从宇宙黑暗森林法则到区块链共识机制

作者:神州云联  时间:2019-11-07  分类:区块链Blockchain新闻  
宇宙黑暗森林法则

  在著名的科幻小说《三体》第二部中,作者刘慈欣老师描述了一个宇宙黑暗深林法则:

  “宇宙就是一座黑暗森林,每个文明都是带枪的猎人,像幽灵般潜行于林间,轻轻拨开挡路的树枝,竭力不让脚步发出一点儿声音,连呼吸都必须小心翼翼:他必须小心,因为林中到处都有与他一样潜行的猎人,如果他发现了别的生命,能做的只有一件事:开枪消灭之。在这片森林中,他人就是地狱,就是永恒的威胁,任何暴露自己存在的生命都将很快被消灭,这就是宇宙文明的图景”。

  宇宙黑暗森林法则是小说中最精彩的假设,所有与三体人的博弈都是围绕着这个假设展开。在没有一致认可的权利者出现之前,宇宙处于全面战争的状态,两个宇宙文明之间只能通过毁灭或者被毁灭结束接触。

  小说中主人公为了验证该假设,向宇宙中发射了一个恒星的三维地理位置,三年后,这个恒星被摧毁了......

  小说中关于黑暗森林的假设其实是有理论支撑的。

  社会契约论的开山鼻祖,17世纪的英国人霍布斯在他那本统治者和被统治者都不喜欢的大作《利维坦》中,通过几何证明般的严谨,就已经推导出了一个骇人结论:在没有主权者形成的自然状态下,人与人之间必然缺乏信任,因此没有办法使任何人得到自我安全的保证。在此情况下,唯一能预料的合理的保全自己的方式就是采用武力消灭所有人,一场人与人之间的战争开始后就无法停下来,直到毁灭。只有所有人放弃一部分权益,达成契约,形成一个主权者,才能结束这场人与人之间的全面战争。

  在三体的第三部中,作者也呼应了“主权者”这一关键概念。

  1800万年之后,主人公为了躲避宇宙间无休止的杀戮,从大宇宙中逃到一个一公里见方的小宇宙,过起了没羞没臊的幸福生活。直到有一天,主权者--宇宙大帝出现了,他用150万种语言通知宇宙文明:宇宙的熵在不断增加,马上就要毁灭,要确保生存,所有文明必须放弃小宇宙,回归大宇宙…...

  宇宙文明至此趋于相互信任,结束了混乱与杀戮,共同面对宇宙的毁灭…...

  

  去中心化是个颠覆性的思维

  按照霍布斯的理论,如果要摆脱人人自危,一切人与一切人战争的自然状态,只有一个方法,大家选出一个或者一群人,赋予他们最高的主权,把保护自己的权益交给这个主权者,社会契约就此达成。这份契约的特殊之处在于,主权者不是立约的一方,他是不受约束的。

  一切契约都源于胁迫与恐惧,所谓不平等条约都是平等的。自然人可以选择在战争中死亡,也可以选择在主权者的压迫下苟且的活着,完全在平等的前提下理性的选择。

  

  利维坦本是圣经中的大水怪,

  上帝用它唤醒人类的人性。

  霍布斯《利维坦》的形象是

  由无数自然人组成的主权者,

  身上的疙瘩实际是人。

  人无头不走,鸟无头不飞;火车跑得快,全凭车头带。中心化似乎是我们唯一而且正确的思维模式。

  中心化的社会是我们最直观最可以理解的社会形态。老子鸡犬相闻,老死不相往来的田园牧歌般的社会本就不存在,以至于在近代各种社会学家通过研究蜜蜂、蚂蚁提出的互助型无政府社会也没出现,中心化的社会成为所有人生活的共识。

  在信息系统中,所有模式也都围绕着中心化展开,从应用系统、云计算到各种管理软件,中心化带来了最低廉的信任成本以及更大的建设规模。打破信息孤岛,将数据、设备的融合成为信息化的主要工作,我们不断建造巨大的中心化的信息系统来提高应用各种功能、应用以及体验。

  就在几年前,还没人认为一个去中心化的系统可以构建出来,所有人认为那是绝对不可能的正常运作的系统,信任、共识、一致性、正确性等问题一直处于无解的状态,直到利用区块链技术的比特币的出现,让所有人看到希望。

  去中心化的区块链技术解决了不可信的网络中节点之间的信任关系,通过共识机制协同工作,在没有代表主权者的中心化存在的前提下,依旧可以建立一个相互信任的网络,这一点完全相悖于我们的常规思维,可以说是一个颠覆性思维。

  区块链的共识机制

  区块链简单理解是一个去中心化的分布式账本系统,他能够正常运行的关键理念是共识机制。

  分布式节点达成一致性与正确性的共识,是区块链可以正常运作的基础。其目标是让互不信任的节点可信并达成共识,实现系统的一致性与正确性。

  要搞清楚共识机制,得先从拜占庭将军的例子说起…...

  拜占庭将军问题是计算机容错专家提出的分布式系统各节点面临的一致性与正确性的问题,最先叫中国将军,后来觉得不大合适,就把故事发生的背景改成中世纪的东罗马帝国,也叫拜占庭帝国。

  达成共识的目标有两个,一致性与正确性,这里我们仅仅简单讨论去中心化的分布式系统如何达成一致性。

  

  莱斯利·兰伯特(Leslie Lamport)

  拜占庭将军问题提出者

  容错计算专家,图灵奖获得者

  故事是这样开始的…

  一共十个将军准备一起攻打一个城堡,打下来大家就可以获得城里所有的财富。被攻打的城堡也不是吃素的,经济基础好,武力值也非常强劲。

  这十个将军并不在意什么时候攻击,是初一还是十五并没有关系,他们关心的是所有将军一起发起攻击这场战争才有可能取胜,但这十个将军互不信任,也没有任何从属的关系,所以没法坐在一起开会,需要通过信使传递信息。这里也不讨论信使开小差、被截杀的情况,信道不安全的前提下建立可信体系本身就是个悖论。

  问题在于如果每个将军向其他九个将军派出一名信使,那么就是十个将军每个派出了九名信使,也就是在任何一个时间有总计90次的传输,并且每个将军分别收到九个信息,可能每一封都写着不同的进攻时间。这个系统迅速变质成为攻击时间相互矛盾的纠结体。

  混乱状态在仅仅十个人的情况下就已经不可收拾,如果有成百上千万节点共同参与,其复杂度更是无法想象。

  如果能够依赖中心化可信的机构,也许能通过多方的签名记录整合在一起,更容易地实现10个将军的意见统一,但这是个伪假设,因为前提是这个网络就是互不信任的。

  这就是一个由互不信任的将军所构成的去中心化的分布式网络,要获得最大的利益,又必须一起努力才能完成,如何达成一致的共识,变成了一个难题。

  比特币之父中本聪解决了上述问题。解决方法看似简单,实际却是颠覆性的。

  如果10个将军中的几个同时发起消息,势必会造成系统的混乱,造成各说各的攻击时间方案,行动难以一致。

  谁都可以发起进攻的信息,但由谁来发出呢?中本聪巧妙地在个系统加入了发送信息的成本,即:一段时间内只有一个节点可以传播信息。

  这种加入工作量的共识机制叫工作量证明。当然还有其他方法确保共识的机制。

  中本聪要求在每个将军发送消息前,需要派一个神箭手100码外连续射中金币十次,是连续哦,累计不算数,这绝对是个随机小概率事件,你不知道哪位将军在什么时候可以完成这个工作,但通过累计时间可以得出这十位将军的武力值,如果武力值太差,就别打了,各回各家,各见各妈。

  如果有幸某位将军完成了这一工作量,就可以发送类似“三个石人一只眼,正月十五去抢钱,去不去?”的攻击消息给其他九位将军,如果九位将军在射金币的过程中接到了攻击时间,需要将计数清零,哪怕已经连续9次射中金币,也要重新开始计数。将军们继续完成这个工作量,直到最后这个账本记录了所有将军的认可意见,并每个人都有一个一模一样的十个将军都签字的账本。

  这里只讨论了达成一致性的方案,假设将军中没有叛徒。

  上面可以简单描述成:

  1、引入一个困难的的工作量计算,限制了系统中每个时刻中被提出的进攻时刻数目。

  2、将所有求解出的“工作量证明”都逐一加入,形成一个越来越长的链条,一个记录着所有参与着攻击时刻的总体名录”。

  3、基于这条长链得出安全的进攻时刻的答案。

  由此,一个不可信的分布式网络变成了一个可信的网络,所有的参与者可以在某件事在达成一致。

  这一刻,世界被改变了。

  

  传说中的比特币之父中本聪

  在计算机网络中的工作量证明是用哈希函数算出前n位为零的散列值,这种散列值只能随机生成。特定散列值如下:

  000000000000084b6550604bf21ad8a955b945a0f78c3408c5002af3cdcc14f5

  在比特币的世界,这种通过哈希函数找特定散列值的工作叫“挖矿”。“挖矿”成功就会有奖励-----比特币。

  哈希函数是什么就不解释了。

  去中心化带来的颠覆性变革

  区块链根据应用场景的不同分为公有链、私有链以及联盟连,最后再讨论一下三种技术带来的颠覆性应用。

私有链:可信安全终端

  可信计算是信息安全的基础支撑体系,在工业界应用十分广泛,在一些场景可以简化成程序白名单来确保系统的完整性,我们称之为软可信。

  白名单记录了系统关键应用、文件与数据的哈希值,通过动态校验技术确保系统在运行中这些关键文件不被非法篡改,以确保终端系统的安全。

  系统生成的白名单,包括应用执行文件、系统执行文件以及系统关键文件的哈希值是白名单运行的基础数据,一般在中心端或者终端保存,中心端保存增加了系统的价值密度,终端保存减低了黑客攻击的成本,不管采用什么方法,必然会遭到黑客攻击,黑客可以篡改白名单的哈希值得到一次成功的攻击,使得非法程序在用户终端上肆意运行。

  几年前,国际著名的主动防御白名单厂商在中心端服务器中的白名单被篡改,造成木马在用户主机上畅行无阻,安全防护体系变成了黑客攻击的掩体与盾牌,中心化的系统安全理念再次遭到挑战。

  安全界亟待颠覆性技术来改变目前的一切。

  通过区块链技术,可以将所有设备的哈希值构筑一条统一链条,并在每个终端都会有个副本,所有设备共同存储共同维护这个链条。从理论上来讲,这个白名单足可以抵御30%以上的终端设备被黑客篡改的攻击,系统具备前所未有的安全防护能力。

公有链:世界通用货币

  从金本位到布莱顿森林体系,美国世界老大的国际地位使得美元成为世界的通用货币。以后世界去中心化了,我们不需要这个老大了,虚拟货币也许就可以成为世界公认的通用货币,各个国家、企业都通过区块链技术支撑的比特币、刘特比或者张特比来结算。反正货币本就是个虚拟概念,没有政》治的支持但拥有海量自然人的参与营造出无与伦比的可信度,也许能成为数字虚拟货币最大的竞争力和生存力,根本原因这个世界平等的。

联盟链:宇宙通行身份

  我们在网络世界这个维度是通过各个应用系统验证身份的,QQ、微信、支付宝、邮箱等等。这些应用存储着我们的个人信息,不仅跨应用的登录非常不便,重要的是个人隐私也得不到任何保障,客户隐私在应用系统中丢失和泄露的案例层出不穷,已经让用户变得麻木。

  构建一个统一的中心化的认证中心不是不可能,但安全性以及维护成本无法得到保证。区块链技术为构建这一身份体系带来了希望。

  通过区块链技术,可以为每个地球人构建全宇宙通行的身份体系,每个链条都可以在各个应用中(联盟)备份与维护,既保证了信息的安全、隐私的保密,同时方便了登录与验证。

  结束语

  党的十九大报告中在构建创新型社会一章中,提到“突破关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新…”.颠覆性技术的提出,为国家创新指明了方向。

  相较于渐进性技术,颠覆性技术是一种另辟蹊径、对已有的传统或者主流技术产生整体或者根本替代效果的技术。颠覆性可能是全新也可能是现有技术跨学科、跨领域的应用。

  区块链技术构建于去中心化的理念之上,解决了不信任网络节点可信问题,与传统的中心化建设思路有着完全不一样的方式与应用效果。区块链技术给网络世界带来全新的颠覆性变革,即有利于企业技术突破,也可以帮助企业弯道超车。

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