基于Ulam共識的區(qū)塊鏈將是下一代區(qū)塊鏈的標準

Ulam是由清華大學高等研究中心團隊研發(fā)的底層共識算法創(chuàng)新項目。是即POW，POS，DPOS， PBFT，DAG類共識算法之后的第五個在共識算法上有重大創(chuàng)新的區(qū)塊鏈項目。Ulam共識的靈感來自波蘭猶太人數(shù)學家斯塔尼斯拉夫·馬爾欽·烏拉姆（Stanis?aw Marcin Ulam）。Ulam的主要發(fā)明者，清華大學高等學院博士吳彥冰在研究 “區(qū)塊鏈不可能三角”與POW的能源消耗問題時受到烏拉姆的“Luck number”的啟發(fā)。發(fā)現(xiàn)利用哈希函數(shù)的特性可以創(chuàng)造出超低能耗，完全去中心化和高度穩(wěn)定性的全新共識算法。

Ulam特點

· 顛覆式創(chuàng)新共識

Ulam是根據(jù)節(jié)點的幸運值來決定挖礦概率的，不需要進行hash值的計算。每個節(jié)點根據(jù)幸運值的大小，決定擁有的隨機數(shù)的個數(shù)。節(jié)點的幸運值越大擁有的隨機數(shù)越多。在每次出塊的時候被選為記賬節(jié)點的概率也就越高。

· 高TPS

Ulam設計的全新非交互式交易驗證算法（NITCV），可以使TPS最低達到10000。Ulam使用知識證明的方法構(gòu)造出非交互式交易驗證算法。普通的區(qū)塊鏈在驗證交易時需要所有礦工都對區(qū)塊中的交易進行驗證，Ulam的非交互式交易驗證算法通過礦工打包區(qū)塊后對區(qū)塊內(nèi)的交易驗證后生成交易驗證證明。

· Ultra Low Energy Consumption

Ulam的挖礦機制采用哈希隨機數(shù)生成，不需要尋找特定的哈希。因此，一臺超級計算機和一臺普通的智能手表手機找到正確的隨機數(shù)的概率是一致的（不考慮幣零的情況下）。從而，成功地做到了超低能耗。

· 完全去中心

因為專業(yè)的礦機在進行Ulam挖礦時并沒有優(yōu)勢，所以在Ulam的生態(tài)系統(tǒng)中將不會有專業(yè)礦機的出現(xiàn)。而大眾會用自己日常的設備比如手機、筆記本電腦、臺式機、Pad、智能手表等進行挖礦。由于參與的門檻低，大眾就可以高度參與Ulam節(jié)點的運行。

· 抗算力集中

Ulam不需要通過計算Hash原像來選出打包節(jié)點，因此在Ulam中并不存在算力競賽的現(xiàn)象。Ulam通過設計的算法來計算出每個節(jié)點的幸運值，從而根據(jù)每個節(jié)點的幸運值完全隨機的挑選出打包節(jié)點。

· 抗量子攻擊

Ulam采用了抗量子攻擊的簽名算法NTRU。NTRU（Number Theory Research Unit）算法是1996年由美國布朗大學三位數(shù)學教授發(fā)明的公開秘密體制 。這是一個基于多項式環(huán) （其中N是一個安全參數(shù)）的密碼體制。它的安全性依賴于格中最短向量問題（SVP）。

顛覆式共識算法

ULAM共識算法是根據(jù)節(jié)點的幣齡來決定節(jié)點挖礦成功的概率。每個節(jié)點的幣齡是根據(jù)節(jié)點持有幣的多少和持有幣的時間來計算出來的一個值。每次挖礦的時候，每個節(jié)點都會根據(jù)幣齡大小的不同產(chǎn)生出相應個數(shù)的隨機數(shù)，幣齡越大將會產(chǎn)生出越多的隨機數(shù)，隨機數(shù)通過 VRF 算法產(chǎn)生保證產(chǎn)生的隨機數(shù)是可驗證的隨機數(shù)。出塊的時候，通過時間戳、上一塊信息等產(chǎn)生出可驗證的隨機數(shù)，挖礦節(jié)點之前產(chǎn)生的隨機數(shù)若與此時產(chǎn)生的隨機數(shù)相同則獲得打包記賬的權(quán)力，如果有多個節(jié)點獲得記賬權(quán)力將以幣齡長的獲得記賬權(quán)，在獲得記賬權(quán)力之后，這個節(jié)點的幣齡將會相應歸零。ULAM共識算法可以有效的防止礦場和礦機的出現(xiàn)，更能減少挖礦造成的大量資源浪費。

ULAM共識算法在性能方面也能有很好的表現(xiàn)，從理論的角度講，ULAM算法的 tps 可以達到無限大，在實際使用中也可以滿足金融、交易、溯源等各種場景的應用。ULAM在實現(xiàn)高吞吐的同時也保證了區(qū)塊鏈最本質(zhì)的去中心屬性。我們相信基于Ulam共識的區(qū)塊鏈將是下一代區(qū)塊鏈的標準。

非交互式交易驗證算法

ULAM設計的全新非交互式交易驗證算法（NITCV），可以使 TPS 最低達到1萬。ULAM使用知識證明的方法構(gòu)造出非交互式交易驗證算法。知識證明簡單的來說就是證明者說服驗證者相信其知道某個“知識”（信息）。一般的證明方法為構(gòu)造多項式時間知識提取器提取“知識”。普通的區(qū)塊鏈在驗證交易時需要所有礦工都對區(qū)塊中的交易進行驗證，ULAM的非交互式交易驗證算法通過打包礦工打包區(qū)塊后對區(qū)塊內(nèi)的交易驗證后，生成交易驗證證明，其他礦工只需要驗證打包節(jié)點產(chǎn)生的證明而不需要去驗證塊中的交易，使得 TPS 大大提高。假設一個區(qū)塊有1000筆交易，那么所有礦工都需要去驗證這1000筆交易，而使用ULAM獨創(chuàng)的非交互式交易驗證算法，只需要一個礦工驗證1000筆交易，其他礦工只需要驗證打包節(jié)點生成的證明，速度會比之前提高1000倍。非交互式交易驗證算法可以使TPS理論上達到無限大，但是受限于網(wǎng)絡和處理器處理的速度，目前實測TPS為 1 萬，隨著網(wǎng)絡和處理器等其他技術(shù)水平的提高，TPS還能有更大的提高。

發(fā)行量

ULAM的總發(fā)行量為1414213562枚（80%用于挖礦獎勵，8年挖完；20%寫進創(chuàng)世塊），可拆分至小數(shù)點后18位。1414213562是√2的近似值。√2是人類發(fā)現(xiàn)的第一個無理數(shù)。Ulam大概六月初或者更早上交易所，預估價格是1eth 2000ulam。一年的挖礦大約收益是30%-70%。

UlAM選用這個數(shù)字作為發(fā)行量一則為了致敬人類歷史上的第一次數(shù)學危機和變革的開始；二則也希望ULAM這一全新的共識可以像√2一樣引發(fā)區(qū)塊鏈領域的一次變革。