聊聊区块链∩宇宙刻度(一)

区块链,去中心的、分布式的账本存储和管理系统;

宇宙刻度,刻画宇宙某一时间点所有状态的序列化量度

区块链的理论上设计是每个节点都需要同步所有区块信息,这就意味着每个节点整个区块链的所有信息。所以一个很大问题在于其中会包含所有的历史交易信息,这样下去整个链的信息会越来越大。

当然中心化系统同样存在这个问题,但这个无限增大的交易信息只存储在中心服务系统,我们只要保证中心系统容量足够大就可以了。

在区块链系统中,每个节点都需要有足够大的存储容量,而且节点也是可以无限加入到系统中的。区块链中每加入一个新节点,这个节点必须要有一个低熵系统来存储这些无限增长的数据,然而一个低熵系统的建立和维持,必然导致整个宇宙的总熵的增长率变大。

发明比特币的中本聪当初也考虑了这个问题,他认为技术也在不断发展中,更好的存储和网络技术有能力存储和传输日益增长的区块链。即使如此,中本聪还是设置了每个区块1M大小的限制,防止区块链过度膨胀。

让我们做一个计算:每十分钟产生一个区块链,那么比特币诞生10年以后,也就是到2019年,区块链的大小可能会有多大:10*365*24*6 ≈ 525G。再过10年到2029年,差不多1T。即使在现在看来,问题也不大。所以我们真的不必太担心吗?

区块链的空间,不仅仅会随着时间增长。而且每个区块大小会根据不同业务场景有所不同。现在比特币的平均区块大小是0.61M,最大上限1M很快就不能满足需求了。而且这仅仅是比特币系统,只有最简单账本交易。如果区块链系统落地到真正的使用场景下,比如每个区块不仅要包含帐本信息,同时要包含交易的商品各种信息以及此商品是不是包含在其他区块链系统中等等,这些都是问题发生的隐患。

中本聪和大多数区块链追逐者认为:技术也在不断发展中,更好的存储和网络技术有能力存储和传输日益增长的区块链

我开始也这样认为,但是当我们考虑足够多的时候,问题依然出现了。

一个节点或者说一个硬件设备,支撑它计算能力的硬件设备和支撑它存储能力的设备应该是相匹配的,一台设备的计算能力不能远远超于它的存储能力,反之亦然。否则能力大的硬件设备必然处于浪费状态,这也是社会资源合理分配原则的要求。

看看区块链系统的是怎么要求的,它要求每个节点产生或者说计算自己的区块,然后广播给其他所有节点,其他节点收到广播后校验存储等动作。这样就意味着每个节点只拥有自己的计算能力,但是要负责存储整个系统的输出信息。结果就是每个节点的存储能力要远远大于计算能力,当然我们这一生产这种设备,但是不能每个设备都是符合区块链系统的。

所以区块链存储问题和计算机技术的发展没有任何关系。

我相信大多数了解过区块链的,都能想到这个问题,但是现在没有任何论文或者区块链书籍讲到及解决这个问题。这也是导致我之前对区块链犹豫不决的一个重要原因。

怎么解决?我也一直在想。区块链中的数据是不断增大的,但不是无限的。我们能不能把无限增大但始终是有限的数据“压缩”到一个固定大小的介质中?也就是说把区块链中的所有数据“压缩”成一个可控的大小范围,无论数据怎么增长,“压缩”之后都会小于这个固定值,而且要保证是“无损压缩”!

为了解决这个问题,我们聊一下什么叫“宇宙刻度”?

假设我们的所在的宇宙是无界有限的(科学家们当前也这样认为),我们怎么把这个有限的宇宙在当前时刻的所有状态全都记录下来?我们现在已经得到了或测量出了宇宙这个时刻的所有状态(不要跟我谈测不准原理,在区块链的世界中是测得准的),如果完全把它标准的序列化到某个硬盘当中,我相信再过N万年也造不出这样的硬盘。

虽然没有这样的硬盘,我们不妨先序列化一下,把所有的状态通过某个可逆算法转换成1010010100101001.....................等这样的二进制数字,因为宇宙是有限的,所以这个数字也是有限的,但是太大了、把它存在硬盘上依然是无法实现的。

试着想一下如果把这个有限的数字前面加上一个小数点,就变成了0.1010010100101001.....................

接下来会发生什么,它变成了一个介于0和1之间有限小数,在数学里,有限小数都可以转化成分数,我们先将这个二进制小数转化成十进制小数,再转化成分数,记做n/m(n和m都是十进制正整数)。

我们只需要找一支1米长的尺子,平均分成m份,将第n份所在的位置标记起来,这个刻度就是“宇宙刻度”。

如果我们想知道这个刻度下的宇宙状态,只需要找到这个标记,测量一下标记的位置坐标,将这个坐标转换成0和1的二进制小数,取小数部分,再通过上述的可逆算法计算出当时宇宙的所有状态。

我们已经把宇宙某一个时刻的全部状态存储在一把1米长的尺子上了。

怎样利用这个把尺子存储区块链数据?

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