袁勇 王飛躍

區(qū)塊鏈技術(shù)起源于2008年末的“比特幣”,一種由化名為“中本聰”的學(xué)者設(shè)計的新型數(shù)字加密貨幣,是比特幣的底層支撐技術(shù)[1].在比特幣的誕生之初,其關(guān)注范圍僅局限于少數(shù)加密貨幣研究人員,2013年前后隨著比特幣價格飛漲曾經(jīng)掀起過短暫的熱潮,引起眾多專家學(xué)者的研究興趣.盡管其后比特幣的關(guān)注度隨著其價格下跌而逐漸回落,但研究者發(fā)現(xiàn)比特幣底層的區(qū)塊鏈技術(shù)具有更為重要、甚至是顛覆性的應(yīng)用價值.2015年起,區(qū)塊鏈技術(shù)逐漸走入公眾視野,成為近兩年來金融科技和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟領(lǐng)域的新研究熱點.

區(qū)塊鏈技術(shù)具有諸多其他技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢:首先,區(qū)塊鏈系統(tǒng)的根本特征是去中心化,采用點對點(Peer-to-Peer,P2P)對等網(wǎng)絡(luò),各節(jié)點地位對等且通過分布式共識機制實現(xiàn)相互間的協(xié)調(diào)與協(xié)作,同時節(jié)點基于各自貢獻獲得經(jīng)濟激勵,這使得區(qū)塊鏈系統(tǒng)具有很強的健壯性,因而也被認為是構(gòu)建未來去中心化社會的核心技術(shù)之一;其次,區(qū)塊鏈系統(tǒng)通過數(shù)學(xué)算法形成節(jié)點之間的共識,新數(shù)據(jù)必須獲得全部或者大多數(shù)節(jié)點的驗證方可寫入由全體節(jié)點共同維護的區(qū)塊鏈賬本,因而極難篡改和偽造;這使得區(qū)塊鏈成為依靠共識機制和密碼學(xué)算法自動產(chǎn)生信任的系統(tǒng),可以實現(xiàn)信息流、資金流和物質(zhì)流等要素的去中介化自由流通;第三,區(qū)塊鏈系統(tǒng)采取建立在隱私保護基礎(chǔ)上的、公開透明的數(shù)據(jù)讀取方式,區(qū)塊鏈賬本數(shù)據(jù)以零成本方式向全體節(jié)點公開查詢,從而可以降低節(jié)點的信任成本和系統(tǒng)不確定性.這些顯著優(yōu)勢在現(xiàn)代社會系統(tǒng)中有著重要且廣泛的應(yīng)用前景[2].

然而,作為一項新興技術(shù),區(qū)塊鏈相關(guān)理論研究與產(chǎn)業(yè)實踐仍然處于起步階段,諸如共識算法、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、智能合約、激勵機制等微觀層面的核心技術(shù)要素尚處于探索、實驗和持續(xù)優(yōu)化的狀態(tài),而宏觀層面的區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)生態(tài)及其對社會經(jīng)濟的影響也迫切需要實驗、分析、評估和必要的監(jiān)管.

例如,技術(shù)層面上,共識機制的切換對于區(qū)塊鏈系統(tǒng)通常具有重要影響.由于缺乏實驗和評估的有效手段,目前主流區(qū)塊鏈(特別是公有鏈)通常采用漸進式實驗方式.以太坊計劃采用的“PoW+PoS”(Proof of Work+Proof of Stake,工作量證明+權(quán)益證明)混合共識機制即是典型案例:由于PoW共識直接切換為PoS共識可能為以太坊生態(tài)系統(tǒng)帶來難以估量的潛在風(fēng)險,因而不得不采用相對安全的混合機制,即99%的絕大多數(shù)交易區(qū)塊采用傳統(tǒng)的比特幣挖礦式PoW共識,而僅有1%的區(qū)塊鏈采用仍處于實驗階段的Casper式PoS共識.在此基礎(chǔ)上,根據(jù)實驗效果決定后續(xù)的共識切換策略.產(chǎn)業(yè)生態(tài)層面上,區(qū)塊鏈技術(shù)與生俱來的顛覆性潛質(zhì)也為各行各業(yè)帶來深刻變革,迫切需要國家和行業(yè)的監(jiān)管和調(diào)控.例如,基于區(qū)塊鏈技術(shù)的ICO(Initial Coin Offering,首次代幣發(fā)行)通過公開發(fā)行區(qū)塊鏈系統(tǒng)內(nèi)置的加密貨幣來籌措資金,近一兩年來已對傳統(tǒng)金融和資本市場形成強力沖擊.2014年,基于以太坊的區(qū)塊鏈項目The DAO通過ICO在短時間內(nèi)籌集到1.5億美元,成為網(wǎng)絡(luò)眾籌歷史上的里程碑之一.然而,ICO技術(shù)的快速發(fā)展勢必會影響國家經(jīng)濟和金融穩(wěn)定,因而涌現(xiàn)出面向ICO技術(shù)的實驗和監(jiān)管需求的各類“沙盒”機制.

從學(xué)術(shù)研究角度來說,現(xiàn)有的區(qū)塊鏈技術(shù)本質(zhì)上仍然是一種新型的鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和分布式計算架構(gòu),能夠有效實現(xiàn)復(fù)雜社會、經(jīng)濟與金融系統(tǒng)的描述性建模和計算,但是欠缺對于區(qū)塊鏈系統(tǒng)在自身不同配置條件下和各類應(yīng)用場景中的計算實驗與預(yù)測解析能力,同時也欠缺虛實結(jié)合、以虛擬引導(dǎo)現(xiàn)實、以人工引導(dǎo)實際的引導(dǎo)與決策能力.這是導(dǎo)致目前區(qū)塊鏈技術(shù)只能依靠真實系統(tǒng)的“鏈上”增量式試錯實驗、或者利用沙盒監(jiān)管等“摸著石頭過河”的經(jīng)驗性決策方法,來實現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)生態(tài)優(yōu)化的根本原因.為解決這一問題,當(dāng)前迫切需要發(fā)展一套面向區(qū)塊鏈的建模、實驗與決策的新理論與新方法,旨在為區(qū)塊鏈技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供一套可計算、可實現(xiàn)和可比較的描述建模、預(yù)測解析與引導(dǎo)決策方法[3].

平行區(qū)塊鏈是有效解決區(qū)塊鏈建模、實驗與決策相關(guān)問題的理論方法,是平行智能這一本世紀初提出的原創(chuàng)性研究范式與新興區(qū)塊鏈技術(shù)的深度結(jié)合[4?5].目前,平行智能理論已在國防安全[6?7]、平行交通[8]、平行經(jīng)濟[9?10]、平行控制[11]、平行視覺[12]、平行圖像[13]和平行數(shù)據(jù)[14]等十余個典型應(yīng)用領(lǐng)域有了顯著的實踐效益和初步的理論結(jié)果.平行智能研究主要面向“人在環(huán)路中”、兼具高度社會復(fù)雜性和工程復(fù)雜性的社會物理信息或人機物三元系統(tǒng)(Cyber-physical-social systems,CPSS),通過研究數(shù)據(jù)驅(qū)動的描述智能、實驗驅(qū)動的預(yù)測智能,以及互動反饋的引導(dǎo)智能,為不定、多樣和復(fù)雜問題提供靈捷、聚焦和收斂的解決方案[15].平行區(qū)塊鏈的首次提出是在2017年4月美國丹佛大學(xué)召開的第一屆區(qū)塊鏈與知識自動化國際研討會.會上,本文作者之一王飛躍教授作了“Parallel Blockchain:Concept,Techniques and Applications” 主旨報告,首次提出并解讀了平行區(qū)塊鏈的概念、技術(shù)及其在金融、交通、健康和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的初步應(yīng)用實踐[16].

具體說來,平行區(qū)塊鏈基于平行智能理論和ACP方法(Arti fi cial systems+Computational experiments+Parallel execution,人工系統(tǒng)+計算實驗+平行執(zhí)行),其基本思想是通過形式化地描述區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)核心要素(例如計算節(jié)點、通信網(wǎng)絡(luò)、共識算法、激勵機制等)的靜態(tài)特征與動態(tài)行為來構(gòu)建人工區(qū)塊鏈系統(tǒng),利用計算實驗對特定區(qū)塊鏈應(yīng)用場景進行試錯實驗與優(yōu)化,并通過人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)與實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)的虛實交互與閉環(huán)反饋實現(xiàn)決策尋優(yōu)與平行調(diào)諧.本質(zhì)上,平行區(qū)塊鏈系統(tǒng)是以人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)作為“計算實驗室”,利用常態(tài)情況下人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)中“以萬變應(yīng)不變”的離線試錯實驗與理性慎思,實現(xiàn)真實區(qū)塊鏈系統(tǒng)在非常態(tài)情況下“以不變應(yīng)萬變”的實時管理與決策.

本文的主要目的是研究、發(fā)展和完善平行區(qū)塊鏈的理論方法與關(guān)鍵技術(shù)體系.該體系致力于通過充分利用互聯(lián)網(wǎng)開源情報大數(shù)據(jù)和新興的知識自動化手段[17?18],結(jié)合人工智能前沿的ACP方法、平行學(xué)習(xí)和平行動態(tài)規(guī)劃等計算模式[19?21],以平行智能方法論為基礎(chǔ),制造面向各類應(yīng)用場景的、算法和智能合約驅(qū)動的“平行區(qū)塊鏈”;進而基于特定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、交互機制與共識協(xié)議實現(xiàn)各類“平行區(qū)塊鏈”智能系統(tǒng)或平臺;最終實現(xiàn)大規(guī)模分布式節(jié)點的群集與涌現(xiàn)驅(qū)動的“平行區(qū)塊鏈”智能生態(tài)系統(tǒng),建立理論、技術(shù)、應(yīng)用和生態(tài)的完整鏈條,實現(xiàn)區(qū)塊鏈與平行智能深度耦合的區(qū)塊鏈平行實驗與決策模式,為區(qū)塊鏈技術(shù)在交通、農(nóng)業(yè)、健康、教育和金融等社會經(jīng)濟領(lǐng)域的重大決策奠定新的理論與方法基礎(chǔ).

本文組織結(jié)構(gòu)如下:第1節(jié)闡述平行區(qū)塊鏈的概念框架;第2節(jié)探討平行區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵問題、研究方法與平臺架構(gòu);第3節(jié)討論和辨析平行區(qū)塊鏈在三個不同層次上的內(nèi)涵及其異同之處;第4節(jié)總結(jié)本文并提出未來的研究方向.

1 平行區(qū)塊鏈的概念框架

一般說來,區(qū)塊鏈可以狹義地定義為一種按照時間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以鏈條的方式組合成特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、并以密碼學(xué)方式保證不可篡改和不可偽造的去中心化共享總賬(Decentralized shared ledger).該賬本可以安全地存儲簡單的、有先后關(guān)系的、能在系統(tǒng)內(nèi)驗證的數(shù)據(jù).相對應(yīng)地,廣義的區(qū)塊鏈則是由數(shù)據(jù)鏈路、通信網(wǎng)絡(luò)、共識算法、激勵機制、智能合約和應(yīng)用場景等要素共同組成的新技術(shù)框架、以及由此衍生出的新興產(chǎn)業(yè)和生態(tài)系統(tǒng).這種新技術(shù)框架能夠利用加密鏈式區(qū)塊結(jié)構(gòu)來驗證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用自動化腳本代碼(智能合約)來編程和操作數(shù)據(jù),是一種全新的去中心化基礎(chǔ)架構(gòu)與分布式計算范式[22].

由此可見,區(qū)塊“鏈”本身僅僅是數(shù)據(jù)存取的客觀載體和表現(xiàn)形式,更為本質(zhì)和復(fù)雜的是區(qū)塊鏈背后由各節(jié)點、各要素深度耦合與相互反饋而構(gòu)成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng).因此,平行區(qū)塊鏈不是多條相互獨立的區(qū)塊鏈的簡單疊加與互動,而是以一種“人機結(jié)合、虛實一體”的方式、通過人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)與實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)的協(xié)同演化與平行反饋來實現(xiàn)區(qū)塊鏈系統(tǒng)建模、預(yù)測與引導(dǎo)的新型研究框架.

圖1 平行區(qū)塊鏈的概念框架Fig.1 A conceptual framework of parallel blockchain

平行區(qū)塊鏈的概念框架如圖1所示,其核心思想是基于ACP方法來實現(xiàn)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的建模、實驗與決策,即:利用人工系統(tǒng)(A)方法建立與實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)相對應(yīng)、能夠反映實際系統(tǒng)的狀態(tài)與演化規(guī)律的人工區(qū)塊鏈系統(tǒng);利用計算實驗(C)方法,在人工系統(tǒng)中對實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)進行實驗、分析和評估,從而掌握實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)在各種可能場景下的演化規(guī)律;利用平行執(zhí)行(P)方法,通過人工系統(tǒng)和實際系統(tǒng)的平行執(zhí)行與協(xié)同演化,實現(xiàn)對實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)的管理和控制.

具體說來,平行區(qū)塊鏈技術(shù)通過綜合考慮物理、網(wǎng)絡(luò)和社會三元空間的各種復(fù)雜因素,采用理論建模、經(jīng)驗建模和數(shù)據(jù)建模有機結(jié)合的方法,建立與實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)“伴生”的一個或多個人工區(qū)塊鏈系統(tǒng).實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)中因缺乏有效的建模、實驗和評估手段而引發(fā)的問題,可以在人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)中構(gòu)建相對應(yīng)的實驗場景,通過對于區(qū)塊鏈系統(tǒng)個體(如礦工節(jié)點或交易節(jié)點)特征與行為的準確建模,以自底向上的涌現(xiàn)方式實施大量的計算實驗,模擬并“實播”區(qū)塊鏈系統(tǒng)的各種狀態(tài)與發(fā)展特性,從而輔助推理和預(yù)測實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)各核心要素在常態(tài)和非常態(tài)情況下的演化規(guī)律與相互作用關(guān)系;實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)在其整個生命周期內(nèi)與人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)協(xié)同演化,二者通過特定的平行交互機制與協(xié)議相互連接,在數(shù)據(jù)、模型、場景和決策等要素的實時同步基礎(chǔ)上,通過人工系統(tǒng)中“What-if”形式的場景推演和實驗探索,實現(xiàn)對各自未來狀態(tài)的“預(yù)估”及其相互“借鑒”,并相應(yīng)地調(diào)節(jié)各自的控制與管理方式.

平行區(qū)塊鏈的核心優(yōu)勢在于其能夠有效實現(xiàn)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與培訓(xùn)、實驗與評估、以及管理與控制.

1)學(xué)習(xí)與培訓(xùn):新興的區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)衍生出巨大的市場培育和技術(shù)培訓(xùn)需求.一般來說,學(xué)習(xí)者隨著對區(qū)塊鏈技術(shù)由淺入深的熟悉和掌握,勢必會經(jīng)歷由離線到在線、由鏈下到鏈上的演進過程;而鏈上的在線操作一方面可能為真實區(qū)塊鏈系統(tǒng)帶來安全性風(fēng)險,另一方面也可能由于執(zhí)行特定操作(如執(zhí)行鏈上代碼)產(chǎn)生實際成本;平行區(qū)塊鏈則可以安全、靈活和低成本方式實現(xiàn)場景化甚至游戲化的學(xué)習(xí)與培訓(xùn)過程;平行區(qū)塊鏈可在真實區(qū)塊鏈系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,根據(jù)特定學(xué)習(xí)目標來實例化一個或多個人工區(qū)塊鏈系統(tǒng),通過人工與實際系統(tǒng)的適當(dāng)連接組合,使得學(xué)習(xí)者在人工系統(tǒng)中快速掌握區(qū)塊鏈系統(tǒng)的各項操作及其可能的效果,并量化考核學(xué)習(xí)與培訓(xùn)的實際效果.

2)實驗與評估:真實區(qū)塊鏈系統(tǒng)通常由于成本、安全和法律等原因而無法進行某些重要的破壞性實驗和創(chuàng)新性實驗,平行區(qū)塊鏈則可以計算實驗的方式實施這些實驗,從而為量化評估區(qū)塊鏈系統(tǒng)性能、實現(xiàn)區(qū)塊鏈要素創(chuàng)新提供決策依據(jù).例如,通過在一個模擬真實系統(tǒng)的人工區(qū)塊鏈和多個不同配置的人工區(qū)塊鏈中同時實施各類“壓力”實驗、“極限”實驗和“攻擊”實驗,可以在測試評估真實區(qū)塊鏈的安全性能的同時,搜索能夠有效抵御此類破壞性攻擊的區(qū)塊鏈優(yōu)化配置;此外,平行區(qū)塊鏈可有效支持類似“Trading agent competition[23]”模式的開源實驗與創(chuàng)新,其基本思路是根據(jù)特定需求定義合適的實驗場景和目標,構(gòu)建相應(yīng)的人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)環(huán)境、固定某些區(qū)塊鏈控制變量的同時向社會公眾或科研人員開放若干實驗變量(例如共識機制、激勵機制等),通過競賽或者眾包等形式、匯集集體智慧實現(xiàn)特定實驗變量的評估與優(yōu)化,從而推動區(qū)塊鏈技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展.

3)管理與控制:平行區(qū)塊鏈可以作為政府機構(gòu)和行業(yè)組織實施宏觀監(jiān)管與趨勢預(yù)測的“平行沙盒”,以虛實結(jié)合的方式實現(xiàn)區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)的管理與控制.一方面,區(qū)塊鏈領(lǐng)域涌現(xiàn)出的新技術(shù)、新模式和新業(yè)態(tài)可首先在一個或多個盡可能逼近實際狀態(tài)的人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)中實驗、測評和完善,達到特定監(jiān)管目標和性能要求后方可應(yīng)用于實際區(qū)塊鏈系統(tǒng),從而以“人工逼近實際”的方式實現(xiàn)平行沙盒的“孵化”功能;另一方面,實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的新問題、新需求和新趨勢也可以實時導(dǎo)入人工區(qū)塊鏈系統(tǒng),通過人工系統(tǒng)中大量的計算實驗和搜索尋優(yōu),獲得最優(yōu)化的新解決方案,并據(jù)此引導(dǎo)實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)的發(fā)展和演變,從而以“實際逼近人工”的方式實現(xiàn)平行沙盒的“創(chuàng)新”功能.

2 平行區(qū)塊鏈的研究框架

簡言之,區(qū)塊鏈的核心特點是基于分布式共識和鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的多智能體系統(tǒng).一方面,區(qū)塊鏈共識是多智能體社會網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模群體協(xié)調(diào)與協(xié)作過程.受經(jīng)濟激勵等因素影響,共識過程中存在著高度不確定性(Uncertainty)的心理與行為(如自私挖礦、惡意粉塵攻擊等)、高度多樣化(Diversity)的共識機制與策略、以及高度復(fù)雜化(Complexity)的智能體競爭與合作博弈.這是由“人”參與而為區(qū)塊鏈帶來的社會復(fù)雜性;另一方面,區(qū)塊鏈的鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)集成了多種特殊技術(shù)處理以實現(xiàn)安全可信和不可篡改等特性,例如時間戳、Hash運算、密碼學(xué)算法和去中心化的P2P網(wǎng)絡(luò)等.這是區(qū)塊鏈在技術(shù)層面上原生的工程復(fù)雜性.由此可見,區(qū)塊鏈系統(tǒng)是典型的“人在環(huán)路中”、兼具社會復(fù)雜性與工程復(fù)雜性的復(fù)雜系統(tǒng).

不確定、多樣化和復(fù)雜性特征(UDC)使得基于機理分析的傳統(tǒng)理論與方法難以直接應(yīng)用于區(qū)塊鏈系統(tǒng)研究,必須通過實驗方法來解決.然而,由于“人”的心理、行為和策略性交互博弈等復(fù)雜因素的引入,研究和優(yōu)化區(qū)塊鏈系統(tǒng)的本質(zhì)困難是在很難甚至無法進行實驗的情況下,如何定量、實時地對區(qū)塊鏈系統(tǒng)內(nèi)部的行為、機制、策略、結(jié)構(gòu)等要素進行建模、分析和評估.本質(zhì)上,這就是應(yīng)對“建模不可建模者”、“預(yù)測不可預(yù)測者”和“決策不可決策者”的矛盾.平行智能是解決這一本質(zhì)矛盾的有效理論和方法.本節(jié)將詳細闡述平行區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)理論、研究問題、以及研究方法和平臺體系.

2.1 基礎(chǔ)理論

平行智能理論是復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論和復(fù)雜性科學(xué)在新時代CPSS復(fù)雜環(huán)境下的邏輯延展和創(chuàng)新,是實際與人工相結(jié)合、整體與還原相結(jié)合、定性與定量相結(jié)合的新型研究范式.基于平行智能理論的平行區(qū)塊鏈研究主要解決如下三個關(guān)鍵問題:

研究問題1.區(qū)塊鏈復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的整體建模與還原建模的有機集成與統(tǒng)一

復(fù)雜系統(tǒng)的整體建模與還原建模是既對立又統(tǒng)一的兩種研究方法,前者強調(diào)宏觀系統(tǒng)層面的高層涌現(xiàn)與演變規(guī)律,而后者則注重微觀個體層面的特征刻畫與行為交互.平行區(qū)塊鏈理論必須將二者有機結(jié)合.一般說來,區(qū)塊鏈(特別是公有鏈)系統(tǒng)通常包含大量的個體參與者,例如挖礦節(jié)點、交易節(jié)點、礦池等.這些參與者通過區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)相互連接,并遵循特定交互協(xié)議和共識算法共同維護和更新數(shù)據(jù)鏈條.因而,必須首先針對大量個體參與者節(jié)點進行微觀層面的還原建模,全面、精準地刻畫參與者的靜態(tài)特征、動態(tài)行為及其交互機制.還原建模越精準、粒度越細,則后續(xù)整體建模的復(fù)雜度越高,但獲得的高層涌現(xiàn)與演變規(guī)律更為準確可信.因此,區(qū)塊鏈系統(tǒng)建模必須有機地集成兩種研究方法,兼顧還原建模粒度和整體建模復(fù)雜度、并尋求二者的最優(yōu)均衡.

研究問題2.“人在環(huán)路中”的區(qū)塊鏈計算實驗與預(yù)測解析

受經(jīng)濟成本、技術(shù)條件和法律法規(guī)等因素的制約,區(qū)塊鏈領(lǐng)域的新思想和新技術(shù)很難直接應(yīng)用于實際區(qū)塊鏈系統(tǒng),這也是目前許多比特幣改進提議(Bitcoin improvement proposal,BIP)仍然處于提出和草案狀態(tài)、無法真正激活和落地的主要原因.利用計算實驗方法來測試其可行性、評估其效率和效果是解決該問題的有效途徑,其關(guān)鍵研究問題在于:區(qū)塊鏈系統(tǒng)并不是由可控制和可預(yù)測的簡單工程技術(shù)構(gòu)成的“牛頓系統(tǒng)”,而是“人在環(huán)路中”、人和社會因素深度影響系統(tǒng)行為規(guī)律、具有自我實施特征的“默頓系統(tǒng)”[24?25].因此,區(qū)塊鏈實驗不能局限于比特幣測試網(wǎng)絡(luò)這類以盡可能“仿真”為目的的實驗場景與環(huán)境,而是應(yīng)該基于各類實際或虛擬的計算實驗場景、利用自適應(yīng)演化算法、平行學(xué)習(xí)等算法來驅(qū)動實驗,從而觀察和量化評估各類參數(shù)配置、新技術(shù)方案和體系架構(gòu)等在不同實驗場景下的效果性能,并預(yù)測其演變規(guī)律.

研究問題3.實際與人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)的雙向引導(dǎo)與協(xié)同演化

平行區(qū)塊鏈的主要目標并非是狹義地引導(dǎo)人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)逼近真實區(qū)塊鏈系統(tǒng),而是更廣義地使得實際與人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)協(xié)同演化、閉環(huán)反饋和雙向引導(dǎo),并以此來實現(xiàn)對實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)的優(yōu)化,促使整個平行區(qū)塊鏈系統(tǒng)向設(shè)定或涌現(xiàn)的目標收斂.在此過程中,虛實區(qū)塊鏈系統(tǒng)的交互協(xié)議與同步機制是值得深入研究的關(guān)鍵問題.常態(tài)情況下,人工區(qū)塊鏈通過大量虛擬產(chǎn)生的計算實驗場景來探索各類新的模型、場景、機制和策略等,形成體系完備的“情境–應(yīng)對”知識庫;非常態(tài)情況下(例如The DAO硬分叉事件),平行區(qū)塊鏈應(yīng)具備自適應(yīng)切換到與當(dāng)前情境最優(yōu)匹配的應(yīng)對方案的能力,并通過數(shù)據(jù)、機制、策略和算法等要素在虛實區(qū)塊鏈系統(tǒng)之間的實時同步,逐步引導(dǎo)實際區(qū)塊鏈逼近最優(yōu)化的人工區(qū)塊鏈狀態(tài).

圖2 平行區(qū)塊鏈的研究框架Fig.2 The research framework of parallel blockchain

這三個研究問題分別對應(yīng)著平行智能基礎(chǔ)理論中的數(shù)據(jù)驅(qū)動的描述智能、實驗驅(qū)動的預(yù)測智能和互動反饋的引導(dǎo)智能.平行區(qū)塊鏈就是利用“三位一體”的平行智能理論,通過實際系統(tǒng)與人工系統(tǒng)的“鏈上”平行互動與協(xié)同演化,為目前以“描述性”為主的區(qū)塊鏈技術(shù)增加預(yù)測解析與平行引導(dǎo)功能,從而更好地服務(wù)于未來復(fù)雜社會經(jīng)濟系統(tǒng)的建模、實驗與決策需求.

2.2 研究方法

區(qū)塊鏈系統(tǒng)是典型的分布式多智能體系統(tǒng).因此,平行區(qū)塊鏈遵循復(fù)雜性科學(xué)中自下而上的研究方法,通過ACP方法中基于人工系統(tǒng)的區(qū)塊鏈建模、基于計算實驗的預(yù)測解析和基于平行執(zhí)行的引導(dǎo)決策,來實現(xiàn)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的“描述+預(yù)測+引導(dǎo)”平行智能.

2.2.1 思路:ACP驅(qū)動的區(qū)塊鏈BDI形態(tài)演變

平行區(qū)塊鏈研究范式中,區(qū)塊鏈系統(tǒng)可視為一個由大規(guī)模智能體節(jié)點通過社會網(wǎng)絡(luò)連接組成的虛擬區(qū)塊鏈“智能體”.該智能體可由其BDI(Belief,desire,intention,信念、愿望和意圖)模型表述,其中:信念是區(qū)塊鏈系統(tǒng)對當(dāng)前世界狀態(tài)的客觀認知,是系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和外部環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的描述性記錄;愿望是區(qū)塊鏈系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點對希望達到的狀態(tài)的共識,是區(qū)塊鏈整體優(yōu)化的目標;意圖則是區(qū)塊鏈系統(tǒng)為實現(xiàn)愿望(目標)而從多個可能的規(guī)劃和行動集合中選取的最優(yōu)值,是系統(tǒng)下一時間節(jié)點待實施的動作.

相對應(yīng)地,平行區(qū)塊鏈系統(tǒng)中,每一個實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)都會構(gòu)建與之共生演化的三類人工形態(tài)的區(qū)塊鏈系統(tǒng),即

1)“記錄”形態(tài)的區(qū)塊鏈(對應(yīng)信念模型):包括一個通過“仿真”手段構(gòu)建的、與當(dāng)前實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)保持一致的人工區(qū)塊鏈,以及一個或者多個根據(jù)歷史出現(xiàn)過、或者未來可能產(chǎn)生的配置條件或?qū)嶒瀰?shù)而虛擬構(gòu)建的人工區(qū)塊鏈.

2)“實驗”形態(tài)的區(qū)塊鏈(對應(yīng)意圖模型):針對常態(tài)或非常態(tài)情況下任意選定的一組實驗場景,選擇與之適用的全部“記錄”形態(tài)區(qū)塊鏈,使其在相同的參數(shù)配置和實驗場景設(shè)置下以時鐘同步的方式共同演化,并實時評估每一個“實驗”形態(tài)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)的性能指標(如適應(yīng)度、安全性、共識速度等).

3)“理想”形態(tài)的區(qū)塊鏈(對應(yīng)愿望模型):即針對每種可能的優(yōu)化目標(如性能優(yōu)先、安全優(yōu)先或效率優(yōu)化等),通過實驗試錯和搜索尋優(yōu)后獲得的一組最優(yōu)配置的人工區(qū)塊鏈.

作為上述三種形態(tài)區(qū)塊鏈的混合智能系統(tǒng),平行區(qū)塊鏈基于ACP方法來驅(qū)動區(qū)塊鏈形態(tài)間的自演化,并通過大量的計算實驗場景推演、形成區(qū)塊鏈的實際記錄狀態(tài)在虛擬實驗場景中所能達到的最優(yōu)化理想狀態(tài)的知識庫,進而形成“情境–應(yīng)對”規(guī)則庫,從而將非常態(tài)情況下應(yīng)急響應(yīng)規(guī)則的生成過程轉(zhuǎn)化為常態(tài)情況下基于計算實驗的理性慎思過程,并形成引導(dǎo)實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)向最優(yōu)化理想狀態(tài)的人工區(qū)塊鏈主動逼近的規(guī)劃和行動.

圖3 平行區(qū)塊鏈的研究方法與思路Fig.3 Research method and issues of parallel blockchain

2.2.2 方法:基于平行學(xué)習(xí)的區(qū)塊鏈知識自動化

如圖2所示,平行區(qū)塊鏈采用基于ACP的平行學(xué)習(xí)方法實現(xiàn)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的知識自動化,即實現(xiàn)面向區(qū)塊鏈系統(tǒng)的開源數(shù)據(jù)獲取、人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)建模、計算實驗場景推演、實驗解析與預(yù)測、管控決策優(yōu)化與實施、虛實系統(tǒng)的平行反饋、實施效果的實時評估共七個步驟的閉環(huán)處理過程.

平行學(xué)習(xí)是近兩年來新興的機器學(xué)習(xí)理論框架,該框架結(jié)合了現(xiàn)有多種機器學(xué)習(xí)理論框架的優(yōu)點,其新穎之處在于基于ACP方法衍生出的三大特色方法,即利用軟件定義的人工系統(tǒng)進行大數(shù)據(jù)預(yù)處理,包含預(yù)測學(xué)習(xí)和集成學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí),以及基于默頓定律實現(xiàn)數(shù)據(jù)–行動引導(dǎo)的指示學(xué)習(xí)[20].平行學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)方法的本質(zhì)區(qū)別在于:機器學(xué)習(xí)方法大多基于實際歷史數(shù)據(jù),而平行學(xué)習(xí)則是基于實際“小數(shù)據(jù)”+人工“大數(shù)據(jù)”的混合平行數(shù)據(jù),其中人工數(shù)據(jù)是在可能出現(xiàn)在未來場景中的虛擬數(shù)據(jù)[14].因此,如果說傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)是“面向歷史的機器學(xué)習(xí)”方法,那么平行學(xué)習(xí)就是“面向未來的機器學(xué)習(xí)”方法,是虛實系統(tǒng)相互伴生、協(xié)同演化的終生學(xué)習(xí)方法.

近年來出現(xiàn)的人工智能圍棋程序AlphaGo是平行學(xué)習(xí)方法最為成功的應(yīng)用案例:AlphaGo首先采集和分析人類棋手真實歷史棋局的“小數(shù)據(jù)”,然后通過“左右互搏”式的計算實驗、生成大量的虛擬棋局來實現(xiàn)自博弈、自適應(yīng)和自演化,產(chǎn)生虛擬空間的圍棋“大數(shù)據(jù)”;再通過算法規(guī)約為判斷局勢和確定落子的價值網(wǎng)絡(luò)和策略網(wǎng)絡(luò)等“小知識”,并通過與人類棋手的不斷對弈實現(xiàn)平行進化[26].

相對應(yīng)地,平行區(qū)塊鏈系統(tǒng)首先基于開源情報與大數(shù)據(jù)解析方法[27]、實時地采集實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)產(chǎn)生的節(jié)點狀態(tài)數(shù)據(jù)、鏈內(nèi)交易數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)等.這些實際系統(tǒng)的“小數(shù)據(jù)”可作為種子數(shù)據(jù)輔助建立實際區(qū)塊鏈的模型,并通過靈活改變區(qū)塊鏈核心要素(如共識機制、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等)、算法(如難度調(diào)整算法、代幣產(chǎn)量算法等)和參數(shù)(如手續(xù)費、節(jié)點數(shù)量等)來擴展區(qū)塊鏈模型,進而通過實例化生成大量“記錄”形態(tài)的、軟件定義的人工區(qū)塊鏈系統(tǒng).其次,根據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化目標生成若干計算實驗場景,在每種實驗場景中同步運行實際和人工區(qū)塊鏈系統(tǒng),通過類似AlphaGo的算法驅(qū)動的自博弈、自適應(yīng)和自演化過程,生成更大規(guī)模的人工區(qū)塊鏈“大數(shù)據(jù)”,并與實際系統(tǒng)的“小數(shù)據(jù)”相結(jié)合,形成區(qū)塊鏈系統(tǒng)的平行數(shù)據(jù).此時,即可采用傳統(tǒng)的機器學(xué)習(xí)方法,基于虛實結(jié)合的平行數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)和預(yù)測區(qū)塊鏈系統(tǒng)的演變規(guī)律與趨勢,將“大數(shù)據(jù)”規(guī)約為應(yīng)用于某些具體場景或任務(wù)、適合解決特定問題或?qū)崿F(xiàn)特定優(yōu)化目標的“小知識”.最后,將獲得的小知識應(yīng)用于實際區(qū)塊鏈系統(tǒng),通過虛實系統(tǒng)的平行閉環(huán)反饋和協(xié)同演化實現(xiàn)對這些知識實施效果的量化評估.基于由此形成的“小知識”庫,當(dāng)實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)出現(xiàn)特定場景或問題時,即可快速查詢知識庫獲得與之相匹配的精準知識并實施到實際系統(tǒng)中.

2.3 平臺架構(gòu)

平行區(qū)塊鏈平臺的基本要素如圖2中的平臺層所示,由底層要素庫和上層應(yīng)用組件組成.需要說明的是,此處提出的是平行區(qū)塊鏈平臺的最簡參考實現(xiàn),實際平臺建設(shè)過程中可以根據(jù)需求靈活增加各類組件.

要素庫包括模型庫、本體庫、機制庫、策略庫、場景庫、算法庫、合約庫和知識庫共八類,其可通過各類要素的實例化和合理組裝形成一個體系完備的平行區(qū)塊鏈系統(tǒng).其中,模型庫存儲區(qū)塊鏈的各類顯性模型,例如智能體模型、區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型(Merkle樹、Patricia樹等),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型(P2P網(wǎng)絡(luò)、MeshNet網(wǎng)絡(luò)等);本體庫存儲潛在應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)域本體(如農(nóng)業(yè)本體、金融本體等),以增強平臺內(nèi)部各智能體交互的語義互操作性;機制庫存儲智能體的交互協(xié)議和各類共識機制;策略庫存儲智能體在挖礦、交易等過程中呈現(xiàn)出的典型策略和行為模式;場景庫存儲平臺預(yù)定義、可配置的實驗場景與參數(shù);算法庫存儲區(qū)塊鏈系統(tǒng)內(nèi)生的算法(例如難度調(diào)整算法)和外部的算法(如驅(qū)動實驗進行的協(xié)同進化算法、深度學(xué)習(xí)算法等);合約庫存儲區(qū)塊鏈的各類智能合約;知識庫則存儲系統(tǒng)優(yōu)化后獲得的管控決策和情境–應(yīng)對規(guī)則.

值得一提的是,平行區(qū)塊鏈平臺可以借鑒類似Trading agent competition的智能體平臺,通過設(shè)計特定的標準和規(guī)范來方便配置各類要素,并將要素庫向社會公眾開放,通過多智能體競賽的方式吸引研究與工程人員設(shè)計和評測各類新穎的模型、機制、策略等要素,從而借助集體智慧不斷豐富和完善平臺、同時促進區(qū)塊鏈領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展.

上層應(yīng)用組件包括多智能體平臺組件、場景發(fā)生器、共識驅(qū)動引擎、算法分析工具和大規(guī)模可視化工具等.多智能體平臺組件為平臺用戶提供區(qū)塊鏈節(jié)點的建模能力、通訊協(xié)議和交互機制,是自底向上建模方法中最重要的組件之一.多智能體平臺組件通常遵循FIPA(Foundation for intelligent physical agents)規(guī)范,由智能體管理系統(tǒng)、目錄服務(wù)器和智能體組件(Agentware)構(gòu)成,并可統(tǒng)一描述內(nèi)部消息傳輸和內(nèi)容語言的語法與語義[28].場景發(fā)生器能夠從場景庫中動態(tài)提取和配置真實或虛擬的計算實驗場景,并選擇合適的機制、策略或算法等要素加以實例化、形成一個或多個人工區(qū)塊鏈系統(tǒng).進而,共識驅(qū)動引擎可在人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)的基礎(chǔ)上完成區(qū)塊鏈共識過程的計算實驗,并根據(jù)計算實驗結(jié)果更新各個要素庫;共識驅(qū)動引擎可以基于多種算法加以實現(xiàn),例如離散事件仿真技術(shù)可通過推進仿真時鐘和處理離散事件來動態(tài)模擬智能體(即區(qū)塊鏈節(jié)點)之間及與外部環(huán)境的交互、通信與達成共識的過程.算法分析工具則通過實時采集和分析區(qū)塊鏈計算實驗過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實現(xiàn)其優(yōu)化目標,促使區(qū)塊鏈系統(tǒng)由“實驗”形態(tài)演變?yōu)椤袄硐搿毙螒B(tài).最后,可視化工具通過動態(tài)實時的人機交互界面,以多種形式全方位地呈現(xiàn)計算實驗及區(qū)塊鏈共識控制的過程.

2.4 應(yīng)用領(lǐng)域

平行區(qū)塊鏈特別適合“人在環(huán)路中”、具有復(fù)雜社會和人的因素的應(yīng)用場景,例如智能交通、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、金融科技、醫(yī)療健康和教育培訓(xùn)等領(lǐng)域.2016年,中國科學(xué)院自動化研究所和青島智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院提出了“天鏈工程”規(guī)劃,旨在利用區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)和知識自動化等技術(shù),助力打造去中心化、安全可信、可靈捷編程的智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),并在智能交通、智慧農(nóng)業(yè)、智慧健康和組織管理等領(lǐng)域進行了若干初步的探索性工作[29?31].

以智能交通領(lǐng)域為例,平行區(qū)塊鏈、平行交通管控系統(tǒng)和“五交一體”(即城市交通、公共交通、靜態(tài)交通、物流交通和社會交通)示范應(yīng)用共同組成了平行交通系統(tǒng)的核心模塊,其中平行區(qū)塊鏈通過提供靈活可配置的底層區(qū)塊鏈環(huán)境,為上層平行交通管控決策和示范應(yīng)用奠定了安全可信的數(shù)據(jù)和信任基礎(chǔ)[29].目前,平行交通區(qū)塊鏈的探索性工作主要圍繞著重要交通數(shù)據(jù)的存儲與鑒證、去中介化的交通金融小生態(tài)、以及基于區(qū)塊物聯(lián)網(wǎng)(Blockchain of things,BoT)的交通設(shè)備監(jiān)控與溯源等展開.

3 平行區(qū)塊鏈的內(nèi)涵辨析

正如第2節(jié)概念框架所示,本文提出的平行區(qū)塊鏈是一種新型的區(qū)塊鏈系統(tǒng)研究范式,其特點是通過實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)與人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)的平行執(zhí)行和協(xié)同演化,來為區(qū)塊鏈系統(tǒng)提供描述、預(yù)測與引導(dǎo)決策服務(wù).需要說明的是,目前國內(nèi)外區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員曾在不同上下文語境中使用過“平行鏈”或“Parallel blockchain”的概念,但其內(nèi)涵與本文提出的平行區(qū)塊鏈有本質(zhì)區(qū)別.總體說來,我們認為平行區(qū)塊鏈的內(nèi)涵可以歸納為跨鏈平行、O2O平行和本文提出的虛實平行三種模式,如圖4所示.本節(jié)將闡明其異同之處.

首先,隨著近年來區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展和普及應(yīng)用,各類區(qū)塊鏈(特別是聯(lián)盟鏈和私有鏈)的數(shù)量快速增長,跨鏈通信和互操作成為區(qū)塊鏈未來發(fā)展的必然趨勢.因而,“跨鏈平行”模式即是指這種形式上“平行”運行的多條實際區(qū)塊鏈.該模式的初衷是希望通過特定技術(shù)手段連接多條獨立運行的區(qū)塊鏈,形成區(qū)塊鏈群的“繩網(wǎng)結(jié)構(gòu)”、以增強區(qū)塊鏈間的互操作性和鏈上資產(chǎn)的兼容互通性,避免出現(xiàn)區(qū)塊鏈“數(shù)據(jù)孤島”.目前提出的跨鏈互操作技術(shù)包括中心化或多重簽名的見證人模式(Centralized or multisig notary schemes)、側(cè)鏈或中繼模式(Sidechains or relays)、哈希鎖定模式(Hash-locking)[32].例如,Polkadot提出的平行鏈技術(shù)即是以中繼模式實現(xiàn)公有鏈(如以太坊)與聯(lián)盟鏈和私有鏈的連接[33].“跨鏈平行”是局限于網(wǎng)絡(luò)空間的區(qū)塊鏈平行模式.值得一提的是,研究人員亦曾提出以并行執(zhí)行(Parallel execution)為目標的區(qū)塊鏈技術(shù)[34],旨在通過設(shè)計新區(qū)塊鏈模型以便于并行處理區(qū)塊鏈內(nèi)部的交易、數(shù)據(jù)或者智能合約,從而提高區(qū)塊鏈的運行性能和效率.此處,parallel是“并行”而不是“平行”之意,二者區(qū)別在于前者通過“大而化小”的分治法解決問題,而后者則通過“以小擴大”的方式將一個實際系統(tǒng)擴展到虛擬空間的N個人工系統(tǒng),通過計算實驗和平行演化解決問題.由于這種“鏈內(nèi)并行”的區(qū)塊鏈僅是研究設(shè)想,此處不再贅述.

圖4 平行區(qū)塊鏈的內(nèi)涵辨析Fig.4 Connotation analysis of parallel blockchain

其次,“O2O平行”模式是以實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)為橋梁,溝通虛擬網(wǎng)絡(luò)空間與現(xiàn)實物理空間、形成O2O(Online to offline或者Offline to online,線上線下連通)平行社會的模式.近年來,現(xiàn)代社會、產(chǎn)業(yè)組織和企業(yè)形態(tài)已經(jīng)越來越明顯地呈現(xiàn)出虛擬網(wǎng)絡(luò)空間和現(xiàn)實物理世界平行存在的態(tài)勢,例如研究人員提出的物理信息系統(tǒng)(Cyber-physical systems,CPS)[35],產(chǎn)業(yè)公司如西門子提出的數(shù)字化工廠、通用提出的數(shù)字孿生計劃以及SAP提出的軟件定義的企業(yè)等都是未來O2O平行趨勢的例證.區(qū)塊鏈技術(shù)可以作為溝通虛擬和現(xiàn)實社會之間的安全可信、去中心化的分布式賬本:一方面,線上的網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)可以自然地集成到區(qū)塊鏈;另一方面,區(qū)塊鏈技術(shù)也可以與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,形成目前快速發(fā)展的Blockchain of things技術(shù),從而將線下物理空間中的設(shè)備設(shè)施、實體資產(chǎn)等數(shù)字化后集成到區(qū)塊鏈.例如,智能物聯(lián)設(shè)備將是區(qū)塊鏈的典型應(yīng)用場景,能夠?qū)崿F(xiàn)以安全可信的方式監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)的整個生命周期、實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)商交易、以及利用智能合約實現(xiàn)設(shè)備的自動化操作等[36].

最后,“虛實平行”模式的平行區(qū)塊鏈與上述兩種模式有本質(zhì)區(qū)別,是存在于物理與網(wǎng)絡(luò)空間的區(qū)塊鏈系統(tǒng)向第三社會空間延展而形成的CPSS平行系統(tǒng)[37?38].這種模式將分布式區(qū)塊鏈系統(tǒng)中蘊含的社會與人的復(fù)雜因素納入研究范疇,利用實際和人工區(qū)塊鏈系統(tǒng)的計算實驗與平行優(yōu)化,賦予區(qū)塊鏈技術(shù)以描述、預(yù)測和引導(dǎo)三位一體的平行智能.與前兩種模式相比,平行區(qū)塊鏈更多地是一種新型研究范式,而非一項具體的技術(shù)或方法.

4 結(jié)論與展望

區(qū)塊鏈技術(shù)作為信息科學(xué)、管理科學(xué)和社會科學(xué)交叉領(lǐng)域的新生事物,其在高速發(fā)展的同時不可避免地會存在傳統(tǒng)理論研究難以有效解決的問題.目前,國內(nèi)外區(qū)塊鏈相關(guān)研究尚處于起步階段,缺乏針對區(qū)塊鏈架構(gòu)、機制、策略等核心要素的深入研究,導(dǎo)致區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展缺乏必要的理論研究支撐.鑒于此,本文將平行智能理論與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合,提出了平行區(qū)塊鏈的概念框架、基礎(chǔ)理論和研究方法體系,并探討了平行區(qū)塊鏈的內(nèi)涵,以期為區(qū)塊鏈未來研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供有益的啟發(fā)與借鑒.

未來研究工作將圍繞平行區(qū)塊鏈的技術(shù)實現(xiàn)和平臺建設(shè)開展.技術(shù)實現(xiàn)方面,除正文中介紹的構(gòu)建與實際區(qū)塊鏈平行獨立運行的人工區(qū)塊鏈方法之外,我們還擬嘗試采用有向無環(huán)圖作為平行區(qū)塊鏈的拓撲結(jié)構(gòu),利用主鏈的硬分叉實現(xiàn)特定場景下的計算實驗,并利用進化算法在線評估各條分叉鏈的適應(yīng)度,引導(dǎo)區(qū)塊鏈節(jié)點算力向最優(yōu)鏈轉(zhuǎn)移,通過分叉鏈的“優(yōu)勝劣汰”實現(xiàn)區(qū)塊鏈優(yōu)化.平臺建設(shè)方面,我們擬選擇典型區(qū)塊鏈評測場景,建設(shè)一組標準化的人工區(qū)塊鏈系統(tǒng),通過設(shè)計接口向社會公眾開放、作為“平行沙箱”實現(xiàn)各類區(qū)塊鏈機制、策略或算法的評估與優(yōu)化.

1 Nakamoto S.Bitcoin:a peer-to-peer electronic cash system[online],available:https://bitcoin.org/bitcoin.pdf,2009.

2 Yuan Yong,Zhou Tao,Zhou Ao-Ying,Duan Yong-Chao,Wang Fei-Yue.Blockchain technology:from data intelligence to knowledge automation.Acta Automatica Sinica,2017,43(9):1485?1490(袁勇,周濤,周傲英,段永朝,王飛躍.區(qū)塊鏈技術(shù):從數(shù)據(jù)智能到知識自動化.自動化學(xué)報,2017,43(9):1485?1490)

3 Wang Fei-Yue.Parallel system methods for management and control of complex systems.Control and Decision,2004,19(5):485?489,514(王飛躍.平行系統(tǒng)方法與復(fù)雜系統(tǒng)的管理和控制.控制與決策,2004,19(5):485?489,514)

4 Wang F Y,Wang X,Li L X,Li L.Steps toward parallel intelligence.IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica,2016,3(4):345?348

5 Wang Fei-Yue.Computational experiments for behavior analysis and decision evaluation of complex systems.Journal of System Simulation,2004,16(5):893?897(王飛躍.計算實驗方法與復(fù)雜系統(tǒng)行為分析和決策評估.系統(tǒng)仿真學(xué)報,2004,16(5):893?897)

6 Wang Fei-Yue.CC 5.0:intelligent command and control systems in the parallel age.Journal of Command and Control,2015,1(1):107?120(王飛躍.指控5.0:平行時代的智能指揮與控制體系.指揮與控制學(xué)報,2015,1(1):107?120)

7 Wang Zhen,Yuan Yong,An Bo,Li Ming-Chu,Wang Fei-Yue.An overview of security games.Journal of Command and Control,2015,1(2):121?149(王震,袁勇,安波,李明楚,王飛躍.安全博弈論研究綜述.指揮與控制學(xué)報,2015,1(2):121?149)

8 Wang F Y.Parallel control and management for intelligent transportation systems:concepts,architectures,and applications.IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,2010,11(3):630?638

9 Wang Fei-Yue,Zeng Da-Jun,Yuan Yong.An ACP-based approach for complex analysis of E-commerce system.Complex Systems and Complexity Science,2008,5(3):1?8(王飛躍,曾大軍,袁勇.基于ACP方法的電子商務(wù)系統(tǒng)復(fù)雜性研究.復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué),2008,5(3):1?8)

10 Yuan Y,Zeng D.Co-evolution-based mechanism design for sponsored search advertising.Electronic Commerce Research and Applications,2012,11(6):537?547

11 Wang Fei-Yue.Parallel control:a method for data-driven and computational control.Acta Automatica Sinica,2013,39(4):293?302(王飛躍.平行控制:數(shù)據(jù)驅(qū)動的計算控制方法.自動化學(xué)報,2013,39(4):293?302)

12 Wang Kun-Feng,Gou Chao,Wang Fei-Yue.Parallel vision:an ACP-based approach to intelligent vision computing.Acta Automatica Sinica,2016,42(10):1490?1500(王坤峰,茍超,王飛躍.平行視覺:基于ACP的智能視覺計算方法.自動化學(xué)報,2016,42(10):1490?1500)

13 Wang Kun-Feng,LU Yue,Wang Yu-Tong,Xiong Zi-Wei,Wang Fei-Yue.Parallel imaging:a new theoretical framework for image generation.Pattern Recognition and Arti ficial Intelligence,2017,30(7):577?587(王坤峰,魯越,王雨桐,熊子威,王飛躍.平行圖像：圖像生成的一個新型理論框架.模式識別與人工智能,2017,30(7):577?587)

14 Liu Xin,Wang Xiao,Zhang Wei-Shan,Wang Jian-Ji,Wang Fei-Yue.Parallel data:from big data to data intelligence,Pattern Recognition and Arti fi cial Intelligence,2017,30(8):673?681(劉昕,王曉,張衛(wèi)山,汪建基,王飛躍.平行數(shù)據(jù):從大數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)智能.模式識別與人工智能,2017,30(8):673?681)

15 Wang X,Li L X,Yuan Y,Ye P J,Wang F Y.ACP-based social computing and parallel intelligence:societies 5.0 and beyond.CAAI Transactions on Intelligence Technology,2016,1(4):377?393

16 Wang F Y.Parallel blockchain:concept,techniques and applications.Keynote Speech in the First International Symposium on Blockchain and Knowledge Automation,2017,Denver,USA

17 Wang F Y.Toward a paradigm shift in social computing:the ACP approach.IEEE Intelligent Systems,2007,22(5):65?67

18 Wang Fei-Yue. The destiny: towards knowledge automation—preface of the special issue for the 50th anniversary of Acta Automatica Sinica.Acta Automatica Sinica,2013,39(11):1741?1743(王飛躍.天命唯新:邁向知識自動化—《自動化學(xué)報》創(chuàng)刊50周年?？?自動化學(xué)報,2013,39(11):1741?1743)

19 Wen D,Yuan Y,Li X R.Arti fi cial societies,computational experiments,and parallel systems:an investigation on a computational theory for complex socioeconomic systems.IEEE Transactions on Services Computing,2013,6(2):177?185

20 Li Li,Lin Yi-Lun,Cao Dong-Pu,Zheng Nan-Ning,Wang Fei-Yue.Parallel learning—a new framework for machine learning.Acta Automatica Sinica,2017,43(1):1?8(李力,林懿倫,曹東璞,鄭南寧,王飛躍.平行學(xué)習(xí)— 機器學(xué)習(xí)的一個新型理論框架.自動化學(xué)報,2017,43(1):1?8)

21 Wang F Y,Zhang J,Wei Q L,Zheng X H,Li L.PDP:parallel dynamic programming,IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica,2017,4(1):1?5

22 Yuan Yong,Wang Fei-Yue.Blockchain:the state of the art and future trends.Acta Automatica Sinica,2016,42(4):481?494(袁勇,王飛躍.區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望.自動化學(xué)報,2016,42(4):481?494)

23 Trading agentcompetition website[online],available:http://tac.sics.se,October 1,2017

24 Wang Fei-Yue.Software-de fi ned systems and knowledge automation:a parallel paradigm shift from Newton to Merton.Acta Automatica Sinica,2015,41(1):1?8(王飛躍.軟件定義的系統(tǒng)與知識自動化:從牛頓到默頓的平行升華.自動化學(xué)報,2015,41(1):1?8)

25 Wang Fei-Yue,Wang Xiao,Yuan Yong,Wang Tao,Lin Yi-Lun.Social computing and computational societies:the foundation and consequence of smart societies.Chinese Science Bulletin,2015,60(S1):460?469(王飛躍,王曉,袁勇,王濤,林懿倫.社會計算與計算社會:智慧社會的基礎(chǔ)與必然.科學(xué)通報,2015,60(S1):460?469)

26 Wang F Y,Zhang J J,Zheng X H,Wang X,Yuan Y,Dai X X,Zhang J,Yang L Q.Where does AlphaGo go:from church-Turing thesis to AlphaGo thesis and beyond.IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica,2016,3(2):113?120

27 Zeng Shuai,Wang Shuai,Yuan Yong,Ni Xiao-Chun,Ouyang Yong-Ji.A survey on question answering systems towards knowledge automation.Acta Automatica Sinica,2017,43(9):1491?1508(曾帥,王帥,袁勇,倪曉春,歐陽永基.面向知識自動化的自動問答研究進展.自動化學(xué)報,2017,43(9):1491?1508)

28 The foundation for intelligent physical agents website[online],available:http://www. fi pa.org/,October 1,2017

29 Yuan Y,Wang F Y.Towards blockchain-based intelligent transportation systems.In:Proceedings of the 2016 IEEE 19th International Conference on Intelligent Transportation Systems(ITSC).Rio de Janeiro,Brazil:IEEE,2016.2663?2668

30 Kang M Z,Wang F Y.From parallel plants to smart plants:intelligent control and management for plant growth.IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica,2017,4(2):161?166

31 Ni X C,Zeng S,Qin R,Li J J,Yuan Y,Wang F Y.Behavioral pro fi ling for employees using social media:a case study based on WeChat.In:Proceedings of 2017 Chinese Automation Congress(CAC 2017).Shandong,China,2017.

32 Buterin V.Chain interoperability.TechnicalReport[online],available:https://static1.squarespace.com/static/55f73743e4b051cfcc0b02cf/t/5886800ecd0f68de303349b1/1485209617040/Chain+Interoperability.pdf,September 9,2016.

33 Wood G.Polkadot: vision for a heterogeneous multichain framework.Polkadot White Paper[online],available:https://github.com/w3f/polkadot-white-paper/raw/master/PolkaDotPaper.pdf,2016.

34 Dillenberger D E,Su G.Parallel execution of blockchain transactions,U.S.Patent 0212781,July 2017.

35 Derler P,Lee E A,Vincentelli A S.Modeling cyber-physical systems.Proceedings of the IEEE,2012,100(1):13?28

36 Conoscenti M,Vetr′o A,De Martin Juan Carlos.Blockchain for the internet of things:a systematic literature review.In:Proceedings of the 2016 IEEE/ACS 13th International Conference of Computer Systems and Applications(AICCSA).Agadir,Morocco:IEEE,2016.1?6

37 Wang Fei-Yue.Arti fi cial societies,computational experiments,and parallel systems:a discussion on computational theory of complex social-economic systems.Complex Systems and Complexity Science,2004,1(4):25?35(王飛躍.人工社會、計算實驗、平行系統(tǒng)— 關(guān)于復(fù)雜社會經(jīng)濟系統(tǒng)計算研究的討論.復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué),2004,1(4):25?35)

38 Wang F Y.The emergence of intelligent enterprises:from CPS to CPSS.IEEE Intelligent Systems,2010,25(4):85?88