■鄭金武
如果火車站售票大廳只有一個售票窗口，所有購票者全部要在這個窗口排隊，那麼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量將非常有限。
此前的區塊鏈網絡處理任務的進程，就面臨類似的尷尬。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，不得不作出性能方面的犧牲，使得區塊鏈技術在處理任務時“只有一個窗口賣票”，性能亟待提升。
近日，中科院計算技術研究所博士、創新工場人工智能研究院副院長王嘉平等人提出的高性能區塊鏈系統Monoxide模型，在儘量不引入額外的實體和機制的前提下，可同時滿足安全、高性能和去中心化的三角特性，使區塊鏈橫向擴展1000倍以上，從而使數據吞吐量提升1000倍以上。相關論文近日在2019年NSDI（網絡系統設計與實現）國際會議上發表。
區塊鏈由“數據塊”和“鏈條”組成，是一種分佈式記賬底層技術。一般認為，區塊鏈具有去中心化、高安全性等核心優點，可以解決共享經濟發展過程中的信息不對稱、交易成本高、陌生人不信任等難題。
不過，處於高速發展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。“不可能三角”也稱“三元悖論”，指區塊鏈網絡模型無論採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。受此瓶頸制約，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。
王嘉平等人提出的高性能區塊鏈系統Monoxide模型，則可同時滿足安全、高性能和去中心化的需求。
“首先，是用多鏈取代單鏈。”王嘉平說，換言之，就是“為售票大廳增設窗口”。
事實上，此前也有一些研究嘗試在區塊鏈中採取多鏈模型，但研究者提出的多鏈，都是孤立工作、無法協同的，無法真正發揮“多鏈”的潛能。這可以理解為，售票大廳增設了多個窗口，但是一個窗口只能賣一個目的地的票，將導致購票者在“不對應”的窗口無法成功買票，仍需要根據目的地去對應的窗口。
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量仍然有限，賣票效率仍有很大的提升空間。
其次，是讓多鏈系統協同發揮作用。 “Monoxide模型是一個併發的多鏈系統，每一個鏈稱為‘共識組’。”王嘉平介紹。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、邏輯上儘量隔離的獨立共識系統的實例所構成，它們並行工作，分攤全網的數據吞吐、計算、存儲的壓力和全網狀態的維護工作。
由於共識組之間完全並行、異步，所以即便某一個共識組發生擁塞，也不會干擾其他共識組的數據吞吐和新數據塊的產出。
如此一來，“去往不同目的地的人，無論在哪個窗口都可以直接買票，不同窗口的售票員會在後臺協同發揮作用，使單位時間內賣出的車票數量最大化”。
反映在計算性能上面，區塊鏈的數據吞吐量和容量將大幅提升，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。
為驗證Monoxide模型的可行性，王嘉平等人在由4.8萬個全球節點組成的真實環境中進行了測試。試驗證明，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，從而使數據吞吐量提升1000倍以上，同時將全網計算能力提升2000倍以上。
他透露，2019年8月，Monoxide將上線測試網絡，供開發者做技術評估。這將賦能金融支付、醫療衛生、智慧城市等實際場景。
《中國科學報》 (2019-05-09 第4版 綜合)
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