第三节 区块链是一个关于广义信用的网络自动机
一、有限状态自动机
自动机（automata）一般称为有限状态自动机（finite state automata）是一种由计算机科学和离散数学发展而来的抽象计算模型。[4]这种模型描述了一系列具有有限个状态的个体单元，个体单元之间以预先规定的规则相互作用，各自的状态因这种规则而改变；这种互动和状态改变根据一定规则在时间序列上依次展开。
例如，三单元有限状态自动机的运行规则如图5-6和图5-7所示，分别表示A和B之间的交互与结果、B和C的交互与结果。
图5-6 三单元有限状态自动机
图5-7 三单元有限状态自动机
A、B、C单元个体各自由一个状态参数描述，A状态是3，B是7，C是9。单元个体之间按A→B、B→C、C→A的顺序依次相互作用，规则是两个单元个体的状态参数相互比较，如果相等，则无动作，否则大的减1、小的增1。在图5-6中，开始时的状态为左边；单元A和B相比较，A小于B，则A加1变成4，B减1变成6；状态更新为右边。图5-7表示下一个时刻，开始状态为左边；单元B和C相比较，B小于C，则B加1，C减1；状态更新为右边。
所谓有限状态自动机，就是一套单元个体之间的互动规则及这种互动规则对各单元个体的状态的影响规则。
二、网络自动机
如果单元个体被镶嵌在一个有特定连接关系网络上，那么这个网络的连接方式实际上规定了单元个体间谁与谁有互动，谁与谁没有。例如，图5-8描述了这样的一个镶嵌和互动关系规定，节点a和b、b和c、c和d都是直接的网络连接，表示有直接的互相作用关系；而a和c、b和d、a和d都没有直接的网络连接，表示没有直接的相互作用关系。
图5-8 单元个体在网络结构中镶嵌成为节点
单元个体如此镶嵌在特定网络结构上的有限状态自动机，被称为网络自动机（Network Automata）。网络自动机是一种网络动力学模型，广泛用于对社会和经济组织、电力能源网络、生物生态系统、生物体基因相互作用等网络系统行为的模拟研究。[5]
事实上，基于区块链技术构建的系统就是一种特殊的网络自动机。作为区块链1.0的比特币系统如图5-9所示，节点a本来的状态是拥有3元、节点b本来的状态是拥有0元；执行智能合约，a向b转账1元，结果是节点a的状态变化为2元、节点b的状态变化为1元。这样的状态变化过程前后历史都被记录在所有各节点各自的存储器里的账本上，通过某种特定的“共识机制”实现全网络记录的同步刷新。
图5-9 网络自动机观点下区块链1.0系统的智能合约执行前后节点状态变化
由第三章可知，上述账本实际上是一种密码学作保障的链式安全可追溯的数据结构，共识机制实际上是某种对网络上状态或者记录数据同步的算法。
三、作为网络自动机的区块链系统和关于社会和经济组织行为的新观点
自动机+链式账本+共识算法就是一个区块链系统了。而当节点状态从单纯的币、钱数量等价值权益扩展到广义信用（有形权益如货币，无形的如政治素质、工作业绩等属性描述），再看社会和经济组织的日常运作行为，就会获得一系列新的观点：
首先，任何社会和经济组织都可以描述成为个人或者子组织作为组织内部节点之间的相互联系、相互作用的网络系统。例如，公务机关和企业的组织架构就表明了权力自顶向下流动的关系。
其次，每个节点拥有一组广义信用描述该节点的各种状态，如成员个人或内部小团队的政治素质、工作业绩、经济收入、福利等。
再次，节点的各状态会因为与其他单一或多个节点发生相互作用而被改变。例如，做好每项领导安排的工作并及时汇报将提升工作业绩、领导提拔或给予奖励则影响经济收入或职位等。
最后，节点因相互作用被改变了的状态会因为与其他节点再次相互作用而将这种改变的影响转移给其他节点。例如，由于工作业绩良好被领导提升，该员工会更积极工作，并以这种更新的态度和行为模式再次影响改变自己的下属和其他同僚。
可以看到，几乎所有的社会和经济组织都可以在这样的图景下被描述和理解，即任何组织的总体行为都可以被抽象描述成组织内部网络节点间的相互作用，以及相互作用后果在时间序列里的持续演化过程。
如图5-10所示，A、B、C、D、E均为一个区块链系统网络的节点。其中，A与B、A与C、C与D、D与E定义了互动关系，这些互动关系分别用智能合约1、2、3描述。网络中，各节点按照各智能合约已经写定的规则执行交互行动，然后各节点的状态得到改变。这些交互行动过程前后发生的变化全部记录在每个节点的账本上。根据需求选择（第三章描述的共识算法），决定一个节点作为记账人，全网络全部节点的账本都按照这个选定节点的账本同步。再根据互动需求和智能合约展开新的一轮交互行动、各节点的状态改变、再次记账。
图5-10 网络自动机观点下的区块链
这样的网络节点状态演化过程的描述，加上分布式的链式安全数据记录和分布式数据记录在网络上的同步机制即共识算法，就抓住了区块链系统运作的本质，并超越了描述本身。
在这样的图景和模型框架内，对于社会和经济组织行为的模拟和研究，实际上一直是以桑塔菲研究所为主力开创的复杂性科学和复杂网络学的基本研究范式。[6]这样的范式已经在过去自然科学、工程学、社会科学等领域取得了丰硕的成果。
这种范式同样是我们思考区块链系统如何合适地在社会、经济各方面的创新应用的有力武器。本书后续各章是关于区块链技术体系在各种场景视角下的应用模式的探讨，其中的一些创见是这种研究视角启发之下的成果。