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斯(sī)坦福大学(xué)终(zhōng)身教(jiāo)授(shòu)张首晟:区(qū)块(kuài)链最核心的(de)理念(niàn),必(bì)然(rán)是「 In Math We Trust 」

2018-6-14 16:04

来源: 大(dà)数(shù)据(jù)文(wén)摘(zhāi)

达到共识必然造成熵(shāng)减


到了区块链的时代,首先大家碰到的一个问题,就是当电脑开始变得越(yuè)来越多(duō)的时候,我们要形成一个网,就是一个分布(bù)式的计算机系(xì)统。比如说我(wǒ)们(men)要(yào)有一个共(gòng)同的数据库(kù),然而(ér)到底谁有权来修改这个数据库?修(xiū)改顺序是什么(me)?

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这些分布式的计算机,能(néng)不能有一个机制(zhì)能够达到共识?大家(jiā)首先想到的是,能不能有(yǒu)一个确定性的(de)算(suàn)法,来(lái)总指挥所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)分布式的计算机,或者是做一些共同认可的(de)事情。

现在的情况就像当年的永动机(jī),当年至少有1000多个(gè)专利研究永动机。后来(lái)你们也知道(dào),还是没有研究出永动机。这个跟分布式(shì)的(de)计算(suàn)机碰到的问题一样,大家(jiā)想找(zhǎo)到(dào)一个确定性的算(suàn)法,能够告诉所有计算机(jī)怎么来进行,后来大家搞(gǎo)了(le)半天,没人做得(dé)出来。

这跟物理学的概念(niàn)非(fēi)常接近,如果在运(yùn)动的(de)分子中间做(zuò)一(yī)个墙,隔成两(liǎng)半,开(kāi)一个小小的洞,当看(kàn)见(jiàn)一个(gè)特别快的分子过来的时候,就把门打开,看见一个特别慢的分子过来,就把门关起(qǐ)来(lái)。久而久(jiǔ)之,这边温度(dù)非常高,那边温度非常低(dī),一旦有了温差之(zhī)后,就可以造(zào)机器,用它来做功。很显然,这(zhè)是不可能的事情(qíng),一个完全稳定的状(zhuàng)态,达到热(rè)平(píng)衡的状(zhuàng)态,不能拿(ná)出来做功。

类似的,不可能(néng)有一些(xiē)中央指挥的(de)机制,能用一个确定(dìng)式的办法能够告诉这些(xiē)计算机怎么(me)来达到共识、不让把熵增得更(gèng)大(dà)。

最终不可能的原因,就是(shì)热力学的第二点:整(zhěng)个系统的熵永远(yuǎn)是增加的。

科学伟大的东西总(zǒng)是不约而同的。热(rè)力学里面(miàn)引进的熵的概(gài)念,计算机(jī)科学里面也引进了熵的(de)概念。

今天来到(dào)区块链的时代,大家(jiā)要找到一个(gè)新的共识机制,这样的话,如果用(yòng)高层次的原理来看的话,我(wǒ)们就可以看得(dé)非(fēi)常清楚:

要达到共识,必然是一个熵减的行为,必然要(yào)排出去(qù)一(yī)部分熵。

今天的比特币(bì)区块(kuài)链系统至少在(zài)定(dìng)性上是完全满足这点的。一旦有了账本,就等(děng)于有了货币,但(dàn)是(shì)这必(bì)然会有代(dài)价,就是周围(wéi)的(de)熵也要增加。所以在比特(tè)币的(de)系(xì)统里面(miàn),我们要算哈希函数,计算过(guò)程当中,熵就产生(shēng)了。产(chǎn)生之(zhī)后,就会达(dá)到子系统的共识(shí),熵减,但是总的(de)系统的熵是(shì)在增(zēng)加(jiā)。

这是一个定性的结果,而不是一个(gè)定量的结果,要达到一(yī)个单位的共识的话,必然需要消耗掉一些熵,但是(shì)比特币是不是熵消耗得太多了?

这是一个(gè)非常非常有趣的问题。有(yǒu)没有一个熵的(de)下限,也就是达到单位(wèi)共识必然最少需要消耗多少熵,然后可以把现(xiàn)在比特(tè)币(bì)所消耗的熵跟(gēn)最(zuì)低的标准进行对比,看看是不是这个系统里面可以(yǐ)进化。

计算(suàn)机科(kē)学(xué)里面有一个类似的结果(guǒ):做一个比特的运算消费的能量是(shì)室温的温(wēn)度转(zhuǎn)化成(chéng)能量单位。但是现在所有的(de)计算机,每(měi)做一个比特(tè)的运(yùn)算所消(xiāo)耗的(de)能量(liàng)是这个(gè)结(jié)果(guǒ)的一百万倍(bèi)。就(jiù)此看来,计算机今后能耗越来(lái)越(yuè)低是非常(cháng)有可能的。

在区块链系统里面,我(wǒ)们面对同(tóng)样一个(gè)问题(tí),大(dà)家不要认为区(qū)块(kuài)链只是发一些(xiē)币,其实里面有非常(cháng)非常(cháng)深刻的(de)学问(wèn)在里面,大(dà)家如(rú)果真是一个聪明的学生,能不(bú)能尝试证(zhèng)明一下里面(miàn)最低(dī)的下限,即达到共识一定要(yào)花费多少能量。

区块链里面(miàn)也(yě)是一样的。大(dà)家在(zài)试图从理论上证明达(dá)到共(gòng)识(shí)一定要(yào)花费多少能量(liàng),有没有(yǒu)一个下限(xiàn)。如(rú)果证(zhèng)明了(le),说不定也能把比特币(bì)的能耗降下来。

现在整个计(jì)算机系统里面,浪(làng)费的最(zuì)多资源,其(qí)实是储存的资源(yuán)。我在家里(lǐ)买了硬盘,10TB大小(xiǎo),但是我的照片(piàn)只(zhī)占用了1TB的空间。至少在很长的时间里面,剩余(yú)的这(zhè)部(bù)分硬盘空间是没用(yòng)的。

现在有一个(gè)办法是在硬盘里面撒种子一(yī)样(yàng)撒很多(duō)的随机数,如果每个(gè)人(rén)都(dōu)买一个硬盘,只要来比较一下(xià),新产生出来一个随机数,跟在(zài)座各位硬(yìng)盘(pán)上所储存出来(lái)的随机数,谁(shuí)最接近谁(shuí)有权(quán)投票。这是一个非常聪明的办法,是真正的(de)绿(lǜ)色的虚拟货币。

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