基于以人工智能為中心的區(qū)塊鏈驅(qū)動(dòng)公鏈的3.0時(shí)代介紹

目前，在絕大部分公鏈上運(yùn)作的智能合約和共識(shí)機(jī)制是與現(xiàn)有的公平、效率和智能合約的合法性特質(zhì)相悖。因而也產(chǎn)生了諸多問(wèn)題，如轉(zhuǎn)賬效率低下、代理人機(jī)制（DPOS）的不公平、刺殺美國(guó)總統(tǒng)智能合約、博彩智能合約、編寫(xiě)智能合約困難等。而人工智能區(qū)塊鏈以智能合約的合規(guī)性和完整性以及安全性為量化評(píng)級(jí)去決定誰(shuí)擁有記賬權(quán)我們稱之為 PAI，能夠充分解決上述現(xiàn)行公鏈所存在的問(wèn)題。首先，PAI 的可伸縮性能夠提供編寫(xiě)智能合約的人一個(gè)安全，符合法律法規(guī)的模板智能合約。其次，PAI 可將智能合約的寫(xiě)入權(quán)限限制在預(yù)先設(shè)定的一定范圍內(nèi)，從而消除智能合約不合法的可能。再次， PAI 通過(guò)對(duì)比智能合約使用頻次、編寫(xiě)頻次、安全性、合法性的相關(guān)信息得出誰(shuí)擁有記賬的可能性，從而提升DAO 的整體性能、規(guī)范和使用頻率從而衍生出更多好的 DAPP。支持智能合約和通證系統(tǒng)（數(shù)字令牌）的區(qū)塊鏈具有激發(fā)設(shè)備之間自主合作從而創(chuàng)造使用價(jià)值的巨大潛能。然而，由于現(xiàn)有公鏈的特有屬性，如消耗 GAS 數(shù)量、挖礦費(fèi)電、相對(duì)不公平等問(wèn)題，現(xiàn)有的區(qū)塊鏈技術(shù)還是處于 2.0 時(shí)代。

本文所介紹的 MAI 是以人工智能為中心的區(qū)塊鏈驅(qū)動(dòng)公鏈的 3.0 時(shí)代，其具有以下四大創(chuàng)新點(diǎn)：

1） 前沿的鏈中鏈架構(gòu)支撐起平衡性良好的分配網(wǎng)絡(luò)，以高性價(jià)比的方式將可擴(kuò)展性和隱私保護(hù)性最大化；

2） 依靠輕量級(jí)私密地址、無(wú)需可信設(shè)置的環(huán)簽名應(yīng)用，在區(qū)塊鏈中真正實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)；

3） 具有即時(shí)最終性的高速共識(shí)機(jī)制大幅度提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量，并降低各項(xiàng)成本；

4） 靈活的輕量級(jí) PAI 系統(tǒng)架構(gòu)，精準(zhǔn)對(duì)智能合約的生成和執(zhí)行在公鏈中的應(yīng)用起到較高的監(jiān)管性和輔助性。

AI 公鏈的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

人工智能對(duì)于信息的感知和感應(yīng)、信息的轉(zhuǎn)換與傳輸、以及信息處理是人工智能的專長(zhǎng)。對(duì)于人工智能區(qū)塊鏈而言，感知和感應(yīng)層是自發(fā)式分布的，而后兩個(gè)層面在現(xiàn)階段的其他人工智能區(qū)塊鏈尚未實(shí)現(xiàn)，這也是大部分可擴(kuò)展性、隱私性以及可擴(kuò)展性問(wèn)題的根源。展望人工智能區(qū)塊鏈的未來(lái)，我們希望它能成為區(qū)塊鏈的脊椎和神經(jīng)系統(tǒng)，精確而有效地應(yīng)對(duì)前文提到的區(qū)塊鏈三大問(wèn)題。

1. 存在的機(jī)遇

通過(guò)將人工智能技術(shù)引入?yún)^(qū)塊鏈中，受益于人工智能特有的屬性：

第一，具有自學(xué)習(xí)功能。例如實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別時(shí)，只在先把許多不同的圖像樣板和對(duì)應(yīng)的應(yīng)識(shí)別的結(jié)果輸入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)通過(guò)自學(xué)習(xí)功能，慢慢學(xué)會(huì)識(shí)別類(lèi)似的圖像。自學(xué)習(xí)功能對(duì)于預(yù)測(cè)有特別重要的意義。預(yù)期未來(lái)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)將為人類(lèi)提供經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、效益預(yù)測(cè)，其應(yīng)用前途是很遠(yuǎn)大的。

第二，具有聯(lián)想存儲(chǔ)功能。用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反饋網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)這種聯(lián)想。

第三，具有高速尋找優(yōu)化解的能力。

表 1 歸納了人工智能各屬性與區(qū)塊鏈各方面提升的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1） 學(xué)習(xí)功能

增強(qiáng)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)是通過(guò)與環(huán)境的試探性交互來(lái)確定和優(yōu)化動(dòng)作的選擇，以實(shí)現(xiàn)所謂的序列決策任務(wù)。在這種任務(wù)中，學(xué)習(xí)機(jī)制通過(guò)選擇并執(zhí)行動(dòng)作，導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)的變化，并有可能得到某種強(qiáng)化信號(hào)（立即回報(bào)），從而實(shí)現(xiàn)與環(huán)境的交互。強(qiáng)化信號(hào)就是對(duì)系統(tǒng)行為的一種標(biāo)量化的獎(jiǎng)懲。系統(tǒng)學(xué)習(xí)的目標(biāo)是尋找一個(gè)合適的動(dòng)作選擇策略，即在任一給定的狀態(tài)下選擇哪種動(dòng)作的方法，使產(chǎn)生的動(dòng)作序列可獲得某種最優(yōu)的結(jié)果（如累計(jì)立即回報(bào)最大）。

在綜合分類(lèi)中，經(jīng)驗(yàn)歸納學(xué)習(xí)、遺傳算法、聯(lián)接學(xué)習(xí)和增強(qiáng)學(xué)習(xí)均屬于歸納學(xué)習(xí)，其中經(jīng)驗(yàn)歸納學(xué)習(xí)采用符號(hào)表示方式，而遺傳算法、聯(lián)接學(xué)習(xí)和加強(qiáng)學(xué)習(xí)則采用亞符號(hào)表示方式；分析學(xué)習(xí)屬于演繹學(xué)習(xí)。

實(shí)際上，類(lèi)比策略可看成是歸納和演繹策略的綜合。因而最基本的學(xué)習(xí)策略只有歸納和演繹。

從學(xué)習(xí)內(nèi)容的角度看，采用歸納策略的學(xué)習(xí)由于是對(duì)輸入進(jìn)行歸納，所學(xué)習(xí)的知識(shí)顯然超過(guò)原有系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)所能蘊(yùn)涵的范圍，所學(xué)結(jié)果改變了系統(tǒng)的知識(shí)演繹閉包，因而這種類(lèi)型的學(xué)習(xí)又可稱為知識(shí)級(jí)學(xué)習(xí);而采用演繹策略的學(xué)習(xí)盡管所學(xué)的知識(shí)能提高系統(tǒng)的效率，但仍能被原有系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)所蘊(yùn)涵，即所學(xué)的知識(shí)未能改變系統(tǒng)的演繹閉包，因而這種類(lèi)型的學(xué)習(xí)又被稱為符號(hào)級(jí)學(xué)習(xí)。

2） 聯(lián)想存儲(chǔ)

因?yàn)橛洃洈?shù)據(jù)，已經(jīng)固化到一個(gè)具有某功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。這整個(gè)被訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，就是記憶。人腦記憶不能離開(kāi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)存在。要移植記憶，就要重構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，不像下載電腦硬盤(pán)那么簡(jiǎn)單，它是功能性的。人一次就能記住，只是一次易忘，與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多次訓(xùn)練才定下來(lái)不同。到底神經(jīng)元及連接如何記憶，機(jī)制還待腦計(jì)劃確定。用多個(gè)神經(jīng)元的權(quán)值記錄一個(gè)簡(jiǎn)單信息，當(dāng)然可行，這也是一種編碼表達(dá)方式，但它與存儲(chǔ)器存儲(chǔ)簡(jiǎn)單信息是一致的，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一個(gè)簡(jiǎn)單信息，也可以是多個(gè)字節(jié)，許多個(gè)位，你將每個(gè)字節(jié)可以看作一個(gè)權(quán)值，多個(gè)字節(jié)看作多個(gè)權(quán)值，部分存儲(chǔ)器就可以看成是一個(gè)無(wú)主動(dòng)響應(yīng)能力的神經(jīng)元權(quán)值網(wǎng)絡(luò)?；蛘哌M(jìn)一步，部分二進(jìn)制位看作一個(gè)只有激活態(tài)與抑制態(tài)的神經(jīng)元權(quán)值單元，多個(gè)位一樣能編碼表示復(fù)雜信息，那也能解釋一些生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究。所以，存儲(chǔ)器能某種情況下近似對(duì)應(yīng)生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的記憶。

具有高速尋找優(yōu)化解的能力

尋找一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題的優(yōu)化解，往往需要很大的計(jì)算量，利用一個(gè)針對(duì)某問(wèn)題而設(shè)計(jì)的反饋型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力，可能很快找到優(yōu)化解。

3） 可編程性

人工智能具有基本的可編程性，把人工智能程序嵌入到用戶的錢(qián)包中，每次用戶同步節(jié)點(diǎn)的時(shí)候都會(huì)更新錢(qián)包中的人工智能，讓人工智能所學(xué)習(xí)的東西相互同步通過(guò)對(duì)于人工智能的不斷優(yōu)化加強(qiáng)對(duì)于整體智能合約的把控，讓人工智能迅速成長(zhǎng)起來(lái)，代替人們做一些人們不想做的事以及人們做不到的事。

2. 面臨的挑戰(zhàn)

人工智能帶來(lái)的機(jī)遇并不意味著幾種算法就可以很好地融合在區(qū)塊鏈當(dāng)中。實(shí)際上，是有不少挑戰(zhàn)的存在，現(xiàn)存的人工智能無(wú)一能應(yīng)用于區(qū)塊鏈解決上述的內(nèi)容。

讓電腦在沒(méi)有人類(lèi)教師的幫助下學(xué)習(xí)。

迄今為止最成功的機(jī)器學(xué)習(xí)方式被稱之為監(jiān)督式學(xué)習(xí)，方式與老師指著某個(gè)東西然后告訴我們名字非常相似。每次學(xué)習(xí)一項(xiàng)新任務(wù)時(shí)，系統(tǒng)基本上都要從頭學(xué)起，需要人類(lèi)在很大程度上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間參與。

1） 理論上的挑戰(zhàn)

目前，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)仿照人類(lèi)大腦皮層的網(wǎng)狀神經(jīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，實(shí)際構(gòu)造的模型都是簡(jiǎn)化的 MNN，主要通過(guò)鄰接層之間的連接來(lái)表達(dá)非線性映射關(guān)系。如果非鄰接層或同層神經(jīng)元之間也建立連接，能否提高深層網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和表達(dá)能力？能否從神經(jīng)學(xué)找到依據(jù)？能否構(gòu)造一個(gè)深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，有效處理和人類(lèi)智力水平相當(dāng)?shù)臋C(jī)器學(xué)習(xí)問(wèn)題？如何構(gòu)造深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使得每一層提取特征的物理意義比較明確？相對(duì)于主流的兩段式訓(xùn)練算法，能否找到一種完全無(wú)監(jiān)督的在線訓(xùn)練算法？

2） 建模上的挑戰(zhàn)

如果允許非鄰接層或同層神經(jīng)元存在連接，深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)該如何構(gòu)造？如何對(duì)深層模型進(jìn)行改進(jìn)，使輸入數(shù)據(jù)只需簡(jiǎn)單預(yù)處理即可輸入模型，同時(shí)能夠直接處理多模態(tài)數(shù)據(jù)？如何構(gòu)造深層模型，使其減輕對(duì)有標(biāo)簽數(shù)據(jù)的依賴？如何改造深層模型使其實(shí)現(xiàn)并行加速？

3） 工程實(shí)現(xiàn)上的挑戰(zhàn)

深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易于過(guò)擬合，使得模型建模及推廣能力較差，如何改造深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練算法，使其能夠快速收斂到最優(yōu)解，從而大幅度減少訓(xùn)練時(shí)間，而且模型推廣性能良好，是一個(gè)需要解決的重要問(wèn)題。如何改造深層模型，使其適用于多種類(lèi)型的輸入數(shù)據(jù)甚至多模態(tài)混合數(shù)據(jù)？如何改造深層模型，使其能夠有效地結(jié)合 GPUs 以及分布式計(jì)算等并行加速技術(shù)？

3. 相關(guān)探索

我們提出了 gcForest（multi-Grained Cascade forest，多粒度級(jí)聯(lián)森林），以及一種全新的決策樹(shù)集成方法。這種方法生成一個(gè)深度樹(shù)集成方法（deepforest ensemble method），使用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)讓 gcForest 做表征學(xué)習(xí)。當(dāng)輸入帶有高維度時(shí)，通過(guò)多粒度掃描，其表征學(xué)習(xí)能力還能得到進(jìn)一步的提升，而這有望使 gcForest 能注意到上下文或結(jié)構(gòu)（ contextual or structural aware）。級(jí)聯(lián)的數(shù)量能夠根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使 gcForest 在只有小數(shù)據(jù)的情況下也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。需要指出，gcForest 的超參數(shù)比深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)少得多；更好的是 gcForest 對(duì)于超參數(shù)設(shè)定性能魯棒性相當(dāng)高，因此在大多數(shù)情況下，即使遇到不同領(lǐng)域的不同數(shù)據(jù)，也能使用默認(rèn)設(shè)定取得很好的結(jié)果。

設(shè)計(jì)與構(gòu)架總覽

1 設(shè)計(jì)原則

MAI 的目標(biāo)是成為人工智能公鏈內(nèi)注重法律法規(guī)、隱私保護(hù)和可擴(kuò)展性的區(qū)塊鏈系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，并應(yīng)對(duì)上述提到的一系列挑戰(zhàn)，我們的架構(gòu)設(shè)計(jì)遵循以下原則。

1） 職責(zé)分離

將所有人工智能節(jié)點(diǎn)直接連接成一個(gè)單獨(dú)的區(qū)塊鏈?zhǔn)遣滑F(xiàn)實(shí)的。除了不同的智能合約應(yīng)用程序需要不同的區(qū)塊鏈屬性設(shè)置之外，在單個(gè)區(qū)塊中，承載過(guò)多的節(jié)點(diǎn)對(duì)其規(guī)模和算力的要求直線上升，對(duì)人工智能來(lái)說(shuō)計(jì)算量級(jí)過(guò)重。相反，職責(zé)分離可確保每個(gè)區(qū)塊鏈與特定組別的人工智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行互動(dòng)，在有需求時(shí)才與其他區(qū)塊鏈進(jìn)行互動(dòng)。這與互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架相似異構(gòu)設(shè)備首先形成一個(gè)內(nèi)部連接的組，即內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。較小的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)更大的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，最終連接到互聯(lián)網(wǎng)中心并相互通信。職責(zé)分離通常會(huì)創(chuàng)建一個(gè)均衡的系統(tǒng)，以最大限度地提高效率和保護(hù)隱私。

2） 奧卡姆剃刀定律

每個(gè)區(qū)塊鏈都有不同的用途和應(yīng)用，應(yīng)有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。例如，專用于交易傳遞的區(qū)塊鏈不需要受圖靈完備智能合約；運(yùn)行在信任區(qū)域中的區(qū)塊鏈無(wú)需過(guò)分注重交易隱私。

3） 簡(jiǎn)化計(jì)算

如前所述，區(qū)塊鏈生態(tài)中充滿了異構(gòu)系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)，它們的算力、存儲(chǔ)容量和功耗各不相同。由于強(qiáng)節(jié)點(diǎn)可輕易完成弱節(jié)點(diǎn)能夠完成的操作，因此應(yīng)該以弱節(jié)點(diǎn)為設(shè)計(jì)目標(biāo)優(yōu)化區(qū)塊鏈操作。例如，操作需以輕量級(jí)為目標(biāo)，從而節(jié)省算力、存儲(chǔ)空間和能源等相關(guān)資源。

2. 鏈中鏈架構(gòu)

MAI 是由許多分層排列的區(qū)塊鏈組成的網(wǎng)絡(luò)，這些區(qū)塊鏈在保持互操作性的前提下共同運(yùn)行。 在 MAI 生態(tài)中，根鏈（root blockchain）管理著許多獨(dú)立的區(qū)塊鏈或子鏈（subchain）。子鏈與 AI 計(jì)算出的具有相似性的智能合約相連接，這包括功能的相同性、應(yīng)用場(chǎng)景或級(jí)別相似性。如果一條子鏈在遭受攻擊或遇到DAPP 錯(cuò)誤時(shí)無(wú)法正常運(yùn)行，根鏈完全不受影響。此外，也可以進(jìn)行跨區(qū)塊鏈交易，將價(jià)值和數(shù)據(jù)從子鏈轉(zhuǎn)移到根鏈，或者通過(guò)根鏈從一條子鏈轉(zhuǎn)移到另一條子鏈。

根區(qū)塊鏈?zhǔn)侨魏稳硕伎梢栽L問(wèn)的公共鏈，它有三個(gè)主要目標(biāo)：

1.以保護(hù)隱私的方式在子鏈之間傳遞數(shù)值和數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)子鏈間的互操作性；

2.監(jiān)督子鏈，例如通過(guò)沒(méi)收定金（bond confiscation）懲罰子鏈上的運(yùn)營(yíng)方（bonded operators）；

3.計(jì)算和確定支付，建立子鏈信任。

有了具體目標(biāo)，根鏈將專注發(fā)展其可擴(kuò)展性，穩(wěn)固性，隱私保護(hù)功能和協(xié)調(diào)子鏈的能力。

子鏈具有成為私有區(qū)塊鏈的可能，并且依賴于根鏈作為中間站與其他子鏈進(jìn)行交互。子鏈需具備靈活性和延展性以適應(yīng)智能合約應(yīng)用的多樣化需求。子鏈很可能由在根鏈上存有定金的運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)。在另一種方案中，系統(tǒng)允許運(yùn)營(yíng)商提名一個(gè)或多個(gè)運(yùn)營(yíng)商在有/無(wú)特別綁定的前提下為其運(yùn)作。運(yùn)營(yíng)商像根鏈上的輕量級(jí)客戶端，作為子鏈上的完整節(jié)點(diǎn)來(lái)打包新區(qū)塊。

詳見(jiàn)表 2：根鏈和子鏈屬性對(duì)照表。

3. 根鏈（Root Blockchain）

根區(qū)塊鏈與以太坊一樣使用基于內(nèi)外部賬戶的模型，原因如下：

此公鏈?zhǔn)侵塾趹?yīng)用層面，所以不會(huì)采取比特幣的 UTXO 模型；

節(jié)省大量空間（每筆交易只有一個(gè)輸入、一個(gè)輸出、一個(gè)簽名）；簡(jiǎn)單編碼；潛在的可拓展性；輕量級(jí)客戶端。

潛在使用網(wǎng)絡(luò)分片技術(shù)：

使用網(wǎng)絡(luò)分片技術(shù)，如果你有 10000 個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)工作量證明過(guò)程，它們將被隨機(jī)分為 10 組，每個(gè)組被稱為一個(gè)分片。每個(gè)分片處理一組不同的數(shù)據(jù)，并得出小組內(nèi)一致同意的答案。然后，各分片將這些數(shù)據(jù)的摘要報(bào)告提交給一個(gè)名為目錄服務(wù)委員會(huì)的分片，由它來(lái)統(tǒng)籌不同分片的數(shù)據(jù)摘要，并將它們組合起來(lái)形成一個(gè)更大的數(shù)據(jù)集，稱為最終區(qū)塊，最終區(qū)塊的數(shù)據(jù)又會(huì)被返回所有分片。

從上面的分析可以看到，分片技術(shù)是一種去中心化的、安全的鏈上擴(kuò)容方案，具有線性的擴(kuò)容能力也就是說(shuō)，節(jié)點(diǎn)越多，得到的吞吐量就越大。

分片技術(shù)有兩種類(lèi)型：網(wǎng)絡(luò)分片和狀態(tài)分片，以太坊正在開(kāi)發(fā)的技術(shù)是狀態(tài)分片。兩種技術(shù)的不同之處在于，在網(wǎng)絡(luò)分片中，不是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須處理每條信息，但是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中其它分片的信息；如果使用狀態(tài)分片，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都只存儲(chǔ)它們自己處理過(guò)的信息子集，雖然這減少了每個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)，但分片之間的互通會(huì)變得復(fù)雜。

4. 子鏈（Subchains）

MAI 通過(guò)低層基礎(chǔ)設(shè)置為分布式區(qū)塊鏈應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)度身定制了可發(fā)展和增補(bǔ)的子鏈架構(gòu)，人工智能可根據(jù)應(yīng)用需求定制相對(duì)應(yīng)的子鏈驗(yàn)證模型、規(guī)格、參數(shù)和交易類(lèi)型。

MAI 子鏈?zhǔn)褂靡再~戶為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)模型，使其易于追蹤交易狀態(tài)。子鏈包含類(lèi)似于以太坊兩種類(lèi)型的賬戶，即常規(guī)賬戶和合約。由人工智能算出與根鏈相同的共識(shí)機(jī)制產(chǎn)生的有效交易被添加到區(qū)塊中，以達(dá)到同等的結(jié)算速度，提高跨鏈通訊的效率。子鏈?zhǔn)褂酶溚ㄗC、MAI 通證或自行定義通證。開(kāi)發(fā)者在子鏈上定義的通證可以通過(guò)通證銷(xiāo)售或通過(guò)公共交易平臺(tái)公開(kāi)發(fā)行。

子鏈也同時(shí)支持智能合約，并且運(yùn)行在輕量級(jí)且高效的虛擬機(jī)之上。我們目前正在測(cè)評(píng) Web Assembly（WASM），這是一種用于構(gòu)建高性能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的新興網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。WASM 效率高，速度快。我們同時(shí)也在探索其他可能性。通過(guò)人工智能生成智能合約，連接到相同子鏈設(shè)備以兩種方式共享狀態(tài)。

內(nèi)置隱私保護(hù)交易機(jī)制

比特幣和以太坊本身提供的隱私僅限于使用匿名地址，兩者交易細(xì)節(jié)皆是透明的。任何人都可以輕易從透明的賬本了解交易金額，被轉(zhuǎn)讓的資產(chǎn)以及該交易與其他交易的關(guān)系。在這種情況下，發(fā)送方的隱私，接收者的隱私和交易細(xì)節(jié)隱私三個(gè)方面是需要解決的議題。如表 3 所示，各種加密方案可用于解決以上所提的隱私問(wèn)題。

MAI 的隱私保護(hù)技術(shù)通過(guò)隱藏接收方的地址，使用環(huán)形簽名（ Ring Signatures）保護(hù)寄送方的隱私和使用佩德森承諾協(xié)議（ Pedersen commitment）來(lái)隱藏交易金額，進(jìn)行了以下創(chuàng)新和改進(jìn)：

使用 AI 推薦的隱藏地址讓接收方不用計(jì)算整個(gè)區(qū)塊鏈來(lái)確認(rèn)交易；優(yōu)化環(huán)簽名，使其體積更簡(jiǎn)潔并更具有可信賴的水平。

1. 以可傳遞支付碼隱藏交易接收方

隱藏地址技術(shù)源于 Cryptonote 協(xié)議，它利用半輪（half round）Diffie-Hellman 密鑰交換協(xié)議解決接收方的接收問(wèn)題。這個(gè)技術(shù)的局限性在于目前接收方必須要掃描網(wǎng)絡(luò)中的所有交易，或是要依靠可信的完整節(jié)點(diǎn)（在一定程度上泄露隱私）的幫助以完成接收。支付代碼的設(shè)計(jì)旨在解決隱藏地址的上述缺點(diǎn)，但仍有泄露交易隱私的缺點(diǎn)。

2. 保密交易機(jī)制

本質(zhì)上，區(qū)塊鏈交易只是一個(gè)元組（{ pkin， i}，{ pkout， j}，{ vi， j}），其中{ pkin， i}是輸入地址，{ pkout， j}是輸出地址，{ vi， j}是輸入和輸出地址之間的交易金額。由于比特幣交易是以明文形式存儲(chǔ)在公共賬本中，因此引發(fā)了很多安全和隱私問(wèn)題。保密交易的目標(biāo)是使只有交易的發(fā)送方和接收方能夠知道{vi，j}值，并沒(méi)有其他人知道交易雙方以及{vi，j}值。此外，保密交易可以允許網(wǎng)絡(luò)實(shí)體驗(yàn)證每個(gè)交易的有效性，但是交易的實(shí)際金額不會(huì)被泄露。區(qū)塊鏈上的保密交易的實(shí)現(xiàn)需要許多先進(jìn)的密碼技術(shù)。

3. 通過(guò) Bulletproofs 模型證明交易金額范圍

Bulletproofs 模型是為了替代佩德森承諾協(xié)議（Pedersen commitment）而被提出的。這是一種新的非互動(dòng)零知識(shí)證明協(xié)議模型（ noninteractive zeroknowledge proof protocol），它僅需非常短小的證明簽文（ proofs）并且不需要仰賴可信任的節(jié)點(diǎn)，因此可以在沒(méi)有額外計(jì)算量的條件下，將范圍證明（ range proof）的大小從線性減小到次線性，并進(jìn)一步減少交易體量。由于 Bulletproofs模型很好地符合 MAI 的設(shè)計(jì)原則，我們將把防彈協(xié)議（Bulletproofs）整合到MAI 中。

PAI 高速共識(shí)機(jī)制

1. 技術(shù)背景

工作量證明算法（PoW）是實(shí)現(xiàn)大多數(shù)區(qū)塊鏈（包括比特幣和以太坊）全球共識(shí)的支柱。工作量證明算法（PoW）使在計(jì)算上很難構(gòu)建一個(gè)有效的區(qū)塊并將其附加到區(qū)塊鏈上。區(qū)塊鏈變得越長(zhǎng)，就越難扭轉(zhuǎn)區(qū)塊鏈以前記錄的任何交易。攻擊者必須擁有基于 PoW 的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)整個(gè)計(jì)算能力的 51%，才能操縱該區(qū)塊鏈。

雖然 PoW 為大型分布式區(qū)塊鏈的全球共識(shí)提供了一個(gè)優(yōu)雅的解決方案，但它也有一些固有的局限。維持共識(shí)整體計(jì)算成本很高，相當(dāng)于 51%的攻擊成本。這意味著即使大部分區(qū)塊鏈參與者都是誠(chéng)實(shí)的，他們?nèi)匀恍枰褂么罅康碾娏?lái)維護(hù)區(qū)塊鏈，這不適合傾向于快捷的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。另外，在單個(gè)設(shè)備級(jí)別上，使用PoW 通常會(huì)花費(fèi)大量的 GPU 周期和內(nèi)存空間，造成不必要的系統(tǒng)浪費(fèi)。

2. 共識(shí)機(jī)制：AI 隨機(jī)授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制

為了設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā) MAI 的快速高效的共識(shí)機(jī)制，我們計(jì)劃采用以下技術(shù)。

2.1 股權(quán)證明機(jī)制

為了避免以上提到的因 PoW 所帶來(lái)的問(wèn)題，這里有一個(gè)好的方案是權(quán)益證明算法（PoS）作為區(qū)塊鏈達(dá)成共識(shí)的有效替代方案。PoS 的原理思想是隨機(jī)選擇一組節(jié)點(diǎn)對(duì)下一個(gè)區(qū)塊投票，并根據(jù)它們持有以太坊量的多少（即權(quán)益）對(duì)他們的投票進(jìn)行加權(quán)。如果某些節(jié)點(diǎn)行為不規(guī)范，系統(tǒng)可能會(huì)沒(méi)收其鏈上的以太坊。藉由這種方式，不用通過(guò)高計(jì)算成本的 PoW，區(qū)塊鏈依舊可以更高效地運(yùn)行，除此之外可以實(shí)現(xiàn)鏈上的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性：參與者擁有的權(quán)益越多，其維護(hù)賬本共識(shí)機(jī)制的動(dòng)機(jī)就越大，其節(jié)點(diǎn)行為不當(dāng)?shù)目赡苄砸簿驮降汀?現(xiàn)在已經(jīng)有一些根據(jù)權(quán)益證明算法（PoS）研發(fā)的設(shè)計(jì)和使用，例如 Tendermint，已被許多應(yīng)用程序采用。

2.2 授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制

授權(quán)股權(quán)證明（DPoS）改進(jìn)了 PoS 的思想，即授權(quán)股權(quán)證明允許參與者委托一些代表來(lái)代表他們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的部分股權(quán)。例如，Alice 可以向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送消息，委托 Bob 代表她的股權(quán)并代表她投票。DPoS 為我們的 AI 區(qū)塊鏈應(yīng)用提供了以下優(yōu)勢(shì)：

小股權(quán)參與者可以將他們的股權(quán)集中起來(lái)，讓他們有更高的機(jī)會(huì)共同參與區(qū)塊鏈中的投票，然后分享獎(jiǎng)勵(lì)。

資源受限的節(jié)點(diǎn)可以委任代表，因此并非所有節(jié)點(diǎn)都需要保持聯(lián)機(jī)才能達(dá)成共識(shí)。

代表可以是具有強(qiáng)大電力供應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)條件的節(jié)點(diǎn)，也可以動(dòng)態(tài)隨機(jī)選擇，因此我們?cè)阪溕蠈@得更高的整體可用性，使網(wǎng)絡(luò)達(dá)成共識(shí)。

使用 DPoS 的加密貨幣包括 EOS和 Lisk。

2.3 拜占庭容錯(cuò)算法

實(shí)用的拜占庭容錯(cuò)算法（PBFT）是 Castro 和 Liskov 在 1999 年提出的一種有效的抗攻擊算法，用于在分布式異步網(wǎng)絡(luò)中達(dá)成協(xié)議。我們前期計(jì)劃使用PBFT 作為我們 DPoS 共識(shí)機(jī)制的基礎(chǔ)投票算法，因?yàn)樗且环N簡(jiǎn)潔而且研究得非常好的算法，它提供了迅速的結(jié)算性，這對(duì)于構(gòu)建高吞吐量 TPS 與可擴(kuò)展的區(qū)塊鏈至關(guān)重要。 正如 Castro 和 Liskov 的原始論文所證明的那樣，只要低于三分之一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或惡意行為，PBFT 就可以為鏈提供可用性和安全性； 同時(shí)，PBFT 的網(wǎng)絡(luò)成本非常低，僅為未復(fù)制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成本的 3%?；?PBFT 的加密貨幣包括 Stellar和 Zilliaq。

2.4 基于 AI 選擇的共識(shí)機(jī)制

如上所述，為了效率考慮，當(dāng)要提出或選舉新塊時(shí)，系統(tǒng)將隨機(jī)選擇一小組節(jié)點(diǎn)。這種通過(guò)人工智能選擇算法的設(shè)計(jì)非常重要，因?yàn)樗绊懥苏麄€(gè)共識(shí)過(guò)程的公平性和安全性以及合法性。

3. 輕量級(jí)用戶 AI 定期檢查點(diǎn)的創(chuàng)建

在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，我們預(yù)計(jì)很多設(shè)備都是輕度使用的客戶端，也就是參與者不會(huì)在本地記錄完整的交易歷史。 以比特幣為例，目前存儲(chǔ)完整比特幣區(qū)塊鏈需要的空間已經(jīng)超過(guò) 100GB，因此許多用戶可能無(wú)法下載完整區(qū)塊鏈。

為了緩解這一性能問(wèn)題，以太坊的發(fā)明者 Vitalik 建議在區(qū)塊鏈上創(chuàng)建定期檢查點(diǎn)：epochs［2］，例如每隔 50 個(gè)區(qū)塊設(shè)置一個(gè) epochs。這樣做的好處是每個(gè)檢查點(diǎn)都可以基于前一個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，運(yùn)用這個(gè)方式輕量級(jí)客戶就可以更快地同步整個(gè)區(qū)塊鏈。

MAI 網(wǎng)絡(luò)中的通證機(jī)制

本地?cái)?shù)字通證（MAI TOKEN）是 MAI 網(wǎng)絡(luò)生態(tài)的重要組成部分，它被設(shè)計(jì)成完全服務(wù)于 MAI 網(wǎng)絡(luò)。在 MAI 主網(wǎng)啟動(dòng)之前，通證是以兼容 ERC20 標(biāo)準(zhǔn)部署于以太坊網(wǎng)絡(luò)上的，待到主網(wǎng)發(fā)布后，通證會(huì)完全遷移至 MAI 主網(wǎng)上。

MAI TOKEN 通證作為一種虛擬加密燃料被用于在 MAI 網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)某些功能（比如執(zhí)行轉(zhuǎn)賬和運(yùn)行分布式應(yīng)用），通過(guò)消耗 MAI TOKEN 通證激勵(lì)社區(qū)參與者，維持 MAI 網(wǎng)絡(luò)上的生態(tài)。在 MAI 網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行轉(zhuǎn)賬和運(yùn)行分布式應(yīng)用以及驗(yàn)證添加區(qū)塊/信息需要占用很多的計(jì)算資源，因此我們需要激勵(lì)這些提供服務(wù)/資源的網(wǎng)絡(luò)參與者（即挖礦）以保持 MAI 網(wǎng)絡(luò)的完整， MAI TOKEN 通證還被作為一種匯率單位用于支付占用計(jì)算資源所產(chǎn)生的費(fèi)用。

MAI TOKEN 通證是 MAI 網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分，如果沒(méi)有 MAI TOKEN通證，那么就沒(méi)有一種匯率單位去支付這些費(fèi)用，從而使 MAI 的生態(tài)系統(tǒng)無(wú)法持續(xù)。

MAI TOKEN 通證作為一種支付單位具有不可逆的功能，將被用于 MAI 網(wǎng)絡(luò)參與者的轉(zhuǎn)賬交易中。引入 MAI TOKEN 通證的目的是為生態(tài)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)參與者提供一個(gè)便捷安全的支付結(jié)算模式。MAI TOKEN 通證并不代表任何股權(quán)、參與權(quán)、投票權(quán)、職位、以及 MAI 基金會(huì)的收益?；饡?huì)及其分支機(jī)構(gòu)，或其他公司、企事業(yè)單位不會(huì)給通證持有者承諾任何利潤(rùn)以及投資回報(bào)，也不會(huì)在新加坡或任何相關(guān)管轄區(qū)內(nèi)構(gòu)成有價(jià)證券。MAI TOKEN 通證只能在 MAI 網(wǎng)絡(luò)上使用，并且通證持有者沒(méi)有被授予任何明示或暗示的權(quán)利，除了正確使用 MAI TOKEN通證以促進(jìn) MAI 網(wǎng)絡(luò)和諧發(fā)展。

關(guān)于 MAI TOKEN 通證，需特別注意：

（a）基金會(huì)及其任何附屬機(jī)構(gòu)沒(méi)有對(duì)通證進(jìn)行退款或者變現(xiàn)（或者替換成等值的其他虛擬貨）或者其他任何支付方式的義務(wù)；

（ b）通證不會(huì)使通證持有者獲得基金會(huì)（及其任何附屬機(jī)構(gòu)）任何形式的權(quán)利、收益或資產(chǎn)，包括但不限于基金會(huì)有權(quán)獲得的未來(lái)收益，股票，股權(quán)或股份，證券，任何投票、分配、贖回、清算、產(chǎn)權(quán)（包括所有形式的知識(shí)產(chǎn)權(quán)），或者與其他金融、法律同等的權(quán)利，或者與 MAI 網(wǎng)絡(luò)參與者、基金會(huì)、服務(wù)供應(yīng)商有關(guān)的任何知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

（c）MAI TOKEN 通證并不是一種貨幣（包括電子貨幣），有價(jià)證券，商品，債券，債務(wù)或其他任何一種金融工具或投資；

（d）MAI TOKEN 通證不是基金會(huì)或其任何附屬機(jī)構(gòu)的貸款，也并不是基金會(huì)或其任何附屬機(jī)構(gòu)所欠債務(wù)，且沒(méi)有任何預(yù)期的利潤(rùn)；

（e）基金會(huì)及其任何附屬機(jī)構(gòu)不會(huì)授予 MAI TOKEN 通證持有者任何權(quán)利或者收益。

MAI 驅(qū)動(dòng)的生態(tài)系統(tǒng)

一個(gè)區(qū)塊鏈智能合約自由搭建的基礎(chǔ)公鏈 ，基于 MAI 公鏈將具有無(wú)限的可擴(kuò)展性。

案例 1.防偽區(qū)塊鏈合約

目前，國(guó)內(nèi)防偽企業(yè)約有 3000 家。絕大多數(shù)產(chǎn)品采用的是低技術(shù)含量的防偽手段，很容易被復(fù)制，而傳統(tǒng)的數(shù)字防偽成本極高，防偽麻煩難推廣，特別是對(duì)于低值、高消費(fèi)的產(chǎn)品。

通過(guò) MAI 防偽，品牌商可以根據(jù)智能合約模板或自身的需求快速創(chuàng)建智能合約，生成一個(gè)新的基于 MAI 系統(tǒng)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，并生成僅使用防偽和點(diǎn)數(shù)的品牌令牌。這個(gè)令牌是品牌管理人員使用的，需要在每次執(zhí)行合同時(shí)使用。品牌所有者通過(guò)生成數(shù)字令牌來(lái)完成防偽工作。每個(gè)用戶可以使用 MAI DAPP 對(duì)基于 MAI 系統(tǒng)，生成令牌的品牌商家的產(chǎn)品執(zhí)行一鍵掃描碼防偽。此代碼只能掃描一次。掃描代碼將保存在區(qū)塊鏈中，不能更改。因此，只有能領(lǐng)取數(shù)字令牌的商品才是真正的商品，防偽技術(shù)不可篡改，不可復(fù)制，真正做到了低成本高效防偽的目的。

案例 2.飛機(jī)晚點(diǎn)保險(xiǎn)合約

傳統(tǒng)的保險(xiǎn)行業(yè)三分之一的錢(qián)用于銷(xiāo)售人員，三分之一的錢(qián)用于管理和運(yùn)營(yíng)支出，經(jīng)營(yíng)成本過(guò)高且效率低下。

現(xiàn)在通過(guò) MAI 公鏈我們以航空晚點(diǎn)為例，創(chuàng)建一個(gè)保險(xiǎn)的智能合約，乘客只要通過(guò)智能合約指定地址下單，當(dāng)系統(tǒng)同步信息航班出現(xiàn)合約中規(guī)定的晚點(diǎn)條約一旦達(dá)成，合約系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)履行合約付款給乘客。省去了人工售險(xiǎn)運(yùn)行成本，提升了保險(xiǎn)的處理效率，達(dá)到降本高效運(yùn)營(yíng)的目的。

案例 3.彩票智能合約

現(xiàn)有的模式是，彩票通過(guò)實(shí)體門(mén)店銷(xiāo)售，或者網(wǎng)絡(luò)銷(xiāo)售，1.彩民對(duì)中獎(jiǎng)?wù)\信有些質(zhì)疑；2.你是有聽(tīng)過(guò)某某人中了大獎(jiǎng)因遺忘錯(cuò)過(guò)領(lǐng)獎(jiǎng)機(jī)會(huì)；3.是大額現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)獎(jiǎng)隱私得不到保護(hù)。

采用 MAI 公鏈創(chuàng)建售彩智能合約，彩民通過(guò)彩票智能合約向合約發(fā)布方購(gòu)彩，當(dāng)彩票中獎(jiǎng)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)將彩金支付給中獎(jiǎng)彩民，高效、透明、無(wú)遺漏，彩民隱私得到保護(hù)。

案例 4. 無(wú)人駕駛汽車(chē)系統(tǒng)

比如行使在高速上無(wú)人駕駛汽車(chē)，如果發(fā)出指令給前車(chē)要求他們保持一定的安全距離，不要緊急剎車(chē)，注意保存車(chē)距，有可能會(huì)出現(xiàn)前車(chē)沒(méi)有收到信息或者延遲的情況，會(huì)導(dǎo)致安全事故。

采用 MAI 公鏈創(chuàng)建無(wú)人駕駛智能合約系統(tǒng)，通過(guò)智能合約一致性記賬機(jī)制，智能合約汽車(chē)之間會(huì)同時(shí)執(zhí)行相同的命令，規(guī)避信息不同步的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，智能合約技術(shù)的廣泛應(yīng)用，將提升無(wú)人駕駛領(lǐng)域的安全系數(shù)。

MAI 公鏈就像是手機(jī)安卓系統(tǒng)一樣，開(kāi)發(fā)者可以任意基于安卓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)符合法規(guī)機(jī)制的 DAPP，均可在安卓系統(tǒng)上運(yùn)行。所以 MAI 公鏈?zhǔn)且粋€(gè)可以無(wú)限延伸擴(kuò)展的智能合約開(kāi)發(fā)創(chuàng)建公鏈，可以廣泛應(yīng)用于：共享經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，智能家居領(lǐng)域，智能制造領(lǐng)域，金融領(lǐng)域，旅游領(lǐng)域，信息化數(shù)據(jù)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)智能領(lǐng)域，征信智能管理領(lǐng)域，食品安全，醫(yī)療安全領(lǐng)域，智能電商領(lǐng)域，產(chǎn)品溯源，產(chǎn)品防偽領(lǐng)域，智能導(dǎo)航，無(wú)人駕駛領(lǐng)域等等幾乎覆蓋了所有領(lǐng)域，人工智能與區(qū)塊鏈的強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合是大勢(shì)所趨。

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智能產(chǎn)品之間的互通互聯(lián)而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息與人身安全一樣重要，而個(gè)人信息包括手機(jī)號(hào)、照片、視頻等被泄漏及公開(kāi)的惡性事件屢屢發(fā)生，這些數(shù)據(jù)安全事故已經(jīng)給我們敲響了警鐘。區(qū)塊鏈能夠保證物聯(lián)網(wǎng)能夠安全、有靈活的可拓展性、高效。高效隨之帶來(lái)的是成本的降低。鑒于此，區(qū)塊鏈的技術(shù)可以為未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到極大的推動(dòng)作用。

MAI 公鏈通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)賦予人工智能后，人工智能對(duì)公鏈上新增的節(jié)點(diǎn)智能合約進(jìn)行識(shí)別合法性與合理性，對(duì)不符合人性及非法要求的智能合約，不予啟用，同時(shí)會(huì)對(duì)系統(tǒng)現(xiàn)有適合的智能合約進(jìn)行推薦。對(duì)新增先進(jìn)的智能合約，人工智能會(huì)自我馴化學(xué)習(xí)，提升對(duì)智能合約思考判斷推薦能力，從而讓人工智能實(shí)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)馴化進(jìn)化的能力，節(jié)點(diǎn)將通過(guò)不斷的馴化學(xué)習(xí)，讓 MAI 公鏈系統(tǒng)成長(zhǎng)的越來(lái)越強(qiáng)大，越來(lái)越人性化，MAI 未來(lái)將大力推動(dòng)防偽、共享經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域、物聯(lián)網(wǎng)智能科技、征信領(lǐng)域、金融保險(xiǎn)領(lǐng)域、醫(yī)療安全、產(chǎn)品溯源、智能合約領(lǐng)域的快速發(fā)展，在未來(lái)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)中 MAI 公鏈將體現(xiàn)它非凡的價(jià)值和實(shí)力。

結(jié)論

在本文中，我們介紹了一種可擴(kuò)展的、注重隱私保護(hù)并具有延展性的 AI區(qū)塊鏈，并且介紹了它的架構(gòu)以及如下核心技術(shù)：

1） 運(yùn)用鏈中鏈基礎(chǔ)架構(gòu)最優(yōu)的優(yōu)化其擴(kuò)展性和隱私性;

2） 運(yùn)用輕量級(jí)秘密地址的使用、環(huán)簽名方式（無(wú)需可信啟動(dòng)）以及避彈衣機(jī)制保護(hù)交易隱私；

3） 運(yùn)用可證明或者驗(yàn)證的隨機(jī)函數(shù)以及權(quán)益證明，實(shí)現(xiàn)高速共識(shí)機(jī)制其中最為重要的前提就是 AI 的應(yīng)用；

4） 構(gòu)建靈活的輕量級(jí) MAI 系統(tǒng)架構(gòu)。