区块链到底有没有未来？

区块链到底有没有未来？

区块链分为币圈和链圈，币圈以投资为基础，主要是发行和交易虚拟币，链圈则是专注于技术开发，重点应用在企业单位内。
绝大多数人是奔着炒币来的，炒币的黄金时期大概从11年开始到18年结束，目前有价值的币价格都被炒到过高，炒币风险是大于收益的，但是，即便风险很高也是在可承受范围之内的。




那么，是不是随随便便来个人就能炒币实现财务自由呢？根据我多年的观察，这是根本不可能的，炒币的最高收益来源于杀猪局，庄家通过操作制造数波行情，吸引散户杀入，然后逐渐放饵，直到投资者大意，然后一刀下去，要么币清零，要么腰斩。
关于区块链技术就不多说了，主要是去中心化，分布式账单，防篡改等，想要了解关于区块链未来的前景，还是要看，技术的服务和支持覆盖的领域。区块链底层平台技术更多应用在数字货币，跨境贸易支付，供应链金融等领域开始探索并应用。




在今日的2019环球数字经济创新发展大会上，中国人民银行研究局原副局长李德表示，央行推出数字货币是未来发展的趋势，从金融科技的发展前景来看，随着新一轮科技的技术革命，首先是新技术推动金融科技迅猛发展，在当前金融科技领域，未来几年新的技术会发生巨大的商业价值，包括大数据、云计算、人工智能和区块链。
最近关于区块链技术板块的股市越来越多的进入我们的视野，在高速增长的过程，被你我所认知接收。
区块链技术的运用可为人类生活带来多重便利，不过最近，一些地区以区块链来炒作虚拟货币的活动重新冒头，不少机构打着区块链的幌子从事欺 诈等非法投 资投 机等。对此，相关部门积极行动，一方面加大对“炒 币”的打击力度，另一方面引导区块链在金融领域稳妥探索和应用。




或许在不久的未来通过区块链技术，全球市场会出现一种以全球公认数字货币，可以进行全球流通交易等所以想分析预判区块链技术的未来，需要多方面了解，技术和服务的类目等。

区块链肯定是未来
因为区块链实现了0信用成本，解决了信任问题，可以让资产实现零成本流动。也可以让数据确权的效率得到极大的提升。
一切以提升效率为目的的技术 怎么会是没有未来呢。
我说的大一点的方向
人类所有的技术发展其实都是建立在金融之上的。任何一个强大的国家金融系统一定是高度发达的，金融其实就是让资源实现更高效率的配置。
而区块链技术是让全球的金融资产的运作效率得到提升，也让全球的钱实现无缝隙流通。让钱实现更优化的配置。
试想一下，你有钱，但是放在银行那没有意义，你想投资一个项目，但是人家是国外的，你无法投资啊。但是现在有智能合约，有数据确权，有区块链技术让资产实现零成本流动。这不厉害吗。
区块链的这种技术 不仅可以提升生产力的发展，实现资源优化配置。更能保护自己的私有产权不被全力剥夺。只要你是一个人，不管你好人坏人，财产都无法被剥夺。这个可就太夸张了。
你可以毁灭一个人，剥夺他的自由。但是无法毁灭他的财富，剥夺他的财富。
这种技术不牛逼吗。
就像玄幻小说中的 虚空之界，空间戒指一样的功能，你把财富放在那里，任何让你都拿不走。区块链技术让这个魔幻的功能成为了现实。

谢谢阅读，因为我是研究生区块链方向，在知乎写过一些分享之后有大量研友私聊讨论，于是产生了一个想法：组建一个区块链方向的学术讨论群。在大量的留言跟私聊人群之中，选择了十几个同学出来组群，群里基本都是研究生二年级起步的硕士研究生、博士研究生，基本学历都是985/211高校，也有海外的博士师兄、研究所从事区块链相关工作的人。
昨天晚上我们群开了第一次线上讨论会议，用腾讯会议开了两个小时，我们就讨论分享各自学习路径，对区块链当下现状及未来的看法。接下来从几个方面去总结我们大家发表的一些想法，给大家作为一个参考。
1.价值层面

我们先试着从高维度去谈论，区块链的思想其实包含了哲学、社会学、经济学等各个方面。在我们的日常生活中，你可能没想过的是，我们的国家、民族不是客观存在的，而是一个想象共同体，想象共同体这一概念出自本尼迪克特·安德森的《想象的共同体》一书。

安德森虽然认为“民族”是一种现代的“文化的人造物”，但他并不认为这个“人造物”是“虚假意识”的产物。“想象的共同体”不是虚构的共同体，不是政客操纵人民的幻影，而是一种与历史文化变迁相关，根植于人类深层意识的心理的建构。

尤瓦尔·赫拉利的《人类简史》也谈论到：

“我们知道人在生物学上不相等！但是如果大家都相信人人在本质上平等，就能创造出一个稳定繁荣的社会。”这点我完全赞成，但这正是我所说“由想象所建构的秩序”。我们相信某种秩序，并非因为它是客观的现实，而是因为相信它可以让人提升合作效率、打造更美好的社会。这种由想象所建构的秩序绝非邪恶的阴谋或是无用的空谈，而是唯一能让大群人类合作的救命仙丹。

从这个角度去看的话，比特币的价值就在于我们集体对它的认可，集体都相信了它，一旦我们都不相信它的话，那么它就一文不值。听到这，你可能会觉得，这么说比特币除了共识也没有多大价值，就是大部分人在割韭菜。
其实不是的。从2008年比特币出来到现在13年之间，有很多国家想要去消灭它，很多资本操纵了它，但是都没有在摇篮里掐死它，反而使它不断发展上来，存在即合理，必然是它满足了人们的一些需求。如今大家已经形成了对它的共识，（这里的共识指的是想象共同体的形成）共识的形成是非常困难，就像一些运动的品牌：安踏、李宁、鸿星尔克等，都需要大量烧钱（请很多明星代言）、时间沉淀（每个品牌都建设了很多年）、长期运作才能让很多人对它们形成一个稳定的心理印象。
因此，比特币背后所延伸出来的区块链技术，其实也在慢慢被人们所接受，形成一种去中心化、可追溯、防篡改的共识，这种共识跨越技术层面与理论层面，本身就是有很大的价值的。

2.社会层面

现在很多企业跟机构在进行数字化转型，国家方面也在推动。在2020年，中央文件《中共中央国务院关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见》中，将数据纳入了生产要素。

生产要素，是经济学中的一个基本范畴，包括人的要素、物的要素及其结合因素。生产要素包括劳动、土地、资本、信息四种，生产要素指进行社会生产经营活动时所需要的各种社会资源，是维系国民经济运行及市场主体生产经营过程中所必须具备的基本因素。

这里可能有点抽象，我简单解释一下。我们可以简单把数据当成一个有价值的东西，就像土地、劳动力一样，我们能够通过劳动创造价值，能够通过土地种出庄稼，数据现在也可以创造价值，比如你知道家人大量数据之后，就能很快速的买到合适的东西，减少浪费。
既然作为一个生产要素了，那么这就产生出了一个问题，我们每天产生的数据属于谁呢？比如我们每天打了很多局的王者荣耀、吃鸡游戏，我们微信的聊天记录等等，这些数据的是属于腾讯还是属于我们呢？
其实，数据确权是非常复杂的系统性工程。在西方国家的商业层面曾经出现过这种模式：数据所有权归用户，商业机构或服务提供商若想收集用户的使用记录和个人信息用作商业目的，则支付给用户一笔钱，用于“购买”属于用户的数据，但这类商业模式在我国没有实践层面的落地。
在这个大环境下，区块链就是对现有互联网的一种补充，可以解决互联网上的这些问题。区块链很好的一个作用就是数据确权，包括这两年火起来的隐私计算技术，它能够实现“数据可用不可见”，典型的技术包括：全同态加密、多方安全计算和联邦学习等，实现数据在流通过程中的安全，可以大大促进数据的流转和交易。
3.哲学层面

这个是在两个小时的交流中，群友分享最让我吃惊的一个点。
如何从哲学层面看待区块链，请你跟我一起做个想象题。
当我们提到人工智能的时候，我们大脑大概率会想到一个机器，这个机器可能具备人类智力去实现某个功能，比如机器人或者阿法狗（Alphago）；提到云计算，我们会想到是把电脑的计算能力放到了云端的服务器里边；提到物联网，我们会想到万物互联，任何一个物品之间都有传感器，比如智能扫地机器人，智能灯具等等。
但是，当我们提到区块链的时候，我们第一时间想不出一个具体的东西去描述它，联想不到任何与它相近的物体，因此它给人一种很虚幻的感觉。
因为像人工智能、云计算、物联网等这些东西，它被实现出来，是可以提升人类社会生产力跟生产效率的。但是区块链，它的作用不是提升生产力，而是改善生产关系，改善人与人、节点与节点、机构与机构、国家与国家之间的关系。
很多平台会吹区块链是第四次工业革命，这个还未知，但是大家都会认为区块链是一场信任革命，所谓信任，就是人与人之间关系纽带，因此我们可以更多把区块链当成改善生产关系的技术。
同时，因为区块链不是一个全新的技术，而是由很多技术组合而成的，它更像一个乐高玩具，由各种各样的小块拼起来的。拼成区块链的技术就包括密码学、经济学上的激励机制、数据库等。既然区块链是由各种各样的技术拼接而成，也就是说，区块链的技术它未来发展起来不一定是现在这样，可以往它里面增添其他技术或者删减技术，只要它还满足它最初的几大特性就可以了。
举个例子，web3的定义一开始由万维网之父提出，而今天我们回头去看，他们当时提出的web3定义，要么已经被删除推翻了，要么就是web2的定义，定义跟形式早就发生了很大的改变。
因此未来区块链会发展成什么样，我们不要过分限制自己的想象，把它局限在当下。
4.学术层面

前几年，因为区块链火起来，很多实验室都开始研究区块链，导师会把区块链作为实验室的研究方向招收学生。但是随着热度慢慢降低，区块链的实验室也减少了很多，原先的区块链实验室很多是网络安全、信息安全、密码学等相关领域转变过去的。
在我们的讨论中，大家一开始看区块链的论文时都会发现，很多区块链的应用就是为了应用而应用，你可能好奇什么意思，我简单解释一下。
就是在电商场景中，我用数据库存一下数据，大家同步更新，就可以达到实时同步的目的，这时候非要引入一个区块链，实现对数据进行可追溯、防篡改之类的，但是很多数据并不需要这项功能。也就是说区块链在很多场景下的应用是完全没有必要的，更多是为了一个噱头而加入区块链。
现在区块链方向的研究，纯粹搞理论的话，需要有很好的数学基础，可以深入到共识、激励机制等方面研究，才可以做出好的理论创新。而在应用方面，一来论文可能比较难发，二来如果想要发顶会的话，对设备的要求比较多。
准备读博的师兄提醒：读博选区块链方向要慎重。
当然，如果贵校硕士毕业要求低，想简单划水毕业也是有可能的。
5.历史层面

群里有个朋友对企业自传比较感兴趣，最近看到了金山公司的自传有了以下的想法：
金山公司原来是一个比较传统的软件企业，在1988年的时候就创立了，在互联网转型的时候，他果断选择了云平台，做了一些跟云相关的一些业务。
这就像工业时代早期的电网一样，一开始可能还没有什么太大的需求，搭建一个发电机在小范围内使用，比如十八世纪在工厂中的使用。但是当整个社会真正发展电力了，因为电网对于电力来说是基础的架构，此时电网的材料及中间的一些基础组件，需求量是暴涨的，影响力是巨大的。
2007年亚马逊开始提供云服务，把自己暂时用不到的服务器租借出去，从而形成完整的云生态，现在很多游戏公司包括B站，都是把自己的很多数据放在云上，而不是自己去搭建服务器存储。金山公司也选择了云业务。
因此前期可能看起来不是特别具备影响力的技术，随着整个社会的发展，如果能够满足一个特定的需求，未来它的增长量可能会是惊人的。
如何看待区块链这项技术呢？
之前我自己听到的一个说法很有意思，一个长辈跟我说：互联网公司跟传统的餐饮业公司、能源公司等是不一样的，传统公司的增长更多是线性增长，比如餐饮业多开一家店，就多赚一些钱。而互联网公司，如果它的模式能够做成的话，它的增长会呈现指数型增长，一下子就可以超越很多传统企业用多年才经营起来的市值跟利润率。这就是两者比较大的区别，所以对于这种比较热门的技术，要多些关注。

谢谢阅读，以上就是我们群关于区块链各个角度的讨论，希望对你有启发，感兴趣可以点赞+关注。
私聊跟留言的人过多，我拜托了ID名称为：富士山下，西交研究生师弟去私聊大家。
关于我们讨论的学习路径，可以看看这个文章
研究生方向为区块链，请问有没有一个学习路线和推荐的入门书和视频？区块链如何发挥国家战略层面的核心技术作用？将带来哪些利好？
手机各种应用获取用户的各种隐私数据的目的都有什么？这个是群里在香港大学读博士的师兄写的，大家可以点赞关注这个宝藏师兄哦！
有哪些可以提升论文写作能力的书籍或课程?我们社群还有一个专栏，可以看看呀
区块链学术讨论社群最后再次邀请，目前我们群已经有十几个人，如果你是研究生或者博士生，完成了区块链的入门，有了自己明确的方向（一般是研究生二年级以上），我们邀请你加入我们。我们会定期在线上开线上的腾讯会议，目前主要的方向集中在学术为主、技术为辅方面，我们会围绕学术、技术、时事等内容做讨论，大家相互交流，互通有无，相互启发。金融跟区块链结合的同学也欢迎哦。

区块链有一定用处，但绝非万能。
区块链主要有两个问题。
1 区块链无法验证系统以外的信息真伪，如果上传区块链的信息本身就是假的，区块链的防伪防篡改就毫无价值。若要保证上传信息真实，还是要有一个权威机构把关。既然都相信这个权威机构上传的信息了，为什么又要害怕它篡改信息呢？用不用区块链又有啥区别呢？
2 在区块链世界里，代码就是法律，系统可自动运行，但是，一旦与现实世界交互，现实世界可就不一定认同代码的法律了。比如，区块链上签了一份合同，到期自动执行，划转资产，但是，现实中若有老赖，不按区块链上合同执行现实中的资产划转，这合同就是一纸空文，还得现实中的法院等机构出手。
区块链第一个落地应用，比特币，之所以有如此大的影响力，是因为它刚好可以避开上述两个问题。
比特币完全是自成一系的，所有信息都产生于比特币系统内部，具有封闭性和可验证性，比特币不与任何现实资产挂钩，所以才能便捷地通过程序自动运行。
比特币由于其完全虚拟，完全靠程序和规则运行，所以无国界，不受监管控制，无需汇兑，自由流通，无法冻结没收，人人可用，不会超发贬值，这是它相对于法币的优势。
但是，正因为比特币完全靠定死了的规则和程序自动运行，比特币供给没有弹性，若私钥被盗财产就会丢失，且无法追回，这也是它的缺点。
同样，现实中运用区块链技术，如果真的追求代码就是法律，私钥证明一切的话，若私钥被盗，必然会导致资产丢失无法追回。比如，将股份映射到区块链上，难不成某一大股东的私钥丢了，他的股份也就全部用不了了吗？这也是区块链无法回避的问题。
综上，区块链真正的杀手锏应用，其实就是加密货币。搞无币区块链，并没有那么大的颠覆性作用，而且要慎防一些骗子打着区块链的旗号骗钱骗补贴。
区块链的问题
比特币是什么？

本文从数据分析及密码学的角度，结合最近微软亚洲研究院可信系统研究组发表的两篇论文，向大家介绍区块链技术的相关现状以及技术趋势。
区块链是一个复杂的点对点系统，其中既包含技术的部分（例如网络、密码学、虚拟机等），也包含对生态中各个角色的决策（例如攻击者、共识维护者即矿工、交易所等）。例如，区块链中的节点都需要按照技术的部分来运行，同时根据自身的利益，也可以采取对应的决策对区块链系统产生正向或者反向的影响。
微软亚洲研究院可信系统研究组多年来持续探索区块链技术的前沿发展，对技术部分以及生态部分都有着长期的研究。因此，可信系统研究组的研究员们从技术和生态两个角度分别阐述了区块链技术的相关现状及未来趋势：1、生态部分，从数据分析的角度，研究共识维护者的行为以及发展趋势; 2、技术部分，通过研究目前最热门的密码学技术之一——零知识证明，探索其如何能更高效地服务于区块链系统。
数据分析——以太坊头部三大矿池拥有53%的算力

区块链系统以其“不可伪造”、“全程留痕”、“可以追溯”、“公开透明”、“集体维护”等特征闻名业界，金融、供应链管理、医疗健康等领域也在利用其特性，积极部署区块链系统。但在基于工作量证明共识（Proof-of-work, PoW）的区块链系统中，还存在“51%算力攻击”威胁着系统安全，也就是说，如果有某种势力拥有系统中的51%算力，那么就有可能“颠覆”系统。
在现实中，头部矿池掌控大量算力，也拥有威胁系统安全的潜在力量。如图1所示，以太坊的头部三大矿池（Spark Pool, Ethermine, F2Pool）已掌握超过占全网53%的算力，已经能够发起”51%算力攻击“。此外，其他 PoW 区块链亦存在头部矿池掌握大多数算力的情况。




图1：以太坊算力分布图（源自 Etherscan，2021.03.22）


为了深入了解、分析区块链系统，微软亚洲研究院和清华大学的科研人员提出了对以太坊矿池参与者的首次大规模研究。研究员们通过数据分析了解矿池参与者的算力分布和挖矿行为，进一步刻画以太坊算力去中心化程度，并将研究的分析见解发表了论文“Characterizing Ethereum’s Mining Power Decentralization at a Deeper Level”。该工作已被全球计算机网络领域的重要会议 INFOCOM 2021 接收。
论文地址：https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2021/02/infocom-camready.pdf




该文章作者中，曾丽仪来自清华大学，现为微软亚洲研究院实习生，与微软亚洲研究院创新工程组郭众鑫、可信系统研究组陈洋、陈硕、张宪等在区块链研究上有长期的合作。

以太坊的挖矿生态结构如图2所示，区块记录矿工帐号，这些帐号来自矿池管理者或者独立矿工，他们可直接获得系统发放的挖矿奖励，当矿池收到奖励后再通过链上交易分发给矿池参与者。过去，分析算力去中心化的研究工作主要停留在分析头部矿池的算力分布，忽略了其他挖矿参与者的算力情况。因此，微软亚洲研究院的研究员们认为研究以太坊算力去中心化情况不能仅仅局限于分析挖矿节点（矿池和独立矿工）的算力分布，也应该考虑矿池参与者的挖矿行为和算力分布情况，为度量算力去中心化程度和防止算力集中的解决方案提供更多洞悉。



图2：以太坊挖矿生态结构图

然而，以太坊帐号都是去实名化的，单从链上交易无法准确识别矿池参与者的帐号，目前学术界并没有关于矿池参与者的真实数据集。所以，需要结合链上和链下的多个数据源才可以识别矿池参与者帐号和矿池分发奖励交易。数据集识别流程如图3所示。



图3：以太坊挖矿数据集识别流程图

由于部分矿池会在 Etherscan（以太坊搜索引擎）公开帐号信息，部分大型矿池也会给挖矿参与者提供查询挖矿收益信息的 API，以用于识别某个以太坊帐号是否属于其矿池参与者。因此，研究员们可以在 Etherscan 上爬取公开身份的矿池帐号，并从以太坊区块链数据库提取识别的矿池发出的交易，收集这些交易的接收帐号，从而用于矿池 API 识别。能被矿池 API 识别的帐号就可确认为矿池参与者帐号，然后再相应地提取识别的矿池发至矿池参与者的奖励交易。
通过首个大规模对以太坊矿池参与者的识别和分析研究，微软亚洲研究院和清华大学的研究员们创建了首个大规模以太坊挖矿数据集 E-PAR。该数据集涵盖了以太坊自上线（2015年7月30日）以来至2020年4月10日近5年的数据，其中包含所有矿工帐号的奖励交易、识别的矿池帐号、识别的矿池参与者帐号和矿池发至矿池参与者的奖励交易，且覆盖了近两年内占全网平均77%算力的挖矿行为。
E-PAR 数据集揭示了矿池之下矿池参与者的算力分布情况、矿池参与者同时参与多个矿池或在多个矿池间跳转的挖矿行为、矿工选择加入矿池的多元原因，从而进一步丰富了以太坊算力去中心化程度的评估，讨论了矿池挖矿算力的可控性，推理思考了现有研究工作提出的阻止矿池集中算力的解决方案的可行性，给区块链社区带来了基于数据驱动的深层次的算力分布研究。想要了解更多详细情况，可查看数据集。
数据集 GitHub 地址：https://github.com/yangsrc/pool-dataset
密码学——零知识证明提升区块链性能和隐私

除了从数据分析角度解析区块链生态的发展趋势，微软亚洲研究院的研究员们还从技术角度，探索了使用现代密码学提升区块链性能以及隐私保护的重要技术——零知识证明。
零知识证明（Zero-Knowledge Proof）于20 世纪 80 年代初被提出，是现代密码学的重要基础之一，也是现代密码学研究的热点。其在隐私性和可验证性之间搭建起了一座桥梁，原理如下：证明者 P 能在不透露 w 的情况下，向验证者 V 发送一个证明（proof），证明 P 本人知道一个 w，使得给定公开输入 x、公开输出 y 以及程序 f，满足 f(x,w)=y。举例而言，假设 P 为金融机构，V 为监管部门，w 为涉及用户交易的隐私数据，f 为交易是否合规的验证程序，x 为公开数据，y 为是否合规的结果，那么零知识证明将保证金融机构能在不透露用户隐私的情况下，向相关监管部门证明其涉及到用户的交易是合规的。
正是由于零知识证明独特的性质，所以它被广泛应用于区块链系统中，以增强区块链的隐私保护、增加区块链的交易吞吐：

• 增强隐私：由于区块链的链上交易数据公开可见，所以各种交易数据容易被提取、分析，导致隐私泄露，这是业界认为区块链缺乏隐私保护机制的原因。而经过零知识证明加持之后，区块链中的用户就可以将相关的链接关系以及交易金额等信息隐藏起来，并能让区块链矿工验证交易的正确性，从而达到隐私保护的目的。目前，零知识证明已被广泛应用在各种隐私保护区块链中，例如 Monero、Zcash 等（了解更多相关细节，可参考文章《一文读懂区块链上的隐私与监管问题》）。
  
• 提升吞吐：除了隐私问题，区块链的低吞吐率也遭业界诟病。例如随着以太坊上 DeFi 应用的兴起，以太坊交易数量猛增并造成拥堵，导致产生极高的交易费用。运用零知识证明技术，用户可以先将相关交易发送给交易聚合节点，然后聚合节点再生成关于大量交易都是有效的零知识证明，并把对应的证明发送至合约由矿工们进行验证，从而节省矿工对大量交易进行重新计算的开销，极大降低被聚合交易的交易费用。这种技术被称为 zk-rollup，目前有很多项目都在进行相关的开发，例如 zkSync，zkSwap。
  

回到零知识证明本身，证明者生成证明的过程往往涉及大量复杂的密码学计算，这就使得生成证明的时间会特别长，大大超出了应用可以接受的延迟范围，并极大地限制了零知识证明的使用场景。例如由于 Zcash 之前生成证明的开销太大，普通用户大量使用了没有隐私保护的交易方式，从而引发了隐私泄露；又例如现在的 zk-rollup 技术处理的交易所涉及到的程序复杂度都相对较低，一旦之后的复杂度有所提升，那么就会造成聚合节点生成证明的时间过长，进而影响交易的实时性。
针对这个问题，来自微软亚洲研究院、北京大学、清华大学及上海树图区块链研究院等机构的科研人员联合提出了名为“PipeZK”的高效硬件加速系统，可将零知识证明的证明过程加速10倍以上，证明过程的延迟下降一个数量级。PipeZK 系统可广泛应用于隐私保护以及区块链 Layer-2 技术场景中，并可显著增强区块链的交易隐私保护，提高交易吞吐率。相关论文“PipeZK: Accelerating Zero-Knowledge Proof with a Pipelined Architecture”已被计算机体系结构领域的全球顶级学术会议 ISCA’21 接收。
论文地址：https://www.microsoft.com/en-us/research/publication/pipezk-accelerating-zero-knowledge-proof-with-a-pipelined-architecture/
zk-SNARK 协议是近年来最流行且最高效的零知识证明协议之一，其证明过程主要由两部分计算构成（如图4）：一个是高次多项式的乘法（下文简称 POLY），一个是大规模的椭圆曲线向量积(下文简称 MSM)。通过深入研究，研究员们发现这两部分都可以用一种高效的流水线（Pipeline）方式进行并行加速，让 ASIC（application-specific integrated circuit，专用集成电路）的计算资源高效化并能协同 CPU 处理这两部分的计算。



图4：zksnark 的主要计算部分：多项式乘法（POLY）及椭圆曲线向量乘（MSM）

针对 POLY 部分，研究员们主要采用了 number theoretic transforms（NTT）算法进行处理（如图5）。为了处理 zk-SNARK 中 POLY 计算规模太大，从而造成 ASIC 片上计算资源及片下内存访问速度太慢的问题，研究员们设计了一种高效的流程来将大规模的 NTT 迭代分解为小规模 NTT，并使用 FIFO 等数据结构来提升内存的访问效率。除此之外，研究员们还使用了 data tiling 以及片上矩阵转置等方式来提升片下内存的效率。通过 PipeZK 系统，POLY 部分可以被加速20倍以上。



图5：POLY 部分的优化设计

针对 MSM 部分，研究员们采用了高效的 Pippenger 算法处理椭圆曲线的向量乘，并分析了对应标量部分的数据分布，使用了与之适配的调度机制，从而优化了片上资源利用，提升了并行度(图6)。研究员们还进一步使用了一种粗粒度的处理方式将 ASIC 上的计算单元进行了解耦，使之能各自独立地处理计算任务，避免了计算单元的闲置。实验结果表明 PipeZK 系统能将 MSM 部分的延迟降低77倍以上。



图6：MSM 部分的优化设计

研究员们在多种测试集以及零知识证明的应用上测试了 PipeZK，其都能取得可观的性能加速。例如在一系列密码电路（如 AES、SHA256 等）的零知识证明上，PipeZK 甚至比当前最流行的 GPU 算法快（接近）20倍。在 Zcash 的交易证明生成上，PipeZK 系统目前也能将证明过程的延迟加速5倍以上。经分析，目前终端到终端的性能瓶颈已经集中在了 witness 生成以及 G2 曲线计算上，相信通过后续的优化，加速比将会得到进一步的提升。
区块链的研究方兴未艾，数据分析以及密码学相关的研究只是提供了两个角度。其他方向例如区块链的系统/共识性能优化、合约安全、Layer-2 技术、应用创新等，近年来也都产生了大量的工作。微软亚洲研究院在区块链其他方向上也正在进行着创新和探索，未来会给大家带来更多前沿工作的介绍。
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