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【新萄京娱乐手机版】月发布测试网的,中国学者首次在NSDI发表区块链论文

文章作者:生命科学 上传时间:2019-10-26
中国学者首次在NSDI发表区块链论文
打破区块链“不可能三角”瓶颈

创新工场执行董事王嘉平向链闻透露,由他提出并在计算机网络和分布式系统顶级学术会议 NSDI 2019 上发表的区块链扩容方案 Monoxide 已经进入实施阶段,计划在 8 月份发布测试网,届时可供开发者进行技术评估。

如果火车站的售票大厅只有一个售票窗口,所有前来买票的人全部要在这个窗口外排队,那么这个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量将非常有限。

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此前的区块链网络处理任务的进程,就面临这样的尴尬。受到“不可能三角”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,使得区块链技术在处理任务时,“只有一个窗口卖票”,性能亟待提升。

一文尽览 8 月发布测试网的 Monoxide 实现逻辑及应用场景

近日,中科院计算所博士、创新工场人工智能研究院副院长王嘉平等人提出的高性能区块链系统Monoxide模型,打破了这一瓶颈,在尽量不引入额外的实体和机制的前提下,可同时满足安全、高性能和去中心化的三角特性,使区块链横向扩展1000倍以上,从而使数据吞吐量提升1000倍以上。相关论文发表在不久前的2019年NSDI(网络系统设计与实现)国际会议上。

王嘉平博士,创新工场执行董事,Monoxide 论文作者

“不可能三角”

链闻早些时候曾报道,Monoxide 是由王嘉平博士和汪浩博士撰提出的一种异步共识组区块链扩容方案,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,二人撰写的论文入选了 NSDI 2019,成为区块链领域中国人入选国际顶级会议的第一篇论文。

区块链由“数据块”和“链条”组成,是一种分布式记账底层技术。一般认为,区块链具有去中心化、高安全性等核心优点,可以完美解决共享经济发展过程中的信息不对称、交易成本高、陌生人信任等难题。

王嘉平与汪浩均毕业于中国科院计算所,中科院计算所也是该篇论文的联合署名单位之一。创新工场表示,未来将与中科院计算所展开更深入的技术和产业合作。

因此,区块链被认为是最具潜力的颠覆性技术之一。根据目前的研究,区块链技术可以应用在数字货币发行与交易、跨境支付与转账、智能合约、供应链溯源等领域。

中国区块链技术论文首次入选国际顶会

不过,处于高速发展中的区块链技术却长期面临着一个著名的“不可能三角”技术瓶颈。区块链“不可能三角”也称“三元悖论”,指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,都无法同时兼顾性能、安全、去中心化这三项要求,只能满足其中两项而牺牲另外一项,最多三者取其二。

王嘉平与汪浩提出 Monoxide 方案的论文被 NSDI 2019 收录,是在区块链领域,中国人入选国际顶级会议的第一篇文章。

王嘉平告诉《中国科学报》,受到“不可能三角”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。

NSDI 全称 Networked Systems Design and Implementation,是 USENIX 旗下的旗舰会议之一,也是计算机网络系统领域的顶级学术会议。

也正是因为这个瓶颈,区块链技术至今仍然无法在各领域内发挥出它的全部潜能。

与其他同领域的顶级学术会议相比,NSDI 更加侧重于网络系统的设计与实现,注重系统的性能和伸缩性,大名鼎鼎的大数据系统 Spark 就曾发表在 2012 年的 NSDI 大会上面。

“多个窗口卖不同的票”

一直以来,NSDI 以重视文章质量著称,采用严格的双盲评审,每篇文章都要经过两轮总计六到八个审稿人审阅,之后还需经过程序委员会的讨论筛选。通常,每届会议录用 20 多篇论文,录取率仅在 25% 左右。

而王嘉平等人提出的高性能区块链系统Monoxide模型,则打破了这一瓶颈,可同时满足安全、高性能和去中心化的需求。

NSDI 关注的研究课题是计算机网络和分布式系统,区块链的核心技术就属于这个领域。可是事实上,学术界目前在这个领域的主流研究方向还是关注于中心化的数据中心、超算中心里的理论挑战和实际工程问题,对应的大多是云计算行业和涉及大量计算任务的机器学习领域。

“首先,是用多链取代单链。”王嘉平说。换言之,就是为售票大厅增设窗口。

此次,王嘉平博士与汪浩博士共同发表的论文《Monoxide: Scale Out Blockchain with Asynchronized Consensus Zones》入选 NSDI 2019,是国际主流学术界首次认可区块链扩容方案的相关研究,是该会议今年录取的唯一一篇与区块链相关的论文,也是中国入选区块链领域的第一篇文章。

事实上,此前也有一些研究尝试在区块链中采取多链模型。但此前研究者提出的多链,都是孤立工作、无法协同的,无法真正发挥“多链”的潜能。

NSDI 2019 大会的联合主席 Jay Lorch 告诉链闻:「评审委员会的成员对这篇论文提出的想法非常兴奋,认为这个想法值得讨论并且将引发相应的后续工作。」

这可以理解为,售票大厅增设了多个窗口,但是一个窗口只能卖一个目的地的票。这仍将导致前来买票的人在“不对应”的窗口无法成功买票,而是需要根据目的地去对应的窗口买票。

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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量仍然有限,卖票效率仍有很大的提升空间。

一文尽览 8 月发布测试网的 Monoxide 实现逻辑及应用场景

其次,是让多链系统协同发挥作用。

打破区块链不可能三角瓶颈,类似 AI 方面深度学习技术的突破

“Monoxide模型是一个并发的多链系统,每一个链称为‘共识组’。”王嘉平介绍。具体来讲,共识组是由多个同质的、功能上完全一致、地位上也完全平等,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,分摊全网的数据吞吐、计算、存储的压力,分摊全网状态的维护工作。

近年来,区块链技术蓬勃发展,大有变革整个在线数字世界的气势和雄心。

由于共识组之间完全并行、异步,所以即便某一个共识组发生拥塞,也不会干扰其它共识组的数据吞吐和产出新数据块。

从 2008 年「区块链之父」中本聪发表论文《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》至今的十余年间,全世界最聪明的学者、开发者投身于这一领域的研究上面,前赴后继地出现了各种致力于提高区块链系统性能的项目。

如此一来,“去往不同目的地的人,无论在哪个窗口都可以直接买票,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量最大化。”

不过,处于高速前进中的区块链技术却长期面临着一个著名的「不可能三角」技术瓶颈。也正是因为这个问题,区块链技术至今仍然无法在各领域内发挥出它的全部潜能。

反应在计算性能上面,区块链的数据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。

这里的区块链「不可能三角」也称「三元悖论」,指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,都无法同时兼顾性能、安全、去中心化这三项要求,只能满足其中两项而牺牲另外一项,最多三者取其二。

为了验证Monoxide模型的可行性,王嘉平等人在由4.8万个全球节点组成的真实环境中进行了测试。实验证明,Monoxide模型可以将一个现有的单链共识算法,横向扩展1000倍以上,从而使数据吞吐量提升1000倍以上,同时也将全网计算能力提升2000倍以上。

受到「不可能三角」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,那么单链区块链就可以看作是整个售票大厅只有一个售票窗口,所有前来买票的人全部要在这个窗口外排队,于是这个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。

“理论上,横向扩展的倍数上限甚至能够达到10万量级。”王嘉平说。

而 Monoxide 模型的出现则打破了这一瓶颈,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。

推动模型落地应用

这是如何实现的呢?

据了解,该论文的两名作者王嘉平博士与汪浩博士,均毕业于中国科院计算所。

据王嘉平介绍,首先,用多链取代单链,就像「为售票大厅增设窗口」。

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