【推荐】图灵奖获得者提出可升级的共识方案,能永久性避免分叉

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暴走时评:为了使公有链获得成功,发明伪随机数、零知识证明的麻省理工教授Silvio Micali提供了新的系统升级方案。“Algorand”的能源消耗大大低于比特币工作量证明协议,消除分叉可能。利用“加密抽签”决定区块的提议者及验证者,系统完全随机和自动。并且系统没有用户分类,使参与者获得同等的权限。利用修改的拜占庭共识算法对网络运行达成共识,不需要大量通信。而且这个协议是可以与比特币共存的。

翻译:Annie_Xu

公有链要成功必须有可升级的共识算法,无论是用于货币、智能合约还是别的完全不同的东西。

为了实现这个目标,目前有很多系统开发项目互相角逐。可是最近一位知名学者的设计为这个长期未解的问题带来了新的进展。这个设计叫作“Algorand”,发明者是麻省理工(MIT)教授Silvio Micali。

Micali是密码学家和计算机理论学家,他的著名项目有伪随机数、零知识证明(zcash区块链项目zk-SNARKS的基础)。他还是图灵奖(Turing Award)的获奖者之一(图灵奖类似于计算机领域的“诺贝尔奖”)。

Micali有了不起的资历,他的技术也具有很大潜力。“Algorand”是权益证明的变体,使用加密技术随机选择将区块加入区块链的参与者。

Micali在2013年第一次知道了比特币,被它的协议设计吸引。但是渴望可以在此技术上做改进,尤其是一些还需要深入研究的方面。

“我真的被吸引了。但我也说了,‘老天,如果我必须做同样的事情,肯定会用不同的方式’”。

如果成功,Micali相信他的系统可以轻易地处理几百万个节点,解决目前区块链面临的一大问题。


自选彩票

比特币矿工竞争解决加密问题。赢者可以提议下一个区块,并获得区块奖励。

但是比特币工作量证明导致大量能源消耗。一些人说它还导致了比特币流程的中心化,也就是说只有一小部分大型机构可以获得新的比特币。

为了使比特币分配更加民主化,Algorand采用了Micali所说的“加密抽签”(sortition)来选择挖掘和验证区块的参与者(几百万用户的系统里也许选择几百个)。

尽管大多数权益证明系统依赖于随机性,Algorand的特别之处在于,你可以在个人电脑上进行抽奖,自行进行选择。抽奖以前一个区块的信息为基础,选择是自动的,完全随机。

Micali从古代雅典获得思路,当时的官员就是随机选出,这个方法就被称作“抽签”(sortition)(将每个人的名字放在一个帽子里,在随机抽取几个名字)。

Algorand理论是,采用加密抽签,实现按需升级。其他好处还有安全性和速度。

“系统必须高速,我不想要任何工作量证明,也不想要过多的通讯”。


公平民主的系统

因为Algorand对算法要求细致,任何人可以在手提电脑上运行系统。尽管比特币有各种用户(进行交易的“消费者”和寻找区块的“矿工”),Algorand并没有这种区分。

也就是说,所有用户有同样的网络获取权限。

类似于其他权益证明系统,你获得奖励的几率依赖于个人持有多少代币(此处将Algorand的代币称为algos)。你拥有的algo越多,你获选的几率越大。

一旦你知道自己被选为提议者,就可以开发区块,并在网络中宣传这个区块及其哈希证明(用数字签名就可以简单验证的随机数)。“这是我的区块,这是我赢得抽奖的证据”。

拥有最小哈希证明的提议者可以提出下一个备选区块。

Algorand流程的下一步是验证备选区块;并且在提议两三个区块的情况下,保证链中没有分叉。

因此Micali开始测试一个十数年之久的协议。


对分叉说再见

工作量证明共识的副产品是网络分叉的可能性,一旦两名矿工在近乎相同的时间里解决网络问题就会出现这个可能。

因此通常用户需要等待30分钟才能确定交易已经被接受(三个区块的时间)。

“现在你需要处理分叉,造成了担忧,包括心理的和其他的,因为区块不是最终的,可是人们需要最终性”。

Algorand处理的方式是就区块达成共识,分叉的可能性微乎其微。原理是通过部署拜占庭共识算法的修改版。

20世纪80年代发明了拜占庭协议,是所有节点不可信的分布式系统中达成协议的方式。因此系统可以承担三分之一的参与者对网络的负面影响。

拜占庭协议有两个特性:如果所有参与者拥有同样的初始价值,就可以以这个价值为标准。如果参与者初始价值不同,所有诚实的参与者(符合协议的)将商议一个共同个价值。在区块链上,这些价值是备选区块,参与者是验证者。

然而传统拜占庭协议的问题是,需要参与者进行多轮密切通信,使系统很难升级。

“如果用户有一百万或一千万,甚至成功的系统有一亿用户,我就无法运行拜占庭协议。这个数量太大了”。

为了弥补缺陷,他发明了修改版。


参与者可替换性

Algorand中一小部分参与者以完整网络的名义运行拜占庭协议。使得协议可以高速运行,每一个步骤都可以替换大量参与者,使即使在对抗性环境中的系统也是安全的。

Micali的拜占庭协议就是如此运行:代币持有者可以自荐为第一轮的验证者。验证者向网络发送各自信息及资质。

现在他们公开了自己,一个聪明的对手就可以轻易贿赂他们。但是并没关系,因为一旦信息发出,就不可能撤回。

“就像政府无法撤销维基解密信息,对手更加不可以撤销信息。他们可以逮捕他,监禁他,但是信息已经在网络上了”。

因此即使对手真的贿赂验证者,也太迟了。新的一批验证者已经自荐参与下一轮通信,之后流程继续八轮,直到达成一致协议。

一旦达成协议,在拜占庭协议最后阶段,足够的的参与者签名会验证区块。区块在网络中传播,所有系统用户可以将其加入区块链中。

自此系统唯一的延时来自于区块在网络中的传播,Micali将区块大小设置在1MB。他说,当网络速度变快,就可能在没有任何安全风险的情况下增加区块大小。


新的世界秩序

因此,Micali不认为会替代比特币(他说Algorand的名字描绘的是所有数学奇迹发生,不可能变可能的神秘地方)。他认为不同系统可以共存。

以物易物都还存在,因此没理由认为比特币将来会消失。但是他认为比特币的能量消耗真的没必要。

“然而一些人做这样的类比,挖掘黄金也是浪费能源。挖掘黄金过程浪费颇多的事实并不意味着我们要学习祖先将地球毁灭”。

他还说,Algorand是作为各种区块链系统的共识协议,而不仅是加密货币。

就像它的名字一样,Algorand是理论性协议。

Micali说,目前在确定一些技术问题,希望很快可以进行测试。

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