Qtum研究院：從Web 3.0思考如何投資互聯網、區塊鏈和數字貨幣的下個十年

*本文做者爲Qtum量子鏈研究院核心工程師鄭義，原文發佈於Qtum量子鏈（qtumchain）公衆號

目錄

1、 信息

2、 互聯網進化史

1. 單向流動的Web 1.0

2. 雙向互動的Web 2.0

3. 去中心化的Web 3.0

3、 Web 3.0

1. 信息共享

2. 數字貨幣的誕生

3. 去中心化應用平臺

4. 開發中的項目

4、 對應用平臺將來發展的思考

序言：

自比特幣誕生以來，已通過去了十年的時間，區塊鏈和數字貨幣的概念已經被你們所熟知。現在，業內開始頻繁說起Web 3.0的概念，但關於Web 3.0究竟是什麼，卻不多有人能說清楚。本文將帶您一覽Web 3.0的前因後果，而且對Web 3.0的各類說法進行去僞存真，最後給出對Web 3.0的將來發展方向的思考。

1、信息

「信息交流是人類的基本需求」

人類既是信息的生產者也是消費者。信息交流是生產和消費過程當中必不可少的環節。

在沒有互聯網的時代，信息交流的手段十分有限。人們只能當面走到一塊兒，或者經過書信的方式進行交流。

以獲取知識爲例：教師教書、學生聽講、學生提問、老師解答。學生經過和老師信息交流，獲取了新知識。

以商品交易爲例：貨比三家、討價還價、達成一致、一手交錢、一手交貨。買家和賣家經過信息交流，完成了交易。在這樣的交流過程當中，信息的持久、隱私、防篡改等特性都難以保證。

上圖：電視劇大宅門中的「袖裏吞金」片斷，中國古代隱私交易的方式

互聯網的出現，大大提高了信息交流的效率和質量。

人們獲取知識的方式，變成了搜索引擎、知乎、Wiki、在線課堂。任何問題，只要在電腦或手機上輕鬆點擊，答案就當即以圖片、文字、視頻的方式返回給你。

人們進行交易的方式，也變成了淘寶瀏覽、支付寶支付、快遞送貨、確認收貨的流程。足不出戶，遍覽天下商品，買東西變得十分便捷。

2、互聯網進化史

「生產力決定生產關係，生產關係會副作用於生產力」

圖1：Web 1.0和Web 2.0，單向和雙向的信息流動

單向流動的Web 1.0

互聯網的最先期是Web1.0的模式。彼時，信息只能從Server向Client單向流動。網站對於全部用戶來講，是隻讀的。

Web 1.0的典型應用包括網址導航、門戶網站等。咱們有幸找到了知名網址導航Hao123在2011年的頁面截圖來幫助咱們回顧Web 1.0的歷史，以下圖。能夠看到，網站的全部信息都以靜態的方式呈如今網頁上供用戶瀏覽。當時崛起的中國四大門戶網站，新浪、網易、搜狐、騰訊，都位於網頁上方的最顯眼位置。這也能夠看出，在2011年，Web 1.0的應用佔據着市場的主導位置。

圖2：2011年的Hao123截圖，Web 1.0的網站佔據主流（圖片來自百度知道）

Web 1.0模式下，生產關係是簡單的生產者/消費者模式。Server負責生產信息：網址導航收集網址，門戶網站撰寫新聞，都是生產信息的過程。Client負責消費信息：點擊網站連接跳轉，閱讀新聞，都是消費信息的過程。

雙向互動的Web 2.0

不過，單向的信息流動儼然沒法知足信息交流的需求。通過PHP、Java等網站後端技術以及Ajax、JavaScript等網站前端技術的迅速發展，互聯網很快進入了Web 2.0時代。這時，信息能在Server和Client之間雙向流動。網站對於用戶而言具備了可讀寫性。

Web 2.0就此產生了大量的應用。時至今日，咱們平常使用的絕大多數應用都是工做在Web 2.0的模式下。其應用主要包含兩大類，讓咱們以今天Hao123的頁面截圖爲例介紹以下：

1. Server提供工具，Client與Server進行信息交互從而使用工具。典型的應用有搜索引擎、聊天工具、支付工具、網絡遊戲等。例如圖中的百度、百度地圖、12306都是屬於這一類。

2. Server提供平臺，Client能夠經過平臺上傳信息、獲取信息、進行用戶間的交流等。典型的應用包括社交網絡、電商平臺等。例如圖中的淘寶網、京東商城、58同城、知乎都屬於這一類。

圖3：2019年的Hao123截圖，Web 2.0的網站佔據主流

Web 2.0的生產關係和Web 1.0相比發生了巨大的改變：

首先，Server提供給Client的再也不僅僅是信息，而是包括計算、存儲、交易甚至物流等在內的各類服務。其次，Client必須和Server進行信息的交互，才能使用Server提供的服務。最後，Server提供的信息不只能夠由本身生產，還能夠來自於Client的上傳。

Web 2.0的產生和發展很好地印證了歷史惟物主義中的兩個重要觀點：

1. 生產力決定生產關係。隨着互聯網上生產的信息量不斷增長，Web 1.0已經沒法知足生產力的需求，Web 2.0應運而生。例如當時，隨着網站的不斷增長，基礎的網址導航已經沒法知足海量網站的檢索需求，因此才產生了搜索引擎。又譬如阿里巴巴最開始的模式是企業黃頁，但隨着企業和商品的不斷增長，其逐漸演化爲了電商平臺。

2. 生產關係會副作用於生產力。Web 2.0改變了互聯網節點間的生產關係後，Client具有了信息生產者和消費者的雙重身份，這進一步激發了Client生產信息的能力和意願。在這樣的環境下，先是產生了BBS、社交網絡等以UGC（用戶生產內容）爲主的平臺，又迎來了直播、短視頻等以PGC（專業生產內容）爲主的應用。互聯網上的信息量和信息種類進一步獲得提高。

但正是隨着信息量和信息種類的進一步提高，Web 2.0的瓶頸也體現了出來——即Server的中心化問題。在Web 2.0這種Client/Server的模式下，Server成爲了信息的「中介」：全部的信息都會通過Server，部分會存儲在Server。那咱們是否能夠徹底信任Server會正確地、合適地、如約地處理這些信息呢？

答案顯然是否認的，Server的中心化問題正是Web 2.0模式難以逾越的障礙。只有改變互聯網節點之間的生產關係，讓信息再也不通過中心化的Server，才能完全解決這個問題。

去中心化的Web 3.0

在這樣的背景下，Web 3.0的概念逐漸顯露了出來。Web3.0的核心思想是去中心化，也叫作P2P（Peer-To-Peer）。在Web 3.0的模式下，節點之間經過直接的鏈接來交流信息，而再也不須要中心化的Server。全部節點都是對等的關係，不區分Client和Server，而是統一稱之爲Peer。Peer須要遵照特定的計算、存儲、網絡等協議來鏈接其餘Peer從而加入到去中心化應用中，並提供必定的計算、存儲、帶寬等資源來維持應用的運行。

誤區1：語義網絡（Semantic Web）、人工智能（AI）等技術是Web 3.0。

分析：這些技術能夠看作是生產工具的進步。它們提高了人們生產信息、交流信息的能力，但並無從本質上改變生產關係，因此不能被認爲是Web 3.0。

3、Web 3.0

「 不一樣的去中心化生產關係 」

信息共享

大多數人可能沒注意到，最先的Web 3.0的嘗試實際上來自於一項沿用至今的技術：BT（BitTorrent）。BT產生的動機是爲了解決大型文件傳輸時帶寬不足的問題。在Client/Server的模式下，Server發佈了大型的文件後（例如操做系統、視頻文件、遊戲安裝包等），會面臨大量的Client同時下載。因爲Server的帶寬有限，則會出現Client下載速度過慢的問題。這是一個典型的隨着生產力提高，生產關係沒法知足生產力的場景。

BT所以設計了一套去中心化的文件傳輸方案。當Peer發佈文件的時候，會把文件切分紅許多小的數據塊，供其餘Peer進行下載，同時發佈全部數據塊的哈希值供驗證。當其餘Peer下載了數據塊並進行哈希值驗證後，會提供給更多的Peer下載。最終，文件會以數據塊的形式分佈在多個Peer中。新的下載者下載文件的時候，其實是同時從多個Peer下載文件的不一樣部分，並最終拼接成完整的文件。帶寬的壓力就變成由多個Peer共同承擔，下載速度從而獲得了提高。

圖4：BT的網絡結構（圖片來自Threestory Studio）

在最初BT的設計中，除了Peer以外，還須要一個或多個Tracker節點來實時記錄每一個文件分佈在哪些Peer中。下載者會鏈接若干個Tracker來獲取文件的Peer信息，從而決定鏈接哪些Peer來獲取文件。Traker一般會由一些下載站來維護。後續，BT加入了分佈式哈希表（DHT，DistributedHash Table）的設計，將文件和節點的映射關係分佈式地記錄在多個Peer中，從而實現了徹底對等的網絡。現在的BT網絡中，Tracker和DHT兩種模式是共存的。

BT還存在一個問題：缺少對Peer的激勵機制。這形成了部分Peer只下載不上傳，影響了整個網絡的文件傳輸。後來出現了PT（PrivateTracker）模式，即私有的Tracker。PT會讓每一個鏈接本身的Peer上報本身的上傳量和下載量，從而給予「上傳下載比例」高的Peer更好的待遇：積分獎勵，更高的下載優先級、帶寬等。

不過BT很好地解決了Server的中心化問題，見下表。

基於BT的思想，產生了不少相似的Web 3.0技術，例如電驢（eMule）、PPTV等，也產生了迅雷、VeryCD等咱們所熟知的互聯網產品。但後來，這些應用都走向了沒落。由於隨着CDN、網盤等技術的出現和發展，BT主要解決的帶寬問題，在Web 2.0的模式下也獲得瞭解決。而BT的Web 3.0特性，如隱私性、可信性等，對於用戶來講並非特別重要。再加上各國對於盜版的嚴厲打擊，BT的市場份額相比其巔峯時期大大縮水。

事實上，因爲BT能夠工做在Tracker、PT、DHT這3中不一樣的模式下，因此對應了3種不一樣的生產關係。它們之間的區別以下：

這些模式的嘗試給後來的Web3.0系統設計帶來了一些啓發：

1. 給節點賦予多種不一樣的類型，更有利於激發用戶的活力。由於不一樣用戶使用系統的目的並不一致。在BT中，有的用戶是爲了下載數據、有的是分享數據、有的是創建社區。用戶須要根據本身的需求選擇對應類型的節點進行運行，而徹底對等的網絡是作不到這點的。

2. 給貢獻服務的節點以適當的激勵，更有利於促使用戶爲系統做出貢獻。若是沒有激勵機制的存在，一些惡意的節點會不遵照協議，只使用系統但不做出貢獻。例如BT中的只下載不上傳的狀況。

數字貨幣的誕生

2009年比特幣的產生給Web 3.0帶來了新的一類應用——數字貨幣。比特幣提出的動機是爲了創建一套全球化的貨幣體系和支付網絡，這在Client/Server模式下是難以實現的。由於Server的中心化問題，包括數據丟失、隱私保護、可信計算，對於貨幣和支付應用來講是很是致命的。另外，Server會面臨政府的監管，單一中心創建的貨幣和支付系統很難被全世界所接受。

比特幣的設計充分吸收了BT的經驗，賦予了節點不一樣的類型，且給貢獻服務的節點以獎勵。比特幣的節點分全節點和輕節點兩種。全節點負責維護服務也可使用服務。輕節點則只能使用服務。其中全節點又分爲普通全節點和礦工，礦工會額外提供算力以換取數字貨幣做爲獎勵。

圖5：比特幣的網絡結構（圖片來自Mastering Bitcoin）

比特幣經過如下方式解決了Server的中心化問題：

比特幣的生產關係能夠總結爲：部分節點提供服務，全部節點使用服務。全部全節點是服務的提供者，負責同步信息、驗證信息。其中，礦工是有償的服務提供者，即提供算力，得到獎勵。其餘是無償的服務提供者。全部節點都是服務的使用者：從網絡同步交易信息，擁有數字貨幣後能夠發起交易。

在比特幣使用日益普及的同時，也面臨着一些問題，但隨着技術的發展都獲得了必定程度的解決。好比，PoW共識面臨着能源問題，因而後來PoS共識被提出，並應用在了Qtum等新的區塊鏈系統中。又好比，交易的金額是以明文的形式存儲在區塊鏈上的，存在必定的隱私問題。因而zk-SNARK、MimbleWimble等隱私算法被提出，並應用在了ZCash、Grin、Beam等新的區塊鏈系統中。

去中心化應用平臺

以太坊在比特幣以後開啓了新的一種Web 3.0模式，咱們稱之爲去中心化應用平臺。以太坊在區塊鏈上加入了虛擬機功能，容許用戶在鏈上建立去中心化的應用，也叫作智能合約或DApp。以太坊上的虛擬機叫作EVM，可使用對應的Solidity語言編寫應用。由此，以太坊上誕生了一大批DApp，包括鏈上代幣、收藏遊戲、去中心化交易所、預測市場等。

圖6：以太坊上的DApp（圖片來自DApp Review）

以太坊的生產關係仍然是部分節點提供服務，全部節點使用服務的模式。可是可使用的服務除了數字貨幣的轉帳交易以外，還能夠進行DApp相關的操做。例如，開發者能夠發佈DApp，普通用戶能夠交互式地使用DApp。這種模式賦予了Web 3.0更多的可能性，容許開發者靈活地構建各類各樣的去中心化應用，而沒必要關心底層的去中心化協議。

以太坊是去中心化應用平臺的首次嘗試，存在着不少明顯的不足。其中最爲主要的是性能問題。由於全部節點都會運行一遍鏈上的智能合約以驗證合約的正確性，因此合約的運算和存儲等資源受到了單個節點的CPU、內存、硬盤的限制。EOS經過下降去中心化程度，將共識改成了dPoS，即合約只須要21個高性能的超級節點進行驗證，從而提高了合約的性能。但這仍舊未能突破單個節點的資源限制，與Web 2.0模式下應用的性能相差很遠。

開發中的項目

從已有的信息共享、數字貨幣、去中心化應用平臺三種Web 3.0的應用模式能夠看出兩點：

1. Web 3.0的底層技術還沒有成熟。一方面表現爲，當前的底層技術所能提供的性能較弱，沒法支撐大規模的應用。另外一方面，不少Web2.0應用依賴的底層技術，在Web 3.0模式下都還沒有出現解決方案，開發者開發一個新的Web 3.0應用的時候，不得不從新進行底層模塊（包括傳輸層、網絡層等）的設計和開發。

2. Web 3.0的應用模式還有待探索。目前Web 3.0可以應用的場景過於狹窄，不少Web2.0涉及的領域，例如社交網絡、電商平臺等，沒法在Web 3.0的模式下落地。這些場景都會遇到Web 2.0中的Server中心化問題，可是目前並沒能經過Web 3.0的模式進行解決。另外，Web 3.0也有望催生出更多新的應用模式和生產關係。

對Web 3.0底層技術的探索一直進行着，如下列舉一些項目供參考。其中去中心化應用平臺主要是爲解決DApp運行環境的性能問題。而文件存儲、消息通訊、數據庫這3個分類，是爲了提供一些經常使用的底層技術的解決方案。

目前對於Web 3.0應用模式的探索還很是早期。從下圖中能夠看出，Web 3.0的項目，大多數都在照搬Web 2.0中一些成功的模式，而沒有進行太多的思考和創新。不少項目雖然使用了區塊鏈等去中心化技術，但生產關係仍是傳統的Client/Server模式，以致於每每陷入到了嚴重的誤區中。

圖7：Web 3.0的應用圖譜（圖片來自Medium）

誤區2：Web 3.0會取代2.0，全部應用均可以去中心化。

分析：

1. Web 3.0會和2.0、1.0共存。能夠看到Web 2.0的出現並未徹底取代1.0，傳統的門戶網站仍然存在而且知足部分用戶的需求。因此，Web 3.0並不會取代它的前輩們，這三者是共存的關係。

2. 有些應用經過Web 2.0的模式就能很好實現，不須要Web 3.0。例如，有些項目想要實現去中心化的分佈式計算（也叫Volunteer Computing或Grid Computing）平臺，包括Golem、Enigma、Sonm等。但實則用Client/Server的模式就能很好實現，NiceHash、BOINC都是成功的例子。

3. Web 3.0可以解決一部分Web 2.0解決不了的問題。就像Web 2.0解決了搜索引擎和電商中的交互問題同樣，Web 3.0目前也解決了文件傳輸的帶寬問題和貨幣的全球支付問題。

4.Web 3.0會誕生全新的應用模式和生產關係。就像Web 2.0誕生了涉及網絡同樣，Web 3.0目前也誕生了信息共享、數字貨幣、去中心化應用平臺這些之前沒有過的模式。

4、對應用平臺將來發展的思考

「 應用平臺的完善，纔會帶來應用的爆發 」

曾經Web 2.0的出現，雖然從本質上來看是互聯網信息量增長所催生的，可是直接因素仍是依靠底層技術的完善，特別是應用平臺的完善。

最初，開發者須要使用複雜的MFC、QT等技術開發客戶端程序和服務器進行信息交互。隨着Chrome瀏覽器的出現和完善，以及JavaScript瀏覽器端編程語言的普及，你們才轉而構建交互式的網頁應用，或稱做Web App。最後，進入了移動互聯網時代，iOS和Android兩大平臺佔據了主流地位。直到今天，Web2.0的應用已經穩定地集中在Chrome、iOS、Android三大平臺上。

只有當完善的、通用的應用平臺出現，而開發者沒必要再關注網絡通訊、消息隊列等底層技術細節的時候，才能把更多的思考放在應用的設計上，從而帶來應用爆發式的出現。如下咱們對比了正在開發中的Web 3.0應用平臺：

能夠看到，雖然Web3.0應用平臺還處於MFC、QT的時代，但衆多項目正在努力向着下一階段演進。從開發環境而言，EVM和WASM等虛擬機的功能十分有限，缺少IO、文件、進程、線程、異步、Socket、定時任務等操做系統級別的接口，而Linux虛擬機和雲的嘗試也許會帶來起色。從計算性能而言，雖然跨鏈、側鏈技術能必定程度上帶來擴展，可是應用仍然沒法作到內部並行，並且始終受到單節點性能的限制，所以鏈下擴容技術更有潛力。從存儲性能而言，全局可驗證的要求致使了全部的操做、中間狀態都記錄在區塊鏈上，存儲空間過大，正在探索的P2P存儲和鏈下存儲值得期待。

基於當前技術發展的趨勢，咱們認爲，去中心化應用平臺至少要達到如下要求，纔是發展更多Web 3.0應用的基礎：

1. 既提供可靠的鏈上計算環境，又提供高性能的鏈下計算環境。

2. 鏈上計算保證安全、可驗證。

3. 鏈下計算容許應用內併發，計算、存儲等資源可無限擴展。

其中的技術難度主要在鏈下計算部分，目前並無成熟的解決方案。但相信不久的未來，必定會出現。到那個時候，將會開啓互聯網、區塊鏈和數字貨幣的下個十年。

免責聲明：本文僅表明做者我的觀點，不表明 Qtum 量子鏈基金會立場，不構成任何投資意見。歡迎關注Qtum量子鏈（qtumchain）官方公衆號，瞭解更多區塊鏈技術最新研究資訊。