近年來，區塊鏈技術蓬勃發展，大有變革整個在線數字世界的氣勢和雄心。

從2008 年“區塊鏈之父”中本聰發表論文《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》至今的十余年間，全世界最聰明的學者、開發者投身于這一領域的研究上面，前赴后繼地出現了各種致力于提高區塊鏈系統性能的項目。

區塊鏈通過制定透明規則和計算，能夠讓使用者自證清白、構建信任，并保證任務的執行。不過，處于高速前進中的區塊鏈技術卻長期面臨著一個著名的“不可能三角”技術瓶頸。也正是因為這個問題，區塊鏈技術至今仍然無法在各領域內發揮出它的全部潛能。

這里的區塊鏈“不可能三角”也稱“三元悖論”，指區塊鏈網絡模型無論采用哪種共識機制來決定新區塊的生成方式，都無法同時兼顧性能、安全、去中心化這三項要求，只能滿足其中兩項而犧牲另外一項，最多三者取其二。

去年12月，計算機網絡頂級學術會議NSDI宣布錄用由王嘉平博士及汪浩博士撰寫的區塊鏈研究論文，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1000倍的狀態內存容量，有望打破“不可能三角”這個長期困擾區塊鏈性能的瓶頸。

王嘉平博士原為微軟總部雷德蒙研究院主管研究員，專注分布式系統、計算機圖形學和視覺以及用于機器學習的GPU集群等領域的研究，有數十項研究成果發表于ACM SIGGRAPH/ToG頂級國際期刊，已授權的美國專利十項余項。他師從沈向洋博士(現微軟全球執行副總裁)，在中科院計算所獲得博士學位，其博士論文獲得2009年度全國百篇優秀博士論文獎，是該年唯一一名計算機科學專業的獲獎者。

王嘉平博士現任創新工場執行董事，投資方向為區塊鏈和人工智能，曾主導了對比特大陸的首輪機構投資，成為其首輪三大主要投資方之一。

值得一提的是，論文的兩名作者，王嘉平博士與汪浩博士均畢業于中國科院計算所，中科院計算所也是這篇論文的聯合署名單位之一。未來，創新工場也將與中科院計算所展開更深入的技術和產業合作。

一、中國區塊鏈技術論文首次入選國際頂會

這是在區塊鏈領域，中國人入選國際頂級會議的第一篇文章。

NSDI 全稱Networked Systems Design and Implementation，是USENIX 旗下的旗艦會議之一，也是計算機網絡系統領域久負盛名的頂級會議。

與其他同領域的頂級學術會議相比，NSDI 更加側重于網絡系統的設計與實現，注重系統的性能和伸縮性，大名鼎鼎的大數據系統Spark就曾發表在2012 年的NSDI 大會上面。

一直以來，NSDI以重視文章質量著稱，采用嚴格的雙盲評審，每篇文章都要經過兩輪總計六到八個審稿人審閱，之后還需經過程序委員會的討論篩選。通常，每屆會議錄用20多篇論文，錄取率僅在25%左右。

NSDI 關注的研究課題是計算機網絡和分布式系統，區塊鏈的核心技術就屬于這個領域?？墒鞘聦嵣?，學術界目前在這個領域的主流研究方向還是關注于中心化的數據中心、超算中心里的理論挑戰和實際工程問題，對應的大多是云計算行業和涉及大量計算任務的機器學習領域。

此次，王嘉平博士與汪浩博士共同發表的論文《Monoxide: Scale Out Blockchain with Asynchronized Consensus Zones》闖入NSDI 2019，是國際主流學術界首次認可區塊鏈擴容方案的相關研究，是該會議今年錄取的唯一一篇與區塊鏈相關的論文，也是中國入選區塊鏈領域的第一篇文章，可謂是“中華之光”。

二、打破區塊鏈不可能三角瓶頸，意義堪比深度學習技術突破之于AI

受到“不可能三角”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，那么單鏈區塊鏈就可以看作是整個售票大廳只有一個售票窗口，所有前來買票的人全部要在這個窗口外排隊，于是這個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。

而Monoxide模型的出現則打破了這一瓶頸，在滿足安全、高性能和去中心化的三角特性前提下，盡量不引入額外的實體，不引入額外的機制。

那么，這是如何實現的呢？

首先，用多鏈取代單鏈，換句話說，為售票大廳增設窗口。

事實上，此前也有一些研究嘗試多鏈模型，但是孤立工作，無法協同，無法真正發揮“多鏈”的潛能。

可以理解為，售票大廳增設多個窗口，但是一個目的地僅對應一個窗口。也就是說，前來賣票的人在“不對口”的窗口無法成功買票，而是需要根據目的地去對應的窗口買票。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，賣票效率仍有很大的提升空間。

Monoxide網絡是一個并發的多鏈系統，每一個鏈稱為"共識組"，是其精髓所在。

具體來講，共識組是由多個同質的、功能上完全一致、地位上也完全平等，并邏輯上盡量隔離的獨立共識系統的實例所構成，它們并行工作，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。由于共識組之間完全并行、異步也無需鎖定和同步，所以即便某一個共識組發生擁塞也不會干擾其它共識組的吞吐和出塊。

如此一來，在上面所描述的售票情景中，前來售票大廳買票的每一個人，無論在哪個窗口都可以直接買票，不同窗口的售票員會在后臺協同發揮作用，使單位時間內賣出的車票數目最大化。

反應在性能上面，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。

實驗證明，Monoxide模型可以將一個現有的單鏈共識算法，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，將狀態表達的內存空間提升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。這一研究成果，無疑為區塊鏈技術的發展帶來質的飛躍。

王嘉平透露，2019年8月，Monoxide將上線測試網絡，供開發者做技術評估。

三、落地應用指日可待，將賦能金融支付、醫療衛生、智慧城市等實際場景

一直以來，區塊鏈技術的應用與普及都備受關注。

由于這項技術在效率提升、安全保護等方面存在巨大潛能，越來越多的行業開始認識到區塊鏈的力量并逐步嘗試落地。

而Monoxide異步共識組系統的提出，則讓區塊鏈技術向實際落地應用又邁進了一步。

互聯網發展至今，任何一個實實在在的在線應用，都是需要承載日常大量的訪問和操作以及記錄大量用戶的狀態和信息。這導致，任何一項區塊鏈技術的落地應用，都要求區塊鏈技術本身有能力承載這樣的流量和用戶體量。這就是為什么區塊鏈技術本身的性能對應用的切實落地至關重要。

Monoxide異步共識組系統在絲毫沒有犧牲去中心化特性實現了性能提升，每一個全節點的工作壓力(帶寬、計算、內存、磁盤IO)并沒有伴隨全網橫向擴展提升而顯著加大。如此一來，就能夠保證讓一臺普通中檔價位的電腦輕松地作為網絡的一個全節點，通過普通家用寬帶網絡接入主網，為推進區塊鏈技術的落地進程作出重要貢獻，意義重大。

例如，過去在金融支付領域，受到貨幣兌換、手續辦理等因素的制約，跨國支付往往需要花費較高的時間成本，難以高效完成。而在具有公開、不可篡改屬性的區塊鏈技術的幫助下，交易雙方的信用機制將得到保障，并且大幅提升系統的運轉效率，降低業務成本，能夠有效推動跨境支付在商業領域中的發展。

同理，區塊鏈技術在銀行清算、供應鏈管理、商品防偽溯源等領域也大有可為，甚至有機會帶來顛覆式的改革。

另外，在以海量數據為支撐的人工智能領域，區塊鏈技術的潛能也有極大的施展空間。

數據安全是人工智能行業內的熱門話題和痛點之一，區塊鏈技術憑借自身的去中心化、匿名化等特點，不僅能夠確保領域內數據共享的安全性及私密性，還可以避免數據孤島情況的發生。這種區塊鏈技術與人工智能技術的有機結合，可以為智慧城市、醫療衛生、食品安全等領域提供更多可能性。

責任編輯：王超