区块链曾被描述为一种无所不能的技术，有望为互联网带来下一代价值。然而，它有自己的技术瓶颈，被称为“不可能三角”，距离发挥其潜力还很远。所谓“不可能三角”，是指区块链网络很难同时兼顾可扩展性（Scalability）、安全性（Security）、去中心化（Decentralization）这三个要求。最多只能选择其中两个。
因为区块链必须通过分布在全球的数千个计算机节点提供算力来帮助验证网络交易，才能达到让用户在没有权威中心的情况下信任的目的。但这种情况下，整个网络将很难平衡可扩展性和安全性。最早的比特币区块链和以太坊区块链经过多年的发展，性能仍然较低。在过去的一两年里，许多被称为区块链3.0的公链项目都声称已经克服了这个不可能三角。但总体而言，目前还没有出现一个完全令人信服并被广泛接受的解决方案。
然而，两位中国专家撰写的区块链扩容论文《Monoxy: Scale Out Blockchain with Asynchronized Consensus Zones》提出了Monicide解决方案。其关键设计是通过其创新的“异步共识区”，将区块链性能提升至比特币的千倍以上，同时兼顾安全性和去中心化。该解决方案已被计算机顶级学术会议NSDI 2019收录，并将于2月底在波士顿正式发布。
这是继著名图灵奖获得者、麻省理工学院教授Silvio Micali的AlgoRand项目于2017年入选SOSP会议后，近两年又一公链论文入选计算机系统顶级会议。
“所谓不可能三角只是对现有区块链项目的总结，并不意味着区块链技术必然存在这个问题。”论文主要作者王家平近日接受DT君时代专访。
他进一步解释说，如果不可能三角从单链的前提来看是正确的，那么单链系统确实存在这样一个天然的瓶颈。但如果我们从单链进化到多链的前提来看，不可能三角有不同的可能性。
王家平曾任微软总部研究院高级研究员，专注于分布式系统、计算机图形与视觉、机器学习GPU集群等领域的研究。离开微软后，他担任创新工场执行董事，负责区块链、人工智能等投资方向。他主导了比特大陆首轮机构投资，并成为其首轮三大投资人之一。
去年，他通过个人微信公众号发表了《区块链有什么了不起》《公链如何才能更快成长》等一系列文章，阐述了他在区块链领域的经历，并梳理了他为什么相信区块链技术是一项令人惊叹的技术，在业界引起了广泛反响。
图片|王家平（来源：王家平）
王家平表示，Monoxy的基本实现和实验验证已于2018年夏天完成，并于9月提交给NSDI 2019。 11月底，成功收到大会正式入围通知，比原定时间提前了几天。
NSDI的全称是“Networked Systems Design and Implement”，与OSDI或SOSP齐名。它是计算机网络系统领域最负盛名的顶级学术会议之一。此前，也有不少区块链团队诉诸公链的性能，希望向此类顶级国际会议提交论文，但几乎都失败了。
今年NSDI 接收的49 篇论文中，Monride 仅有1 篇论文与区块链相关。王家平认为，区块链技术相关的研究在整个学术界仍然是一个非常新兴的课题。主流学术力量尚未完全进入这一领域，而进入的人中，计算机系统研究人员更是少数。这篇论文在NSDI 上的发表，也标志着主流计算机学术界首次认可区块链扩容解决方案相关研究。
他指出，如果从计算机架构的角度来看区块链，后者是冯·诺依曼架构的延伸，进一步扩展了冯·诺依曼架构的计算架构，使其与特定的物理计算设备分离，可以从根本上防止计算过程不再由单一控制器控制，让每个人都可以信任这个计算系统。
在这篇论文中，王家平、王浩等人提出了一个名为Monride 的区块链扩容计划。实验证明，在48000个全局节点组成的测试环境中，性能可比100%。币网高出1000倍，有望打破长期困扰区块链性能的“不可能三角”瓶颈。
重要的是，所提出的Monicide 解决方案中使用的具体共识算法可以是PoW（工作量证明）、类BFT（拜占庭容错）或VRF（可验证随机函数）。王家平告诉DT君，希望未来通过授权合作，将本次拓展计划与更多区块链项目结合起来，加速区块链性能的拓展。
图| Monoxy总体设计（来源：王家平）
Monoxy的关键设计是“Asynchronized Consensus Zones”（异步共识组）。异步是其重要特征，但核心是共识组模型。
王家平解释说，共识组是由多个同质、功能完全一致、地位完全平等、逻辑上尽可能隔离的独立共识系统实例组成。它们并行工作，共享整个网络的吞吐量、计算和处理。存储压力也分散了整个网络状态的维护工作。提出的共识组包含以下特征：
它拥有独立且相对稳定的节点集，逻辑上不需要一个节点参与多个共识组。它有独立的账本，托管全网的部分用户（群内用户）。每个共识组中的用户之间不存在重叠。它具有独立的非阻塞块生成过程，并且各组之间不需要同步（例如需要独占锁定特定资源）。拥有独立的未确认交易集合，只有与组内用户相关的未确认交易才会被临时存储。通过独立的区块候选或竞争机制，矿工仅限于群体内竞争，与其他群体的矿工没有直接的竞争关系。它拥有独立的Gossip网络，可以在不影响其他共识组的节点的情况下完成区块和未确认交易的广播。从这个角度来看，Monoxy是一个基于分片技术的公链架构解决方案。分片技术并不是Monoxy 独有的。来自新加坡的Zilliqa可以算是第一个实现分片的公链项目。目前，分片已成为区块链扩容的主流方式之一。
然而，现有的分片解决方案或多或少牺牲了安全性或去中心化，目前还没有出现令人满意的解决方案。王家平强调，一个好的分片方案，每个分片应该是同质的，功能完全一致，状态完全平等。因此，他提出了异步共识组的模型。
但这会引发两个问题。一是如何保证各个共识组的安全？首先，如何正确高效地完成跨共识组的交易？
对此，Monoxy提出了两个关键概念：“Chu-ko-nu Mining”和“Eventual Atomicity”。前者通过协议层的调整，放大网络的有效算力，防止算力崩溃。集中攻击特定共识群体。后者保证了在所有中继交易都被确认并执行后，可以满足Monoxy系统中交易的原子性。
王嘉平表示，Monoxy通过设计这样的系统和协议，保证其上的跨分片交易能够正确、高效地完成，保证攻击单个共识组的成本相当于攻击整个网络，同时也保证攻击单个共识组的成本与攻击整个网络的成本相同。所有节点需要承受的系统压力不会随着整个网络性能的提高而增加。
Monoxy真的突破了所谓的区块链不可能三角吗？王家平说：“我也这么认为。”他强调，虽然不是彻底突破，但可以说“打开了一个巨大的洞”。
为了保证跨分片交易正确、安全地完成，基于当前互联网带宽，系统可扩展性将大致限制在100万TPS和数十万个共识组。无法实现无限的可扩展性。但无论如何，异步共识组仍然可以轻松实现性能提升1000倍的目标。
DeepTech很荣幸邀请王家平博士担任我们的区块链专栏DeepHash的作者。这是他第一次在个人公众账号之外在媒体开设专栏。明天，他将在他的第一篇专栏中进一步阐述Monoxy如何突破区块链的不可能三角，包括他研究中提出的“持续挖矿”和“终极原子性”两项重要创新。
