【发展概况】区块链技术发展现状、趋势及影响

【专家简介】

郑子斌，男，中山大学数据科学与计算机学院教授，​​软件工程系主任，国家杰出青年科学基金获得者，国家数字家庭工程技术研究中心副主任，英国工程技术学会院士（IET Fellow），中山大学区区块链与智能金融研究中心主任，广东省计算机学会区块链专委会副主任。 获教育部自然科学二等奖（第一完成人）、吴文俊人工智能自然科学奖二等奖、首届“青年珠江学者”、珠江科技新星、CCF A类国际软件工程大会最佳论文奖、2018年度全球区块链50最具影响力论文奖等多项奖项和称号。 发表论文100余篇，论文在Google Scholar被引用超过10000次，其中2篇区块链论文入选全球最热门的15篇区块链论文（国内仅2篇入选）。

目前，区块链技术受到广泛关注，被誉为引发新一轮科技革命和产业变革的重要基础信息技术之一。 信息技术研究分析公司Gartner连续四年（2017-2020）将区块链技术列入全球十大战略技术发展趋势。 早在2016年12月，国务院就印发了《国家信息化“十三五”规划》比特币的发展现状与前景分析，鼓励区块链等战略前沿技术早日布局。 2019年10月24日下午，中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习。 推动区块链技术发展和产业创新。 发展区块链技术已成为我国信息技术领域的重大国家战略。 在此背景下，本文简要介绍了区块链技术的发展应用现状、趋势和潜在影响，并在此基础上给出了一些发展建议。

区块链技术发展与应用现状

区块链技术是比特币等加密数字货币的支撑技术。 自比特币问世以来，区块链技术已经走过了10年的发展历程。 目前，区块链技术在国内外发展迅速，呈现出诸多特点。

一、基础性关键问题研究不断深化

区块链技术是一项综合性技术，涉及到很多传统技术。 共识机制和可扩展性是区块链的根本关键问题。 共识机制是保证区块链中不同节点一致性的关键技术。 比特币采用的工作量证明机制，通过消耗系统中每个节点的大量算力，来保障10000多个节点共识的稳定性。 然而，比特币功耗过大、吞吐率低也成为其长期为人诟病的短板。 因此，为了克服上述缺点，许多共识机制相继被提出，例如以太坊的权益证明机制，通过代币的数量来决定获得记账权的概率。 此外，传统分布式计算机系统领域的容错算法也得到改进并移植到区块链系统中。 例如Hyperledger Fabric采用的PBFT算法，通过节点多阶段投票实现节点间的共识； Libra 的改进版 stunner 协议，通过聚合签名和增加主节点的负载来降低网络的整体流量负载。 上述共识算法都是在去中心化、可扩展性和安全性之间进行权衡，以适应特定区块链场景的需要。 尽管许多机构和学者提出了不同的共识机制算法，但目前对区块链共识机制的研究仍需继续进行更深入的探索。

可扩展性是衡量计算和处理能力的技术指标。 高可扩展性是指在系统扩展和成长过程中，系统性能指标不会受到太大影响，整个系统只需很少的改动即可处理。 容量线性增长，实现高吞吐量和低延迟。 可扩展性是推动区块链技术应用的关键基础性问题。 根据技术类型的不同，提高可扩展性分为三类技术手段：Layer0、Layer1、Layer2。 Layer0指的是点对点网络之间的优化，比如bloXroute，让区块在现有的点对点网络中传播得更快，从而变相提高了整个区块链的吞吐量和响应速度。 Layer 1指的是区块链本身的数据结构和共识机制的优化，其中最具代表性的就是分片技术，比如以太坊分片技术，将区块链交易分布到不同的分片链上执行，以提高吞吐量。此外，还有是 ELASTICO 安全分片协议，用于 OmniLedger 的两阶段客户端驱动的“锁定/解锁”协议，以及用于 RapidChain 和 Monoxide 的完整分片协议。 Layer2指的是区块链链下的优化方案，最著名的是闪电网络，即通过密码学的方式在多个节点之间建立支付通道，用户连接到开通该通道的节点即可实现链下结算。通道，保障用户链上资产的安全。

2、应用安全和隐私问题日益成为人们关注的焦点

区块链技术是在传统技术基础上发展起来的一种新型应用模式，具有分布式、匿名性等诸多新特点。 在应用中，这些新特性带来了很多新问题，其中区块链的安全和隐私保护是用户关注的焦点。 区块链的安全性来自于共识机制、加密算法等技术，实现了数据的加密传输，难以篡改、可追溯。 一般来说，区块链系统的安全问题可能发生在三个不同层面：一是网络层，即底层对等网络的安全。 特定节点的通信方式可以攻击特定节点，使其无法正常工作。 二是共识层，即共识机制本身的安全性，如工作量证明区块链系统中的51%算力攻击，通过控制网络区块在特定时间段内的打包。获得大量的计算能力。 三是智能合约层，即区块链上智能合约代码的漏洞。 最著名的是以太坊 TheDAO 事件。 智能合约被黑客入侵并盗取了价值数千万美元的加密货币。 面对以上不同的安全问题，研究人员从网络层和共识层的角度进行优化，开发智能合约检测工具对合约安全性进行审计，从而保障区块链系统的安全性。

区块链系统中的隐私保护问题是区块链应用中的另一个关键问题。 用户隐私问题不仅包括用户身份的保密，还包括用户行为的隐蔽和用户数据的保护。 虽然区块链具有匿名性的特点，但恶意参与者仍然可以通过公开信息跟踪、窥探用户的隐私信息。 目前常见的用户隐私保护措施有很多：一是通过零知识证明来保护交易的隐私。 零知识证明本质上是一个涉及两方或多方的协议。 证明者向验证者证明，使他相信自己知道或拥有某条消息，但证明过程不能向验证者泄露关于已证明消息的任何信息。 比如 Zcash 区块链。 二是通过隐藏地址保证交易发送方地址之间的不可链接性。 例如在XMR区块链中，发送方每次要发起一笔交易，首先利用接收方的公钥信息计算出一个一次性的临时中间地址，然后将金额发送到这个中间地址，接收方再使用自己的公钥和私钥信息可以找到交易并花费它，攻击者无法与真正的发送者和接收者进行任何关联。 三是通过环签名技术保证交易接收方的不可追踪性。 签名时，将签名者的公钥与另一组公钥混合，然后对消息进行签名，这样对于签名验证者（可以验证的人）来说，无法区分混合集合中的哪个公钥对应的是真正的签名者。 四是多方安全计算技术和联邦学习技术的应用。 通过同态加密、联邦学习等算法，在不泄露数据隐私的情况下完成数据的计算、比对和分析。

三、应用创新呈现新特点

在区块链应用方面，呈现出加密货币创新与联盟链布局并重的新特点。 区块链技术从比特币发展而来，以其去中心化、不可篡改、可追溯、匿名等特点，引起了学术界和工业界的广泛关注。 一方面，随着区块链智能合约平台以太坊的诞生，诞生了匿名币、稳定币等众多加密数字货币。 尽管这些加密货币被一些参与者用于洗钱、非法交易、市场炒作等场景，但这并不妨碍区块链在应用领域展现出巨大的潜力。 另一方面，以Hyperledger Fabric为首的开源联盟链平台，在众多行业联盟中有着众多具有代表性的应用。 比如在同行业，通过构建供应链金融区块链，打通同行业各方的应收账款，通过银行的介入，提高企业的融资效率； 实现房屋租售信息上链可追溯，提高信息透明度。 以上统称为基于区块链的分布式业务应用，其特点是通过区块链实现业务共享、数据通用、去中介化，提高多方对账效率。

发展趋势及影响分析

区块链技术仍处于早期发展阶段，但它已经在许多方面显示出潜力。 首先比特币的发展现状与前景分析，区块链技术有望成为价值互联的新型信息基础设施。 随着区块链技术在各行业的应用，区块链技术将成为个人和企业信息上链、资产上链、交易上链、各类服务上链的重要支撑，进而发展成为重要的社会信息基础设施。 基于链上附着的各种Token，实现基于区块链的价值互联和流通。 此外，区块链技术已成为打通“数据孤岛”、提高社会效率的重要信息技术。 大数据时代，数据成为重要资产。 然而，“数据孤岛”问题却成为数据发挥作用的“拦路虎”。 区块链技术结合多方安全计算、隐私保护等密码学手段，成为在保护用户隐私的前提下打通“数据孤岛”、实现数据融合计算的重要支撑工具。 “数据孤岛”的打通，将极大释放数据的价值，提升社会效率。

其次，区块链技术将有助于重构信任格局，重塑行业形象，提升政府部门的服务管理能力。 一方面，当前部分地区企业和行业存在公信力不足的问题，制约行业发展。 区块链技术易于追踪，难以篡改。 结合其他辅助手段，未来可能在某些领域重构社会信任关系格局，将公众对企业的信任转化为政府监管、群众参与的区块链。 信赖链科技，重塑行业形象，创造行业发展新机遇。 另一方面，除了商业应用，区块链在政府部门的流程优化方面也有很大的融合空间。 对于政府部门而言，安全是一切技术手段、政务执行和各项工作正常运行的基本条件，包括通信安全、数据安全、信息安全等。 区块链技术可以为链上信息提供溯源依据，从而保证网络上的数据和信息可信可靠。 区块链有望成为推动国家治理体系和治理能力现代化的有力工具。

第三，区块链技术将彻底改变中介行业，推动各种新业态的诞生。 一些中介行业存在的主要原因是为了打造一个中心化的平台，利用信息不对称来牟利。 随着区块链技术的发展和人们对技术的理解和接受，基于去中心化特点的区块链技术，结合人工智能等技术，将首先替代一些低价值的中介行业，进而实现中介行业的转型。 围绕区块链平台，将会诞生新的商业场景和服务模式。 从监管的角度来看，区块链技术将彻底改变法律行业，更新监管模式。 事实上，区块链分布式、不可篡改、可追溯的特性已经成功应用于司法证据存储。 随着区块链技术的发展和行业应用的推进，未来法律行业将面临新的取证形式。 围绕区块链数据的法律服务将成为法律行业的重要组成部分。 随着数据在链上的积累，基于区块链数据的各种监管取证将成为未来国家监管的重要组成部分。 现有的监管体系与区块链技术相结合，将创造一种新的监管模式，推动社会进步。 发展和丰富区块链技术的监管手段，创新监管模式将成为重要的研究课题。

最后，区块链技术可能催生超主权货币，冲击法币体系。 从金融属性来看，目前市场上的大多数加密货币（如比特币等）更像是投资品（或收藏品）而非货币，因此对法币体系的影响有限。 但最近提出的超主权稳定币（如Libra等）存在冲击法定货币的风险：一是跳过外汇管制等监管政策，外部资金可以通过加密货币直接进入国内市场，国内资金也可以通过加密货币流入 二是重要交易数据和货币流通信息丢失。 由于加密货币的去中心化和隐私性，监管机构将失去监管资金流向的能力； 第三是加密货币独立于主权货币。 进入国际金融体系可能会破坏当前各国的博弈平衡，对国际金融体系产生深远影响。

总结和建议

目前，区块链技术的发展还处于起步阶段。 虽然在技术上还存在诸多不足，但已显示出广阔的应用前景。 从技术上看，各种制约应用的关键技术不断被研究和突破，用户关心的核心问题正在逐步得到解决； 从发展趋势来看，区块链技术有望发展成为一种实现价值互联的新型信息基础设施，重构社会信任格局，重塑行业形象，改变众多行业，推动各种新业态诞生，催生新业态。超主权货币，冲击法币体系。

在发展区块链技术成为我国信息化领域重大战略的背景下，为推动我国区块链技术发展，占领技术制高点，可以采取多种对策。 首先，需要培育自主可控的区块链系统，建立区块链的生态优势。 目前在区块链公链中处于领先地位的是比特币和以太坊，在联盟链生态中处于领先地位的是IBM开发的Hyperledger Fabric。 我国需要大力推进国产、安全可控的区块链系统研发和应用，对标国外先进区块链系统，推动国产区块链在国内的开源和应用，丰富国产区块链应用生态。 只有建立生态优势，才能直接与国际知名的区块链系统竞争。 二是平衡各方利益，推进产业联盟改革。 目前，虽然区块链联盟链在各个行业都有一定的应用，但距离取代原有的商业模式还有很大的距离。 国家可以从政府的角度出台相关政策支持产业联盟的建立，促进以联盟区块链为代表的商业模式更快推进。 政府将牵头平衡各方利益，从而推动产业改革。 三是加强监管，防范金融风险。 区块链技术和数字货币代表了新兴技术的发展方向，新兴技术需要监管力量来引导其发展。 一方面，可以引入多方力量共同参与监管沙箱建设，依托监管沙箱，鼓励各类新兴技术创新，积累和丰富面向区块链技术的各类监管手段和技术。 另一方面，要严厉打击披着区块链“外衣”的各种骗局。 最后，加强科普，鼓励开源社区建设，形成有利于区块链发展的良好社会氛围。 目前，由于个别参与者利用区块链技术名义进行非法融资、炒作市场、诈骗等活动，区块链这一新兴技术在公众心目中留下了负面印象。 政府部门、科研教育机构、新闻媒体等应加强区块链科普工作，鼓励学术界、产业界和公众开展相关讨论，提高全民对新兴技术的认识，促进对区块链技术的理解和接受。普通人的区块链技术。 ，从而推动区块链在各行业的应用。 另一方面，开源代码是技术发展的重要手段。 虽然目前国内的部分区块链技术产品是开源的，但大部分还是闭源的商业软件。 这在情理之中，但也限制了技术发展和创新的速度。 国家可以鼓励区块链开源社区的发展，如向开源社区提供一定资金、组织开源社区交流活动等，促进区块链技术的开源和创新。