异步共识 让区块链“不可能三角”变成可能

　　创新工场近日召开媒体发布会称，创新工场人工智能工程院副院长兼执行董事王嘉平博士与汪浩博士合作撰写的区块链研究论文已被计算机网络顶级学术会议NSDI（Networked Systems Design and Implementation）宣布录用。

　　该论文提出名为异步共识组（Monoxide）的区块链扩容方案，可以在由4.8万个全球节点组成的测试环境中，实现比比特币网络高出1000倍的每秒事务处理量，以及2000倍的状态内存容量。

　　王嘉平透露，今年8月Monoxide模型将上线测试网络，供开发者做技术评估。

　　早期区块链技术受制于“三元悖论”

　　区块链以去中心化、开放透明、规则不可篡改等特点见长。自区块链概念被提出以来，市场上陆续出现多种致力于提高区块链系统性能的项目。

　　不过，据介绍，处于快速发展中的区块链技术长期面临一个“三元悖论”也被称为“不可能三角”。也就是说，区块链网络模型无论采用哪种共识机制来决定新区块的生成方式，都难以同时兼顾性能、安全、去中心化这3项要求，只能满足其中两项而牺牲另外一项，最多三者取其二。

　　受到“三元悖论”的制约，早期的区块链网络通常是单链形式，为了兼顾安全性与去中心化，不得不作出性能方面的牺牲。

　　如果把区块链网络处理任务的进程，类比成人们去售票大厅购买车票的过程，那么单链区块链可以看作整个售票大厅只有一个售票窗口，所有前来买票的人都要在这个窗口外排队。这种情况下，售票大厅的卖票速度可想而知，在单位时间内卖出的车票数目自然也不甚理想。

　　新的模型可让链与链之间协同起来

　　Monoxide模型尝试在满足安全、高性能和去中心化的三角特性前提下，尽量不引入额外的实体，不引入额外的机制。它的做法首先是用多链取代单链，换句话说，为售票大厅增设窗口。

　　其实，此前也有一些区块链项目采取多链模式。“目前的多链模式大多是一条链上承载一个业务，链和链之间不打交道。”王嘉平接受科技日报记者采访时说。

　　这些多链可以理解为售票大厅虽增设多个窗口，但一个目的地仅对应一个窗口。前来买票的人需要根据目的地去对应窗口买票，在“不对口”的窗口无法成功买票。这意味着，同一时间内，有些窗口前会排起长队，而有些窗口前可能空无一人，整个售票大厅在单位时间内卖出的车票数目仍然有限，卖票效率仍有很大提升空间。

　　与上述模式不同的是，Monoxide网络是一个并发的多链系统，每一个链称为“共识组”——这是其精髓所在。

　　“我们的做法能够让好多链聚合起来，支撑一个单一的业务。这意味着每一条链之间有关系，而且它们之间的关系甚至会变得非常频繁。”王嘉平说。

　　具体来讲，共识组是由多个同质的、功能完全一致、地位完全平等，而且逻辑上尽量隔离的独立共识系统的实例所构成。它们并行工作，分摊全网的吞吐、计算、存储的压力，分摊全网状态的维护工作。由于共识组之间完全并行、异步也无需锁定和同步，所以即便某个共识组发生堵塞也不会干扰其他共识组的工作。

　　未来单链模式和多链模式会同时存在

　　继续以售票场景做类比，在应用Monoxide模式后，前来售票大厅买票的每一个人，无论在哪个窗口都可直接买票，不同窗口的售票员会在后台协同发挥作用，使单位时间内卖出的车票数目最大化。

　　反应在性能上，区块链的吞吐量和容量将有大幅提升，即单位时间每个窗口卖出的票数与单位时间售票大厅容纳的人数明显增加。

　　据介绍，实验显示Monoxide模型可将一个现有的单链共识算法，横向扩展1000倍以上，从而使吞吐量提升1000倍以上，同时也将全网计算能力（CPU）提升2000倍以上，将状态表达的内存空间提升2000倍以上。理论上，横向扩展的倍数上限甚至能够达到10万量级。

　　在区块链技术的迭代发展中，多链模式一定会取代单链模式吗？

　　“不完全是。”王嘉平认为，未来单链模式和多链模式会同时存在，二者将根据不同的业务需求，捕获市场中不同的应用场景或目标。（刘园园）