Vitalik：回顧密碼學、共識理論及經濟方面的進展情況
2014年，我發表了一篇帖子，並做了一次演講，列出了數學、計算機科學和經濟學中的一些難題，我認為這些問題對加密貨幣領域(我當時稱之為加密貨幣)能夠走向成熟很重要。在過去的五年裡，發生了很大的變化。但是，在我們當時認為重要的事情上，究竟取得了多少進展呢?我們在哪裡成功了，我們在哪裡失敗了，我們又在哪些方面改變了對重要事情的看法? 在這篇文章中，我將逐一回顧2014年以來的16個問題，並看看我們今天在每一個問題上的進展情況。最後，我將為2019年的難題做出我的新選擇。
這些問題可以分為三類：
密碼學，因此如果它們是可解的，那麼就需要用純粹的數學技術來解決。
共識理論，在很大程度上改進了工作證明和權益證明。
二級標題
一級標題
二級標題
區塊鏈可擴展性
今天加密貨幣領域面臨的最大問題之一是可擴展性問題……[超大區塊鏈]的主要問題是信任：如果只有少數實體能夠運行完整的節點,然後這些實體可以合謀,並同意給自己大量的額外的比特幣,如果不自己處理整個區塊，其他用戶就無法親眼看到一個區塊是無效的。
問題：創建一個區塊鏈設計，保持類似比特幣的安全保障，但網絡保持運行所需的最強大節點的最大大小在交易數量上基本上是次線性的。
現狀：巨大的理論進展，等待更多的現實評估。
可擴展性是一個技術問題，我們已經在理論上取得了巨大的進展。五年前，幾乎沒有人考慮過分片;現在，分片設計很常見。除了以太坊2.0，我們還有OmniLedger、LazyLedger、Zilliqa，似乎每個月都有研究論文出來。在我看來，在這一點上的進一步發展是漸進的。從根本上說，我們已經有許多技術可以讓驗證者組在安全的情況下比單個驗證者處理更多數據，在這一點上已經達成共識，以及允許客戶間接驗證區塊的完全有效性和可用性的技術，即使在51% 攻擊的條件下。
這些可能是最重要的技術：
隨機抽樣，允許一個隨機選擇的小委員會在統計上代表完整的驗證者集合：https：//github.com/ethereum/wiki/wiki/Sharding-FAQ#how-can-we-solve-the-single- shard-takeover-attack-in-an-uncoordinated-majority-model
欺詐證明，允許得知錯誤的單個節點向其他所有人傳播其存在：https：//bitcoin.stackexchange.com/questions/49647/what-is-a-fraud-proof
保管證明，允許驗證者概率性地證明他們單獨下載並驗證了一些數據：https：//ethresear.ch/t/1-bit-aggregation-friendly-custody-bonds/2236
數據可用性證明，允許客戶端檢測它們的標題所在的區塊體是否不可用：https：//arxiv.org/abs/1809.09044。參見更新的默克爾樹編碼提案。
時間戳
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問題：創建一個分佈式激勵兼容系統，無論它是一個疊加在區塊鍊或它自己的區塊鏈之上，都可以保持當前時間的高精度。所有合法用戶的時鐘都圍繞某個“真實”時間呈正態分佈，標準差為20秒。沒有兩個節點的間隔超過20秒。
解決方案允許依賴於現有的“N節點”概念;在實踐中，這將通過權益證明或非女巫代幣來實施。系統應該持續提供120秒以內（如果可能，可以更少），並且是需要在>99%的誠實參與節點的內部時鐘裡。外部系統可能最終依賴於這個系統；因此，無論動機如何，它都應該保持安全，防止攻擊者控制小於25%的節點。
狀態：取得一些進展。
一級標題
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計算的任意證明
問題：問題：創建程序POC_PROVE(P,I) -> (O,Q) 和POC_VERIFY(P,O,Q) -> { 0, 1 } 使得POC_PROVE 在輸入I 上運行程序P 並返回程序輸出O 和a計算證明Q 和POC_VERIFY 獲取P、O 和Q，並輸出Q 和O 是否由POC_PROVE 算法使用P 合法生成。
現狀：理論和實踐都有很大進步。
二級標題
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代碼混淆
聖杯是創建一個混淆器O，這樣給定任何程序P，混淆器可以生成第二個程序O(P) = Q，這樣，如果給定相同的輸入，P 和Q 將返回相同的輸出，重要的是，Q 顯示沒有關於P 內部的任何信息。可以在Q 中隱藏密碼、秘密加密密鑰，或者可以簡單地使用Q 來隱藏算法本身的專有工作。
狀態：進展緩慢。
簡單地說，問題是我們想要找到一種方法來“加密”程序，這樣經過加密的程序對於相同的輸入仍然會給出相同的輸出，但是程序的“內部”將被隱藏。混淆的一個示例用例是一個包含私鑰的程序，其中該程序只允許私鑰對某些消息進行簽名。
二級標題
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基於哈希的密碼學
問題：創建一個不依賴安全假設的簽名算法，而是依賴哈希的隨機預言屬性，保持160位的安全對抗經典計算機的最佳尺寸和其他性質。
狀態：一些進展。
二級標題
一級標題
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抗ASIC工作證明
解決這個問題的一種方法是基於一種很難專門化的計算類型創建一個工作證明算法……有關抗ASIC硬件的更深入討論，請參見https：//blog.ethereum.org/2014/06/ 19/ mining/。
現狀：已盡我們所能。
在“難題”列表發布大約6個月後，以太坊確定了其抗ASIC的工作證明算法：Ethash。 Ethash被認為是一種內存硬算法。其理論是，普通計算機中的隨機存取存儲器已經得到了很好的優化，因此很難在專門的應用程序中加以改進。 Ethash的目標是通過使內存訪問成為運行PoW計算的主要部分來實現ASIC抵抗。
二級標題
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有用的工作證明
製作工作證明的同時使其有用；一個候選項目是Folding@home，這是一個現有的程序，用戶可以將軟件下載到電腦上，模擬蛋白質折疊，並為研究人員提供大量數據，幫助他們治療疾病。
現狀：可能不可行，但有一個例外。
有用的工作證明的挑戰是工作證明算法需要很多屬性：
很難計算
容易驗證
不依賴於大量的外部數據
可以在小的“一口大小”的區塊中有效地計算。
不幸的是，保留所有這些屬性的有用計算並不多，而且大多數具有所有這些屬性且“有用”的計算只是在太短的時間內“有用”，無法圍繞它們構建加密貨幣。
權益證明
權益證明
權益證明
解決挖礦中心化問題的另一種方法是完全取消挖礦，改用其他機制計算共識中每個節點的權重。迄今為止，討論中最受歡迎的替代方案是“權益證明”——也就是說，不再將共識模型視為“一個單位的CPU 算力，一票”，而是“一個貨幣單位，一票”。
現狀：巨大的理論進展，等待更多的現實評估。
臨近2014年底，權益證明社區清楚地表明，某種形式的“弱主體性”是不可避免的。為了維護經濟安全，節點在第一次同步時需要獲得最近的檢查點額外協議，如果它們離線超過幾個月，也需要再次獲得檢查點額外協議。這是一顆難以下嚥的藥丸;許多PoW倡導者仍然堅持使用PoW，因為在PoW鏈中，鏈的“頭”可以被發現，而來自可信來源的唯一數據就是區塊鏈客戶端軟件本身。然而，PoS的支持者卻願意吞下這顆藥丸，因為他們認為增加的信任要求並不大。從那時起，通過長期保證金獲得權益證明的途徑變得清晰起來。
今天大多數有趣的共識算法基本上與PBFT相似，但將固定的驗證者集替換為一個動態列表，任何人都可以通過將代幣發送到一個系統級的智能合約(帶有時間鎖定提款)來加入這個動態列表。在某些情況下，提款可能需要4個月才能完成)。在許多情況下(包括以太坊2.0)，這些算法通過懲罰以某些方式執行違反協議的行為的驗證者來實現“經濟終結”。
二級標題
Casper FFG：https：//arxiv.org/abs/1710.09437
Tendermint：https：//tendermint.com/docs/spec/consensus/consensus.html
HotStuff：https：//arxiv.org/abs/1803.05069
Casper CBC：https：//vitalik.ca/general/2018/12/05/cbc_casper.html
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存儲證明
解決這個問題的第三種方法是使用計算能力或貨幣以外的稀缺計算資源。在這方面，已經提出的兩個主要替代方案是存儲和帶寬。原則上沒有辦法提供帶寬被給予或使用的事後加密證明，所以帶寬證明應該最準確的被認為是社會證明的一個子集，在後面討論的問題，但存儲證明是肯定可以計算的。存儲證明的一個優點是它完全抗ASIC；我們在硬盤驅動器中的存儲已經接近最佳。
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經濟方面
穩定價值的加密資產
比特幣的一個主要問題是價格波動。問題：構造一個價格穩定的加密資產。
狀態：取得一些進展。
MakerDAO現在已經上線了，並且已經穩定運行了近兩年。它在其基礎抵押資產(ETH) 價值下跌93% 的情況下倖存下來，目前已發行的DAI超過1億美元。它已經成為以太坊生態系統的中流砥柱，許多以太坊項目已經或正在與之集成。其他合成代幣項目，如UMA，也在迅速獲得支持。
二級標題
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去中心化公共物品激勵
一般來說，經濟體系面臨的挑戰之一是“公共物品”問題。例如，假設有一個科學研究項目，將花費100萬美元來完成，而且據了解，如果它完成了，結果研究將為100萬人每人節省5美元。總的來說，社會效益是明顯的……[但是]從每個人的角度來看，貢獻是沒有意義的……
到目前為止，公共物品的大多數問題都涉及到中心化。附加假設和要求：存在一個完全可信的預言機來確定某個公共物品任務是否已經完成(實際上這是錯誤的，但這是另一個問題的領域)。
狀態：取得一些進展。
公共物品的籌資問題一般被理解為分為兩個問題：資金問題(公共物品從哪裡獲得資金)和偏好聚合問題(如何確定什麼是真正的公共物品,而不是單個人的寵物項目)。這個問題特別關注前者，假設後者已經解決了(關於該問題的工作，請參閱“去中心化貢獻度量”一節)。
總的來說，這方面還沒有新的重大突破。有兩種主要的解決方案。首先，我們可以嘗試激發個人的貢獻，給予人們這樣做的社會獎勵。我自己提出的通過邊際價格歧視進行慈善的建議就是一個例子；另一個是Peepeth上的抗瘧疾捐贈徽章。其次，我們可以從具有網絡效應的應用程序中收集資金。在區塊鏈範圍內，有幾個可以做到這一點：
發幣
在協議層面收取一部分交易費用(例如通過EIP 1559)
從某些layer2應用程序(例如，Uniswap，或一些可擴展的解決方案，甚至在以太坊2.0的執行環境中狀態租金)
聲譽系統
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聲譽系統
問題：設計一個正式的聲譽系統，包括一個分數rep(A,B) -> V ，其中V 是從A 的角度來看B 的聲譽，一種確定一方可以被另一方信任的概率的機制，以及在給定特定公開或最終交互的記錄的情況下更新聲譽的機制。
狀態：進展緩慢。
二級標題
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卓越證明
對於代幣分發問題，有一種有趣的、很大程度上尚未探索的解決方案(這是為什麼它不能如此容易地用於挖礦的原因)，即使用對社會有用的任務，但需要原始的人類驅動的創造性努力和才能。例如，我們可以想出一種“證明證明”幣，獎勵提出某些定理的數學證明的玩家。
二級標題
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反女巫系統
與聲譽系統相關的一個問題是創建“唯一身份系統”的挑戰——生成代幣的系統，以證明一個身份不是女巫攻擊的一部分……然而，我們希望有一個比“一美元一票”更好、更平等的系統；可以說，一人一票是理想的選擇。
狀態：取得一些進展。
已經有不少人試圖解決這個獨特的人類問題。想到的嘗試包括(不完整的列表!)
HumanityDAO：https：//www.humanitydao.org/
Pseudonym parties：https：//bford.info/pub/net/sybil.pdf
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BrightID：https：//www.brightid.org/
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去中心化貢獻指標
不幸的是，激勵公共物品的生產並不是中心化解決的唯一問題。另一個問題是，首先，確定哪些公共物品是值得生產的，其次，確定某種努力在多大程度上實際完成了公共物品的生產。這一挑戰涉及後一個問題。
現狀：有一些進展，重點有所改變。
最近關於確定公益貢獻價值的工作並沒有試圖將確定任務和確定完成的質量分開；原因是這兩者在實踐中很難區分。由特定團隊完成的工作往往是不可替代的和足夠主觀的，因此最合理的方法是將任務的相關性和性能質量作為一個單獨的包，並使用相同的技術來評估兩者。
幸運的是，這方面已經取得了很大的進展，特別是二次贈款的發現。二次贈款是指個人可以對項目進行捐贈，然後根據捐贈的人數和捐贈的金額，用一個公式來計算如果他們彼此完全協調(即，捐贈的金額是多少)，他們會捐贈多少。考慮了彼此的利益，沒有成為公地悲劇的犧牲品)。
二級標題
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去中心化成功指標
問題：提出並實施一種去中心化的方法來測量真實世界的數值變量…該系統應該能夠測量任何人類目前可以達成粗略共識的東西(例如，資產價格、溫度、全球二氧化碳濃度)。
狀態：取得一些進展。
這現在通常被稱為“預言機問題”。已知的最大的去中心化預言機運行實例是Augur，它處理了數百萬美元的質押結果。代幣管理註冊表(如代幣的Kleros TCR)是另一個例子。然而，由於一個極具爭議的問題或由於嘗試51% 攻擊，這些系統仍然沒有看到對分叉機制的真實世界測試。也有關於區塊鏈空間之外發生的預言機問題的研究，以“對等預測”文獻的形式出現。
一級標題
一級標題
新問題
如果我在2019年再寫一遍難題列表，有些是上述問題的延續，但重點會有很大的變化，也會有很大的新問題。
以下是一些問題：
密碼混淆：與上面第4條相同。
正在進行的後量子密碼學的工作：基於哈希的和基於後量子安全的“結構化”數學對象，例如。橢圓曲線構體…
反共謀基礎設施：正在進行的工作和完善https：//ethresear.ch/t/minimal-anti-collusion-infrastructure/5413，包括添加針對運營商的隱私，以最實用的方式添加多方計算等。
預言機：與上面的#16 相同，但不再強調“成功指標”，而專注於一般的“獲取真實世界數據”問題。
唯一的人類身份(或者,更現實,半唯一的人類身份)：與上面#15 所寫的相同，但強調的是一種不那麼“絕對”的解決方案：獲得兩個身份應該比獲得一個身份難得多，但使其不可獲得多個身份也是既不可能，也可能有害，即使我們成功了。
同態加密和多方計算：為了實用性，仍需不斷改進。
去中心化治理機制：DAO很酷，但當前的DAO仍然非常原始;我們可以做得更好。
充分形式化對PoS 51%攻擊的響應：可見https：//ethresear.ch/t/responding-to-51-attacks-in-casper-ffg/6363。
更多的公共物品資金來源：理想的做法是對具有網絡效應的系統內的擁擠資源收費（如交易費用)，但在去中心化系統中這樣做需要公共合法性；因此，這既是一個社會問題，也是一個尋找可能來源的技術問題。
聲譽系統:與上面的第12條相同。
一般來說，基礎層的問題正在緩慢但肯定地減少，但應用層的問題才剛剛開始。
Source：https://www.google.com/search?q=%E7%BF%BB%E8%AF%91&oq=%E7%BF%BB%E8%AF%91&aqs=chrome..69i57j0i512j0i433i512l2j46i131i199i433i465i512l2j0i131i433i512j0i433i512l2j46i433i512.1125j0j15&sourceid=chrome&ie=UTF-8
