缠结是什么?它会是区块链技术升级的下一阶段吗?

 IOTA是一种加密货币,但与其他所有加密货币不同,它并非建立在区块链之上的。为了设计一种低成本且可扩展应用到物联网的分布式账本技术,IOTA的开发人员从零开始,建立了一种被称之为“缠结”的新型架构。

缠结并不是第一次试图找到一种完全不同的方式来达成分布式共识的加密货币,但是在12月初,IOTA的市值已经上升至全球加密货币的第四位,它已经成为区块链技术最重要的替代方案之一。

IOTA提出的应用于物联网的设计,可以从完成大量微小交易的网络中获得巨大的收益。正如IOTA的目标一样,让网络无需信任和分布式,可能会开启新的经济模式。Carsten Stocker和Kerstin Eichmann发表在IOTA博客上的一篇文章中写道:“一款智能设备可以为其组装、维护、能耗和责任保险,以及为其他机器提供数据、计算能力、存储或物理服务而提供支付能力。”

 

在IOTA实现“独立的机器经济”之前,这个项目必然会面对许多难题:完全的分布式;建立对新发明的密码学的信任;确保网络能够支持配置受限的物联网设备。IOTA团队的一些项决策引起了批评,但是他们对批评的回应并没有激发人们的信心。

但是,现如今唯一使用的缠结技术的是IOTA,而且没有什么能限制缠结的最终实现甚至在物联网应用的落地。比特币的架构已经被无数次实践与应用(当然,目前为止大部分都是失败的)。IOTA可能是革命性的成功亦或是昙花一现;但是不管怎样,缠结有可能改变一些需要快速、高效、无需信任的行业:例如数字广告销售。

如果它能有效,那就是成功。

缠结是什么?它是如何在IOTA中实现的?它能超越其他项目吗?它是否真的像Serguei Popov在缠结白皮书中所写的,代表了区块链技术升级的下一阶段?

 

缠结

缠结理论基础是有向无环图(DAG):这是一种数据结构,数据在一个方向上传递,而不回滚。与区块链一样,缠结是一种分布式账本,独立账户在网络中彼此之间进行交易,在不依赖中央集权的情况下达成共识。

下图就是缠结和区块链末端的相似之处。区块链:一串连续的块,每个块首尾相连,每个块都包含一组交易。缠结看起来很不一样。下面的图片取自白皮书:

 

缠结是什么?它会是区块链技术升级的下一阶段吗?

缠结,来源: Popov. (点击查看 )

 

在上图中,时间从左到右。每个框表示在网络上由设备(或“节点”)发出的交易。Popov写道:“在像比特币和以太坊这样的工作量证明区块链中,系统中有两种不同类型的参与者,发起交易的人和批准交易的人;在缠结中,每个设备(节点)都在维护网络运行,也就是说,只有一个参与者,意味着节点同时也是矿工。

过程如下:每当节点想要发送交易时,它必须随机验证前序的两个交易,即上图中的箭头所显示的。这种验证需要执行少量的工作证明,以确保网络安全,这也意味着交易不是完全免费的(个人使用者的损耗,如电费等)。由于没有需要记账的矿工群体以及奖励,所以没有任何费用。白皮书指出,这种不收费的结构实现了比特币不可能实现的小额交易。

当缠结中的交易被验证批准时,批准它的交易就会依次被新一笔交易验证批准,该交易的“累积权重”就会建立起来。类似于对比特币交易的确认,更高的累积权重表明交易更可靠,更不可变。图中最右边的灰色方框,表示最近未获得验证的交易,称为“tips”。

 

无需区块建立共识

由于IOTA交易不能同时被所有参与者共享,所以它比区块链更容易发生分歧。”但值得注意的是,IOTA网络是异步的。”Popov写道,“一般来说,节点不一定看到相同的事务集。而且还应当指出,缠结可能包含相互冲突的交易。”

不过最终,相互冲突的交易是“孤立的”,而非确认完成的状态。缠结依靠于最终对这些交易达成共识的动机。正如白皮书所指出的那样,“如果一个节点发布的新交易,批准了相互冲突的交易,那么其他节点就不会批准它,最终其会被湮没。”

为了找到可以批准的交易,避免导致自己的交易被孤立,节点会运行“tips选择算法”。IOTA的缠结并没有特别委托任何算法,但是白皮书以马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)为举例。

Popov的MCMC算法至少会将两个“随机漫步者”置于缠结中的某位置:不会在开始时(这需要很长的验证时间),但也不是在近期(选择的节点质量会受到影响)。这种节点选择方法是按时间顺序沿着验证及相似权重的最优路径实现的。假设交易X(累计权重= 20)通过交易Y(累积权重= 19)和交易Z(累积权重= 3)获得批准,那么从交易X移动到交易Y的概率要高得多。

其原理是“懒惰”的节点即很少会发布交易的节点,因此很少验证他人的交易,所以其将处于不利的地位。惩罚懒惰的节点是有必要的,因为它消极的行为减少了网络的安全性与网络发展的速度,例如,懒惰的节点会带来双花攻击的风险,白皮书中对此还做出了一些描述,以及包括MCMC的应对方式。

 

 

什么是白皮书中没有提到的

Popov直接表示:“在Tangle白皮书中并没有讨论IOTA协议具体实现应用的问题”(或者说它还不算是IOTA的白皮书)。 IOTA基金会建立了工作中的缠结网络, 但缠结网络的理想和IOTA的现实之间存在一个鸿沟。开发人员在将其技术完善到可用于物联网方面时面临着诸多挑战,他们其中的一些决策也受到了强烈的批评。

存储

在资源受限的物联网设备上,存储问题是当务之急。白皮书并没有解决这个问题,但灯泡和烤面包机显然不能存储整个缠结,同样,153GB的比特币全节点区块和338GB的以太坊全节点区块也无法做到这一点。

IOTA的发展路线图于2017年3月发布,描述了包括自动快照的解决方案(与比特币Pruning原理类似)以及允许设备分片和共同存储数据库的swarm客户端。

加密

去年9月,由麻省理工学院媒体实验室的Neha Narula领导研究小组指出了“Curl”的缺陷(由IOTA团队内部开发的哈希函数)。

设计Curl的动机是抵御量子攻击的威胁,但是“回滚自己的加密算法”是​​一种赌博,而且它似乎已经需要修缮。 IOTA联合创始人Sergey Ivancheglo(又名“CFB”)证明Narula的团队发现的缺陷是一种“防拷贝机制”,可以让IOTA“轻松防止盗版”的一种机制。以太坊开发人员Nick Johnson形容这是“陷阱代码”。

分布式

如果一方控制三分之一以上的缠结算力,则网络不安全。比特币和以太坊通常被认为是安全的,只要一方不能控制大部分的网络。换句话说,虽然区块链容易受到51%的攻击,但缠结却容易受到34%的攻击(译注:事实上,34%的攻击并不能对缠结产生威胁,缠结抵御攻击是动态的,参见此链接)。

然而,IOTA的实现确实试图通过积累算力本身来减轻这种缺陷。IOTA基金会运行的“协调者”节点;Cinnober金融技术公司的工程师Eric Wall认为这一决定使IOTA成为中心化。麻省理工学院Digital Currency Initiative的主任Joi Ito写道,协调者代表了“一个单一的失败点”。针对Eric Wall的说法,IOTA的创始人David Sønstebø回应说:协调器是”临时训练轮”,来防止缠结网络在幼年期遭受34%的算力攻击。(IOTA基金会也对Ito的说法做出了回应。)

下一代区块链技术?

正如Popov所指出的,缠结可能是区块链技术升级的下一阶段,但迄今为止,它在此方面似乎并没有展现出令人信服的应用。对IOTA的分散化程度和安全性的担忧使再度集中到了缠结身上。

如果它是强有力的竞争对手,甚至是区块链的继任者,那么tangle应该展示区块链的多功能性,并以其他应用适用于多个行业的多个项目。比特币在一段时间内并不是区块链的唯一应用。我问Popov,缠结是否可以沿着同样的轨迹发展,并独立于IOTA。“是的,”他通过电子邮件告诉我,“它这只是一个数学模型,它可以应用到任何地方。”

不过,并不是每个人都对缠结本身充满信心。Wall通过私信告诉我说:“我是一个长期的怀疑论者,每个交易用户生成的PoW并不足以确保一种加密货币的安全。”他补充说,白皮书中描述的那种缠结“很可能会在很长一段时间内依赖于中心化的元素。”

他说,“假设一个有交易费和采矿激励的DAG”,但那样就不如使用区块链,或者也可以使用POS的DAG,但这是对围绕缠结概念的一种边界测试。

Popov在他的电子邮件中强调说,“IOTA本身的潜能是很大程度上是被低估的,现在有太多的事情正在悄悄的发展。”他也许是对的,IOTA也可能颠覆设备的交互形式以及它们所具有的能力。这不应该阻止其他缠结的项目启动。

话说回来,也许Wall说的也有道理。缠结背后的基本原理,用户通过工作量证明来验证其他用户的交易,可能真的会造成要么中心化,要么不安全的结论。当然,在更多的人用它时,我们就会知道答案。

 

本文意见和观点仅代表作者,并不代表纳斯达克公司的观点和看法。

 

原文链接:http://www.nasdaq.com/article/what-is-the-tangle-and-is-it-blockchains-next-evolutionary-step-cm911074

tigermumu

专栏作者:tigermumu

个人简介:坚定不移的贯彻以推广和普及IOTA为核心一百年不动摇

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