9月12日，巴比特加速器、Geekhub技术社区联合协助主办方CSDN、Algorand、区块链大本营、极客帮创投、GitChat共同举办的区块链技术沙龙——图灵奖得主，MIT教授见面会在上海财大豪生大酒店如期举办。本次见面会邀请到了Algorand创始人Silvio Micali、Algorand首席科学家陈婧、CSDN副总裁孟迎霞、中科院计算所上海分所所长、起点资本合伙人孔华威。现场400余名国内外区块链行业大咖、投资者、创业者、主流媒体、技术开发者和从业者慕名前来。本文整理了Silvio Micali的核心思想和Algorand区块链协议以及创造性的隐秘自选“加密抽签”技术。文末附《ALGORAND》全英文版PDF

序言

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，三者不可兼得，虽然我们在去中心化和可扩展性上有一些实践，但只有保证整个系统的安全性，区块链才有价值。Micali作为世界前沿的密码学家和计算机理论学家，因在伪随机数和零知识证明领域的成就而出名。（零知识证明是zk-SNARKS的基础，匿名区块链项目Zcash使用的就是零知识证明）。在2012年因为密码学和复杂度理论领域做出突出贡献，获得有着“计算机界诺贝尔奖”之称的图灵奖。

Silvio Micali认为安全可以被分为两个部分：1. 协议的攻击；2. 针对通讯网络的攻击。

前者可能是协议说要做ABC，他偏偏要做XYZ，要从中获得利益。然而与协议攻击比起来，针对通讯网络的攻击则更不容易被察觉。攻击者只要把网络隔开护着把路由器进行感染，哪怕一小时的实践，造成的影响都会十分巨大。有些人觉得，遇到这种情况的概率很低，不用想那么多，但真的如此吗？一家成功的区块链公司，至少要管理几十亿美金的资产，跟这些资产相比，安全的防范就非常必要了。要知道，未来恶意黑客会像雨后春笋般冒出来，因此我们要做好准备。区块链中另一个需要考虑的因素就是可扩展性，我们都知道，比特币每秒可以交易7笔。假如我现在买入某种币，想要明年行情见涨的时候再卖出，这个交易量完全可以满足。但如果我每天都要进行交易，那么这个交易量就明显捉襟见肘了。比特币的交易量比起VISA卡的每秒2000笔都有很大的差距。在中心化方面，中心化的系统依赖于受信任的第三方，这可能会造成单点故障或中间费用越来越高。去中心化让用户可以管理自己的资产，但没有办法把其他参与者排除在外。交易不单指货币，也指一些有意义的活动，也就是让区块链在一个安全的环境下继续运行。

Silvio Micali的思考和Algorand的底层框架

Silvio Micali在2013年第一次接触比特币协议后，深深被其吸引，但也看到了比特币协议的巨大不足：高耗能、不够民主、容易分叉、可拓展性差等问题，于是Silvio Micali开始从底层技术解决问题的新征程——用一种全新的思路来解决区块链面临的种种技术难题，突破被当下大多数人默认的“不可能三角”。比特币背后全新的技术设计，让Silvio Micali兴奋不已，但随即他感叹到：“这确实是个伟大的问题，但解决方案却并不够优美。”

在短短的几个月里，Silvio Micali设计出一套全新的底层框架，即后来的Algorand框架。Silvio Micali认为，所谓“区块链三元悖论”——即三者最多可得其二的说法，其实是不确切的。作为基础公链，只有做到三者兼得，才能为终端用户和高层应用提供极大的拓展空间。Algorand区块链的最大亮点是同时达到了 安全、高可扩展和去中心化，从技术的角度来说，隐秘自选（加密抽签）技术，是Algorand的创新之一。这好比一种特殊的抽奖方式，既可以保证中奖用户的安全，也很容易验证“彩票”的真伪，还能保证抽奖的公平性。这一技术使所有用户都能既安全又公平的参与到Algorand区块链的共识机制当中。同时这种抽奖方式还是“一次性的”，用户参与共识协议每一步时都会重新“抽奖”，确保每一步的安全性——所以在这个抽奖系统中，攻击这一步来“兑奖”的用户，对下一步哪些用户“中奖”是没有影响的。

相比于比特币的原理中，矿工需要通过竞争来获得下一个区块，并赢得区块奖励的方式，Algorand创造性地用隐秘自选技术来选择参与者创建和验证区块，这样，就极大避免了能源消耗。Algorand是权益证明（POS）机制的一种变形，POS使用了密码技术来随机选择那些负责将下一个区块（或交易）添加到区块链中的参与者。

Algorand的共识机制及特点

Algorand是一个非常通用的平台，可以满足去中心化、安全、可扩展等需求，每个人都可以在上面交易和分配机会。与之前的共识机制不同，Algorand使用的是「纯粹权益证明」（Pure Proof of Stake），这种证明的特点是，你的拥有的某种代币，与别人拥有的代币权利是一样的，而且这个系统非常高效，不需要任何准入和许可，拥有一个代币和拥有一亿个代币都可以参与。简单来说，就是通过投票来确认的。如果有的人不想参与，他可以把权利发放给其他人，如果还是不愿意，那么他的定位可能不属于Algorand社区。此外，Algorand中还有一个「即时发起和确认」（Immediate Propose-and-agree）的机制。它有四个特点：

1. 需要的计算量、交易成本最少，交易效率最高，没有分叉；

2. 共识达成速度快，支持可扩展应用开发；

3. 交易确认时间仅需数秒，已经达到了银行的水准；

4. 安全性和可复原性高。

Algorand的共识原理是通过两步来实现共识的，这里面也涉及到大量的数学计算。

简单来说，Algorand的共识分为两步，第一步是【发起】（Propose），第二部是【达成协议】（Agremment）。

首先来说发起，在Algorand我们随机选择一个Token，并把其公钥公开。Token的持有者签名并发起一个新的区块。整个过程十分迅速。之后，系统在随机选出1000个用户，并公布其公钥。这1000个人达成共识，并对发起的区块进行签名。这样，新的区块就生成了。这种共识机制的好处就在于，它把达成协议和达成共识叠在了一起，而且不会分叉。假设有恶意用户，但恶意用户不会在不同的区块上签名。

Algorand的目标是建立一个低能耗、高速度、民主化、可拓展性好而且几乎不会出现分叉的分布式账本。Algorand没有引入激励机制或发行数字加密货币。Algorand是权益证明（POS）的一个升级，彻底消除区块链分叉的可能性，可以在一小段时间内确认交易，Algorand的核心使用成为BA·的拜占庭协议，同时扩展到许多用户。即使一些用户是恶意的，网络被临时分区，Algorand也确保用户从未对已确认的交易有不同意见。在Algorand的BA·协议中，除了私钥之外，用户不会保留任何私有状态。

此外，高效安全的共识协议是Algorand的另一创新。

如何让众多参与者对下一个区块的内容达成共识，这是区块链和分布式账本要解决的最基本问题，也是分布式计算机系统的一个关键问题。Algorand的共识协议在协议安全角度和抗网络攻击的角度都已经达到了最优，而对于每个参与者计算量的要求非常低——例如只需要一台普通的笔记本电脑即可。这使得Algorand不必区分普通用户和“矿工”。任何一个用户都可以既享受在Algorand区块链上交易的速度和安全性，也可以同时参与Algorand的共识机制并从中获得奖励。

也就是说，原本比特币中存在的用户分级，在Algorand变得不存在了，所有人都将拥有相同的系统参与权限。

关于Algorand的其他创新技术和未来发展，Micali表示，“我们已经给区块链的共识协议和激励机制带来了巨大的创新。在智能合约和区块链的其他方方面面，我们都将带来同样的创新。一个真正分布式的、安全的、高效的区块链平台才能代表未来，在这样一个平台上，所有用户，无论大小，都可以进行复杂的交易，无论是金融方面还是其他领域。而过去这些复杂的交易类型只能由少数人来完成。”

Algorand应用 & 目标

Algorand可以被应用到很多场景和领域，比如加密货币、建筑、社交、购物、溯源等。原因在于，Algorand是一个真正的【无摩擦】的平台，费用非常低，并且支持扩展，每个人都可以在上面进行开发。此外，Algorand也很适合拍卖领域，比如你在外滩有间很好的办公室，你把它拍卖给拍卖行，这样做的好处在于，每个参与的人，哪怕投入的钱很少，都可以购买这个办公室一部分的产权，这在之前是从来不敢想象的。通过Algorand，我们希望能够对原有金融体系实现更加民主化和透明化的改造。

最后Silvio Micali教授谈论了Algorand的近期和远期目标。近期目标有激励机制的落地，激励更多人投入到平台的业务中。比特币的激励机制是通过竞争的方式激励最快的矿工，但慢慢的，有些人开始用更高规格的显卡、更高配置的电脑，挖到了更多的矿，形成了矿池，然后又衍生出很多中心化的超级矿池。怎样激励更多人参加又不会形成中心化，是需要思考的。此外，我们还会有拍卖功能和算法稳定化机制。我们可以每秒达成几千次交易，这是好事，但如果价格老是变动就不是好事了。Algorand希望价格走势能更平滑一些。同时还会引入密钥管理机制，以及移动支付功能。远期计划首先考虑的是智能合约，Algorand希望智能合约真正做到「智能化」，此外，远期计划还包括债券机制、监管、实名资产等。

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《ALGORAND》全英文版PDF链接：https://arxiv.org/pdf/1607.01341.pdf