異步共識 讓區塊鏈“不可能三角”變成可能

　　創新工場近日召開媒體發佈會稱，創新工場人工智能工程院副院長兼執行董事王嘉平博士與汪浩博士合作撰寫的區塊鏈研究論文已被計算機網絡頂級學術會議NSDI（Networked Systems Design and Implementation）宣佈錄用。

　　該論文提出名為異步共識組（Monoxide）的區塊鏈擴容方案，可以在由4.8萬個全球節點組成的測試環境中，實現比比特幣網絡高出1000倍的每秒事務處理量，以及2000倍的狀態記憶體容量。

　　王嘉平透露，今年8月Monoxide模型將上線測試網絡，供開發者做技術評估。

　　早期區塊鏈技術受制于“三元悖論”

　　區塊鏈以去中心化、開放透明、規則不可篡改等特點見長。自區塊鏈概念被提出以來，市場上陸續出現多種致力於提高區塊鏈系統性能的項目。

　　不過，據介紹，處於快速發展中的區塊鏈技術長期面臨一個“三元悖論”也被稱為“不可能三角”。也就是説，區塊鏈網絡模型無論採用哪種共識機制來決定新區塊的生成方式，都難以同時兼顧性能、安全、去中心化這3項要求，只能滿足其中兩項而犧牲另外一項，最多三者取其二。

　　受到“三元悖論”的制約，早期的區塊鏈網絡通常是單鏈形式，為了兼顧安全性與去中心化，不得不作出性能方面的犧牲。

　　如果把區塊鏈網絡處理任務的進程，類比成人們去售票大廳購買車票的過程，那麼單鏈區塊鏈可以看作整個售票大廳只有一個售票窗口，所有前來買票的人都要在這個窗口外排隊。這種情況下，售票大廳的賣票速度可想而知，在單位時間內賣出的車票數目自然也不甚理想。

　　新的模型可讓鏈與鏈之間協同起來

　　Monoxide模型嘗試在滿足安全、高性能和去中心化的三角特性前提下，儘量不引入額外的實體，不引入額外的機制。它的做法首先是用多鏈取代單鏈，換句話説，為售票大廳增設窗口。

　　其實，此前也有一些區塊鏈項目採取多鏈模式。“目前的多鏈模式大多是一條鏈上承載一個業務，鏈和鏈之間不打交道。”王嘉平接受科技日報記者採訪時説。

　　這些多鏈可以理解為售票大廳雖增設多個窗口，但一個目的地僅對應一個窗口。前來買票的人需要根據目的地去對應窗口買票，在“不對口”的窗口無法成功買票。這意味著，同一時間內，有些窗口前會排起長隊，而有些窗口前可能空無一人，整個售票大廳在單位時間內賣出的車票數目仍然有限，賣票效率仍有很大提升空間。

　　與上述模式不同的是，Monoxide網絡是一個併發的多鏈系統，每一個鏈稱為“共識組”——這是其精髓所在。

　　“我們的做法能夠讓好多鏈聚合起來，支撐一個單一的業務。這意味著每一條鏈之間有關係，而且它們之間的關係甚至會變得非常頻繁。”王嘉平説。

　　具體來講，共識組是由多個同質的、功能完全一致、地位完全平等，而且邏輯上儘量隔離的獨立共識系統的實例所構成。它們並行工作，分攤全網的吞吐、計算、存儲的壓力，分攤全網狀態的維護工作。由於共識組之間完全並行、異步也無需鎖定和同步，所以即便某個共識組發生堵塞也不會干擾其他共識組的工作。

　　未來單鏈模式和多鏈模式會同時存在

　　繼續以售票場景做類比，在應用Monoxide模式後，前來售票大廳買票的每一個人，無論在哪個窗口都可直接買票，不同窗口的售票員會在後臺協同發揮作用，使單位時間內賣出的車票數目最大化。

　　反應在性能上，區塊鏈的吞吐量和容量將有大幅提升，即單位時間每個窗口賣出的票數與單位時間售票大廳容納的人數明顯增加。

　　據介紹，實驗顯示Monoxide模型可將一個現有的單鏈共識演算法，橫向擴展1000倍以上，從而使吞吐量提升1000倍以上，同時也將全網計算能力（CPU）提升2000倍以上，將狀態表達的記憶體空間提升2000倍以上。理論上，橫向擴展的倍數上限甚至能夠達到10萬量級。

　　在區塊鏈技術的迭代發展中，多鏈模式一定會取代單鏈模式嗎？

　　“不完全是。”王嘉平認為，未來單鏈模式和多鏈模式會同時存在，二者將根據不同的業務需求，捕獲市場中不同的應用場景或目標。（劉園園）