区块链去中心化系统网络的脆弱性

区块链技术被认为可以改变金融、货币甚至政府。然而，对区块链适用性和稳健性的分析通常集中在独立系统上，这些系统的参与者主要运行一致性算法。近日，Manlio De Domenico和Andrea Baronchelli发表论文《The fragility of decentralised trustless socio-technical systems》，强调了在更广泛的生态系统（包括社会和通信网络）中考虑去信任平台的重要性，中国人民大学金融科技研究所（微信ID：ruc_fintech）对本论文进行了翻译。

本文提出了“紧急中心化”（emergent centralization）概念来描述单个系统对整个生态系统的运行变得至关重要的情况，并认为这种情况在相互联系的社会技术系统中可能会出现得越来越频繁。本文提出了将在未来对去信任系统的评估产生影响的系统性方法，并呼吁决策者注意这个相互联系、变化迅速的世界的脆弱性。

作者丨Manlio De Domenico, Andrea Baronchelli

翻译丨罗妤

来源丨EPJ Data Science

引言

因特网在过去的二十年内曾被视为主要的去中心化力量，它可以将权力还给人们，让每个人的声音被听到并让每个人在决定中起到积极的作用。这一趋势今天仍在西方世界的政党中流行，认为网络使得“自下而上”的民主成为可能。然而，同样的基础已使得一些高科技公司形成一种史无前例的经济、社会和政治集权。

近年来，区块链技术带来了去中心化的新希望。其核心创新之处是分布式去信任共识，允许以透明和安全的方式确定交易的有效性，而无需任何中间人。比特币和其他加密货币在过去几年中所吸引的巨大兴趣表明了这种技术的潜在影响。然而，当前关于中心化与去中心化的争论往往忽略了我们所处的社会技术生态的复杂性以及它最终被人类行为所支配的事实。考虑到这一更广泛视角的重要性，本文呼吁决策者关注联通的世界的脆弱性。

密码货币与货币去中心化

传统的数字支付系统要求用户、个人或公司使用银行等中介机构来进行货币流通。智能手机和在线应用程序使这一程序变得简单，但仍依赖于银行的核心作用。实际上，这是一个中心化系统，如下图所示：

比特币和其他数字货币（区块链）提供的技术允许人们直接转移资金给他人而无需中心中介机构。交易被发送到构建比特币系统的整个节点网络——被称为“矿工”的节点使用计算能力来解决复杂的数学问题，以验证交易是否有效，从而投票赞成或反对它。一旦就有效性达成共识，交易被接受，资金接收者可以在几分钟后花掉收到的钱。同时，这个系统产生一些新的比特币来奖励矿工们的工作。

因此，基于数字货币的网络是分散的，因为交易是由多个节点处理的，不依赖任何权威机构或中间人。在实践中，他们减少了在金融业务中对第三方的需要。与其他分散的基础设施和协议一样，这些网络对于诸如节点故障和有针对性的攻击等干扰非常强大，然而，这些攻击可能会严重破坏其他互联的集中系统，如金融系统或航空公司交通。数字货币最显著的特征之一是伪匿名，有时被用于非法目的。              

随着时间的推移，数千个与比特币系统在理念上类似或在基于比特币系统的新项目出现，并创造了一个不断增长的加密货币生态系统。目前，至少在理论上可以交易1600多种加密货币，总市值接近1500亿美元。包括埃森哲（Accenture）、英格兰银行（Bank of England）、桑坦德（Santander）、瑞银（UBS）和联合信贷（Unicredit）在内的数十家银行已公开整合或正在试验区块链技术，而摩根大通（JP Morgan）等公司最近已与Zcash等区块链平台建立合作伙伴关系，以提升客户的隐私保护。

以太坊：智能合约平台

区块链技术也可用于需要信任的其他类型的交互。这种突破性的意义导致了提供“智能合约”的非盈利分散技术平台以太坊的出现。其基本思想是，当双方之间的协议条款被翻译成代码后，许多合同条款可以被完全自动执行。实际上，智能合约是被部署到以太坊区块链执行的高级程序的抽象形式。一旦在区块链上，编码的合同就具有抗回火、自我验证和自我执行能力。智能合约还发挥了区块链“API连接器”的作用，并使区块链启用的无服务器网站得以出现，称为去中心化应用程序（Dapps）。

以太坊技术作为社会技术生态系统的实施平台，在开发人员之间迅速获得共识，在该生态系统中，技术应用和服务不再基于各方之间的信任。如今，数百家新技术公司提出了基于智能合约的服务以及针对用户隐私和数据管理的创新解决方案，这些解决方案对社会和技术具有很大的潜在影响。这些公司经常通过众筹业务吸引投资者，这些业务被称为发行代币业务（ICO）。在首次发行代币期间，代币（而不是IPO中的股票）在相应的去中心化应用程序发行之前被出售。与股份持有人不同，ICO没有像IPO那样受到严格制度管理，并且在公司中几乎没有决策权。

区块链并不孤立存在

我们认为，至关重要的一点是要扩大视野，仅将单一平台视为我们所生活的社会技术系统生态系统的一个要素。GADX是最大的加密货币交易所之一，它最近经历的“灰烬崩溃”就是一个很好的例子。2017年6月21日，以太坊数字货币1以太币的价值从320美元在几秒内猛跌至0.1美元。尽管调查正在进行，但主流报告解释说，这是由价值数百万美元的出售订单导致交易所接受任何出价以满足这一要求，从而将1以太的价值降至224美元。如此迅速的变化引发了成百上千的自动追加保证金和交易者设定的止损指令，最终将价格推至0.1美元。总之，这起事件起源于一个主要参与者，因此它是一个中心化的事件。

以太坊是由ICO推动的平台生态系统的中心节点：每次ICO发生时，投资者都会发起数千次交易请求来购买代币。这些请求必须由节点来执行和验证，这使以太坊网络的工作负荷大大高于正常工作负荷。通过观察系统原始事务请求的动态（下图a），可以明显看出，2017年6月20日的每个ICO生成的请求数至少是正常请求数的10倍，ICO状态导致系统意外地延迟了几个小时。代币购买者经历了巨大的延迟，其中大多数人开始担心以太坊崩溃，如谷歌对系统崩溃和拥塞的查询量突然增加所示（下图b）。与验证请求所需的几分钟时间相比，网络几个小时没有响应，新闻开始在Reddit等社交网络上传播（下图c）。其结果是出现了集体恐慌，这种恐慌也通过其他平台传播，导致大股东在他们因（设想的）系统崩溃而失去价值之前出售他们的以太币（下图d）。这一行动最终导致了2017年6月21日（下图e）的快速崩溃。

网络的网络

六月的快速崩溃并非孤立事件，它只是许多类似事件中的一个例子。其中，最近的CryptoKitties事件突出了人类因素在整个系统活动中的核心作用。CryptoKitties是一款基于区块链的游戏，允许玩家领养、饲养和交易虚拟猫，这是第一次成功尝试将区块链技术用于娱乐的项目。虚拟猫的售价已超过10万美元，该游戏在2017年12月的受欢迎程度导致了以太坊网络速度大幅放缓。

事实上，以太坊在联通的系统中扮演着中心节点的角色，包括基于智能合约的平台、交易和至关重要的社交网络。其结果是形成了一个网络的网络，具有明显的结构和动态特性，这通常使这些系统比简单的网络更脆弱，更容易受到系统风险的影响。在以太坊的情况下，其他平台造成的流量压力会导致延迟或级联故障。这可能会让人们担心，而这些人正是社交和交易系统的一部分，信息在这些系统快速传播或扭曲，引起极端的反应（例如，下大的销售订单）。

结论

以太坊的崩溃说明了一个系统（例如以太坊区块链）的去中心化性质无法阻止更高级别的中心化的出现。随着一个基于区块链的系统周围生态系统的发展，其在连接社会、金融和技术要素上发挥了核心作用。反馈回路与针对性攻击一样，不仅会给原始系统的去中心化带来风险（例如，在最简单的例子中，节点的投票可以协调社交网络上的恶意行为），而且还会影响整个社会技术生态的稳定性（如下图）。我们预计，在不久的将来，这种“紧急中心化”的现象将迅速增加。 

新兴系统体系的脆弱性仍有待进一步理解，这为具有高度社会影响的研究带来了不可估量的机会。最小化系统风险至关重要，需要考虑（i）在社交网络中信息传播的快速性，（ii）自动化系统和次网络的即时响应，（iii）这些网络的相互依赖性。我们需要新的科学驱动政策来确保现有和即将到来的生态系统变得有效、充足和有弹性。我们认为，采取系统性的方法对未来去信任系统的评估至关重要，并呼吁决策者注意我们这个相互联系、变化迅速的世界的脆弱性。

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翻译/罗妤

编辑/罗妤

责编/张昊轩 齐庆武

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