区块链共识机制的规则特点:共享、共识与共赢的制度基础

来源:巴比特

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关键词:区块链 共识机制 技术规则

    当前全球最为激动人心的一大科技发展就是区块链技术。区块链属于一种分布式的、多节点的电子记账网络,该记账网络把各节点之间的交易即价值转移记入标准格式的“账本”,每次交易形成的新账记录被记入一个区块,该区块被附加在此前最新附加的区块之后。每个区块均经过加密,由此形成区块链。因此,区块链其实是一个不断加长的列表记录,但是以分布式的方式存储在网络的所有节点。它是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构,并以密码学方式保证不可篡改和不可伪造的分布式账本。如果说互联网属于信息互联网,那么区块链则可称为价值互联网。

    我们看到,所有区块链项目均需要从技术层面实现“立宪”,也就是确立基本的规则。为此,我们在本文首先探讨其原因,进而分析主要区块链共识机制的规则特点,从而可以看到,所有这些共识机制均指向遵循1986年诺贝尔经济学奖得主詹姆斯·布坎南所提倡的一致同意效率标准。作为分析结果,我们从侧面揭示了共识机制也是区块链项目为什么可以实现共享、共识与共赢的核心技术安排。在整个分析中,我们还对照了区块链共识机制与欧美主要国家的投票机制的异同,以求得出一些有趣或者有用的结论。

    所有区块链项目都需要从技术层面实现“立宪”

    从技术层面看,区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。中本聪2009年初发明比特币的时候,其底层技术就是区块链技术。由于所有这些分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术都在此前也已存在,区块链技术之“新”实际上体现在中本聪将这些技术组合在一起,使得比特币作为全球第一种分布式数字加密货币能够以此为基础横空出世,开辟了数字货币与区块链经济新时空。

    从规则层面来看,区块链应用基于一整套的规则体系。这套规则体系是依靠技术来布置的。区块链应用需要解决人际关系问题,也就是“主体间性”问题。这就需要先得有规有矩,后才可“循规韬距”。根据诺贝尔经济学奖得主詹姆斯·M·布坎南(JamesM.Buchanan)的宪则经济学理论,人的行动面对两个层面的选择:立宪层面的选择,以及后立宪选择。立宪层面的选择涉及确立“宪则”,“基本的规则”,“规则的规则”,涉及在规则之间做出选择。后立宪层面的选择就是在确立了“宪则”之后,在已确立的宪则之下进行选择。区块链经济的运作也一样:首先是要做出确立基本规则,属于立宪层面的选择;然后是在既定的基本规则下具体运作区块链项目,属于后立宪层面的选择。在区块链项目运作过程中,整个区块链以及所有节点参与者均需要根据已有的基本规则采取行动,做出选择。区块链金融项目运作得好,首先是因为其基本规则设计得周全,然后是因为这些基本规则通过区块链技术得到妥善布局。

    区块链共识机制的规则特点:以工作量证明机制为例

    区块链的共识机制就是一种最重要的规则安排,这种规则安排用技术来实现。借助于共识机制,必须尽可能短的时间内完成分布式数据的记录,做到整个流程安全、明确及不可逆,由此形成一种难以攻破的、不可篡改的、诚实可信的分布式多节点数据记录系统,最终实现对人的去信任,以及对技术的信任,实现节点上的价值转移,即基于区块链的交易。共识机制涉及通过多个甚至全部区块链节点就区块信息达成全网一致共识,保证最新区块被准确添加至区块链,每个节点存储的区块链信息一致、不分叉,甚至可以抵御恶意攻击。

    比如,比特币的规则体系中,要求进行随机散列运算,由此引入工作量证明(POW,ProofofWork)机制。按照中本聪在其2008年比特币白皮书中的解释,该工作量证明机制还解决了在集体投票表决时,谁是大多数的问题。如果决定大多数的方式是基于IP地址的,一IP地址一票,那么如果有人拥有分配大量IP地址的权力,则该机制就被破坏了。而工作量证明机制的本质则是一个CPU一票。“大多数”的决定表达为最长的链,因为最长的链包含了最大的工作量。如果大多数的CPU为诚实的节点控制,那么诚实的链条将以最快的速度延长,并超越其他的竞争链条。如果想要对业已出现的区块进行修改,攻击者必须重新完成该区块的工作量外加该区块之后所有区块的工作量,并最终赶上和超越诚实节点的工作量。这个“大多数”的决定是非常有意思的。中本聪在白皮书中通过推算反过来证明:只要诚实的节点能够控制绝大多数的CPU计算能力,就能使得攻击者事实上难以改变交易记录。一个较慢的攻击者如果试图赶上随后的区块,那么其成功概率将呈指数化递减。

    上述工作量证明(POW)共识机制是通过技术出来来达成共识,究竟与欧美主要国家的投票表决机制到底有什么相同和不同之处呢?

    让我们来看看1986年诺贝尔经济学奖得主布坎南在其公共选择和宪则经济学理论中的分析。布坎南深受瑞典财政学家维克塞尔(Wicksell)的影响,最初特别强调对决策的一致同意原则。维克塞尔认为,应在重大的立宪选择层面奉行全体一致同意的规则。如果推行全体一致同意的原则,布坎南提出的许多基本规则实际上难以通过投票落实。但布坎南不满于简单多数通过原则,提出应该用更大多数通过原则取代一般多数通过原则。他倾向于提出推行一种超过简单多数的法定多数通过规则。比如对于建立一种针对一切公共开支计划的法定多数通过规则,多数要达到全体投票者的六分之五左右。布坎南于1998年在一次辩论会上很不情愿地承认:多数通过规则在民众的心目中已经成为民主的标准,民众把多数通过规则与“民主”等同,以至于朝着超多数通过原则的目标改革的努力可能遭到失败的命运。他被迫放弃通过维克塞尔式的途径进行的宪法改革,被迫接受议会可能继续按照多数通过规则运行的事情。但他认为,只能运用对准许的结果的范围施加可行的限制(即范围约束)这个手段去约束政治活动中厚此薄彼的歧视行为。这是布坎南对现实政治所采取立场的重大变化。布坎南在同一会议上承认,他现在也回到接受遵循另一位诺贝尔经济学奖得主哈耶克所提出的“法治下的自由”原则。不过即便接受这项原则,欧美主要国家可以还是离开不了投票表决。

    我们可以看到,工作量证明机制作为共识机制,采取特殊的多数通过规则:通过计算随机哈希散列的正确数值解争夺记账权,确定最长的链,由最长的链代表多数,将最新的区块附着于其后,由此达成多数通过,最后通过为全网所有节点所接受,以此达成共识。其目的是找到正确记账的位置,达成共识对每个参与者有利。而在欧美国家的民主投票中,投票通过的标的相差很大,从增进企业负担的奥巴马医改,到减轻个人和企业税负的特朗普税改,什么情况均有可能。无论是采用简单多数通过原则还是超多数通过原则,只要不是一致同意,就存在着部分投票者的主观效用损失。即便这样通过了,也不是达成真正的共识,而是投票失败方被迫接受投票结果。区块链共识机制达成真正的共识,也代表真正的共赢,而实际欧美民主投票当中,只要不是一致通过,就不是真正的共识;即便通过多数通过原则和超多数通过原则通过提案,也不一定对多数人真正有益,更不一定使得所有人共赢。比如奥巴马的医改方案使得企业的负担大大提升,就不是共赢的结果。反而是特朗普的减税方案,有利于美国增强企业竞争力,有利于增进经济增长,促进就业,能够成其为共赢。当然,很多人还会反对它,即便在长远事实上是共赢,但达不成一致同意意义上的共识。

    其他共识机制的规则特点

    除了工作量证明机制之外,还存在如下主流的区块链共识机制:权益证明(PoS,ProofofStake)、股份授权证明(DPOS,DelegatedProofofStake)、POOL机制等。

    与在工作量证明机制中要求证明人执行一定量的计算工作不同,权益证明机制要求证明人提供一定数量加密货币的所有权即可。有时还会连带考虑证明人持有这些加密货币的时间。权益证明机制的运作方式是,当创造一个新区块时,矿工需要创建一个“币权”交易,交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间,依据算法等比例地降低节点的挖矿难度,从而加快了寻找随机数的速度。矿工找到一个区块、获得挖矿酬劳与其持有代币的比例和时间成比例。这种共识机制可以缩短达成共识所需的时间,但本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算。因此,权益证明机制并没有从根本上解决工作量证明机制难以应用于商业领域的问题,只是减少了挖矿的工作量证明要求。而且,权益证明机制排除了没有“币权”节点参与挖矿的权力。这有点像英国1689年《权利法案》颁行之后的投票权安排,达到一定的收入下限是投票人获得投票资格的条件:规定只限于有40先令以上收入并有自由土地者才有选举权。而作为候选人的郡议员必须每年土地收入在600镑以上,市镇议员每年不动产收入要有300镑以上。当然,这种投票距离布坎南意义上的民主投票想差很远。后者对投票人没有收入要求。

    股份授权证明机制(DPoS)在尝试解决工作量证明机制和权益证明机制问题的同时,还能通过实施科技式自治机制抵消中心化所带来的负面效应。股份授权证明机制与董事会投票类似,拥有一个内置的实时股份公司“董事会”投票系统,就像系统随时都在召开一个永不散场的董事会会议,所有“董事”都在这里投票决定公司决策。基于股份授权证明机制建立的区块链去中心化依赖于一定数量的节点代表,而非全体节点。全体节点投票选举出一定数量的节点代表,由他们来代理全体节点确认新的区块、维持系统有序运行。全体节点具有随时罢免和任命节点代表的权力。股份授权证明机制可以大大缩小参与验证和记账节点的数量,从而达到秒级的共识验证和确认。不过该共识机制仍然不能完美解决区块链在商业中的应用问题:该共识机制无法摆脱对代币的依赖,而在很多商业应用中并不需要有代币。

    这里股份授权证明机制类似于股份公司董事会一人一票的投票机制,而非股东代表会议一股一票的投票机制,这似乎类似于布坎南意义上的民主投票机制。但正如上文有关工作量证明机制的情况,股份授权证明机制的目的是找到正确记账的位置,达成共识对每个参与者有利、共赢,而布坎南意义上的民主投票机制往往使得投票失败方的主观效用损失,很难实现整个社会成员共赢。

    POOL验证池基于传统的分布式一致性技术建立,并辅之以数据验证机制,是目前区块链中广泛使用的一种共识机制。POOL验证池不需要依赖代币就可以工作,在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础之上,可以实现秒级共识验证,更适合有多方参与的多中心商业模式。POOL验证池也存在一些不足,例如其能够实现的分布式程度不如工作量证明机制等。

    POOL验证池机制似乎与投票机制无关,而只是验证设别哪个是正确的区块链位置用于附加最新的区块。因而,与布坎南意义上的民主投票机制相距最远。

    区块链项目以一致同意作为效率标准

    但是,区块链项目无论采取哪种共识机制,都接受了布坎南所崇尚的规范的个体主义效率标准,即“一致同意”标准。该标准最早由瑞典经济学家维克塞尔所提倡。按此,一项集体决策是否有效率,其评价标准是当事人的主观判断,而不是外在标准。评价集体行动时,不需客观标准,只需参与者对其中的活动表示一致同意。只有个人才知道自己的利益为何,其他任何人都无法越俎代疱。对个人而言,只要是按个人意愿做出选择,就是增进了个人的效用。对整体而言,只要其中所有的个人都没有受到强制,都可按自己的意愿做出选择,这个整体就有效率。

    在欧美主要国家的“民主表决”中,一致同意规则往往难以操作(因为一致同意意味着可以“一票否决”,足见难度之大),多数通过规则或者超多数通过规则倒是至少能够保障某个提案能够通过。这个时候,投票失败方存在主观效用损失,比如希拉里竞选失败后嚎啕大哭。但是,所有投票方无论对投票结果是否满意,最终接受结果,也就是对投票程序和结果最终存在一致同意。也就是说,在更高层面的、更为基本的规则层面,存在一致同意,遵循规范的个体主义效率标准。

    结语

    总之,区块链项目中,我们可以寻求和达致共享、共识和共赢,谁都可以成为赢家。而在欧美主要国家的各种“民主投票”中,情况远没有这么简单,虽然在更高的、基本的规则,可以就投票规则和承认投票结果达成一致同意,但是政党竞争导致福利国家政策泛滥,使得“民主投票”的结果往往不能实现真正共享、共识和共赢。因此,不同于对欧美主要国家“民主投票”的担忧,我们完全应该伸出双手拥抱区块链经济。


    (审核编辑: 智汇胡妮)