从计算机科学角度看区块链.docx

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从计算机科学角度看区块链

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比特币（Bitcoin）像是在大洋中默默积累的气流，一举登陆后给各界带来了巨大的冲击。比特币在过去几年里火箭式增值，引发无限想象力，无穷的区块链项目，也引无数英雄竟折腰。

参与区块链运动的人群大致分三类，当然中间也有交集。一类是所谓“币圈”的，包括炒币的，做交易所的，做钱包的，以及韭菜和割韭菜的等等；一类是找落地应用项目的，从跨境支付的到搠源有机猪肉的，五花八门，真真假假，虚虚实实；还有就是所谓“链圈”的，目的是研究区块链基本技术的发展，这其中包含实实在在懂点门道的，也有一大帮满口名词班门弄斧的程咬金。本文着重讨论区块链技术，通过从计算机科学角度分析区块链的来龙去脉，纠正一些广为流传的误区，也指出目前很多日新月异的新一代链项目，其实多是在迷途上狂奔的野马，其最终结果无非是跑肥了野马，跑爽了骑马人，跑没了粮草，也跑坏了大家对区块链技术的信心。

比特币为什么surprising，到底解决了计算机科学上的共识问题吗？

很多人把区块链称为自互联网以来最革命性的技术，其中常提到的一点就是“去中心化”。区块链其实可以去中心也可以不去中心，两者之间没有必然联系。比特币是去中心的设计。乍看之下，它解决了分布式系统中的所谓“共识”问题，就是说在分布式系统中多个节点在某件事情上保持看法一致。分布式系统可以简单的想象为多台通过互联网连接着的电脑。互联网的连接不一定可靠（譬如可能掉线），信息传播需要时间，而且传播时间不固定甚至没有上限。加上多台电脑各自的钟表时间也是不能保证同步的（原因同上），有的电脑可能还故意造假，因此分布式共识问题在通常情况下是无解的。这是学术研究的结论，是搞分布式系统的专家们的共识。

比特币并没有解决传统意义上的共识问题，而是把问题转化了，一方面通过区块链的序号作为虚拟时间，一方面通过“挖矿”的经济动力来促使比特币链的不断延伸。这就是为什么比特币在理论上永远可逆，永远可以分叉的原因，因为它达到的共识不是绝对的。用经济因素来（在实践上，不是从理论上）解决分布式系统共识算法是中本聪的天才之举。

比特币系统为什么慢？10分钟结算其实是feature，不是bug！

自从比特币热络起来，不少人抱怨系统的结算速度（TPS）太慢。不少人花精力试图给比特币提速，也有不少人提出新的区块链系统，试图解决速度问题。抱怨比特币速度慢的，都是没看出门道的。当然懂计算机科学的也未必都懂得为什么比特币结算系统慢。殊不知那是设计的feature，不是bug。

其实挖矿难度决定了结算速度，而这个难度是可调的，所以结算速度也是可长可短的。假想如果结算时间缩称一秒，也就是说挖矿难度降为一秒钟，那会出现什么情况呢？就是常常千万个矿工同时挖到矿。那时候怎么决定哪位幸运矿工分到奖励呢？选出一个幸运矿工又是个共识问题，循环了！再设想若是结算时间变成一小时会怎样？因为挖矿难度的提升，极少可能多个矿工同时挖到矿，产生冲突或临时分链（temporaryfork）的可能性很低。所以，结算时间没必要太慢，但绝不能太快。这样就看清楚了那些要给比特币链加速的想法是多么的外行。中本聪在有关比特币的文档中并没有详细阐述其系统设计的渊源，不知是歪打正着，还是有的放矢。

再延伸一下，只要是通过纯挖矿来做共识的公开链，结算速度都不可能太快。以太坊不也计划要从PoW下车了吗？现在再出个以太坊类的东西来忽悠人，估计就不容易了。我这里说清楚了，可能以后不再有喊着给比特币提速来做ICO的了。

还想钻研这个题目的同学们，可以比照大家都用的局部网以太网（Ethernet）的经验。在局部网上，如果多个节点同时“说话”（传输数据），就会造成冲突。冲突发生后，各节点知道数据没有传出去，再重新试一下。可是如果大家都紧接着重新试传，还会冲突，造成网络堵塞。如果大家都等待某个固定时间再试，一样会冲突。所以，以太网设计是各节点等待一个随机时间再试传，这样就大大降低了冲突率，实现了高速的数据传送。这个等待随机时间的办法适用于比特币吗？明显不行，因为会有不自觉的矿工基于经济利益争着再试，大家都争，又回到原点，没解决问题。

以太坊能成为支撑千万个应用的基础链吗？

比特币是单一目的的区块链，设计紧凑却考虑周全，可以说接近完美。其中少许留了一点空地，原意是留点做评论或者留言的，中本聪本人就在第一块中留下一句话来说明比特币链启动的时间。头脑灵活的人就把这块地拿来做颜色币（coloredcoin）等等。但毕竟活动空间不大，做不了太多的事情。

以太坊（Ethereum）应运而生，号称是可以写万能的智能合约的区块链平台。一时间巨额资金涌进，无数人开始在以太坊的基