朱嘉明：處於「十字路口」的區塊鏈技術及其應用

區塊鏈和與之相聯繫的加密數字貨幣，無疑是21世紀「橫空出世」的新事物。過去數年，特別是2017年以來，區塊鏈技術及其應用，受到全球範圍內的科學家、思想家、經濟學家、企業家，以及政府、社會和經濟組織的關注、參與和應用，全方位地影響了現存的經濟結構和經濟行為，一方面，迅速形成了全球性的「區塊鏈」運動；另一方面，因為區塊鏈技術的先天缺陷和現實困境而陷入「十字路口」境地。現在，到了以理性態度理解和認識區塊鏈和加密數字貨幣的真實狀況，突破區塊鏈創新瓶頸，實現區塊鏈技術體系進化的時候。正是在這樣的歷史性期待下，鄒均及其他三位作者撰寫的《區塊鏈核心技術和應用》，從剖析區塊鏈的核心技術入手，對區塊鏈的技術體系進行了理性的梳理，觸及到區塊鏈的深處結構和科學基礎，所以，我給以相當的肯定。《區塊鏈核心技術和應用》共12章， 400餘頁，26萬字。作為篇幅有限的序言，主要集中討論處於「十字路口」的區塊鏈及其技術體系所面臨的四個基本問題：

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如何理解和認識區塊鏈所存在的「先天缺陷」，以及區塊鏈技術背後的科學層面。一般來說，任何一項新技術都可能存在「基因」和「染色體」問題，區塊鏈也不例外，很可能反映在以下的四個「局限性」：

1.1囿於數學工具的局限性。通常認為，區塊鏈的核心技術是「密碼學」，而區塊鏈的「密碼學」的重點之一則是「哈希函數」。也就是說，「哈希函數」是區塊鏈的基石之一。 「哈希函數」的種類很多，大多數「哈希函數」都是迭代性的，即使用一個「哈希函數」，不同的參數進行多次迭代運算。問題是，「哈希函數」，以及與「哈希函數」緊密聯繫的「素數」， 甚至現代「密碼學」，最終根源於純粹數學分支之一的「數論」。高斯說過：「數學是科學的皇后，數論是數學的皇后」 。因為「數論」 還在發展，「哈希函數」尚屬年輕，還存在諸如演算法選擇不當，造成較多碰撞，導致性能下降等問題，加之對「哈希函數」的有限移植，意味著區塊鏈的底層技術建立在還處於新生階段的「地質板塊」上。至於，Merkle 樹因為與「哈希函數」的內在聯繫，也是數學問題，所謂的拜占庭將軍問題的本質，更是一個數學問題。在這樣的意義上，可以試圖用數學語言將區塊鏈描述為：以「數論」為基礎，通過「哈希函數」實現的一種「複合函數」構造。

1.2囿於「博弈論」的局限性。區塊鏈的本質是一種多方參與，且形成平衡關係的共識系統。這也是區塊鏈，特別是公有鏈存在價值的關鍵所在。可以將共識系統理解為一種節點之間「均衡」，建立在「博弈論」基礎的「納什均衡」最接近反映區塊鏈共識系統的這種狀態。具體來說，「納什均衡」是指這樣的一種策略組合：在一個非合作博弈過程中，無論對方的選擇為何，任一博弈方只有選擇某個確定性策略，才能獲得最佳收益。如果任一博弈方單獨選擇變換策略，悖離「納什均衡」，都會損害自己的收益。問題是，當年諾伊曼和納什研究的是有限「節點」下的小規模博弈，早已經不足以面對「由幾十億節點的龐大對象構成的社會、經濟等複雜行為」[1]。MIT 的一個近期成果是，一位計算機科學博士在其論文中指出：「找到納什均衡點是幾乎不可能的事」[2]。區塊鏈和「博弈論」，包括「納什均衡」的現實關係是：一方面，區塊鏈需要「博弈論」，包括「納什均衡」工具的支持，另一方面，區塊鏈節點的「算術級數」，甚至 「幾何級數」發展模式，已經突破了「博弈論」的框架和體系。總之，因為區塊鏈的節點無限擴大，所以支撐區塊鏈的「博弈論」和「納什均衡」必然捉襟見肘，出路何在，至今並沒有找到最終的科學路徑。

1.3囿於計算機語言和代碼的局限性。區塊鏈通過計算機語言和代碼完成技術實現，沒有軟體的注入，就沒有區塊鏈的生命力和運行。但是，恰恰並不存在完美的軟體。其一，區塊鏈編程語言多元化，難以找到佔有絕對優勢的區塊鏈編程語言，只能通過不同編程語言的互補性加以改善。在現實中，很可能發生因為任何一種編程語言自身不足，以及不同的編程語言不足的迭加，對現有區塊鏈造成本源性的傷害。其二，在現階段，區塊鏈編程語言主要依賴C++、Java、Go等幾種 「高階語言」，但是，這些語言都需要演進，以求滿足區塊鏈技術實現的需求。可以確定的是，現有的「高階語言」仍有很大的改進空間。邏輯上說，整個計算機語言體系仍會繼續發展，新一代計算機語言勢必對區塊鏈產生衝擊和影響，推動區塊鏈的演進。其三，現有的計算機語言正在面臨與其它新技術的融合，進而影響區塊鏈的技術體系。例如，人工智慧技術和計算機語言的融合，很可能引發計算機語言系統的變革。其四，編程人員的自覺和非自覺的錯誤。本書提供了區塊鏈與軟體相關的錯誤、缺陷、故障和失效的關係框架圖[3]。

1.4囿於預期時間實驗長度的局限性。至今， 區塊鏈的實驗歷史相當短暫，支撐 「比特幣」的區塊鏈歷史最長，也不過不足十年。但是，依據「比特幣系統」的設計和「比特幣」的演算法，推測直到2140年最終產出2100萬單位，即使從2018年起計算，僅僅挖完全部的「比特幣」，還需要122年的時間。從理論上說，「比特幣」技術系統的使用壽命沒有上限，這個過程中，「比特幣系統」的運行不可中斷，甚至不允許進行實質性的修改。所以，本書提出了如何保證「比特幣系統」在未來122年安然無恙的運行問題，是有相當意義的。其實，豈止比特幣的區塊鏈技術系統，絕大多數的區塊鏈的設計和應用，並非是短期的，現在還沒有足夠的案例證明，現行支持區塊鏈的軟體和硬體系統能夠支持長周期的時間目標。

進一步說，到目前為止，支撐區塊鏈的主要底層技術的產生，早於區塊鏈。之後，因為有了區塊鏈理念，這些技術得以重新組合。也就是說，現階段的區塊鏈技術，及其數學和科學的基礎，還是相當脆弱的，難以支持在商業、經濟和社會的長期和大規模的應用。在人類現代科學技術發展的過程中，從基於有限科學原理的技術嘗試起步，最終形成完整的學科和科學體系，不乏歷史案例。例如，萊特兄弟製造飛機之時，所依據的不過是一些初步的科學原理和技術，但是伴隨飛機的進化和工業化，最終形成了以飛機整體設計為目標，包括航空學、材料學、電子科學、工程製造學等眾多學科的綜合科學技術體系。

所以， 現階段區塊鏈的技術，很像萊特兄弟飛機的試驗階段。要想全面實現區塊鏈的理念，就像飛行器的歷史，最終不僅要實現在全天候和全方位的天空飛行，而且最終要進入宇宙空間，需要的是一個完整的科學和技術體系的支持。可以這樣認為，因區塊鏈所組合的技術，還需要一個適應區塊鏈廣泛應用的調整時期，或者進一步開發的時期，最終區塊鏈可能演變出一個科學含量極高的綜合學科體系。

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區塊鏈是否存在現實的和潛在的威脅？區塊鏈面臨著為數眾多的技術性困境，諸如「可擴展性」技術，「隱私保護」技術，「存儲」技術，等等。但是，真正構成對區塊鏈體系的現實的和潛在的威脅的很可能集中在：

2.1「共識層」結構性失衡的可能性。在區塊鏈的架構中，或者在區塊鏈的分散式系統中，「共識層」至關緊要。共識的本質是「演算法」，一個嚴格「共識演算法」 需要滿足四個條件：終止性、一致性、合法性、誠實性[4]。 從技術層面來講，區塊鏈的共識演算法基於非同步通訊場景。這樣，就要涉及到FLP定理。該定理的研究對象覆蓋非同步通訊的沒有時鐘、不能時間同步、不能使用超時、不能探測失敗、消息可任意延遲、消息可亂序等一系列特徵。在非同步通訊場景下，即使只有一個進程失敗，也沒有任何演算法保證非失敗進程達到一致性[5]。在這樣的情況下，通常的共識演算法，會傾向選擇「安全性」和犧牲「活性」，難以保證在有限時間內達到共識[6]。也就是說，現在的各類區塊鏈的共識演算法只有相對意義，並不存在統一的共識演算法，唯有根據不同的需求，不同類型的區塊鏈不得不採用不同類型的共識演算法[7]。

這樣，就引申出兩個問題：其一，已有的共識演算法如何應對當下區塊鏈數量爆炸，類型組合多樣化，以及區塊鏈類型之間差異增加的情形？其二，區塊鏈是特定的多維動態系統，就是一個多中心或無中心、更加分散式的網路。這個網路跨越多個子網、多個數據中心、多個機構、多個運營商、甚至多個國家，如果「區塊鏈聯盟」 進入實質化，怎樣協調不同共識演算法，實現共識的共識？

不久前，一位以maxdeath作為筆名的作者提出：區塊鏈的第三代技術突破，一個是「零知識驗證技術」，另一個可能的突破點是真正無限擴展的共識演算法[8]。 這個看法，頗值得注意。

還有，區塊鏈的功能依賴於去中心化賬本，而去中心化賬本取決於不同節點上的賬本數據的一致性和正確性，最終決定於分散式系統中實現狀態共識的演算法。因為區塊鏈的演算法對「一致性」的制約，不可避免地影響了去中心化賬本的深層基礎，及區塊鏈的功能。

2.2「算力」的壟斷傾向和趨勢。區塊鏈的運行機制可以理解成不斷將「單一或多個輸入值」轉換為「單一或多個結果」的過程，因此區塊鏈是一種「計算」 （Calculation）[9] ，天然需要「算力」的支持。特別是，以比特幣為代表的「區塊鏈技術」，使用「工作量證明機制（POW）[10]」 來確定記賬權。這一機制要求節點進行大量的複雜函數計算，使得記賬節點完成共識的同時，增加了對區塊鏈攻擊的成本，提高了安全性。引入這一機制，對區塊鏈技術的發展產生了深遠的影響：唯有通過「算力」不斷挖出區塊實現記賬。如果區塊鏈沒有「算力」，就無法產生新的區塊，就會出現交易沒有人去記賬的情況。這就意味著區塊鏈的「死亡」。「算力」的作用也開始被狹義化為「挖礦」，其衡量標準等同於「哈希率」，即「計算哈希函數輸出的速度」，單位是hash/s。「礦工」開始成為比特幣等區塊鏈中的重要群體，在比特幣的管理範疇中不斷要求更高的權利。問題在於，有可能發生區塊鏈天然 「算力」遭到壟斷的情況。以比特幣為例，過去的十年間，其 「算力」的實現，經歷了從CPU到GPU的個體時代，短暫的FGPA階段，最終進入了通過ASIC礦機支持的礦池壟斷時代，其標誌是比特幣全網算力以P hash/s算力為單位（1P=1024T，1T=1024G，1G=1024M，1M=1024k）。當下，比特幣預計全網算力已經將要達到37000P[11]。

期間，基於去中心化的分散式記賬的比特幣，原本與之配合的分散和自由競爭的「算力」，迅速遭到包括晶元技術升級、能源、人力、資本大量投入的組合型衝擊，造成以「算力」日益壟斷為特徵的「異化」。從技術角度說，在區塊的挖出速度不能改變前提下，「演算法」就會根據「算力」增大而提高和控制區塊的挖出難度，當全網算力足夠大的時候，挖礦的難度也就足夠大，任何個人不太可能獨自挖出完整的區塊，只有加入礦池，才可能以礦池的算力挖出完整區塊，個人按照其貢獻算力的比例去分成。不僅如此，在礦池環境下，因為全網挖礦難度的調整不是實時的，如果發生礦池突然中止挖礦，會導致剩餘礦工無法在當下的挖礦難度下準時產生區塊，最終造成區塊鏈「死亡」式樣的「同歸於盡」。所以，建立在強大「算力」基礎上的礦池實質上綁架了區塊鏈。先是比特幣，進而以太坊也面臨相同的境地。

如果說，中本聰是智者，他們卻沒有想到，基於資本和工業能力所支持的 「算力」壟斷，早已經不僅僅是一個簡單的能源、人力、資本的競爭和消耗問題，也不僅僅是個人通過挖礦獲得比特幣財富的權利遭到剝奪的問題，而是一旦處於壟斷狀態的「算力」失去控制的機制，很可能構成對區塊鏈和加密數字貨幣生態的毀滅性破壞的問題。現在很可能只有兩種可能性：或者為了維持「算力」壟斷，成本不斷增大，當成本高於收益的時候，就會停止；或者為了維持「算力」壟斷，「竭澤而漁」，最終同歸於盡。前者可以理解為「軟著陸」，後者可以理解為「硬著陸」，現在顯現的主要可能性是後者。不論是對「軟著陸」還是「硬著陸」，都需要警惕，更需要通過技術底層創新加以防範。

需要說明的是，目前，基於「工作量證明機制（POW）」所衍生出來的種種弊端，人們已經嘗試了若干不同的替代方案，例如「權益證明機制（POS）」、「股份授權證明機制（DPOS）」等[12]。特別是，Vitalik Buterin針對「聯合化的礦工團體出於自利目的將算力集體轉移以攻擊舊區塊鏈（spawn-camp）」 的可能性，提出可以加強從客戶端出發的驗證機制，利用均勻分布的個體用戶的「協調性問題」，增加上述攻擊成功的難度[13]。但是，以上種種方案並不意味著「工作量證明機制（POW）」的思想已經過時，也不意味著「算力」應當被摒棄。其如何演變，以及「工作量證明機制（POW）」究竟會如何發展，「算力」是否能夠在區塊鏈中發揮更重要的作用，還需要時間的驗證。

2.3傳統經濟模式和工具的侵蝕。面對區塊鏈及其所支持的加密數字貨幣的橫空出世和蓬勃發展，有一種廣泛傳播的樂觀看法：區塊鏈和加密數字貨幣誕生、傳播與應用，具有強大的生命力，代表了打破傳統經濟生態平衡，改變傳統金融和產業秩序的「新物種」，類似歷史上來自北方「野蠻人」對「羅馬帝國」的衝擊。但是，現實更多展現的是相反的一面，即傳統經濟模式和工具對區塊鏈和加密數字貨幣的生態體系的侵蝕。其一，包括比特幣在內的主要加密數字貨幣的價值，需要通過以美元代表的「法幣」加以體現。之所以發生這樣的情況，主要因為在現實世界還沒有形成比特幣，或者其他加密數字貨幣的自我循環和交易的「市場」。其二，傳統的，以法幣作為投資手段的各種「資本」，全面進入到區塊鏈和加密數字貨幣領域，形成「資本主權」。其三，諸如商業銀行、投資銀行、交易所等機構模式，正在與區塊鏈、加密數字貨幣和Token「嫁接」，甚至「融合」。其四，部分「移植」區塊鏈和加密數字貨幣原理和技術，以求強化傳統經濟和貨幣體系。一些國家開發的法定加密數字貨幣，就是典型案例。

現在要特別注意的是區塊鏈「財富效應」幻覺，誇大以區塊鏈為技術基礎的數字資產的價值轉移、定價與交易，誤導人們以傳統商業化的原則理解和判斷區塊鏈的價值。簡言之，當下回答如何看待傳統經濟模式和區塊鏈系統彼此的相互作用，或者彼此「混合」的後果，是否能夠重構人類信任體系，最終誰改造誰，還為時過早。但是，有一點是值得憂慮的：區塊鏈及其理念與技術原本是為了解決傳統經濟制度的缺陷，然而面對傳統經濟工具、制度和機構的全方位的入侵，尚處於早期的和脆弱狀態的區塊鏈生態，並不具備一個強大的自我保護機制，面臨被傳統經濟模式和工具的再改造可能性。

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現階段區塊鏈存在怎樣的創新路徑？區塊鏈過去、現在和未來的生命力，都決定於其「創新」能力。區塊鏈的創新主要是兩類：在現階段區塊鏈主流架構下的創新，以及從本源上突破了主流框架的創新。

3.1基於區塊主流架構和具有 「路徑依賴」特徵的創新。現在普遍看法是，比特幣是區塊鏈的1.0, 以太坊是區塊鏈的2.0。但是，不論是比特幣，還是以太坊所代表的區塊鏈，都是「公有鏈「的主流框架。在主流框架下的「創新」主要集中在：其一，突破「可擴展性」限制。主要包括比特幣通過「分叉」的擴容方案，以太坊自身的Plasma，State Channel, Raiden，Truebit，Sharding，Casper等擴容方案[14]；以及諸如側鏈技術（Rootstock, Polkadot, Cosmos），區塊擴容，鏈下計算，分區共識，分片的 「內部分割」等處於試驗階段的選擇方案[15]。其二，改善「存儲」。工程實例至少有：Swarm（以太坊的P2P文件共享協議），Storj（一種「分散式存儲「），以及IPFS（一種P2P超媒體協議）[16]。其三，EOS代表的區塊鏈操作系統。根據EOS白皮書顯示，其預計擴展至單鏈幾千TPS、全網並行百萬TPS的交易吞吐量，並且主網已於2018年6月上線，是未來區塊鏈平台強有力的競爭者[17]。其四，開發具有隱私和法規的區塊鏈。例如 Cardano。Cardano是世界上第一個由研究為主導，從科學哲學開發出來的區塊鏈項目，也是第一個採用同行評審技術的區塊鏈項目，可用於發送和接收數字資金，支持各種去中心化應用和智能合約[18]。其五，提高智能合約的安全性。一個被稱之為「形式化驗證」的技術，正在逐步應用到區塊鏈智能合約代碼檢查。其原理是，根據某個或某些形式規範或屬性，使用數學的方法證明其正確性或非正確性[19]。其六，滿足區塊鏈測試需求，完善參考「ISO/IEC 25010標準」的一個測試模型。在這個模型中，區塊鏈評測涉及到8個維度，進而延伸出31個分維度[20]。

3.2突破現階段區塊鏈主流架構的創新。必須注意到，在區塊鏈主流架構下的創新，只具有相對意義。例如，比特幣在理論上可逆，在頂層設計階段就沒有徹底解決共識問題，只是將問題加以轉換，「一方面通過區塊鏈的序號作為虛擬時間，一方面通過「挖礦」的經濟動力來促使比特幣鏈的不斷延伸」[21]。 在這個意義上，中本聰用此類經濟方法解決分散式系統共識演算法，確實相當智慧。進一步說，現階段的區塊鏈，難以升級。一旦區塊鏈被部署和進入生產模式，在功能上進行添加、修改和刪除，難度甚大，成本甚高[22]。 現在，通常的區塊鏈修改，都會造成區塊鏈系統的軟分叉或者硬分叉，造成大量的時間和能量精力投入，且承受由此帶來的經濟後果。

所以，區塊鏈的真正創新必須突破主流架構，實現頂層理論設計和數學方法上的創新。這種突破主流框架的創新，已經悄然開始。到目前為止，DAG (Directed Acyclic Graph)，即有向無環圖，屬於突破現階段區塊鏈主流架構的創新。「比特幣的效率一直比較低，基於工作量證明共識下的出塊機制是一個原因，由於鏈式的存儲結構，整個網路中同時只能有一條鏈，導致出塊無法並發執行。DAG從根本上摒棄了區塊概念，交易直接進入全網中，達到所謂的「無區塊（Blockless）」效果，網路中的交易就可以容納N倍。[23]」 具體說，DAG有四個特點：「其一，交易速度快，交易速度遠遠高於基於POW和POS的區塊鏈交易速度。其二，無需挖礦：DAG把交易確認的環境直接下放給交易本身，無需由礦工打包成區塊後同意交易順序。所以DAG網路中沒有礦工的角色。其三，無手續費：交易發起只需要做簡單的POW工作量證明，整個網路中的POW都是發起交易者自己做的，而不是交給礦工。發起交易無需手續費。其四，需要見證節點：DAG需要見證人機制的存在。超越DPOS、POS、PBFT，最終實現在效率與安全性的一種平衡。[24]」 DAG的數學基礎不再是數論，而是圖論，即拓撲學，即以空間、維度與變換作為研究對象的學科。圖論原理顯然更接近對區塊鏈基本模式的描述。DAG模式如下[25]：

第一次提出DAG跟區塊鏈結合是在Nxt社區，該社區的成員大多集中在東歐和俄羅斯，去中心化對他們更具有現實意義。現在，基於DAG原理和技術的IOTA，由四名平均年齡不到30歲、最年輕者僅21歲的團隊所創立，推出不到兩年，其價格在虛擬貨幣中已經攀升至第八名，他們更高的目標是成為「物聯網」的骨幹。此外，Swirlds公司開發的Hashgraph技術也是DAG結構的一種。Hashgraph通過「Gossip about Gossip」協議，「讓每個節點都維護著所有節點跟其他節點的通信歷史，每個節點在完成拜占庭協議時，不需要經過網路多輪通訊，節點本地環境就可以直接模擬拜占庭決議。Hashgraph的數學上可以證明滿足非同步拜占庭容錯，至少跟比特幣一樣安全[26]。」 不過，對於Hashgraph技術，尚有很大爭議。

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怎樣實現區塊鏈系統維繫「熵值減少」狀態？區塊鏈是典型的信息系統，其生命力取決於其內在的「信息熵」的大與少和高與低。

鄒均在《區塊鏈核心技術和應用》的《前言》中提出：「在香農創立的資訊理論中，信息是一個確定性的量，而熵也是信息量的一個度量。熵越大，越無序，信息量越少。而從這個意義上來說，區塊鏈系統是一個熵值減少的系統，因為共識所確定的狀態，就是信息，而信息也就是有序和確定性」[27]。鄒均的上述說法是否精確，可能還需要討論。但是，鄒均提出了兩個有意義的問題：其一，區塊鏈是一個熵值減少的系統；其二，共識導致熵值減少。

4.1何謂「信息熵」？為了理解「信息熵」，首先需要理解什麼是「信息」？「信息」沒有標準定義，按照香農（C. E. Shannon，1916-2001）的「資訊理論」 ，可以理解為一串以邏輯論的「01」（即計算機的「二進位」）編碼的數列。至於「信息熵」，則是基於數學，或者統計學上的抽象概念，所描述的是「信息」本身的一種性質，這種性質獨立於「信息」的「形式內容」。具體說，「信息熵」的幾個基本屬性：（1）單調性。發生概率越高的事件，不確定性越低，其所攜帶的信息熵越低。相反，事件的可能選擇越多，不確定性越大。（2）非負性，即「信息熵」不能為負。（3）「信息熵」應該是隨概率連續變化的。（4）累加性，即多隨機事件同時發生存在的總不確定性的量度可以表示為各事件不確定性的量度的和[28]。在這裡，「信息熵」與 「信息量」 概念發生某種重合。「信息量」是衡量信息消除的「不確定性」（Uncertainty）的度量，更準確的說，就是「隨機變數不確定度的平均度量」，資訊理論中將它稱之為「信息熵」[29]。或者說，「信息熵」是信息的「不確定性」的度量，「不確定性」越大，「信息熵」越大。「信息熵」也可以理解為將一個事件用「01」編碼的一串數列的平均碼長，碼長的單位就是「bit」。所以，「信息熵」也是一種數學預期。

4.2區塊鏈何以形成有序？從根本上說，區塊鏈的信息系統天然具有克服「熵增」，實現「熵減」的結構。因為，一般的信息系統不同於物質世界，具有以下的基本特性：（1）可複製性，難以唯一；（2）無序擴散性；（3）易失真、演變、丟失；（4）不考慮信源在信息流動過程中扮演的「麥克斯韋妖」的角色的話，信息系統因為信息的基本特性，更容易出現無序態；（5）加之中心化信息系統，本質上只是一個沒有任何堅實的基礎和被放大和降噪的信息管道，難以實現系統的真正有序和確定性。所以，一般的信息系統很難克服「熵增」屬性，難以實現系統的真正有序和確定性。而區塊鏈信息系統，因為包含「共識機制」，包含時間、主體、內容在內的全息記錄，例如時間戳技術，以及包含非中心化系統和節點分布，導致「熵減」，有序和增加穩定性。

但是，在現實的區塊鏈系統中，區塊鏈的「熵減」情況不是自然發生的。也就是說，實現區塊鏈架構中的任何一個層次的數據和信息的真實性和完整性，絕非易事，特別是存在「共識層」結構性失衡的可能性。如果考慮到區塊鏈天然需要「算力」，需要通過不斷挖出區塊來實現記賬，而挖出區塊需要耗費日益增加的能源和人力資源的情況，區塊鏈及與其關聯的加密數字貨幣甚至無法擺脫熱力學的「熵」定理。所以，就區塊鏈技術和日益廣泛的應用而言，怎樣實現持續性的 「熵值減少」狀態，具有相當的挑戰性。

4.3「耗散結構理論」和區塊鏈[30]。在物理學上，最能夠解釋「區塊鏈」的理論很可能是「耗散結構理論」：一個遠離平衡狀態下的開放系統，在與外界環境交換物質和能量的過程中，通過能量的耗散過程和系統內部的非線性動力學機制，能量達到一定的程度，熵流可能為負，系統總熵變可以小於零，宏觀上可能從原來的無序狀態轉變為時間、空間或功能的動態有序狀態[31]。現在看，區塊鏈很可能屬於「耗散結構」，是一種「自組織」系統，具有內各因素之間產生協同動作和相干效應，解決了信息系統從無序走向有序的機制。 區塊鏈的「自組織」系統能夠適應普遍的環境，更加柔韌和健壯。特別是， 「自組織」的「區塊鏈系統」具有自我完善的可能性，消除了宏觀上必然「熵增」引發的衰敗趨勢。進一步說，區塊鏈作為一種「自組織」的「耗散結構」，具有自我意志和自我創造、演化的潛力，以及自我發展的路徑，而不是簡單地由被外部條件影響、塑造。區塊鏈伴隨著算力的運行，會不斷形成新的有序結構和產生新的能量，從這個角度說，區塊鏈結構具有內生的演化邏輯。由此，需要提及「麥克斯韋妖」[32]。 麥克斯韋做了一個思想實驗：它能把一個封閉盒子里的本來熱平衡的分子從一邊「趕」到另一邊，從而讓一個熱力學系統自動減熵，由此違反了「熵增」和「熵最大原理」。但是，這個思想實驗已經被證明無法違背「熵最大原理」。因為實驗中發現，「小妖」為了發現並分辨分子運動的快慢，以及消除自己的信息記錄，本身也需要消耗能量，造成熵增。這個思想實驗的意義之一在於，智能可以是「耗散結構」的方案。在某個意義上而言，區塊鏈系統就是一種「麥克斯韋妖」，也就是說，區塊鏈本身就是一種智能。

在這裡應該指出，到目前為止，比特幣及其區塊鏈基礎是符合「耗散結構」模型的，否則，比特幣也不足以維持十年之久。但是，按照比特幣的初始設計，從現在到2140年的未來一百年間，比特幣是否能夠始終處於「耗散結構」，維持「熵減」，避免「熵增」的狀態，受到太多的內生和外生因素的影響，難以做出簡單的判斷。但是，可以肯定的是：在過去四五十年間，傳統法幣在非「耗散結構」和「熵增」的過程中，發生了從「算術級數」到「幾何級數」的轉變，導致了全球貨幣體系走上了「熵增」的不歸之路。

在結束本序言前，我想告訴讀者：鄒均編著的《區塊鏈核心技術和應用》，與其上一本編寫的著作《區塊鏈技術指南》，以及市場上關於區塊鏈的大量著作相比，以下幾個方面值得注意：其一，宏觀視野。本書從當代互聯網的局限和計算模式的演變的大背景出發，切入區塊鏈的概念和技術框架，最後對區塊鏈技術進行分解說明，使讀者得以窺見區塊鏈技術及其應用的全貌。其二，系統化。本書對區塊鏈技術相關的問題進行分解、梳理和歸納，捕捉出區塊鏈技術的「最小公約數」，最終形成了十二個主題的板塊，每個板塊又細分成三個層次。這樣的框架設計，有益於系統討論區塊鏈技術。其三，科學的描述方式。本書在講解技術的過程中，超越日常生活的形象化舉例，大量引用數學語言和符號語言進行描述，從而準確傳達了概念和邏輯。其四，超越概念化。本書沒有僅僅停留在對概念的介紹，而是大量討論概念背後的「實現過程」、「運行機制」和「交互關係」，例如進行「關於比特幣POW能否解決拜占庭將軍的問題」，「基於POW的共識記賬」等設問。其五，重視和引用英語文獻對話。本書大量的引用英語文獻，一定程度上彌補了當下國內區塊鏈文章和書籍的英文文獻的引用和研究普遍不足的缺憾。當然，可能因為團隊分工寫作的限制，本書不乏重複和粗糙之處，距離精緻化、凝練化還有一定距離。希望這本書還有再版機會，得以完善。

可以預見，在區塊鏈未來發展和成長過程中，還會出現一個又一個的「十字路口」，也就是一次又一次的挑戰。但是，可以相信，區塊鏈的內在學習能力將幫助其在「十字路口」的正確選擇。伴隨區塊鏈未來發展和成長，人類社會中的實體經濟正在被觀念經濟所超越，與物理世界平行的數字世界全面崛起。區塊鏈將是連接實體經濟和被觀念經濟，物理世界平行的數字世界的重要橋樑。這正是區塊鏈真正的歷史功能所在。

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