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斯坦(tǎn)福大学终身教授张首晟:区块链(liàn)最核心的理念,必然是「 In Math We Trust 」

2018-6-14 16:04

来源: 大数据文摘

达到共(gòng)识(shí)必然造成熵减


到(dào)了区(qū)块(kuài)链(liàn)的(de)时代,首先大家碰到的一个问题(tí),就是当电脑(nǎo)开始变得越(yuè)来越多的时候,我们要形成一个网(wǎng),就是一(yī)个分布式的(de)计算机系统。比如说我们要有一个共同的(de)数据库,然而到底(dǐ)谁有权来修改这个(gè)数据库?修改顺序(xù)是什么?

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这些分布式的计算机,能不能有一(yī)个机制能(néng)够达到共识?大家首先想(xiǎng)到的是,能不(bú)能(néng)有一个确定性的算法,来总(zǒng)指挥所有这些分(fèn)布式的计算机,或者是做一些共(gòng)同(tóng)认可的事情。

现在(zài)的情况就像当(dāng)年的永动机(jī),当年至少有(yǒu)1000多个专(zhuān)利研究永动机。后来你们也知(zhī)道,还是没有(yǒu)研究出(chū)永动(dòng)机。这个跟分布(bù)式的计算机(jī)碰到的问题一样,大家想找到一个确定性的算法,能够告诉所有计(jì)算机(jī)怎么来进(jìn)行(háng),后来大家(jiā)搞了半天(tiān),没人做得出来。

这跟物理学的概念(niàn)非常接近,如果在(zài)运动的分(fèn)子中间做(zuò)一个墙,隔成两(liǎng)半,开一(yī)个小小的洞(dòng),当看见一(yī)个特别快的分子过来的时候,就把门打开,看见(jiàn)一(yī)个特别慢的分子过来,就把门关起来。久(jiǔ)而久(jiǔ)之(zhī),这边温度非常高,那边温度非(fēi)常低,一旦有了温(wēn)差之后,就可以造机(jī)器,用它来做功。很(hěn)显然,这是(shì)不可能(néng)的事(shì)情,一(yī)个完全稳定(dìng)的状态(tài),达到热平衡的(de)状态,不能拿出来做(zuò)功。

类(lèi)似的,不可能有一些(xiē)中(zhōng)央指挥的(de)机制,能用一个确(què)定(dìng)式的办法能够告(gào)诉这(zhè)些计算(suàn)机怎(zěn)么来达到共识、不(bú)让(ràng)把熵增得更大。

最终(zhōng)不可能的原因,就(jiù)是热力学的第二点:整个系(xì)统(tǒng)的熵永远是增加的。

科学伟大的东(dōng)西总是不约而同的。热力学(xué)里面引(yǐn)进的熵(shāng)的概念,计算机科学里面也引进(jìn)了(le)熵(shāng)的概念。

今天(tiān)来到区(qū)块链(liàn)的时代,大家要找到一个新(xīn)的共识机制,这样的(de)话,如果用(yòng)高层次的原(yuán)理(lǐ)来看的话(huà),我们(men)就可以看得非(fēi)常清(qīng)楚:

要达到共识,必然是一个(gè)熵减(jiǎn)的行(háng)为(wéi),必然(rán)要排出去一(yī)部分熵(shāng)。

今天(tiān)的比(bǐ)特(tè)币区块链(liàn)系统至少在定(dìng)性上是完全满足这点的。一旦(dàn)有了账本,就(jiù)等于(yú)有了货币(bì),但是(shì)这必然会(huì)有代(dài)价(jià),就是周围的熵也要(yào)增加。所以在(zài)比特币的系统里面,我们(men)要算哈希函数,计算(suàn)过(guò)程当(dāng)中,熵就产生了。产生之后,就会达到子系统的共识,熵减(jiǎn),但是总的系统的熵是在增(zēng)加。

这是一个定性(xìng)的(de)结果(guǒ),而不是一个(gè)定量(liàng)的结果,要达到一个单位的共识的话,必然需要消耗掉一些熵,但是比特币是不是(shì)熵消(xiāo)耗得(dé)太多了?

这是一(yī)个(gè)非常非常有趣的问题。有没有一个熵的下限,也就是达到单(dān)位共识必然最少需要消(xiāo)耗多少熵,然后可以把现在(zài)比特币所消耗的熵跟最(zuì)低(dī)的标准(zhǔn)进行对比(bǐ),看(kàn)看是(shì)不是这个系统(tǒng)里(lǐ)面可以进化(huà)。

计算(suàn)机科学里(lǐ)面(miàn)有一个类似的结果:做一个比特的运算(suàn)消费的能量(liàng)是室温的温(wēn)度转(zhuǎn)化成能量单位。但是现在所有的(de)计(jì)算机,每做一个比(bǐ)特的运算所消耗的能(néng)量(liàng)是这个(gè)结果(guǒ)的一百万(wàn)倍。就此看来,计算机今后能耗越来越低(dī)是非(fēi)常有可能的。

在区块链系统里面,我们(men)面对同(tóng)样一个问题,大家不要认为区(qū)块链只是发一些币(bì),其实里面有非常非常深刻(kè)的学问在里面,大家(jiā)如(rú)果真是一个聪明的学生,能(néng)不能尝试(shì)证明一下里(lǐ)面最低的下限(xiàn),即达到(dào)共识一定(dìng)要花(huā)费多少能量。

区块链里(lǐ)面也是一样的。大家在试(shì)图从理论上证明达到共识一定要(yào)花(huā)费(fèi)多少能量(liàng),有没(méi)有(yǒu)一(yī)个下限。如果证明了,说不定也能把比特币(bì)的能(néng)耗降下来。

现(xiàn)在整个计算机系统里(lǐ)面,浪费的最多(duō)资源,其实是储存的资源。我在家里买(mǎi)了硬(yìng)盘,10TB大小(xiǎo),但是我(wǒ)的照片只占用了(le)1TB的空间。至少在很长的时间里面,剩余的这部(bù)分硬盘空间是没用的。

现在有一个办法是(shì)在硬盘里面撒种子一样撒很多的随机数,如果每个人都买一个硬(yìng)盘(pán),只要(yào)来比较一下,新产(chǎn)生出来(lái)一个随机数,跟在座各位硬盘上所(suǒ)储存出来的随机数,谁最接(jiē)近谁有(yǒu)权投票。这是一个(gè)非常(cháng)聪明的办法(fǎ),是真正的绿(lǜ)色的虚(xū)拟货币。

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