此点而获取一致性的问题。每个人都知道X,这并不足够。我们需要让每个人都知道‘每个人都知道X’。而每个人都知道‘每个人都知道X ’就是‘拜占庭将军问题’中,分布式的数据处理最难解决的问题。尤其是当X是非常庞大的数据时……”言下之意,他并不清楚或不确信这个去中心化的系统,如何解决拜占庭将军的难题。

    仅仅在一天之后,他就收到了原作者的回复,一封简洁、优雅的邮件解释了在这个系统中,破解“拜占庭将军问题”的算法。

    在数学和计算机科学之中,算法为一个计算的具体步骤,常用于计算、数据处理和自动推理。

    “工作量证明链”( proof-of-work chain)正是我解决“拜占庭将军问题”的方案。我将在那个语境中对它进行重新表述。

    一群拜占庭将军,人手一台电脑想用字符串模式匹配的方法,暴力破解国王的WiFi密码,当然他们已经事先获取了组成密码的字符串的长度。一旦他们开始模拟网络发送数据包,他们必须在一个限定的时间内完成破解工作,并清除服务器和电脑上的记录,否则他们就会被发现,那就麻烦了。只有当绝大多数将军在同一时间发起攻击和破解,这样才能有足够的CPU(中央处理器)和计算能力在短时间内完成破解工作。

    他们并不特别在乎什么时候开始攻击,只要他们全部同意就好。一开始的时候,大家决定这样搞:任何人觉得时机到了都可以宣布一个攻击时刻。而且,不论是什么时候,只要是第一个被听到的攻击时刻,就将被确定为官方的攻击时刻。这样的话问题又来了,因为网络传达有延迟和干扰,如果有两个将军差不多同一时间公布了两个不同的攻击时刻,那么有的人会最先听到其中一个将军发布的攻击时刻,而又有些人则会最先听到另外一个将军发布的攻击时刻。

    他们使用一个“工作量证明链”来解决这个问题。当每个将军接收到任何表达形式的第一个攻击时刻时,他都会设置他的计算机来求解一个极其困难的“工作量证明”问题,对这个问题的解答是一个哈希(Hash)散列,里面也将包含着这次的攻击时刻。由于这个“工作量证明”问题,非常难解,一般而言,就算所有人收到这个问题后同时求解,也至少需要10分钟才能产生解答。一旦一个将军解出了“工作量证明”,他将会把这个算出来的“工作量证明”向整个网络进行传播,每一个接收到的人,将在他们当前正在做的“工作量证明”计算的散列中附加上刚刚被求解出来的那个工作量证明。如果任何人正在计算他收到的其他的一个不同的攻击时刻,他们将会转向新的更新后的“工作量证明”计算当中,因为他现在的“工作量证明链”更长了。

    两个小时后,将有一个攻击时刻被散列在一个有12个“工作量证明”的链中。每个将军只要通过验证(这条工作链的)计算难度,就能估算出平均每小时有多少CPU算力耗费在这上面,也就会知道:这一定是在分配的时间段内,绝大多数将军的计算机共同协作才能生成的结果。如果“工作量证明链”中展示出来的算力足够强大,可以破解国王的WiFi密码,那么他们就可以在一致同意的时间内安全地展开攻击。

    同步、分布式数据库和一个一致的、全局性的视野的问题如何解决?“工作量证明链”就是答案。

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