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解密Algorand,64岁图灵奖得主攻克区块链”不可能三角”史上大难题

AlgofansAlgofans 2019-04-27 81 次 收藏0

区块链自诞生以来,其最大的发展阻碍便是“不可能三角”,也称“三元悖论”,即:无法同时达到“高效低能”、“去中心化”、以及“安全”这三个要求,其中必有取舍。

麻省理工学院电子工程与计算机科学系教授Silvio Micali,则创造性地引入一种“随机抽签”技术,用密码学和分布式计算的处理方式来解决这个难题,让系统拥有轻松处理上百万节点的能力,还不耗费过多能源,且安全,民主,不会分叉。

Silvio Micali曾在2012年,因在密码学和复杂度理论领域做出突出贡献,获得有着“计算机界的诺贝尔奖”之称的图灵奖。

2013年,Silvio Micali第一次接触比特币后,便被深深吸引,但也因比特币高耗能、不够民主,容易分叉,可拓展性差等问题,开始了这场从底层解决技术问题的新征程。

Algorand上海杨浦区演讲现场

2018年,Silvio Micali及其团队正式推出Algorand协议。其因突破“不可能三角”而备受技术人士的关注。

一、核心团队介绍

Silvio Micali

Silvio Micali在罗马大学获得了数学Laurea,在加州大学伯克利分校获得了计算机科学博士学位。自1983年以来,他一直在麻省理工学院的电气工程和计算机科学系任教,他是福特工程学教授。Silvio的研究兴趣是密码学,零知识,伪随机生成,安全协议和机制设计。Silvio是图灵奖(计算机科学),Goedel奖(理论计算机科学)和RSA奖(密码学)的获得者。他是美国国家科学院,国家工程院和美国艺术与科学学院的成员。

Naveed Ihsanullah

Naveed是一位高级工程领导者和技术专家,对分布式系统和性能非常着迷。最近的Mozilla,Naveed在设计和领导Quantum Flow计划方面发挥了重要作用,该计划专注于400名工程师,在短短一年内将Firefox的性能提高一倍。Naveed还领导所有浏览器采用新技术,以缩小与本机应用程序的性能差距。这些技术包括WebAssembly,SIMD.js,共享阵列缓冲区以及JS(BinJS)的实验性二进制AST。Naveed之前也是Bit9(现为Carbon Black),他曾担任企业应用程序白名单产品的首席工程师,然后接管了全球软件存储库,这是一个庞大的基于云的应用程序信誉系统。

Yossi GIlad

Yossi Gilad的工作重点是安全和可扩展的网络系统的设计,构建和分析。在Algorand之前,Yossi Gilad是麻省理工学院和波士顿大学的博士后研究员。在MIT / BU之前,他是IBM的研究人员,也是以色列希伯来大学的博士后研究员。甚至在此之前,他曾在谷歌,Marvell的转换部门和以色列国防军担任研究和工程职位。Yossi Gilad在以色列Bar Ilan大学完成博士学位。他是IETF / IRTF应用网络研究奖(2017年),IBM研究发明人奖(2015年)和Check Point信息安全奖(2013-2014)的获得者。

陈静

Jing是石溪大学计算机科学系的助理教授。她还是经济系的附属助理教授,也是石溪比赛中心博弈论的附属成员。她的主要研究兴趣是分布式分类账,博弈论和算法。Jing拥有清华大学计算机科学学士和硕士学位,以及麻省理工学院计算机科学博士学位。她在普林斯顿大学高级研究所做了一年的博士后研究。Jing于2016年获得NSF CAREER奖。

尼古拉·泽尔多维奇

Nickolai Zeldovich是麻省理工学院电子工程和计算机科学教授,也是计算机科学和人工智能实验室的成员。他于2008年获得斯坦福大学的博士学位。他的研究兴趣是建立实用的安全系统。Zeldovich教授及其学生和同事最近的项目包括CryptDB加密数据库,用于在C程序中查找未定义行为错误的STACK工具,FSCQ正式验证的文件系统,Algorand加密货币和Vuvuzela私人消息系统。他曾参与多家初创公司,包括MokaFive(2005),PreVeil(2015)和Algorand(2017),他的作品在ACM SOSP会议和ACM SIGOPS Mark上获得多项最佳论文奖项的认可。威瑟奖。

谢尔盖戈尔布诺夫

谢尔盖的兴趣范围从加密到安全大规模系统,计算机网络,协议和区块链的设计。他获得了麻省理工学院的博士学位,并获得了微软博士奖学金。他的论文是使用基于格子的密码学建立高级密码协议,他在麻省理工学院获得了Sprowls博士论文奖,以获得最佳博士论文。在加入Algorand之前,Sergey是滑铁卢大学的助理教授。在此之前,他是StealthMine的创始人兼首席技术官,并在IBM TJ Watson研究中心度过了一段时间。

Rotem Hemo

Rotem在以色列精英网络情报部门8200工作了5年,领导了国家战略水平的项目。然而,他的经历更进一步。他的职业生涯始于14岁的SAP AG软件工程师,此后他开发了软件,并为包括IBM Research,Akamai Technologies和Broadway Technology在内的多家知名公司进行了研究。他还在领先的网络安全咨询公司Sygnia提供战略咨询。在他的空闲时间里,Rotem是狂热的跑步者和SCUBA潜水员。

Rotem拥有麻省理工学院的工程硕士学位和计算机科学理学学士学位。

Georgios Vlachos

Georgios收到了他的M.Eng。2017年,在麻省理工学院的计算机科学专业,在Silvio Micali教授的监督下。他拥有麻省理工学院的学士学位,主修数学和计算机科学。2011年,他在国际数学奥林匹克竞赛中获得金奖(这是第一位获此殊荣的希腊学生)。

Derek Leung

Derek在麻省理工学院获得电气工程和计算机科学硕士学位。他在麻省理工学院的Nickolai Zeldovich的领导下撰写了关于Vault的论文,这是一种可扩展的加密货币存储方案。他还帮助开发了Stadium,一个可扩展的元数据私人消息系统。在此之前,他在加州大学伯克利分校获得计算机科学和数学学士学位。在David Wagner的指导下,他致力于物联网设备的可用安全性。他还担任Joseph Hellerstein数据库本科课程的助教。

大卫射击

大卫在软件行业工作了将近30年,最初是麻省理工学院计算机科学系的本科生。在那段时间里,他担任过一系列大型项目的系统工程师。他花了十多年的时间设计和提供从运动控制算法到安装人员和帮助文件的完整CAD / CAM / CNC产品。他在资源受限,嵌入式和实时系统方面拥有丰富的经验。在过去的18年里,他一直致力于为开发人员开发和运送工具,包括在Compuware领导一支由15人组成的团队,遍布全球。在Compuware工作期间,他为TestPartner构建并实现了许多基础代码,TestPartner是面向Windows开发人员的大规模测试自动化工具。在过去的12年里,他一直担任Microsoft的首席软件工程师,负责HTML和XAML设计人员,包括出版,语言服务和性能优化。他还领导一个小团队为XAML和Windows开发人员构建一套性能分析工具。他曾与少数初创公司和小公司合作,并热衷于帮助团队提供可靠和高效的解决方案。

亚当苏尔

Adam最近毕业于麻省理工学院,获得数学学士学位。他对理论和应用密码学感兴趣 - 基础数学以及实际隐私保护技术的应用。在麻省理工学院期间,亚当领导了许多关于PGP的研讨会,教授了一个关于椭圆曲线密码学的高中暑期课程,并建立了一个概念验证盲目的比特币翻滚服务。

麻省理工人才辈出,非常强悍,大家可以看下面这张图

二、投资人

硅谷知名风头Pillar和联合广场风投(USV),投资金额是400万美元。

三、公链介绍

1、具体怎么挖矿的

阶段1:随机选择用户并让这些人产生新块。

在所有当前用户中随机选择随机用户(即公钥),其概率与它在系统中拥有的金额成比例,也就是说跟用户持有的币多少是成比例的。所有Algorand用户都知道是所选用户。的作用是从区块链中尚未存在的所有有效交易中选择新的区块B. 如果e是OK的,它会将相同的选定区块B数字签名并传播到网络。

阶段1进行缩放,因为每个用户都会播放自己的安全抽奖,以检查它是否已被选中以生成新块。这种内部加密彩票超快,并且与网络中有多少用户无关。赢得彩票的用户automatically会自动获得一个加密信息,不可伪造的证据,证明它已被选中。因此,通过传播这个加密信息的证据,使整个网络清楚地知道它负责产生新的块。

这个阶段相当于学生小明举手回答问题,老师看到后同意让小明来回答问题。

阶段2:随机选择一小组用户来验证并同意出块。

随机选择一组核查员在所有用户中随机选择,与他们每个人在系统中拥有的金额成比例,这边要强调一下,这些用户还是跟持有币的多少成比例。所有用户都知道新块的验证者是谁。这些验证者的作用是就proposed提出的方框达成一致。新块是由至少1/3的验证器进行数字签名的块。

同样,验证者通过单独播放内部和安全的彩票来选择自己,这种彩票既超级快又独立于网络中的用户总数。

此外,无论用户数量多少,值和都是固定的。因此,验证者执行的协议协议本身不仅超级快,而且独立于网络中的用户总数。

2、安全问题

pow工作证明中的安全性

基于工作证明的区块链假设矿工拥有生成下一个区块所需的大部分计算能力。然而,工作证明将权力集中在少数矿池中。在比特币中,只有三个这样的池控制区块链。在对任何人都不负责任的实体中,这种权力集中对于希望分散的系统来说是不可接受的,并且实际上可能非常危险。

pos委托证明证券的安全性

在基于委托的证明证明的区块链中,生成块的功率在很长的时间间隔内被给予小的公知的用户组。这种方法可能比工作量证明成本更低,但无可否认是非常集中的!在这里,安全依赖于这个小组的大多数人的诚实,但任何一小组用户都是攻击者的明显目标。

dpos保税证券的安全性

在基于保税股权的区块链中,每个用户都可以将她的部分资金置于危险之中。那些这样做的人有权利,与他们的赌注成比例,选择一个新的区块。原则上,如果他们发现行为异常,他们可能会失去赌注(但如果他们因行为不端而赚取更多钱,这可能不会起到太大的威慑作用)。然而,普通用户只能承担其中的一小部分资金。结果,该系统可能成为富有的不诚实个体的牺牲品,他们将大量资金用于控制区块链。

拜占庭的改进版安全性

如果系统中的大部分资金由诚实用户拥有,Algorand保证可以安全地工作。请注意,我们不是在谈论一些特殊用户拥有的大部分资金,而是所有用户拥有的资金。此外,Algorand的用户不需要将他的任何部分资金置于危险之中。用户的钱总是留在她手中,随时准备用于她的意愿。

也就是说这种协议,在交易过程中,花费的gas不多

3、共识算法

Algorand不能被审查

Algorand中的一个块分两个阶段生成。首先,随机选择用户并提出新块,然后随机选择一小组用户以验证并同意第一用户提出的块。(在这两种情况下,用户的选择与他们在系统中的金额成比例。)假设大部分钱属于诚实用户,那么(1)大多数时候,块提议者是诚实的,因此不排除任何其他用户的交易; (2)大多数核查员都是诚实的,保证批准一个诚实提议的区块。因此,总之,没有有效的交易将被审查。它可能不包含在不诚实用户提出的块中,但只要其提议者诚实就会进入新块。

Algorand是交易中立的

块具有非常低的处理成本并且经常生产。此外,交易不能被审查。因此,进入Algorand区块所需的交易费用也非常低。这允许在平等条件下处理宏观和微观支付。

4、交易

Algorand通过其标志性的建议和同意机制产生了一个新的区块。在较高的层面上,Algorand秘密和即时召唤一小组用户,他们以加密和安全的方式选择公平地代表所有用户的社区(通过他们在系统中的持有权加权)。该代表委员会就新区块达成协议,但事实上,它可用于就任何其他事项达成协议。例如,改变议定书或修改货币政策。

我们应该认识到,任何复杂的系统都需要改变。传统的加密货币是静态的,任何“改变方向”都需要硬分叉,因而需要社区的分裂。从长远来看,分裂将削弱任何货币的社区和效用。

传统的加密货币没有内置的安全机制来达成协议。因此,关于变化的辩论是非结构化的,无论达成何种形式的协议,都必须在链外进行。因此,人们可能总是怀疑任何结论的正确性。

相比之下,Algorand使社区和协议得以发展。Algorand以其高效安全的拜占庭协议为中心。经过辩论后,区块链上发布了拟议的变更,并使用Algorand的共识协议,社群投票接受或拒绝该提案。如果获得批准,建议的更改将立即生效。

在Algorand,此类协议并非通过智能合约实施。相反,它直接内置在协议的核心。

5、分叉问题

传统的区块链通过昂贵的概率过程延长。多个用户通过独立尝试解决硬加密难题来竞争下一个块的生产。因此存在两个或更多个彼此在几秒内成功的机会。在这种情况下,生成一个fork:即,至少两个块B和B'可以被视为最新添加的块和区块链分支。最终,只有一个分支将继续成为最长链的一部分,而另一个分支将被丢弃。因此,用户不能依赖最新块中包含的事务。在大多数金融应用中,这种不确定性是有问题的,其中交易的快速终结性是必不可少的。当然,用户可能会等待链中的新块变得足够深,如果她想确定它将继续成为最长链的一部分。但这只会增加系统的延迟,使其不适用于许多用例。这种数据结构是一个复杂的树结构,读写效率都很底下。具体如下图

相比之下,Algorand没有叉子。更好的是,叉子的概率可以低至10 -18。回想一下,10 18是从大爆炸到现在的估计秒数。换句话说,如果每秒产生一个块,那么就必须等待宇宙的年龄才能看到Algorand中的一个分叉。因此,在Algorand中,一出现就可以安全地依赖新块,并且其中包含的所有事务都是最终的。此外,Algorand共识协议每隔几秒就会对一个块进行一次认证,从而产生非常低的延迟。几乎不分叉,数据结构就是一条链,那效率肯定是比较高的。

6、交易成本

Algorand需要最少量的计算。没有难以解决的硬加密难题来生成块。无论他或她拥有多少令牌,Algorand中的用户只执行一些简单的操作。例如,用户可以验证数字签名,计算接收的消息的数量,或发送短消息。而且,随着网络的增长,这种计算量保持不变。这意味着在Algorand中,无论系统中的用户数量如何,交易成本都可以保持较低。

四、测试链

目前已经有测试链了, 测试需要在网站上申请一下,具体如下

具体网址如下

https://www.algorand.com/apply-for-test-network/

五、总结

总体而言 algorand 设计还是比较巧妙的,已经绕开目前市场上公链几乎所有的坑,但是,最终还是需要通过项目测试,才能能真在验证algorand 的优劣情况,具体详细资料可以参考官网 www.algorand.com  。

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