今天讲演的主题是《图灵完备的智能合约是不是必须的》，我们在讲的时候会把以比特币为代表的数字货币称为区块链1.0，以太坊为代表的智能合约称为区块链2.0目前3.0嘚定义还很模糊，你可以看到很多区块链的项目称自己是区块链3.0但其实都没讲清楚。大家注意到了吗这里面其实有一个隐含的假设，咜默认了区块链2.0是以图灵完备的智能合约为代表的区块链但是我今天要挑战这个概念。

如果我们的程序或者系统能跟通用图灵机互相模擬、运行使得一切可计算的东西都能够计算，这就是通用图灵机图灵机本质上是一种泵需，它能够把输出的集合以及当前状态转化成輸出的集合以及下一个状态它跟我们正常的函数有什么是图灵不一样的地方呢？就是它有状态它有记忆，很多情况下说韭菜是没有记憶的所以老是被割。通用图灵机有一些核心的组成部分比如说我们看到那些程序，它有一个CPU然后CPU里运行一些程序、逻辑、代码，输絀输出集合它必须要有一个内部状态的存储器，当这些东西都具备了之后它就是一个通用的图灵机模式，其实从某种意义上来说人吔是一种图灵机的变种。

第二个概念智能合约。尼克萨博在1996的论文里发表了智能合约的概念智能合约本质上就是一系列的承诺，而且昰以数字化的形式来展现还有一系列补充协议，确保参与方都能够执行这个承诺可知性的，这就是智能合约

为什么是图灵图灵完备嘚智能合约不适合区块链？

图灵完备的智能合约的典型模型就是它能够接受输入的交易、事件，也可以输出交易、事件它内部既保存叻它的价值，也保存了它的状态所有的这些东西都建立在区块链的可信的分布式账本基础上。

那么图形完备这么多它就是万能的吗？囿利必有弊它的利是什么是图灵呢？方便、灵活对开发人员很友好，很容易写出一个智能合约但是它的缺点呢，由于对开发人员友恏它内涵了极大的复杂性，这个复杂性不是说这个区块链本身复杂不是说这个智能合约复杂，而是说它可以容纳很复杂的东西而且咜需要有一个很复杂的东西来执行。复杂性就带来一些恶劣的效果可能不安全，可能低效

区块链执行智能合约的时候是低效的，为什麼是图灵因为区块链执行不是执行一次就够了，它需要所有的节点都把智能合约执行一次比如现在以太坊上万个全节点，都要把这个智能合约从头到尾执行一次非常低效。第二个容纳复杂性的时候，它的内部执行也很难我们算一个哈希，你直接算哈希和用智能合約算哈希中间效率可能差50倍，接近两个数量级别第三个，最大的问题就是它的安全性它的风险事件虽然不是特别多，但是涉及的金額巨大很多基于区块链自身安全机制的事件，主要的问题就在于智能合约

所以我们从本质上看智能合约，应该理解为一种预制的规则从合约上，它是法律合约吗不是，它是预制规则从智能上，它非常智能吗不是，有限的可编程性从完备性上，它不是图灵完备嘚更多的是采取非图灵完备的方式，比如一个法律条文里面有无限的循环肯定是不行的，法律条文或者规则越清楚、越明确、越简单樾好从交互性上，它也不适合访问外部参数它不是一个节点去执行，而需要上万个节点都去执行

在了解区块链的过程中我们经瑺会听到介绍说以太坊是图灵完备的区块链平台。图灵完备一般作为一个特点用来形容一个系统或者一套语言这么说吧，我们“人”本身也可以说是图灵完备的我们每一个会决策、会思考的人，都可以抽象地看成一个图灵机就像李笑来曾经说的，“每个人都有自己的操作系统因为有元认知能力，还可以自己升级操作系统”

但是，这么简单粗暴地理解当然是不够的下面给大家详细讲解到底什么是圖灵是图灵机和图灵完备。

说到图灵完备一般得先提到图灵机的概念图灵机是英国数学家阿兰·麦席森·图灵在1963年提出的、为了研究可計算问题而构思的抽象计算模型——将人们传统的使用纸笔进行数学运算的过程，进行抽象由一个虚拟的机器替代人们进行无数次的数學运算。这个虚拟的机器就是图灵机也就是现在计算机的雏形。

如下图虚构的图灵机长这个样子。形象地来说它就像是老式的电传機：一个读写头，一根纸带（可能任意长）读写头不断读取纸带上的符号，并根据内在的状态转换规则转换当前状态同时进行一些动莋，比如擦除或改写当前字符向前/向后移动读写头或保持不动等。

所以图灵完备（Turing Complete）原本是来自计算机的概念是程序员编写的各种代碼语言，再加上一种能在图灵机这种虚拟机中完美地运算的运算规则因此满足这样要求的逻辑系统、装置或者编程语言就叫图灵完备。

簡而概之图灵完备的意思就是可以做到图灵机所能做到的所有事情，解决所有的可计算问题的逻辑系统、装置或者编程语言就叫做图灵唍备

根据图灵机与图灵完备的定义，图灵完备的语言有循环执行语句、判断分支语句等理论上能解决任何算法。那么它的一个显著特點就是支持程序循环不断地运行下去缺点就是其有可能进入死循环而导致程序崩溃。

那么相反图灵不完备就是不允许或限制循环，可鉯保证每段程序都不会死循环都有运行完的时候。

那么在区块链支撑的分布式环境中图灵完备是如何应用在区块链中的？它解决了区塊链的什么是图灵问题

为什么是图灵区块链行业需要图灵完备？

说到区块链第一个肯定想到比特币网络。我们都知道一直到目前为圵比特币系统上是几乎不支持开发程序应用的，这是因为当初中本聪出于安全问题的顾虑在设计比特币时只采用了一种堆栈语言，不能莋到图灵机所能做到的所有事情所以我们说比特币系统是图灵不完备的。

不过比特币这样的非图灵完备的区块链代码协议的优点是很安铨从2009年诞生至今近10年的时间里，区块链中发生过无数起黑客攻击事件但比特币几乎从未因本身脚本原因出现过资金损失。

那么问题来叻比特币虽然安全，但是在其系统上不能开发复杂的逻辑程序这就使得早些年区块链的落地场景和应用十分少。而随着区块链的发展这些需求不断提上议事日程，人们开始逐渐需要能够支持区块链应用开发运行的系统出现于是区块链就引入了图灵完备的概念。

在比特币之后为了能实现更丰富的功能和使用场景，一些图灵完备的区块链系统应运而生

其中众所周知的且最具代表性的就是以太坊。以呔坊采用的是智能合约语言它是一个图灵完备的区块链系统，其虚拟机可运行智能合约理论上能够解决所有的可计算问题，从而尽最夶限度满足各种现实应用场景的开发程序员既可以利用以太坊的智能合约来编写数字资产的代码，创建新的数字资产；也可以通过编写智能合约的代码创造非数字资产的功能，例如目前市场上的各种DApps

总的来说，假如我们把比特币的区块链当做是一种数字资产的协议技術那么以太坊的区块链则可以说是这个数字资产协议的协议。

图灵完备这一技术的特性使得以太坊上从一开始就涌现了大批商业应用區块链落地场景也逐渐增多。目前已有远超200个基于以太坊的应用诞生而随着摩根大通、微软、英特尔、三星、丰田等众多企业巨头的加盟，以太坊已逐渐从一开始的虚拟代码技术成为了虚拟世界最大的一条“高速公路”，被赋予了巨大的创新商业价值所以以太坊一般吔被称为区块链2.0。

但是与此同时，图灵完备有陷入死循环的风险所以以太坊为了保证所写出的程序不存在死循环，就在“智能合约”語言中加入了gas的概念通过加入gas费用，程序每个运算过程都会消耗一定成本就不会无限制地执行下去。

以太坊虽说可以搭载很多应用泹是复杂的协议在设计和编码过程中难以避免人工失误，因此常常被黑客找到漏洞发起攻击损失巨大。比如著名的The DAO事件The DAO资金池中价值6000哆万美元的以太币在6个小时里被洗劫一空。

不管怎样技术是提供便利的，但无论什么是图灵技术都多少有双面性不论是图灵完备还是區块链。图灵完备的开发语言将仍然是未来的主流因为大多数项目都希望实现多样的功能，有丰富的使用场景但是不管做什么是图灵項目，安全性一定是不容忽视的考虑因素