2021年8月16-19日，第二届国际理论计算机联合大会（International Joint Conference on Theoretical Computer Science，IJTCS）线上线下交互举行。大会由北京大学与中国工业与应用数学学会（CSIAM）、中国计算机学会（CCF）、国际计算机学会中国委员会（ACM China Council）联合主办，北京大学前沿计算研究中心承办。

　　小编将分方向带来“大会特邀报告”精彩回顾。本期为“有意识的图灵机”和“区块链”两个主题的特邀报告，分别来自卡内基梅隆大学 Manuel Blum 和 Lenore Blum 教授，以及纽约州立大学石溪分校陈婧助理教授。

Insights from the Conscious Turing Machine

Manuel Blum & Lenore Blum, CMU/PKU

　　Manuel Blum 和 Lenore Blum 教授的报告主题为“有意识的图灵机”。在报告中，Blum 教授探讨了利用理论计算机科学的范式和技术来研究“意识”这一传统意义上属于神经科学的话题。他们借鉴 Turing 对计算机的简单而强大的定义，建立了一个简单抽象的意识模型，称为“有意识的图灵机”，尝试区分模拟和真实的体验。

　　首先，Blum 教授介绍了神经科学家 Bernard Baars 的全局工作空间理论（Global Workspace Theory）。后者将大脑产生和处理意识的过程视为一个剧场，意识就是在剧场舞台上演员的表演，而储存在大脑中的长期记忆则像是坐在舞台下面黑暗中的无意识的观众。在这一意识模型中，感官从外部接受到的信息由无意识部分进行处理，最终以语言或其它有意识的形态呈现出来。

　　随后，他们将这一理论形式化为一个树型结构。在有意识的图灵机中，二叉树的根节点被建模为反应意识的短期记忆处理器（STM），而其余数量庞大的结点均为非意识的处理器（LTM），它们均拥有一个独立的地址。在每个时刻，非意识的处理器都会产生一个组块（chunk），由该处理器的地址、产生时间、信息摘要（gist）、强度（weight）和性质（mood）等资料构成。这一资料顺着叶子结点向根节点传递。在每一个非叶结点，均有可能存在若干个组块同时传输。此时，有意识的图灵机使用一个竞争函数（competition function）来决定此结点向上传递的信息，对此 Blum 教授还讨论了这一竞争函数应当满足的性质及其刻画。依据这样的动力学，STM 最终获得一个在多轮竞争中胜出的组块，这就是潜意识转换为意识的过程。

　　进一步，在 STM 中出现的信息会再次沿着二叉树向下传播反馈，使得每个潜意识处理器均注意到该信息。这就解释了意识和潜意识之间存在的互动，从意识转化到潜意识或从潜意识转化到意识。随着这样的互动地增加，由于 LTM 可藉 STM 注意到其他处理器报告的重要信息，LTM 之间的连接也会不断增强，有意识的行为也可以慢慢变成长期记忆中的无意识行为。Blum 教授还基于以上理论讨论了一些神经科学中的例子。

　　总而言之，有意识的图灵机提供了一个简单的形式框架来理解、解释和检验意识，同时使得运用计算复杂性理论和机器学习的工具来进一步研究意识成为可能。

Speculative Smart Contracts

陈婧，Algorand/Stony Brook University

　　陈婧博士的报告主要介绍了 Algorand 的第二层智能合约架构和它背后的设计原则。

　　以太坊是第一个在区块链中引入智能合约的平台，智能合约并非现实中常见的合同，而是存储在区块链上的一段可被触发执行的程序代码，虚拟机则为智能合约代码提供了一个运行环境。在以太坊的设计中，简单交易和智能合约交易会被不加区分地广播到全网，矿工在收到后会运行虚拟机、执行交易、生成新的区块。然而事实上，调用智能合约的交易往往依赖大量的数据、需要更多的计算资源，将它们和简单的转账交易混在一起后，排在后面的简单转账必须等待前面的合约调用先完成执行。更糟糕的是，每一个矿工都必须重复执行所有的合约调用，这造成了大量不必要的重复计算。

　　不同于之前的做法，Algorand 设计了一个两层的智能合约架构，其核心想法是将用户自定义的合约代码移出共识协议的关键路径。首先，Algorand 第一层智能合约（Layer-1）主要是为了满足日常需求，直接在区块链本身执行许多常见的简单交易，同时支持原子交易等。其次，Algorand为需要更多定制化的智能合约提供了第二层链外合约（Layer-2）。

　　具体来说，第一层的共识委员会依然会像以前一样，接收在网络中传播的交易并生成区块。这些交易既包括常规交易，还有涉及合约调用的交易，不同的是，后者仅会在链上记录、而不会被直接执行。此时，另一个合约委员会会被选举出来，它们会注意到这些链上记录的合约调用交易并在虚拟机中依次执行，虚拟机则会输出这些合约调用的效果（例如转账、创建资产、关闭账号等），然后，合同执行委员会签署一个凭证，连同其他验证条件一起提交给共识委员会。共识委员会只需简单验证、而不用重复执行这些合约代码，如果通过检查则将其一起打包进区块中。

　　总的来说，Algorand 灵活的两层智能合约架构将链下合约执行与区块链共识隔离开来，基于该框架，用户可以编写庞大的、计算要求高的、特殊的、复杂的合约，而不会影响其他人在链上的用户体验。