区块链与赛博物理系统

微信邦

区块链可以被认为是由不同的互连和自治系统组成的技术现象。

它常常与“赛博物理系统”相关：网络和物理组件的复杂互连。

当赛博物理系统相互连接时，由自治系统及其相互通信和交互创建一个由系统系统组成的新整体。

在区块链中，各个系统可以独立地对联合信息交易做出决策。

为此所需的决策程序是基于容错通信和投票和共识程序执行的，而这些决策程序的结果存储在分布式账本中。

由于自治系统的相互通信、交互和独立决策，区块链的新整体是一个复杂的实体。

我们可以把这个实体看作是权力从人和物向着程序的让渡。

或者是财产权的消失，成为合同法的一个子集。

无人的外太空，国家或私人对天体占有不明确的情况下，可能是最有机会实现这种赛博物理系统的（上篇文章的主题）。

本文将它称为“赛博物理系统”，即系统集群相互连接的系统。

本文更进一步探讨这种技术现象的本质。

对于海德格尔来说，现象学主要是一种感知方法。

在知觉方面，现象学并没有过多地关注对象的存在。

相反，它研究的是与其他人类、物体和事件的联系之中的人的存在。

在人、物和事件之间的交互界面以及随后的相互作用中，出现了对现实的共同意识。

技术是一种现象，在其中我们必须不断地问自己，技术的新表现形式的本质是什么。

回答技术存在的问题也创造了一种意义，即这种当前的技术存在对于我们人类与这种技术的关系可能意味着什么。

对于阿瑟来说，所有形式的技术，简单或先进，都是“某种效果的修饰版本——而且是几种效果的修饰版本”。

技术的主要表现形式是那些为自己创造新领域的表现形式，或者用他的话来说，“它们是在一组不同的组件中表达给定目的”。

这种技术赋能的新现象，正是区块链的表现形式。

作为一种现象，区块链类似于阿瑟所说的由不同互连组件组成的新域。

区块链的新领域是基于全球对等网络，例如互联网。

在这些网络中，基于可用软件创造了新的可能性，使对等点能够在它们之间执行安全的信息交易。

这个新领域通常被认为源自中本聪。

本文旨在为后比特币时代使用区块链技术的新思维奠定基础——这种新思维与网络中互连自主和基于技术的系统的同时发展相关，这些系统在网络中进行通信、交互、并独立做出决定。

本文是一篇研究文章，探讨“加密货币”，并不代表任何政府组织，也并不意味着本人持有任何政治倾向。

部分资料来源于阿什比、维纳、香农、阮甘纳桑、坎贝尔、哈乔诺、巴赫曼、文斯利、兰波特、本·凡利尔，错误的请归于我，偶尔正确的，请归于他们。

另外，你也可以进一步阅读《图说元宇宙》的图书和在线文章。

（只说的新书《图说元宇宙》）

101，赛博物理系统

1954年，阿什比问：“一台机器能否同时具有确定性并能够自发改变？”。

为了回答这个问题，他开发了一种由四个相互连接的相似组件组成的机器，并将其称为“稳态”。

稳态器及其组成部分可以作为一个单元，基于组成部分之间的互连和反馈。

由相互连接的部分组成的单元又可以通过建立互连和通信并在各个部分之间提供反馈来连接到其他单元（或单元的组件）。

阿什比总结说“机器的一个基本特性是它们可以耦合”。

互连独立机器的组织方式应确保每台独立机器只能根据它们提供的输入影响其他机器。

通过组织从环境接收的输入，单个系统能够保持其功能的独特性，并确保它不受从其环境中获取输入的影响。

当互连的机器能够调整它们的相互行为并随后进行相应的交互时，我们就有了阿什比所说的一种基于它们收到的反馈的机器自组织形式。

这种形式的自组织也带来了新的挑战。

这样的复杂系统不能被视为一组或多或少独立的反馈电路的交错集合，而只能作为一个整体来对待。

尼尔森观察阿什比所描述的系统自组织形式：自组织不是有机体本身的属性，它响应于其环境和经验，而是有机体及其环境的综合属性。

为了在不影响系统基本功能的情况下引入系统之间的相互适应，阿什比使用了所谓的信息反馈。

根据维纳的说法，信息反馈的好处是，如果“负载的特性变化足够慢，并且负载条件的读数准确，系统就没有进入振荡的趋势”。

对于反馈的组织和程度，阿什比和维纳建立在香农的沟通理论之上。

在当时，阿什比的稳态器是一个独立的整体，无法连接到互联网等网络中，也无法独立确定何时以及与谁进行通信，或确定何时以及与谁进行何种互动。

那时机器或机器组件之间的通信包括无意义信息的交换，正如香农在1948年所定义的那样：通常信息是有意义的；也就是说，它们指代或根据某些系统与某些物理或概念实体相关联。通信的这些语义方面与工程问题无关。

由于香农的选择，无意义的消息因此会在机器的不同部分之间产生沟通和反馈，正如阿什比和维纳所描述的那样。

今天，在阿什比、维纳和香农之后将近70年，我们再次站在了一种新型机器的门槛上：赛博物理系统，美国国家标准与技术研究院将其描述为“智能系统，包括共同设计的物理和计算元素的交互网络”。

与阿什比的稳态相反，赛博物理系统是为网络互连而开发的，随后在这些网络内交换和共享数据和信息，并从其他系统接收关于所提供数据和信息的反馈。

越来越多的物理系统，例如由嵌入式软件控制的汽车、飞机和风力涡轮机，因此能够将自身连接到互联网等网络并与其他网络系统交互。

在物理形式上，赛博物理系统可以是传统的物体，例如卡车、电视机或飞机。

作为一个信息物理系统，这些新系统中的每一个都具有连接到网络并与网络中的其他系统进行通信和交互的能力，以及独立于网络自主运行的能力。

通过交换和共享数据和信息，互连的网络物理系统能够与其他已知和未知系统建立临时联盟。

这些联盟旨在实现特定目标，因为系统的相互关联性创造了一个与时间无关和与位置无关的环境，在该环境中它们可以做出联合决策。

在“以网络为中心的环境中的语境之谜”中，我认为在这个意义上，语境可以被认为是一个“临时的、有凝聚力的整体，一个非物质的实体，它是在人与人之间的任意联系中形成和感知的，在对象和人与对象的任意组合之间”。

因此，作为一个临时整体的语境不仅仅是对每个相互联系但又可区分的部分的体验。

为了实现共同目标，需要有意义的信息，这些信息是由系统在特定环境中通过为接收到的数据和信息赋予意义而创建的。

阮甘纳桑和坎贝尔预测，这些大型分布式系统（例如工业物联网或智能电网）的快速发展将导致这些网络聚集大量异构和移动系统。

在他们看来，鉴于各种系统的巨大规模和相互关联性，已经采取了一些步骤来创造新知识，以便能够处理这些系统之间的大量互连、通信和交互带来的复杂性。

“跨大西洋系统系统研究和教育议程”报告冒险描述了系统集群中赛博物理系统所需知识的发展，将系统集群中的赛博物理系统定义为“有限数量集成的独立、可操作的组成系统，并在一段时间内联网在一起以实现更高的目标”。

“系统集群的系统”这个概念是大量动态系统之一，这些动态系统基于大量自治系统和独立系统之间的各种集成选项而协同工作。

为了实现特定目标，例如实现产品或服务，需要各种系统之间的协作。

任何所需的产品或服务只能由系统的系统作为一个整体来实现，而不能由任何组成系统单独实现。

让这些独立的、联网的自治系统协同工作会导致新的风险和问题，目前无法轻易解决。

与其说是这些系统的物理规模或地理分布，不如说是互连、数据和信息共享和交换以及随之而来的各种网络物理系统之间的交互和行动所产生的复杂性，从而带来了这些新风险。

为了应对这些新挑战，需要通过结合现实世界和实时信息来创造新的可能性，以支持这些系统之间基于自主控制和学习过程的决策。

根据上述研究议程，最终结果需要专注于创建系统的信息物理系统，“这将支持用户和运营商，提供态势感知和自动化功能来管理复杂性，使他们能够迎接未来的挑战”。

在系统集群的赛博物理系统等概念的发展中，区块链现象可以作为可靠的通信环境发挥作用，赛博物理系统可以在其中相互通信并就共同执行的信息交易达成共识。

102，区块链

尽管系统的信息物理系统的发展似乎仍处于早期阶段，但这些网络目前发展非常迅速。

同时，（工业）物联网、移动医疗保健和智能电网等发展已在我们的社会中牢固确立。

每天，电视、冰箱、汽车、太阳能电池板、风力涡轮机和工业系统等新产品都被设计和生产，具有内置网络和数据共享功能。

随着网络系统能够更好地实现共同目标，越来越多的控制权必然会从人过渡到系统。

这种从人到机器的代理转移引发了新的问题，正如本·凡利尔和哈乔诺写道：“它还提出了关于人与机器之间的代理转移以及此类网络参与者之间必要信任的问题”。

这些网络中参与者之间的信任是关键，根据巴赫曼，它减少了这些网络中系统未来行为的不确定性。

对系统未来行为的信任确保可以对系统将来如何响应传入数据和信息等事物做出假设。

对刘易斯和薇格特，信任是任何互联系统的基本品质。

当参与者“遵照执行或者实现由彼此的存在或其象征性表示构成的预期未来”时，集体中参与者之间的信任就会出现。

当它的结果是可理解的，且对人类和赛博物理系统是透明时，对互连系统自主执行信息交易中的信任就会实现，

互连系统满足三个条件，这种可预测的行为似乎就会出现。

首先是它们的相互通信不能被故障中断——也就是说，系统必须是容错的。

其次，系统基于能够达成相互共识并允许透明度的投票原则决定参与，并在他们自己的分类账本中分发决策记录。

最后，单个系统接收到的信息交易要求这些系统分配意义，然后根据这些意义决定采取行动或生产。

联合决策使系统能够从从其环境中接收到的信息中学习。

当这三个主题（容错、投票-共识-分布式账本、信息交易）连接在一起作为一个整体时，将形成一个区块链。

102.1 容错

在阿什比开发出稳态器30年后，文斯利、兰波特和他们的同事研究了如何在复杂系统的重要组件停止工作时保持飞机等机器的运行。

他们的结论是，除了进行硬件调整外，机器确实可以通过使用软件程序来保持运行。

他们使用的算法使软件程序能够应用所谓的投票原则。

通过在组合系统（硬件和软件）的每次迭代中使用此类投票原则，可以确定哪些组件正在运行并对整个系统的运行做出无故障的贡献。

文斯利、兰波特等将这种基于软件的分布式系统描述为“不同进程的集合，这些进程在空间上是分开的，并通过交换消息相互通信”。

软件程序的一个关键要求是它们可以隔离明显的故障或截获其他组件的错误信号。

文斯利、兰波特等声称，这可以防止单独组件的故障导致其他系统组件出现问题。

他们假设所涉及的组件能够自主运行并监控自己的运行。

他们还假设活动的结果将再次作为输入“通过执行对执行软件的调用”提供给任务的下一次迭代。

参与基于软件投票原则的迭代的相关组件保留自己的输入和输出数据，这些数据在各个组件之间达成共识起到了作用。

皮斯、肖斯塔克和兰波特随后声称，上述方法可以通过使用多轮投票的结果和相应的信息交易来追踪故障组件。

通过创建此信息的概览，可以强制故障组件显露出来。

剩下的问题是如何防止整体中的组件在投票轮中产生错误消息。

皮斯、肖斯塔克和兰波特基于所谓的拜占庭将军问题解决了这个问题，得出的结论是只有通过减少自治系统发送错误消息的可能性才能解决这个问题。

他们的解决方案基本上可以归结为每个组件或一般组件，用他们的术语来说，只能“发送不可伪造的签名消息”。

因此，从组件发送的每条消息都必须由发送组件唯一签名。兰波特和梅利尔-史密斯发现这种容错通信系统可以通过至少三个加一个或多个系统参与投票来实现。

然后，这一轮投票将需要至少六加两条消息，以确保通信系统的容错功能。

102.2 投票、分布式账本和共识

如前所述，需要进行投票才能在系统之间达成共识。

为了使系统之间的投票消息交换尽可能可靠，至少需要三个系统，它们在一轮投票中至少交换六个消息。

兰波特将一个虚构议会的运作协议作为投票轮次的协议，供系统在更广泛的背景下使用。

在开发这个协议时，他假设这个议会的成员（系统）之间存在相互信任，这些成员/系统发送可靠的消息，并且投票遵守预定义的协议。

兰波特的协议首先为想要参与这些投票的系统指定了一些条件。每个有资格投票的系统都需要具有自主记录他们参与的投票结果的能力。

正如兰波特解释的那样，“每个Paxon立法者都维护着一个分类帐本，其中记录了通过的法令的编号顺序”。

兰波特假设每个系统始终可以访问其分类帐，因此可以查阅先前的决定和随附的注释。分布式账本中记录的结果不能被删除或编辑。然而，分布式记录所做的决定确实需要采取措施来确保“账本的一致性，这意味着没有两个账本可以包含相互矛盾的信息”。

时间对于正确执行和登记投票起着关键作用。因此，参与投票的每个系统都必须有某种内置时钟来跟踪投票期间的时间。

兰波特说，“实现进步条件要求立法者能够测量时间的流逝，因此他们被赋予了简单的沙漏计时器”。

每个参与投票的系统都会确保其投票消息能够快速准确地提交，并立即响应从其他参与系统收到的消息。

为确保一票或多票同时进行的顺利进行，每次投票都会指定一名投票协调员。

这条评论阐明了 兰波特协议的范围：“考虑一个可以用作名称服务器的简单分布式系统。数据库的状态包括对名称的赋值。数据库的副本由多个服务器维护。客户端程序可以向任何服务器发出读取或更改分配给名称的值的请求”。

为了进一步阐明这个协议是如何工作的，兰波特开发了一个更具体的版本供数字系统使用。这个新版本适用于共同维护一个或多个过程以相互确定一个或多个值的数字系统。

为了能够评估这些接受值的可靠性，系统在投票期间只能选择一个建议值。所涉及的系统运行的过程只能从系统组中的多数确定的值中学习。

为了能够组织系统学习过程，兰波特区分了参与系统或代理可以履行的三个角色：提议者角色、接受者角色和学习者角色。

有了这些角色，兰波特指出“一个单一的进程可能充当多个代理” 。

在一轮投票中，涉及的系统之一将担任投票的提议者角色，并将消息发送到指定建议值的其他系统。当大多数接受者接受建议值时，可以假定建议值已被采用。

为了能够从接受的值中学习，接受者必须将他们对该值的接受发送给专门为此目的指定的学习者，而该学习者将依次通知其他学习者已经接受的值被大多数人采纳。

根据格雷和兰波特的说法，分布式系统之间的这种信息事务应该被视为“由进程集合执行的事务，每个进程在不同的节点上执行”。

102.3 信息交易

各种系统之间以信息交易的形式交换和共享信息的可能性也称为信息的互操作性，本·凡利尔和哈德乔诺将其定义为“实现两个或多个系统或实体之间的相互连接，使系统和实体能够交换和共享信息，以便根据该信息的原则进一步采取行动、发挥作用或生产”。

这个定义基于卢曼的作品，与香农相反，他将传播的一个要素视为由选定信息、信息的表现形式和赋予所提供信息的意义组成的传播单元所产生的综合。

多个信息物理系统之间以共识方式进行的信息交易可以看作是这种通信综合体的交换和共享。

在这种形式中，两个或多个系统之间的通信动作可以导致所涉及的系统相互影响。

这种影响要求接收系统接受所提供的信息交易，而该系统还必须愿意并且能够在其自身复杂性内接受接收到的综合处理。

卢曼将接收系统对通信综合的合并和处理称为互穿。

在“机器能否通信”中，本·凡利尔对系统之间的相互渗透进行了如下陈述：“卢曼使用相互渗透的概念来确定系统在系统环境中对系统的塑造做出贡献的特殊方式。相互渗透不仅仅是系统和环境之间的一般关系，而是构成彼此环境的两个系统之间的系统间关系”。

在由信息交易共同创造的新环境中，系统必须能够为接收和接受的信息赋予意义。

赋予意义的动作，同时也标志着系统知道与不知道的区别，通过赋予意义，系统能够行动，而参与交流的系统之间发生生态变化。

每个后续的反馈或新的交流都将基于分配的含义，因此系统会从收到的信息中学习。

这里描述的特征——容错、投票、共识、分布式账本和信息交易——使区块链能够独立运行。

因此，基于这些特征运行的区块链可以成为互连网络物理系统之间安全通信和决策制定的平台。

基于这三个特征运行的区块链有助于提高网络物理系统的自主性和独立性，以及它们对在特定环境中执行的活动的联合决策。

在特定上下文中互连系统或系统组之间的信息事务的自主执行会导致其他机器的行为发生变化，这引发了进一步的问题。

这些问题与这些系统的自主性以及决策和学习能力有关。

由于这些互连、算法、软件和信息交易，网络物理系统独立通信、交互和决策的增加也带来了更大的复杂性。

基于还原论观点的科学努力解释日益增加的复杂性。

103，复杂科学

由广泛的组件之间的相互通信和交互产生的区块链作为一个整体是一个复杂的系统，西蒙将复杂系统描述为“以非简单方式交互的大量部件。

在这样的系统中，整体大于部分的总和，这不是终极的形而上学意义，而是重要的实用意义，即鉴于部分的属性及其相互作用的规律，推断并非易事整体的属性”。

对于西蒙的这种描述，西里尔斯补充说，由于相互通信和相互作用以及相关的信息传递，复杂系统会随着时间而变化 。

作为一个整体的系统之间或这些系统的各个组件之间的交互使一个整体的每个组件能够通过信息交易影响任何其他整体或该整体的单独组件。

尽管独立系统之间进行了所有通信和交互，但每个独立系统仍然不知道系统作为一个整体的功能。每个单独的系统只对可用的信息作出响应。

对于诺斯洛普和他的同事，自我开发的超大规模系统（包括软件系统）日益复杂，需要一种新的和不同的视角来处理这种复杂性。

他们将这一新观点视为一个变化过程，从“通过传统的、合理的自上而下的工程来满足需求，到通过复杂的分散系统的监管来满足需求”。

在“先进制造与复杂科学”中，本·凡利尔提出了有关（工业）物联网或智能电网发展的问题：“向这样一个面向工业生产的新的全球社会技术整体的演变，包括在网络、算法、人、工业组织和网络物理系统中连接的（软件）系统，提出了一个问题，即人是否，凭借他们现有的知识和观点，最终将能够充分应对这些发展”。

这种推理是由于担心当前的科学框架没有对网络异构和分布式交互和相互通信系统的扩散所导致的日益复杂的问题做出适当的反应。

因此，一个新的和不同的科学观点将不得不专注于处理一个新整体的复杂性，例如由不同数量的分布式网络物理系统组成的网络物理系统。

随着越来越多的网络物理系统联网并开始基于算法、软件和信息进行通信和交互，这个新的整体将继续发展。

本·凡利尔说：“复杂性科学可以在这个进化过程中为我们提供新的科学见解，同时帮助我们开发理解和影响这个过程所必需的新知识和观点”。

维塔莱同意，复杂性科学可以被视为一种专注于连接和网络的科学方法。

在他看来，复杂性科学是还原论科学的对应物，对复杂系统的研究向我们展示了“相对简单的部分之间的相互作用模式如何产生高度复杂的行为”。

从一个新的和复杂的整体作为一个发展中的网络物理系统进行推理，区块链可以被容纳为一个安全的环境，在该环境中，基于特定上下文中的共识，在自治和分布式赛博物理系统之间进行信息交易。

由于决策以分布式方式记录，所涉及的系统可以根据哪轮投票不断分析发生了哪些信息交易。

这就是区块链开发如何帮助创建一个世界，在这个世界中，互连系统能够更好地做出自主决策，并且人类相信互连系统在特定环境中执行的活动和交易能够可靠和安全地实现。

区块链这一新技术现象是基于各种系统之间的互联互通、交互和决策。

相互联系和共同活动所产生的整体可以被认为是一个复杂的整体。

区块链的新的和复杂的整体还需要一种新的科学方法，与还原论不同，它专注于这些相互联系和活动，以及随之而来的复杂整体。

复杂性科学似乎能够提供这种新方法，从而有助于在互连系统的发展中世界中发展关于区块链的思考。

104，结语：新整体科学

区块链可以被认为是一种基于技术的新现象，可以结合系统网络快速发展为赛博物理系统（网络和物理组件的复杂互连）来考虑。

赛博物理系统的互连性为相互通信和交互铺平了道路，使这些系统能够连接成系统集群的系统，以在特定环境中共同执行活动。

联合活动的执行可以通过利用共同使区块链成为可能的三个特征来支持：容错通信；投票、共识、分布式账本；和信息交易的表现。

通过利用区块链的特征，赛博物理系统将能够在联合执行所需任务时获得更大的自主权和独立性。

自治系统的互连、互通、交互和联合决策将整个区块链变成一个复杂的实体。

处理这个新的和复杂的整体需要一种新的科学方法，以复杂性理论的形式，以自治系统之间的互连、相互通信、交互和独立决策为出发点。

通过互连系统增加自主性和独立决策也提出了新的问题，即如何管理这些新整体以及新整体的复杂性对于我们可以信任并与新整体建立关系的程度意味着什么。