直播回放｜龙帆：区块链最新进展

2022年12月28日上午，多伦多大学计算机系助理教授、上海树图研究院院长、清华经管数字金融资产研究中心特约研究员范龙应邀受邀参加中心组织的“2022第二届数字金融资产研究中心”。 Financial Frontier 学术会议”并发表了题为“区块链的最新发展”的主题演讲。

龙帆教授指出，区块链技术的发展是一个逐步完善的阶段。 从一开始，持有比特币是区块链的唯一应用，后来是以太坊和链上智能合约。 在技​​术应用和推广过程中，我们发现拥堵和高收费成为瓶颈。 现阶段，我们以性能提升为核心比特币的区块结构是如何的，采用最新的共识算法、新型公链等新型基础设施。 此后，大家在研究如何进一步提升性能的同时，更加关注区块链在使用中的安全和隐私问题。 那么，如何理解区块链的性能瓶颈呢？ 区块链有很多节点，是一个大家一起工作的分布式系统。 作为一个分配系统，它的性能其实就像一个木桶原理，由最短的木板决定。 它不仅包括如何形成共识，还包括数据存储容量和传输速度的提升。

目前，高性能区块链共识大概在三个方向上已经成熟。 首先是如何解决高性能的区块链共识，就是用传统的拜占庭容量（BFT）算法加上一个可验证的随机函数（VRF）。 所谓 VRF，就是通过公平的随机树，将去中心化的牺牲最小化。 在这种情况下，通过限制同时参与共识的节点数量来提高这种共识的效率，牺牲一点点去中心化，但可以更好地解决高性能区块链的问题。

另一种路径是改变区块链的链式结构，让区块链可以并行地产生区块，通过合适的算法，可以防止这些并行的区块降低网络的安全性。 它具有完全不牺牲去中心化的优势，但也面临着一些其他的挑战。 第三个是Rollup协议，本质上是搭建一条侧链，将侧链的信息打包到主链上，让主链可以定期使用更快更高效的方式来打包和验证的方式来提高整体表现。 . 只有这样，才能在不改变主链原有逻辑的情况下，更好的提升主链的性能。 牺牲多少安全性或去中心化取决于侧链的实现。

除了共识算法之外，需要改进的是存储层。 一方面是整个区块链的状态越来越大。 比如像以太坊，一个以太坊本身就已经超过了一个T，要在以太坊上保存所有当前的状态需要1TB的磁盘空间，而这个磁盘是比较高速的磁盘才能满足性能。 另一方面是区块链存储本身的执行性能。 现在有两个努力方向：一个是尝试做一些存储分片，让每个人只能存储某个状态； 另一种是试图找到一种比目前使用的MTP更快地存储区块链状态的结构，使得整个存储层的吞吐量更高。

智能合约和虚拟机的性能也是关注的领域之一。 为了使执行速度更快，一个众所周知的方法是并行执行这些交易，但并行执行实际上有其比较大的挑战。 因为包括以太坊在内的很多区块链在最初设计的时候，其正确性是建立在所有交易都是顺序执行的基础上的，所以如果要强行加入并行执行进行优化，需要保证这是正确性，事实上，这里有很多挑战。 另一个尝试的方向是使用一种新兴的编程语言作为虚拟机，可以通过编译器层面提高智能合约的性能，减少gas消耗。

另一个重要的问题是智能合约的安全性。 所谓智能合约，其实就是一个程序，把交易规则写成一个程序，用这个程序来管理金融交易。 既然是程序，难免会有bug。 这种错误在 DeFi 合约中会变得非常致命，并可能给市场参与者造成不小的损失。 在技​​术手段上，现在有一批新的智能合约工具可以进行静态程序分析比特币的区块结构是如何的，帮助大家发现可能存在的错误。 虽然使用起来比较方便，但其分析精度有限，可能会出现假错误； 它只能分析单个合约，并且只能分析固定类型的错误。 除了这种类型或程序设计或协议设计之外，没有任何漏洞。 有一种方法可以管理它。 合约设计本身的漏洞已经成为影响智能合约安全的重要挑战，亟待解决。

目前还有一个难点亟待攻克，就是链上隐私问题。 目前做的比较好的是StarkWare开发的支持零知识证明的Cairo虚拟机。 基本可以实现智能合约编写者所期望的底层计算。 但是Cairo虚拟机不兼容EVM，以太坊上的很多程序都不能在上面运行。 这也是因为EVM最初设计时并没有考虑到刻板印象，更不用说如何让隐私保护变得更容易了。 因此，在设计虚拟机时应特别注意。 创建专用硬件来加速零知识证明的生成过程是解决瓶颈的有效方法。

对于未来区块链可能出现的技术趋势，范龙教授认为，未来几年高性能公链解决方案的竞争将非常激烈，最终的胜负将取决于技术和资本。 二是隐私保护和安全计算应该已经到了突破口，包括零知识证明技术的加持。 未来，更多的敏感信息或许可以应用到区块链上。 三是DApp的众多应用将成为技术发展的重要推动力。 未来，存储领域可能会出现更多的技术创新。