【原创】（刘胜）图灵完备的智能合约不是区块链的必由之路
2018-08-02 石榴区块链B16视频 刘胜 | 首席架构师的颠覆观点：图灵完备的智能合约不是区块链的必由之路 | 梳理编辑：赵黎 | 视频制作：于戈
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关于区块链1.0、2.0、3.0的概念，最早在《区块链：新经济蓝图及导读》一书中提出。本书把比特币为代表的密码学数字货币归为区块链1.0，把以太坊为代表的智能合约平台归为区块链2.0，而对于区块链3.0并没有给出严格的定义，只说了“超越货币、经济、市场”的公证类应用和协作类应用。
对于区块链3.0是什么，我们先不讨论。
我们发现一个现象，目前很多已上线的公有区块链（简称公链）都说自己是区块链3.0。这其中就隐含一个假设，即大家默认了区块链3.0是包含区块链2.0的。而区块链2.0的代表——以太坊（Ethereum），其作为“下一代智能合约和去中心化应用平台”，最大的特点就是支持图灵完备的智能合约。
换句话说，很多人潜意识就认为——“图灵完备的智能合约是区块链的必由之路”。
但这个观点正确么？
接下来刘胜讲的内容，就是要挑战这个观点！
PS：公链三大法宝——多链+智能合约+跨链
刘胜，B16思想节讲者，联动优势的首席架构师
在次之前，我们需要先了解几个概念——
● 什么是图灵完备？
● 什么是智能合约？
● 什么是图灵完备的智能合约？
这里，就不得不说到很重要的三个人物。
01 阿兰·图灵（Alan Turing）提出图灵机模型，奠定了现代计算机的理论基础
阿兰·图灵（Alan Turing）
第一个人物是阿兰·图灵（Alan Turing），他是一位英国的数学家，是现代计算机科学之父，也是人工智能之父。在二战期间，他带领同事研制出的密码破译机，可高效地破译当时德军最强大的“谜”式密码机，并在盟军诺曼底登陆等重大军事行动中发挥重要作用，被誉为二战英雄。历史学家认为，他让二战提早了2年结束，至少拯救了2000万人的生命。
1936年，他提出 “图灵机（Turing Machine）”的概念。
图灵机有点像一个水泵，一头是输入，一头是输出，除此之外，它还有一个存储器能保存一些内部状态，以及一个控制器可以读取预置程序代码并加以执行，来控制输出的结果。现在大家经常用的计算机、笔记本电脑、智能手机都是基于图灵机模型的。对于计算机来说，鼠标、键盘等都是输入设备，屏幕、声卡等都是输出设备，内存是保存内部状态的存储器，CPU就是程序控制器。其实从某种意义上来说，“人”本身，也是基于图灵机模型的。
图灵机模型的形式化解释
那么，什么是“图灵完备（Turing- Completeness）”呢？
图灵完备，就是指一切“可计算”的逻辑都能被计算。
如果一个计算系统具备图灵完备性，意味着该系统功能和通用图灵机相当，可以互相模拟。
如果一个计算机语言具备图灵完备性，意味着该语言能够和通用图灵机完美结合，这也是现代计算机语言所能拥有的最高能力。
那么，什么是“可计算（Computable）”的呢？
“可计算理论”是数学的一个小分支，但它为“计算机科学”的独立发展打下了基础。
太形式化的解释，这里就不讲了，我举一个“不可计算”的例子。
比如，“今天晚上吃什么饭？”，这个问题就是不可计算的，任何计算机程序都是算不出来的，因为这里存在太多的假设。
但是，如果我们增加了足够的前提条件和判断规则，比如， “工作日晚上吃快餐面，周末在家吃米饭”、“今天7月16号是周一”、“周一是工作日”，那么，这个问题就是可计算的了，能够产生确定的结果——“吃快餐面”
02 尼克·萨博（Nick Szabo）提出智能合约概念
尼克·萨博（Nick Szabo）提出智能合约概念
第二个人物是尼克·萨博是智能合约之父。他在1994年提出“智能合约（Smart Contract）”的设想，并在1996年发表论文来阐述该概念。文中解释到，“一个智能合约就是一系列数字化形式的承诺集合，还包含一系列相关协议，以确保各参与方能够履行这些承诺”。
可以把智能合约与传统合约做一些对比。与传统合约不同的是：
- 智能合约不是给律师、法官等“人”来看的，而是给机器看的；
- 智能合约不仅仅包含合约条款等信息内容，还包括履行合约所需的可执行程序代码；
- 智能合约不是在违约之后执行合约条款，而是在违约发生之前加以控制，避免发生违约，最大限度的减少恶意和意外的状况；
- 智能合约不是在事后由人为选择性履约，而是在事中有程序自动履约，最大限度减少使用信任中介，从而降低交易过程成本，如欺诈损失、立案判决、法律仲裁、司法执行等的成本。
- 智能合约避免“履约结果”被逆转，比较容易实现的履约结果的终局性。
这里面，最基本理念，就是要 把这些合约条款嵌入到软件或者硬件里面去。
传统合约通常都会涉及资金或资产。而典型的智能合约应用，也和数字化资金或数字化资产密切相关。
- 第一类是可编程数字现金（Digital Cash）。如1998年尼克·萨博开发的比特黄金（BitGold）系统，又如2009年中本聪推出的比特币系统（Bitcoin）。
- 第二类是合成资产（Synthetic Assets）。包括各类金融资产、金融衍生品，以及各种不同债、股比率的资产组合、不同期限的资产组合、不同套利模式的资产组合、不同免责条款的资产组合等等。
- 第三类是智能资产（Smart Assets）。包括能够内置各种合同条款的资产，如某种智能锁，可以用在共享单车、共享充电桩、共享住宅门之上，此时完全不需要一个中心化的公司来运营，而是可以在一个无中心的共享经济体里，分布式地来运营。例如有一种智能门锁，用户可以将租借费通过数字资产转账给房主，然后智能门锁就可读取区块链上的相关交易状态，自动打开房门让用户入住，而无需任何中介机构参与。
普及智能合约的障碍和新的转机
普及智能合约时存在很多障碍。
我们发现，智能合约的概念提出的前20年，智能合约在商业领域的实践几乎停滞。
为很么实践严重落后于理论？至少有三个方面的障碍：
- 其一是法律障碍。智能合约到底是不是合约，法律是滞后的；
- 其二是实现障碍。一方面是智能合约依赖于一些可信的数据，而在区块链出来之前，这个基础不存在；另一方面，缺少一个支持“可编程交易”的一个支付体系。在1998年，尼克·萨博创造了比特黄金系统（BitGold），但不太成功，再后来， 2008年中本聪发表了“比特币白皮书”（一种点对点的电子现金系统），尼克·萨博发现这正是他想要的东西。可以说，比特币和区块链技术的兴起为智能合约带来新的转机。
- 其三，是执行障碍。由谁执行？怎么保证执行的正确性？如果出现错误，由谁来监督或者仲裁？比特币和区块链技术通过实现分布式的执行，可以解决了这一障碍。
但是，比特币系统的可编程脚本存在一个严重的限制，即缺失图灵完备性。
- 首先，脚本对输入有严格的限制。即不能访问外部系统，也不能接收外部消息，甚至没法访问比特比系统的一些账本数据等信息，而只能访问当前交易的少量数据内容。
- 其次，脚本无法保持状态数据。不管脚本执行正确还是失败，都没办法把结果保存起来，只能输出交易，没有状态。
因此，有很多人甚至认为，
“不具备图灵完备性，是比特币系统的一大缺陷（BUG）”
03 维塔利克·巴特林（Vitalik Buterin）发起以太坊项目，意图解决比特币非图灵完备的"缺陷"
维塔利克·巴特林（Vitalik Buterin）
第三个人物是维塔利克·巴特林（Vitalik Buterin），他是一个90后，17岁开始研究比特币，18岁创办了《Bitcoin Magazine》杂志，并发表了很多观点性文章，成为当时很有影响力的一位意见领袖。当他看到由于比特币系统功能过于固化，导致众多山寨币系统泛滥，因此提出要做“下一代智能合约和去中心化应用平台”，并发起了以太坊（Ethereum）项目，受到众多人追捧。
这所谓“下一代智能合约”，实际上就是“支持图灵完备的智能合约”。
一个支持图灵完备的智能合约模型，是这么样一个东西：
- 它是建立在区块链技术（Blockchain）或分布式账本技术（DLT）基础上；
- 它即可以从外部接收交易（Transaction）和事件（Event），也能够对外输出交易或事件；
- 它在内部即保存了合约价值（Value），还保存了合约状态（State）；
但是，智能合约支持图形完备性，有利也有弊。
- 优点是灵活和方便，可以讨好去中心化应用（Dapp）的开发人员。开发人员很容易写出一个智能合约，实现满足具体业务场景的上层应用。
- 缺点则是在于过度灵活和方便，带来的复杂性。由于针对开发人员友好，它内部可以容纳极大的复杂性，因此，也就需要一个复杂的环境来执行，比如以太坊虚拟机EVM等。
复杂性带来恶劣的效果，就是低效和不安全。
- 复杂性通常意味着低效。一方面是在单节点环境下的执行低效。例如简单计算一个哈希值，在以太坊EVM虚拟机中执行的时间，要比直接执行慢约50倍。另一方面，智能合约执行不是仅仅执行一次，而是需要在所有的区块链全节点上都从头到尾地重复执行。
- 复杂性永远是安全的敌人。在复杂的分布式场景下，图灵完备的智能合约本身以及智能合约执行环境中，都可能隐含这未知的安全性问题。之前介绍图灵完备的概念是，我们知道，图灵完备的计算机语言是可以互相模拟的，因此，我们常见的C/C++、Java、C#、Python等计算机编程语言的源代码，理论上都可以翻译成图灵完备的智能合约。但是，当我们如果去问任一位软件工程师，“能否保证自己开发的软件程序没有缺陷（BUG），没有安全问题呢？”，你就会发现，谁也不敢拍着胸脯保证这些。
04 安全问题是图灵完备智能合约永远的痛
我们先来看几个智能合约的安全事件：
- 2016年，The DAO事件中，黑客利用智能合约漏洞，围绕The DAO项目募集来价值1.5亿美元的以太币发起攻击，并将其中当时价值相当于7000万美元的以太币转走。虽然后来通过“硬分叉”找回了被转移走的以太币，但这也破坏了区块链“去中心化”的理念，并造成以太坊社区永久地分裂成ETH和ETC。在金融行业里，这一类“无人监管的资金池”是严重不合规的，极有可能会被黑客或者其他人盯上。
- 2017年，以太坊客户端Parity多重签名合约漏洞，导致93万个以太币被锁住，谁也解不开，从而永久的被丢失。
- 2018年，美链BEC合约一个低级的溢出漏洞被黑客所利用，可以无限制地产生新的代币。当天量BEC代币从两个地址转出后，进一步引发抛售潮，当天BEC价格暴跌94%，其价值几乎归零。
最近，安全公司知道创宇（KnownSec）发布了《区块链安全风险白皮书（2018）》，其中一些数据显示，在2108年上半年，区块链安全事件数量及损失金额都远超之前几年的数倍甚至数十倍。从事件类型上来看，今年由于区块链自身机制导致的安全事件，其数量虽然比区块链生态要少，但金额却远超42%，而其中，区块链自生机制安全问题，智能合约的问题排在首位。
所以智能合约本质上，应该是一种预先设置好、确定的规则，而不是任意的逻辑。
- 从合约性上讲，它是预制规则，而不是法律合约；
- 从智能性上看，它只需要支持有限的可编程性，而不是支持无限的“智能”；
- 从完备性上看，它也无需“图灵完备性”；比如法律条文，越清楚、越明确、越简单越好，而不是越复杂越好；
- 从交互性上看，它也无需访问外部系统。因为它需要上万个节点重复地去执行，如果允许访问外部系统，由于访问的时间、网络等原因导致访问结果不同，就达不成一致，执行结果就作废了。
05 重新理解智能合约
不同行业有不同的思维模式。
- 互联网行业是“遇见问题”，遇到什么问题，就解决什么问题，讲究系统的快速迭代。
- 金融行业则是“预见问题”，对于所有可能发生的后果，都需要预先判断，并有针对性的应急处理预案，否则系统就不能上线。
由于图灵完备的智能合约引入了太多的不确定性和安全隐患，因此它不适合比较严肃的金融场景。将智能合约用于一些不涉及“钱”的简单场景，如在线预约等，是否支持图灵完备并不重要；但是一旦用于金融场景，则需慎重、再慎重。
不同行业有不同的思维模式
根据我们的实践经验来看，将智能合约用在金融场景上，一定要做好限制、做好隔离，提升安全性和可控性。
- 限制：一方面将其逻辑固化，防止被篡改；另一方面，限制其逻辑灵活性，避免图灵完备。
- 隔离：对所有智能合约，做好调用隔离、数据隔离、执行隔离，避免智能合约之间互相影响。
总之，我们需要重新理解“智能合约”。它是运行在区块链之上，由多方自主执行的预置规则，用于对交易进行检查和限制。
这种场景下，它不需要太“智能”，更不需要具备“图灵完备性”。
(END)
