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和Visa、PayPal相比，比特币似乎是一个异类。你可能会想，这不是明显的事吗？和传统机构相比，比特币是独一无二的。

计算机科学家和研究人员很快就注意到，比特币成功成为一种去中心化的货币，原因在于其改进了过去计算机的共识协议，康奈尔大学（ Cornell associate）副教授Elaine Shi在最近的斯坦福区块链安全会议的演讲中，如此强调。

Shi解释说，经过30年的研究，经典的共识协议在一定条件下失败了。但她认为比特币是不同的，因为它更安全。

然而，用传统的办法理解比特币没有那么容易。

Shi对CoinDesk说；

比特币协议的成功已经超出科学理解的范畴。
面临这个挑战，学术界似乎决定迎头赶上。

在经过一天漫长的演讲之后，坐于寒风中的她，兴奋地聊了比特币独特的属性。

她指出，最近一些研究试图为比特币制定出正式的安全证明，IC3和其他地方的研究者正在寻找潜在的漏洞，并为未来的协议研究提供信息。

最初的兴奋

Shi首次对比特币感到好奇是在2010或者2011年，当时她在帕洛阿尔托（ Palo Alto）的技术公司Xerox PARC工作。

那时，她一个比特币矿工朋友向她展示了比特币白皮书。他们一起阅读着白皮书，完全沉迷于它。

“我们试图了解为什么会是比特币，”她说。

在她看来，这是一个重大发展。20世纪90年代中期密码学家David Chaum创建密码学之后，世界和密码学的联系越来越紧密。

“当时，尽管他们提出了更复杂的加密技术，但没有这么强的吸引力，”她说。

她补充说道，印象深刻的是，相比之下，比特币普及迅速非常快而且公钥、签名等都很好地达到加密的效果。

她解释说：“比特币一个重要特点是，拥有高明的激励机制，吸引早期玩家，当然还有其他方面的优势。或许是因为它激励措施适当，在普及和应用方面都取得不错的进展。”

困共识

后来，Shi到马里兰大学（University of Maryland）任教，继续她的比特币研究。然后再到康奈尔的区块链研究中心——CryptoCurrencies＆Contracts（IC3）。

她在斯坦福发表主题为“重新思考大规模共识”的演讲，展示了她的新研究，旨在重新思考比特币是如何在保留独特性的同时，工作机制为何会与众不同。结果是她提出了“困（sleepy）”共识模式。

当她问人们为什么正在探索使用区块链而不是长期研究的经典协议如PBFT时，得到回答是“因为它更“robust”。

这是普世的智慧。但是，她指出，从学术角度来看，甚至很难定义“robust”是什么意思。

从这个角度看，“困共识（sleepy consensus）”探讨了一个特定的比特币robust；去中心化，节点可以离开和进入系统。

在Shi的模型中，有“困（sleepy）”节点（离线）和“清醒（awake）”节点（在线和活动）。

Shi展现Snow White的图像以显示每个状态，并且示出节点可以在这两个状态之间相切换。

“例如，当王子亲吻白雪公主时，她醒来时可以继续参与，”她说， “白雪公主是一个非常健壮的公主。”

新协议，新问题

测试系统的robust的一种方法是，当51％的在线节点是“诚实的”时，看看其是否可以达成协议。

传统的模式在这种情况下是无效的。事实上，Shi甚至认为没有经典的协议，无论是同步的还是不同步。

她总结说，比特币正如人们所说的那样，确实是强大的。它是一个已经运行了8年的系统，只要51%的节点是正常的，它就会继续工作。

“困”共识建立在这种robustness之上，如果以另外一种方式修改协议，会打破比特币的工作机制。

研究团队发现，修改后的系统在某些方面更加安全，但新的安全问题也出现了。

Shi说，研究工作正在进行当中，修改后的协议适用于由Linux领导的Hyperledger发布的协议块链。或许，加入其他元素会使比特币更加安全。

Shi和IC3、FruitChains研究的另外一个项目正在探索比特币理论，力图让每个参与者都受益。研究方向是创建一个“公平区块链”，其中区块奖励和交易费均匀分布，奖励方差较小。

“一般来说，为了实现这些构想，我们需要一个新的科学基础。”Shi说。

意外路线

然而，Shi强调，这项研究不是为了满足学术界定义事物的好奇心。

一旦人们更好地理解协议，也许会有意想不到的研究方向。研究人员头脑风暴过后，将更好地理解公共区块链应该如何改进。

目前，世界各地强大的计算机目前以惊人的迅速加入到加密货币网络之中，如比特币和以太坊，所耗费资金巨大，因此POW机制是昂贵的。许多研究人员，例如致力于研究以太坊的POS的研究人员，正在试图找出一种方法解决POW机制下耗费电力巨大的问题。

此外，Shi认为，重要的是要努力理解协议的安全性，并编写协议潜在缺陷的证明。

“尽管人们以某种形式开发出来的成果，为后面的研究带来非常好的灵感，但要证明协议的有效性仍然非常困难。这一点非常重要，因为当你手中有类似于加密货币的事物时，如果协议被破坏，那么你的钱会面临巨大的风险。”她说。

另一方面，一个“可证明的正确的”协议，一定要具有严谨性。

她认为，在未来，严谨的协议可以防止类似DAO事件再现。

“打造严谨的协议的过程很容易出错，除非你经历整个开发过程，”她说。“我认为无论在学术界还是在工业界，对这些协议都有巨大的需求。”

她还认为，智能合同样需要更先进的加密协议。

她补充说：“IC3希望通过构造协议提高安全，并将它们应用在现实世界中。”

和科学相结合

除此之外，Shi还有其他的研究成果。

把项目设计成一种可编织的语言是非常有潜力的，让对密码学知之甚少的程序员也能创造更安全的应用程序。程序员可以大概说出他们需要怎么样的安全属性，编程语言本身将决定采用何种共识协议。

Shi以这种方式把比特币和科学相结合，在一定程度上让人感到兴奋。她认为比特币身上还有很多东西值得学习，特别是在密码学方面。

她总结说：

“这就是一座金山。”

技术的进步造就了比特币

全新的理念和完美的设计