纏結是什麼？它會是區塊鏈技術升級的下一階段嗎？

IOTA是一種加密貨幣，但與其他所有加密貨幣不同，它並非建立在區塊鏈之上的。為了設計一種低成本且可擴展應用到物聯網的分散式賬本技術，IOTA的開發人員從零開始，建立了一種被稱之為「纏結」的新型架構。

纏結並不是第一次試圖找到一種完全不同的方式來達成分散式共識的加密貨幣，但是在12月初，IOTA的市值已經上升至全球加密貨幣的第四位，它已經成為區塊鏈技術最重要的替代方案之一。

IOTA提出的應用於物聯網的設計，可以從完成大量微小交易的網路中獲得巨大的收益。正如IOTA的目標一樣，讓網路無需信任和分散式，可能會開啟新的經濟模式。Carsten Stocker和Kerstin Eichmann發表在IOTA博客上的一篇文章中寫道：「一款智能設備可以為其組裝、維護、能耗和責任保險，以及為其他機器提供數據、計算能力、存儲或物理服務而提供支付能力。」

在IOTA實現「獨立的機器經濟」之前，這個項目必然會面對許多難題：完全的分散式；建立對新發明的密碼學的信任；確保網路能夠支持配置受限的物聯網設備。IOTA團隊的一些項決策引起了批評，但是他們對批評的回應並沒有激發人們的信心。

但是，現如今唯一使用的纏結技術的是IOTA，而且沒有什麼能限制纏結的最終實現甚至在物聯網應用的落地。比特幣的架構已經被無數次實踐與應用(當然，目前為止大部分都是失敗的)。IOTA可能是革命性的成功亦或是曇花一現；但是不管怎樣，纏結有可能改變一些需要快速、高效、無需信任的行業：例如數字廣告銷售。

如果它能有效，那就是成功。

纏結是什麼？它是如何在IOTA中實現的？它能超越其他項目嗎？它是否真的像Serguei Popov在纏結白皮書中所寫的，代表了區塊鏈技術升級的下一階段？

纏結

纏結理論基礎是有向無環圖(DAG)：這是一種數據結構，數據在一個方向上傳遞，而不回滾。與區塊鏈一樣，纏結是一種分散式賬本，獨立賬戶在網路中彼此之間進行交易，在不依賴中央集權的情況下達成共識。

下圖就是纏結和區塊鏈末端的相似之處。區塊鏈：一串連續的塊，每個塊首尾相連，每個塊都包含一組交易。纏結看起來很不一樣。下面的圖片取自白皮書：

纏結，來源: Popov（纏結白皮書）

在上圖中，時間從左到右。每個框表示在網路上由設備(或「節點」)發出的交易。Popov寫道：「在像比特幣和以太坊這樣的工作量證明區塊鏈中，系統中有兩種不同類型的參與者，發起交易的人和批准交易的人；在纏結中，每個設備（節點）都在維護網路運行，也就是說，只有一個參與者，意味著節點同時也是礦工。

過程如下：每當節點想要發送交易時，它必須隨機驗證前序的兩個交易，即上圖中的箭頭所顯示的。這種驗證需要執行少量的工作證明，以確保網路安全，這也意味著交易不是完全免費的（個人使用者的損耗，如電費等）。由於沒有需要記賬的礦工群體以及獎勵，所以沒有任何費用。白皮書指出，這種不收費的結構實現了比特幣不可能實現的小額交易。

當纏結中的交易被驗證批準時，批准它的交易就會依次被新一筆交易驗證批准，該交易的「累積權重」就會建立起來。類似於對比特幣交易的確認，更高的累積權重表明交易更可靠，更不可變。圖中最右邊的灰色方框，表示最近未獲得驗證的交易，稱為「tips」。

無需區塊建立共識

由於IOTA交易不能同時被所有參與者共享，所以它比區塊鏈更容易發生分歧。」但值得注意的是，IOTA網路是非同步的。」Popov寫道，「一般來說，節點不一定看到相同的事務集。而且還應當指出，纏結可能包含相互衝突的交易。」

不過最終，相互衝突的交易是「孤立的」，而非確認完成的狀態。纏結依靠於最終對這些交易達成共識的動機。正如白皮書所指出的那樣，「如果一個節點發布的新交易，批准了相互衝突的交易，那麼其他節點就不會批准它，最終其會被湮沒。」

為了找到可以批准的交易，避免導致自己的交易被孤立，節點會運行「tips選擇演算法」。IOTA的纏結並沒有特別委託任何演算法，但是白皮書以馬爾可夫鏈蒙特卡羅(MCMC)為舉例。

Popov的MCMC演算法至少會將兩個「隨機漫步者」置於纏結中的某位置：不會在開始時(這需要很長的驗證時間)，但也不是在近期(選擇的節點質量會受到影響)。這種節點選擇方法是按時間順序沿著驗證及相似權重的最優路徑實現的。假設交易X(累計權重= 20)通過交易Y(累積權重= 19)和交易Z(累積權重= 3)獲得批准，那麼從交易X移動到交易Y的概率要高得多。

其原理是「懶惰」的節點即很少會發布交易的節點，因此很少驗證他人的交易，所以其將處於不利的地位。懲罰懶惰的節點是有必要的，因為它消極的行為減少了網路的安全性與網路發展的速度，例如，懶惰的節點會帶來雙花攻擊的風險，白皮書中對此還做出了一些描述，以及包括MCMC的應對方式。

什麼是白皮書中沒有提到的

Popov直接表示：「在Tangle白皮書中並沒有討論IOTA協議具體實現應用的問題」（或者說它還不算是IOTA的白皮書）。 IOTA基金會建立了工作中的纏結網路， 但纏結網路的理想和IOTA的現實之間存在一個鴻溝。開發人員在將其技術完善到可用於物聯網方面時面臨著諸多挑戰，他們其中的一些決策也受到了強烈的批評。

存儲

在資源受限的物聯網設備上，存儲問題是當務之急。白皮書並沒有解決這個問題，但燈泡和烤麵包機顯然不能存儲整個纏結，同樣，153GB的比特幣全節點區塊和338GB的以太坊全節點區塊也無法做到這一點。

IOTA的發展路線圖於2017年3月發布，描述了包括自動快照的解決方案（與比特幣Pruning原理類似）以及允許設備分片和共同存儲資料庫的swarm客戶端。

加密

去年9月，由麻省理工學院媒體實驗室的Neha Narula領導研究小組指出了「Curl」的缺陷（由IOTA團隊內部開發的哈希函數）。

設計Curl的動機是抵禦量子攻擊的威脅，但是「回滾自己的加密演算法」是一種賭博，而且它似乎已經需要修繕。 IOTA聯合創始人Sergey Ivancheglo（又名「CFB」）證明Narula的團隊發現的缺陷是一種「防拷貝機制」，可以讓IOTA「輕鬆防止盜版」的一種機制。以太坊開發人員Nick Johnson形容這是「陷阱代碼」。

分散式

如果一方控制三分之一以上的纏結算力，則網路不安全。比特幣和以太坊通常被認為是安全的，只要一方不能控制大部分的網路。換句話說，雖然區塊鏈容易受到51％的攻擊，但纏結卻容易受到34％的攻擊（譯註：事實上，34%的攻擊並不能對纏結產生威脅，纏結抵禦攻擊是動態的，參見此鏈接）。

然而，IOTA的實現確實試圖通過積累算力本身來減輕這種缺陷。IOTA基金會運行的「協調者」節點；Cinnober金融技術公司的工程師Eric Wall認為這一決定使IOTA成為中心化。麻省理工學院Digital Currency Initiative的主任Joi Ito寫道，協調者代表了「一個單一的失敗點」。針對Eric Wall的說法，IOTA的創始人David S?nsteb?回應說：協調器是」臨時訓練輪」，來防止纏結網路在幼年期遭受34%的算力攻擊。(IOTA基金會也對Ito的說法做出了回應。)

下一代區塊鏈技術？

正如Popov所指出的，纏結可能是區塊鏈技術升級的下一階段，但迄今為止，它在此方面似乎並沒有展現出令人信服的應用。對IOTA的分散化程度和安全性的擔憂使再度集中到了纏結身上。

如果它是強有力的競爭對手，甚至是區塊鏈的繼任者，那麼tangle應該展示區塊鏈的多功能性，並以其他應用適用於多個行業的多個項目。比特幣在一段時間內並不是區塊鏈的唯一應用。我問Popov，纏結是否可以沿著同樣的軌跡發展，並獨立於IOTA。「是的，」他通過電子郵件告訴我，「它這只是一個數學模型，它可以應用到任何地方。」

不過，並不是每個人都對纏結本身充滿信心。Wall通過私信告訴我說：「我是一個長期的懷疑論者，每個交易用戶生成的PoW並不足以確保一種加密貨幣的安全。」他補充說，白皮書中描述的那種纏結「很可能會在很長一段時間內依賴於中心化的元素。」

他說，「假設一個有交易費和採礦激勵的DAG」，但那樣就不如使用區塊鏈，或者也可以使用POS的DAG，但這是對圍繞纏結概念的一種邊界測試。

Popov在他的電子郵件中強調說,「IOTA本身的潛能是很大程度上是被低估的，現在有太多的事情正在悄悄的發展。」他也許是對的，IOTA也可能顛覆設備的交互形式以及它們所具有的能力。這不應該阻止其他纏結的項目啟動。

話說回來，也許Wall說的也有道理。纏結背後的基本原理，用戶通過工作量證明來驗證其他用戶的交易，可能真的會造成要麼中心化，要麼不安全的結論。當然，在更多的人用它時，我們就會知道答案。

本文意見和觀點僅代表作者，並不代表納斯達克公司的觀點和看法。

英文鏈接：

http://www.nasdaq.com/article/what-is-the-tangle-and-is-it-blockchains-next-evolutionary-step-cm911074

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