长铗:区块链+人工智能,计算即权力

  现阶段,号称颠覆世界的两项科技正各自面临着难以攻克的问题,一边是随着人类科学技术的提升和生活水平的提高,AI领域的算力矛盾日渐突出;一边是区块链难以落地,仅停留在炒空气币的层面,让从业者焦虑不已。

  近日,长铗发表了《区块链与人工智能的交集》主题演讲,详细讲述了区块链和人工智能之间「你中有我,我中有你」的存在关系。


  01区块链和人工智能结合是很好的方向

  我可能是这个房间里唯一没有人工智能背景的从业者,最近我也在狂补人工智能相关的一些知识。区块链和人工智能是当前两个炙手可热的科技方向,我们从业者怎么看这个行业?外部看起来很热闹,但是我们内心是焦虑的。毕竟区块链不可能永远停留在炒空气。我们一直在思考,区块链什么时候能落地,真正与实体经济结合?

  区块链和人工智结合,就是一个很好的方向。

  我归纳了一下,区块链和人工智能的结合,基本上可以分成四类。

  第一类,通过区块链发Token,然后用这个Token激励社区,这是最简单的结合。

  第二类,和智能合约的结合。智能合约是区块链非常重要的一个概念,其实现在看智能合约并不智能,所以有可能就想到用AI的结合,使得合约真正实现智能化。

  第三类,和数据的结合。通过区块链这种去中心化的网络来保护数据的隐私。我对这个方向持保留态度,我认为这只能认为是一种分布式账本,数据类的东西其实不适合放在区块链上。

  第四类,和计算力的结合。区块链和人工智能最根本的生产力都来自于计算,我认为在计算力这个方向上,二者有融合的曙光。


  02为什么需要计算?

  很多朋友问,区块链为什么需要挖矿,毕竟这会造成非常巨大的能源浪费。现在也有很多共识算法,可以不需要挖矿,或者虚拟挖矿,比如内容挖矿或者交易挖矿等等各种各样的创新。但是在我看来,其实不管是怎样的设计,理论上都会牺牲去中心化,这种创新都逃脱不了用人治来代替计算机治理的问题。

  Google的一位网络性能工程师IlyaGrigorik写的《最小可行区块链原理》这篇文章非常好,作者用倒推法的方式解释了比特币这种POW机制其实已经是一种最简洁的可行的区块链方案。

  比如说现实中两个人的交易,A向B借钱,两个人彼此不信任,需要第三方担保。但是担保人可能会跑路,账本也有可能遗失。这时候就会想到用分布式账本技术来保证交易的安全。采用非对称加密来对对方身份进行确认。

  但是这个网络在逐渐扩大,加入了N多个人。他们要共同来保管一份账本怎么办?

  这时候就会想到要有共识机制。这个共识机制肯定不能是基于私钥的共识,因为私钥是可以分成无穷多个,也不可能是基于IP的共识。以前有人提出用个人电脑挖矿,认为更去中心化。但是这种空间上的去中心并不是真正的去中心,因为僵尸网络会很容易控制很多台家用电脑,一下子拥有很大的投票权利,就可以控制网络。

  所以中本聪给共识引入成本,这个成本就是计算力。这样一来,你投入的计算力越多,在网络中的投票权力就会越大,保护这个网络免受攻击。

  这也是为什么会有区块概念,因为打包交易需要付出计算力的成本,单笔交易很难承受打包交易的成本,所以大家有很多笔交易构成一个区块,共同支付矿工手续费,同时区块产生的新币奖励给矿工。

  很多其它共识机制,声称不需要投入计算,不需要能源的消费。按照他们的设计,其实不需要有区块这个数据结构,最近出现的一些新型的共识,其实是没有区块的概念,所以能否称之为是区块链,要打一个问号。

  还可以用二分法的方式来解释为什么需要挖矿。

  其实很简单,现实世界和数字世界存在一种对比的关系,或者叫做镜像关系。现实世界都是随机性的,数字世界都是伪随机的。详细的对比关系这里就不展开介绍了。

  区块链其实可以看做是印刷机的逆向机。

  这句话不太好理解,当年真格基金徐小平找到我,让我用一句最通俗的话介绍区块链,我说区块链是印刷机的逆向机,在我看来,这种解释已经很清晰了。

  印刷机的诞生的意义非常伟大。在印刷机诞生之前,知识和信息都是一种竞争性资源,像圣经、几何原本、武林秘籍等都是手抄本。我拥有,别人就不能再拥有。

  但是印刷机诞生以后,知识和信息就变成一种大规模、可复制的非竞争性资源。

  互联网其实就是印刷机的加强版,在互联网上一切东西皆可复制。这就造成一个问题,我们很难用互联网方式来处理竞争性资源,现实中资产的转移,其实都是竞争性资源的转移。

  当然支付宝也可以实现这种交易,但是支付宝的交易其实是一次数据库操作,数据库操作是不可信的,因为是中心化的架构,所以并不可靠。

  为什么早期数字货币的先驱都失败了。他们也是用密码学的方式,因为他们没有找到一个方法,在数字世界中实现竞争性资源的转移。

  区块链,首次用互联网的方式,在数字世界中实现竞争性资源的转移。

  一笔比特币的交易,跟现实中的原子(实物)的交易是完全一样的。假如我少一个比特币,别人那里肯定会多出一个,而不是一次数据库的操作。

  为什么需要挖矿?其实可以这样来理解,在现实世界中,我们要复制一模一样的东西是很困难的。就跟在数字世界中要防止一样东西被复制,也是很困难的。

  原因其实都是热力学定律。要复制一模一样的东西,按照热力学第三定律,其实可以转述成:你是否可以制造出完美晶体?

  要知道,制造出完美晶体,需要达到绝对零度,这要投入巨大的能源消耗。反过来,要在互联网上实现这种竞争性资源的复制一样,要投入计算力的消耗。投入的计算力越高,防止双重支付的壁垒就越高,这也是大家这么信任比特币的一个原因。

  我在2014年的时候提出来了「区块链不可能三角理论」。讲的是安全性、效率和去中心化三者之间不能同时共存。

  在很多领域都存在不可能三角,比如在分布式计算领域,存在一致性、分区容错性和可用性的不可能三角。在分布式域名领域,存在安全、去中心化和人类可读性的不可能三角。在希尔伯特公理化系统,存在一致性、独立性和可判定性的不可能三角。

  其实他们讲的都是一回事。在希尔伯特公理化系统中,一致性表示命题不能相互矛盾,其实对应着安全性。大家共同保存的账本不能互相矛盾,一笔钱在你的账本上已经花出去了,在另一个人的账本上不能还没有花出去。

  独立性,讲的是这些公理不能够相互推导出来,其实就是对应着去中心化。去中心化,其实是一种共识的过程,这意味着参与共识的这些节点,有充分的、自由的决策权,而不是像僵尸网络控制的一些节点,空间上看起来更去中心化,但是在的共识的过程当中,它是一致行动人,缺少独立性。

  可判定性,指的是不存在一个通用的算法,可以提前验证一个命题是否成立,其实对应着效率。


  03什么是真正的去中心化?

  去中心化,其实它是有中心的。

  现在很多人批评POW网络,比如存在着算力的集中,芯片生产商的集中,钱包的集中等,这造成了中心化。

  其实这种批评并不成立,因为去中心化是一个过程,结果上它是有中心的。去中心化最全面的一个内涵就是这些边缘的节点,有成为中心化节点的权利,也就是说它是一个动态的过程。比如说,现在在算力上排名靠前的矿池,在11年的时候,其实还都是些小角色。所以,这是市场自由竞争的过程,是动态的过程。

  去中心化和中心化的区别很大。如果不能区分,很容易被一些概念忽悠,很多区块链认为自己是高TPS,这是一种互联网思维。因为高TPS,肯定是牺牲了去中心化。

  最重要一点,去中心化的区块链,它的安全性是一个数学问题,如果变成一个中心化的网络,安全性问题就变成了一种人性问题。

  最近我也看到很多一些新的项目,一些新型的共识算法,最终都离不开,比如说一些检验点的介入,分片技术,还有超级节点、领袖节点,不管换什么样的说法,总归来说,这是一种人的共识来代替算法的共识,这就使得区块链网络的去中心化程度会降低。

  刚才讲了工作量证明,为什么它的安全性是一个数学问题?

  因为要逆转区块链上的交易,这个问题可以简化为「赌徒破产问题」。

  

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  假设攻击者拥有了全网算力的10%,我们可以清楚地知道,他追上这个区块的概率是0.0002。

  左边的图是追上z个区块的的概率曲线,我们看到,在z=6的时候,它的概率几乎等于0,这也是为什么在比特币的早期,中本聪认为6个区块链交易确认以后,这笔交易就算作是绝对的安全的原因。

  如果是POS机制,它实际上是一种虚拟的挖矿,不需要真正的计算,以这个账户中所持有的币天来决定获得利息币的多少。既然是一个人性问题,只能用博弈论分析。

  

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  我们认为,POS最终会导致中心化的局面。因为大户持有的币很多,每天获得的利息币就多,会有足够的动力去开客户端。但是小户每天获得的利息币很少,所以他会倾向于关掉客户端。这是一个致命的均衡,最终会落到97/0这样一个均衡当中。

  所以它本质上是中心化系统,而且这个中心化,不像比特币所谓的算力的中心化、挖矿的中心化,它们是一种市场的竞争机制,因为新来者可以通过市场的自由竞争来击败原来的领先者。

  POS,它不再是一个动态的机制,它是可以理解为一个硬编码系统,权力的分配一开始就写好了,大户只要不卖币,永远在这个网络中有最大的话语权。


  04为什么需要AI POW?

  我们为什么要做对人工智能友好型的工作量证明机制?

  POW其实是有它的问题的,批评最多的就是说,挖矿造成了巨大的能源和硬件的浪费。但是这个问题不能混为一谈,这其实是两个问题。

  第一,能源浪费,我刚刚已经解释了,这个批评是不成立的。因为你投入的能源消耗越多,安全的壁垒就越高,所以能源的浪费其实相当于为区块链内注入负熵。

  第二,硬件浪费,这个批评我觉得是成立的。因为比特币的矿机的计算能力很高,但是他不挖矿的时间或者是他被淘汰之后就是一堆废铁,完全没有其他的用途,因为只做哈希运算,应用范围太窄。

  所以我们确实会觉得这可能造成了一种计算资源的浪费。

  所以我们提出的对人工智能友好型算法,这意味着我们可以直接使用AI的芯片来挖矿。这样的话,我们这些矿机在不挖矿的时候,或者是淘汰了之后还有其他用处。

  要完成这样一个创新的目标,我们必须要实现两点:

  第一点,对现有的人工智能ASIC型友好。我们认为,人工智能终将进入ASIC时代。第二点,我们必须要采用人工智能运算中最通用、最广泛、最高密度的计算。

  首先,来看一下AI运算的需求,非常旺盛。

  视频领域,全球每天图像识别需要10个Exa的浮点运算。语音有70个Exa的浮点运算。安防摄像头有210个Exa的浮点运算。加一起,深度学习的计算力需求大概有300个Exa的浮点运算。

  可以说,AI领域领最大的矛盾,就是人民群众日益增长的计算需求与落后的计算力的之间的矛盾。

  我们为什么认为AI也需要进入ASIC时代?参考比特币硬件的发展历史,用五年时间,就走完了从CPU、GPU、FPGA到ASIC挖矿的整个历程。

  这一方面是由于比特币巨大的经济刺激,导致硬件的迭代更新特别快,远远超过摩尔定律。

  

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  右边这张图是比特币的挖矿难度的增长曲线,在250K个区块链高度之前,比特币的全网算力几乎可以忽略不计的,之后算力开始大幅的增长。在这个时间点上发生了什么事情?就是第一代比特币挖矿ASIC矿机的面世,也就是嘉楠耘智所生产的阿瓦隆矿机。

  第二,我们必须要在共识中引入大量的矩阵运算。

  我最近看到一个专家批评现在有AI芯片这个说法,他认为不存在真的AI芯片。

  他说的好像也有道理,因为人工智能算法是各种各样的,那么不同的算法可能对芯片的要求又不一样,所以不存在一种通用的AI芯片。

  但是我觉得,在最底层的层面,他们最终都离不开矩阵运算。最近我看过一篇论文,就是Google TPU论文说,90%以上计算其实都是矩阵运算,还有50%是卷积运算,但卷积运算最终也是要转化成矩阵运算来做。

  为什么神经网络效率更高? 我认为就是相当于一种降维攻击,就是用算法来模拟神经网络的多维结构。而且,矩阵运算是非常适合开发ASIC芯片,因为它的运算非常规整,而且可预期。

  所以我认为,不管什么样的AI算法,最终都脱离不了矩阵运算。


  05Tensority算法是如何工作的?

  比原链采用了对AI友好型的共识算法——Tensority。

  比特币的工作量证明机制,非常简单,它其实是用前一个区块的哈希加上1个Nonce,再次哈希之后与预期的难度阈值进行比较,如果达到要求,就完成了工作量的证明。

  我们的Tensority算法要复杂一些,除了第一步的种子生成和最后一步的工作量验证和比特币是一样的,中间的过程全部是相应的矩阵运算。

  首先我们用前面128个区块的哈希,统一生成种子,这样做对预防51%攻击具有很好的防御性。这一步的过程的话,其实就是为了生成一个随机的矩阵,前面哈希的过程其实都是为了给Scrypt加密算法创造输入的条件。

  我们为什么要采用Scrypt算法?这个算法其实是莱特币挖矿的算法对硬件功耗要求不是很高。我们一开始就想到,一定要是一种低功耗的模式,这样的话我们的网络才会更健壮,更去中心化,这意味着理论上所有的AI智能终端都可以参与比原链的挖矿。而且Scrypt算法的安全性在过去几年已经被验证了,从来没有被攻破过。

  得到这样一个128B*1024B*32B的矩阵后,再转换成更规整的矩阵,这一步的目的就是为后面的矩阵乘来生成128位的矩阵做一基础。

  其实这一步很关键,因为我们的算法90%以上的这个运算都是集中在这一步,所以这一步的的目的也是很明确,就是为了让AI的计算能力得到体现。128位的矩阵相乘之后,得到一个256位的矩阵,最终我们再对这个难度值进行对比,不断迭代,满足条件之后生成一个区块。


  06Tensority算法对AI芯片生态的影响

  Tensority算法对AI芯片行业,将会有比较大的影响。

  第一,强化了AI芯片的低功耗的设计。

  第二,降低了AI芯片的设计风险和回本的周期。这个是很容易理解,现在做深度学习芯片,第一代和第二代可能没什么市场,如果有挖矿保本的需求,设计风险就大大降低了。

  第三,促进AI 芯片的普及。这就像现在市面上的显卡矿机对显卡的刺激一样。

  

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  右边这张图是英伟达的股票,我认为它的股价很大程度上是由显卡矿工所支撑的。

  左边的图是我们国产芯片细分市场的占有率。非常之低,很多领域都是零,最高也就22%,唯独在一个领域的形势比较喜人,就是区块链领域。所以我认为,国产芯片行业通过区块链,实现弯道超车也是有可能的。为什么比特币矿机迭代那么快,就是强大的利益不断驱动创新。

  我们认为,将来可能会出现区块链和人工智能通用云。

  过去,区块链的计算力很高,但是它的运算不能用于其他用途。相当于一个水池,用隔板隔为两个部分。左边的相当于区块链,水位很高,右边相当于人工智能,水位很低。

  现在我们通过这样一个方法,把隔板打通,左边的水位会下降,右边的水位会上升,会形成一个通用云,挖矿设备在闲置的时候,可以做AI运算。AI硬件淘汰之后也可以继续挖矿,大大节约社会成本。

  还有一种模式,分布式计算,这个模式已经出现了,有一个自称Airbnb的深度学习项目,收集矿工的算力来提供深度学习服务。它的收益是挖矿的三倍,同时它又给用户提供深度学习服务,收费又是AWS的1/5,所以这确实是一种双赢的局面。

  我们还提出了「one camera one vote」,理论上所有具有AI计算能力的摄像头都可以参与比原的挖矿。因为摄像头24小时在线并且联网,数量巨大,空间分布广阔,非常去中心化。

  从摄像头的角度来说,会降低自身的硬件部署成本。而且它大部分时候是休眠状态的,只有在有人物活动的时候,它才会被激活。而且我们采用的是一种低功耗的算法设计,摄像头在挖矿的时候只比休眠状态的功耗略微高一点,所以这也是一个双赢的局面。

  另外,我们还支持Int数据类型,也是为了让将来几乎所有的AI智能设备都可以参与比原的挖矿。


  07计算即权力

  最后是我经常讲的一点:计算即权力。

  有人认为人工智能、区块链和大数据这三项新兴技术,分别代表着生产力的变革、生产关系的变革和生产资料的变革。其实他们背后有一样东西就是相通的,就是计算。

  我们认为,不仅是在区块链领域、人工智能领域或者在其他领域,谁掌握了计算力,谁就掌握了权力。这代表着一个非常宏大的蓝海市场。


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