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Chaincomp链计算焦臻桢博士:从人与人之间的信息流通到物与物之间的信息流通

发表时间:2018-12-01 00:00:00

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Chaincomp链计算焦臻桢博士:从人与人之间的信息流通到物与物之间的信息流通

焦博士个人简介:

焦臻桢,博士,Chaincomp链计算创始人、CEO。主持及参与国家自然科学基金、国家科技重大专项、西门子联合研发课题等纵横向科研项目多项,牵头制定物联网国家标准2项。2018年创立Chaincomp链计算,专注物联网领域的区块链技术及产品的研发与商业化,获得洪泰基金、ARM加速器的投资和孵化。



焦博士:谢谢大家,很高兴在北航进行这样一次技术交流,刚才胡教授和黄总所讲的让我受益良多,听到了很多新的观点,收获很大。



我们的企业名称叫金刚链计算,首先给大家解释一下为什么会有“金刚”这个名字,金刚其实是Chaincomp的谐音。我们觉得区块链给大家提供了一个新的计算模式,我们称之为“链计算”,它能给物联网带来很大的机会。今天我会首先介绍一下我们正在做的事,然后讲两个较为实际的问题并且介绍一下我们在这方面的思考,再介绍一下我们所做过的案例,最后介绍一下我们的企业。



我不是胡教授这样的区块链早期布道者,之前我更多的是一个物联网的从业者。我做物联网业务的时候有一个感受,就是好的物联网解决方案要重度垂直,才能把一个领域里的痛点和问题解决好。这其中有一项重要的工作就是把海量的数据采集上云,然后在云上进行挖掘和计算等。这样的工作当然很有意义,但是让人总觉得遗憾的是这样重度垂直的业务无论如何也带不来今天互联网里那些有大连接能力的大平台所带来的想象力和空间,而且必然会造成数据的割裂和割据,不能不说是从业者和行业的一个天花板。然而当我看到区块链的时候,我觉得它带给了我们一个新的机会和思考方式,一个能打破传统物联网数据割裂、形成大平台的机会,这让我觉得也许物联网真正的答案是分布式。我们所提出的链计算和今天所谈的边缘计算不太一样,边缘计算更多带来的可能是计算位置的迁移和下沉,虽然边缘计算也致力于解决云在物联网时代的低效性问题,但它的技术路线不是分布式的,数据割裂的顽疾还在。但链计算带来的却是一种全新的分布式地去挖潜和利用用户侧资源、在端与端之间形成新型交互的方法。大家今天看到淘宝和微信因为便利了人和人之间信息的流通而创造了如此巨大的财富效益,那如果物和物之间数据的交流也是畅通无阻的,会不会也能带来巨大的想象空间呢?我们链计算的愿景正是打造物与物畅通交流的基础设施,利用区块链来改变单纯依靠云 边缘的集中式计算模式,打破数据割裂。



未来很美好,但还是要面对很多难题。我今天讲两个具体的挑战,第一个是怎么提升区块链的扩展性让它能够适用于物联网,我会介绍三个不同的出发点:共识,结构,和系统实现,并在此基础上介绍一下我们的工作。接下来我会介绍一下数据存储方面的问题,重点探讨一下我们平时讲得最多的“链上”和“链下”的问题。

首先说共识,我相信共识不需要说太多了,火热的POW、POS等等,不必多做解释。我觉得现有工作可以分成三类,一类是坚守中本聪原教旨,最多做做小修小补,调整一下区块大小和间隔等等,但它的性能提升空间有限。第二个是在中本聪共识的基础上进行了一定的改进和提升,比如以太坊、Bitcoin-NG、Conflux等工作,这些是在中本聪共识上进行了比较明显的改进和优化;第三个就是完全脱离中本聪的新世界,也是现在最火的,新世界不再讲工作量,而是讲权益、零知识证明、或是支持开放成员的BFT方法等等,比如stellar,各种PoS变种,Algorand等等。共识方面已经有很多论文,有兴趣可以了解一下,这里还是有很大创新空间和机会的。不过学习的话要重点关注相对规范的项目,因为设计一个好的共识的难度其实是高于撰写一篇有一定水准的学术论文的。共识本身就该是个高门槛的舞台,以前也有很多说得很厉害看起来也很美好,但其实缺乏实现性的工作。此外对安全性缺乏严谨分析和推导而只有猜想和断言的共识也往往是缺乏指导意义的。

除了共识,我想特别提一下区块链结构创新的问题,所谓“区块链”的意思就是区块组成的链条,这个链条是关于所记录交易的一个时间不可逆的链式结构,PoW是它共生的基础,但它却在PoW的环境下有一些低效性,比如说分叉,分叉后我们会选择丢弃掉较短的那个分支,于是这个分支上所有的计算开销都被浪费掉了,所有的交易也凭空消失。这就不仅是一个算力浪费的问题,还有自私挖矿、双花等风险,这些可以说是PoW加链式结构会产生的问题。


针对这个问题有一些优化的办法,比如IOTA,是一个著名的面向物联网的链;还有一个就是Conflux。他们都是基于一种叫做DAG,也就是有向无环图的结构。一度很热门,很多人以区块链3.0来形容和宣传DAG领域的工作。但其实DAG也有很多问题,比如它的确认速度:DAG是一种开放结构,一个设计目标就是让系统能够记录和容纳更多的交易,但这种开放结构会带来不确定性,不确定性就会导致确认速度变慢,甚至可能永远不能认为交易是被确认。为了解决这个问题,IOTA自己目前采用了一个叫Coordinator的角色来帮助系统实现快速确认,但实际上这是一种妥协,因为这个设计实在不那么去中心化。而在Conflux里提出了一个“锚链”的结构,实际上是在DAG中引入了一个链式结构来锚定时间轴。DAG还存在一个经济激励设计的难题,也来自于它是一个开放性强的结构,所以虽然上述的工作都是基于PoW的,但不能依靠传统的挖矿的办法给参与者以激励,同样原因,它的手续费结算设计也更困难。这些都是仍然存在的问题。很难现在就武断地下断言说这就是区块链3.0的结构。当然,也给在座大家留下了充足的创新空间和机会。



接下来说说系统实现层面的工作,这部分有多链并行的做法,有侧链的做法,有分片的做法。每一种都有自己的优势,同时也有自己的弱点,那我这里就只提一下弱点。比如说多链要面对很多跨链的操作,资源在链间的平衡、账户跨链的交易等等,都会产生问题。侧链是一个中心化的妥协方法,在一对交易者间制造一个可信的信道,再在这上面去进行交易。但侧链要靠可信第三方去维持这个可信性,实际上是一个中心化妥协,目的是让以太坊这样已经大规模应用的区块链应对高交易量。还有分片,这半年来讲得也很多,但分片要面对跨分片的数据同步和管理等,对于区块链而言其实是引入了很多新的问题,更不能照搬数据库分片技术,这里面存在很大的算法和工程上的创新空间。


  


结合对以上工作的介绍,我简单说一下我们提出的共识Bicomp的思路。更详细内容大家可以在网上搜索我们的论文看。简单来说,我们提出一种双层打包、网络分片的思想。传统PoW做法实际把选择打包者和打包交易这两件事混在了一起。后来有一些工作对这两件事进行了解耦,比如,首先用PoW在网络中产生一个Leader,再让这个Leader去打包交易,但这里的问题是Leader就会权力过大,有作恶的可能性。有人把选一个Leader变成选一个委员会再发起PBFT确认,但作恶的机会仍然存在。我们也采用了解耦架构,并提出了一个双层打包的方法来解决作恶的问题,让不同的节点,比如能力弱的物联网节点和矿机节点,在不同阶段去承担不同的工作任务,最后在链上形成一个双层区块结构。此外,所有的节点可以并行化的对身边发生的交易进行打包,形成一个天然的网络分片结构,减轻了网络的流量压力。但对于我们这样的设计而言,我们需要解决的难题包括:并行打包时潜在的重复性交易打包问题,还有PoW都必须面对的自私挖矿攻击问题等。

对于这些问题,我们进行了严谨的设计和数学推导,证明了为什么我们提出的Bicomp共识可以抵御自私挖矿的攻击,主要思想是设计了一套使节点在公开环境能够明显获得一个比自私环境下更大优势的机制,此外,我们把降低自私挖矿发生概率与最终网络出块难度和块间隔之间利用马尔科夫过程建立了模型关系,从而使系统有了动态的抗攻击调节能力。在我们论文的最后,我们提供了测试网实验结果,我们现在的节点是在全球广泛分布的,测试规模有数百个,论文发表的时候还不足100,暂时没有更新论文,我们现在能稳定达到单链500-1000的TPS,此外,我们多个批次不同规模的实验已经确定证明了我们的天然网络分片设计可以使TPS随着参与节点的增多而继续上升,以目前的实验情况来看,达到数千是没有问题的。这是我们在链的研发这一部分的基本情况。

接下来我要说一下海量数据存储的问题。这是物联网应用必须面对的另一个问题。海量的数据存储是一个比较重要的命题,包括ITU国际电联这样的主流国际标准组织目前也在讨论该如何思考哪些数据应该放在链上,哪些应该放在链下的问题。但是我们其实想说的是,实际上今天要面对这个问题,主要原因是因为链的存储效率太差才需求我们去抉择取舍。区块链对数据存储本身就有巨大的变革意义,它杜绝了数据的篡改,非常有价值。我们今天探讨链上链下,在我看来其实是因为区块链无法把所有信息全部放到链上。现在产业界关于这个问题采用得比较多的一个妥协的方法就是用一个叫做IPFS的技术先去分布式地存储数据,然后再把数据的哈希记录在链上。但这个方法还是存在很大的问题,就是数据仍然是可以被篡改以及被删除的。针对这个问题,我们推出了一款存储产品可以彻底地解决这个问题,这款存储产品会在下个月发布,敬请大家期待。

接下来讲讲我们的案例。正如刚才冯博士讲到的数据,区块链大多数的应用尝试发生在农业。我今天讲的两个案例刚好也在农业。

首先,大家都知道养殖存在很多问题,最大的问题是食品安全。你吃到嘴里的肉可能是不安全的,可能它吃过瘦肉精(比如说猪),可能流通过程中它死掉了,这些问题会给我们的食品安全带来很大隐患。面对这个问题,我们和河南生猪产业战略联盟一起合作推进了一个案例。我们解决了一个新的问题,就是能够在生产过程中就把每一个牲畜的进食、健康、环境等信息用物联网设备进行一个数据采集和封装,然后把它存进区块链里,这个过程能够扩展到整个产业链的上下游。这样我们可以把一个牲畜从它在出生到吃到你肚子里的全过程都记录下来。但是这个事情有一个过程,需要循序渐进的推进,凭借一个企业和个人的力量很难管控到整个产业链,我们和产业联盟的合作能够很好的加速这个过程。

还有个好消息是我们这个案例被联合国国际电信联盟ITU-T选入了区块链标注首个全球发布的区块链标准里,成为了全球50大案例,同时也是畜牧领域的唯一代表案例。中国大陆一共只有两家企业在内,很荣幸我们是其中之一。

我们的第二个案例也涉及三农。大家可能知道国家大力鼓励农村的集体资产流转,但是这个问题很复杂,这里面首先有很多角色:村民、集体资产管理者、上级监管部门、还有集体资产的外部购买和使用者、保险公司等商业机构。集体资产无疑是一块肥肉,这么多参与者在面对这一块肥肉的时候,如果采用传统的方式,就会有很多暗箱操作的空间。区块链对流程的管理就能减少这种暗箱操作的发生。我们在这个案例上的努力是非常有价值的,因为我相信它能够在社会上取得很积极正面的影响,这对区块链行业也会有帮助。这个案例我们参选了工信部计算机世界区块链与产业互联网融合的案例评选。具体的应用也已经在开展阶段。


 

最后介绍一下我们公司,我们现阶段主要专注技术研发和应用的推广,我们成立半年不到,但是已经有很多的专利和学术论文的发表,并且已经基本形成了比较完整的Blockchain of Things的解决方案,涵盖软硬件。另外我们还积极参与到有价值的社会工作中,比如我们现在是IEEE国际标准组织中区块链标准组唯一的秘书单位,也是北京专家组成员。我们也在国际电信联盟不断发声,并受邀在明年一月赴国际电联在韩国的大会上演讲,详细介绍我们的案例。我们还参与了联合国可持续发展署的公益项目,并且现在是他们的成员单位,利用区块链去解决全球可持续发展的问题,扩展我们的影响力,这些议题包括消除贫困、可再生能源的使用。我们是ARM加速器的第5期孵化团队,目前已经和中科院形成了深度的合作,另外我们也是中国信通院可信区块链联盟的单位。

以上,谢谢大家,希望大家多多关注Chaincomp链计算。

 

提问环节


问题1:焦博士,我认为分布式计算就是刚才胡教授讲的大鱼和小鱼和鱼群,但是加上区块链,还又要求每个节点都要存一遍,大家都知道区块链会拖累整个系统的效率,那这个分布式计算加上区块链会不会本身就是一个影响效率的事情?

 

 

焦博士:我认为区块链带来的一个巨大的贡献就是能让协同的计算发生在开放的环境里,我们叫做open membership,在一个完全开放的环境里大家都可以加入到一个分布式计算的工作环境,我觉得这是一个非常有价值的东西。因为开放环境里有坏人,可能还是一群坏人,还有谋取私利的人,但区块链让我们找到了一种方法来实现这种开放环境下的分布式计算,这是区块链带来的一个比较大的贡献。

问题2:很多同学打算要创业,那么你创业到现在有没有碰到理想很丰满,现实很骨感的事情?


 

焦博士:在座的应该有很多博士研究生,简单类比一下,我觉得某种程度上创业跟读博士有些像。读之前很多人会告诉你“科研穷三代,读博毁一生”,当然这是句戏言,但是读前和读后每个人的情况其实都不一样。从我自身而言,我认为这两件事都让我得到了很大的锻炼,尤其是创业,让我得到了更多维度上的成长。



我开始创业之前很多人就问我是不是真的想好了,他们都跟我说很累很苦。我当时想,我平时写论文也都天天到两三点,还能怎样,但是真的开始创业以后发现两者的差别真的很大。仅举一个例子,做学术,你的付出和辛劳通常跟收获一定程度上是成正比的。但是当你走进产业圈以后,你会发现你即使付出了比别人更多的辛苦和劳动,但最后还是Nothing,也许你的努力和成绩会淹没在了别人的口水里。比如区块链的TPS,辛苦做了很久,几千已经很不错了,但走出来一看发现市场上都是报100万的,这已经完全脱离技术的逻辑了,但是没办法,这是另一个维度的逻辑,商业逻辑。但不管怎样,我们还是坚守自己多年的认知,有些底线还是要坚持的。

另外还有一点就是创业之前要尽量想清楚,在开始创业之前要先近距离接触创业者和这个圈子,才能对困难有个相对真实和准确的预期。但我想跟大家说的最后一句是,如果你真的想清楚了,就一定要放手去做,不管是不是创业,你做任何事情都是,想清楚以后就要去尝试和努力。谢谢大家。


Chaincomp Technologies Co., Ltd.

深圳金刚链计算技术有限公司

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