区块链技术与发展研究

2019-12-01徐晓兰

电子技术与软件工程 2019年16期

文/徐晓兰

1 深度融合网络时代面临的挑战

今天的互联网已经演变为大公司垄断流量入口、商业模式、服务提供和资源过度集中的封闭系统。这种高度集中化导致创新受阻，信息滥用，数据主权失控，安全难以保障等严重问题。

信息技术发展的历史表明，每次信息技术产业的突破都是以打破旧有垄断为契机,比如Intel推出第一款CPU之后，产生了硬件与软件分离，打破了原来依靠芯片、主板、操作系统等封闭体系结构的垄断，迎来了PC机40年的辉煌；而软件定义网络则打破了垂直集成网络设备的垄断，引发了近年来网络产业化创新的热潮。在数字时代打破互联网的垄断，有助于开辟数据经济产业创新的新一波浪潮。区块链技术可支撑高效的信息流和价值流的融合，参与者行为具有可预测性、可审计性，非对称加密方式极大方便了数据加密，保证了数据的安全性，为实现物理世界和数字世界融合、安全价值交换打下了坚实基础，有望成为价值网络的核心技术和数字经济的基础设施。

区块链技术脱胎于2008年由化名为中本聪（Satoshi Nakamoto）的研究人员在密码学邮件组列表中发表的论文《比特币：一种点对点的现金支付系统》中提出的加密货币“比特币”（Bitcoin），是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等信息技术的集成创新应用。它是新一代信息技术发展的关键，是构建高效可信数据共享、按需协同智能计算的核心，有望成为构建未来信息基础设施的核心技术。如果说TCP/IP协议让我们进入了信息自由传递的时代，区块链则将把我们带入价值自由传递的时代。未来，区块链技术有望对互联网底层逻辑产生颠覆式革新，实现从信息高速公路到未来信息社会的转变。这无疑对社会、政治、经济、文化和法律产生深远的影响，对构建数字中国、诚信社会具有重要意义。

2 区块链技术发展历史及当今态势

2.1 发展历史

区块链技术过往发展历程可以划分为如下两个阶段：

2.1.1 区块链1.0时代（加密货币阶段）

这一阶段以基于区块链技术的各种数字代币（Digital Tokens）或者称加密货币（Crypto currency）兴起为特征，比如于2008年中本聪（化名）在David Chaum（大卫•乔姆）等人研究成果的基础上提出的比特币（Bitcoin）。加密货币在虚拟的网络空间实现了不可信参与者之间的可信价值传递，为信息流和价值流深度融合奠定了基础，共有账本、经济激励、可追溯、难篡改等特点使得人们逐渐接受加密货币这一新事物，并尝试挖掘其背后的区块链技术在各种领域的应用，其作为建立人人互信社会的信息基础设施的可能性逐渐得到共识。

2.1.2 区块链2.0时代（智能合约阶段）

这个阶段特点是基于智能合约的区块链技术支持更加复杂的表达能力。如果说区块链1.0 时代技术上仅支持分布式可信记账功能，那么区块链2.0时代则支持了网络空间实体间分布式可信交互的时代。智能合约最初的概念于1993年由尼克-萨博（Nick Szabo）提出，区块链技术实现的智能合约将人、法律、虚拟世界之间复杂的关系程序化，而且合约内容明确、无法被篡改，数字资产交易、数字空间实体交互的过程借助智能合约在实现了可信互联的区块链构成网络环境中得以进行。部署于区块链上的智能合约代码是公开但是受区块链加密机制保护的，像现实世界的合同文书一样，智能合约的公开让参与方获得了彼此的信任，这种信任建立过程很好的解决了中心化信任机制问题，无需第三方权威参与。

目前，区块链正为各种行业提供解决方案，在促进数字经济和可编程社会治理等方面发挥着越来越重要的作用。

2.2 技术发展态势

全球区块链技术发展整体呈现“西强东弱”的态势，主要领先团队均来自欧美国家，他们掌握着核心技术和行业话语权，我国在基础研究、关键技术、体系结构等方面尚处于落后地位。

区块链技术体系可大致分为基础设施层、通用和行业协议层、应用层。基础设施层的代表三大底层平台分别为Gavin Andresen领导的比特币、Vitalik Buterin领导的以太坊和Brian Behlendorf领导的超级账本，以三大底层平台为基础建立的行业组织几乎囊括了全球IT、金融等各领域的实力企业，事实上垄断了底层行业标准的制定。通用和行业协议层包括分布式金融协议R3CEV、分布式证券协议DAH等十家公司，这些先行者将会在市场上形成领先的区块链平台公司。而应用层方面，区块链技术作为新一代信息技术正在快速成长和突破应用，在金融支付、信息安全、医疗健康、文件存储、供应链、公正防伪、慈善公益、电子发票、版权交易等大量领域获得了成熟应用。目前，区块链技术已经开始尝试在工业互联网和智能制造等方面的应用。在应用层方面我国与发达国家相比差距不大。

区块链技术诞生至今，围绕着构建数字社会信息基础设施，以实现价值互联网、支持数字社会为目标，在基础理论、关键技术、体系结构、创新应用四个层次开展研究并取得了不俗进展。基础理论方面，从比特币系统的工作量证明到以Algorand、Hashgraph等为代表的新一代共识算法，在保证系统安全性和良好扩展性的前提下，算法效率取得了上万倍提升。关键技术方面，在计算法律学指导下、基于人工智能辅助的智能合约编写和形式化验证有望解决当今合约面临的安全漏洞、法律问题；而以侧链、虚拟链、中继链为代表的跨链技术则为应用层屏蔽了底层复杂性。体系结构层面，

从仅支持非图灵完备合约和记账功能的比特币系统发展到当今新型网络体系结构雏形，如以MIT Connection Science实验室为代表的未来信息基础设施方案，以Blockstack为代表的去中心化命名解析和数据存储系统。应用层面，更是从影响当今货币金融体系的数字货币扩展到社会治理和军事国防应用，典型代表如中国央行正在加速推出的法定数字货币、英国政府区块链福利支付系统、爱沙尼亚电子公民、美国DARPA资助Guardtime等公司正在探索建立的安全通信平台、美国脸书公司Libra为代表的金融数字化应用等。

2.3 未来发展趋势

区块链技术是对互联网底层逻辑的革新，有望将“以通信为核心、计算存储为辅助”的互联网转变为“以计算存储为核心、以可信互联为辅助”的未来信息技术基础设施。

（1）类比互联网的核心IP协议，区块链技术有望成为未来价值互联网信息基础设施的核心协议，在底层逻辑层面即支撑了深度融合网络中网元之间可信互联、按需协同和智能计算，使当今无序、失序和信任缺失的互联网转变为可信信息基础设施。

（2）区块链技术有望改变当前互联网中数据对象命名、索引与路由模式，去中心化的数字对象管理和路由使得数据与应用解耦，从而支撑高效可信数据共享，释放深度融合应用发展空间。

（3）区块链赋予了用户对数据的控制权，构建尊重每个数据源主体权益的有序规则体系，提高数据源之间按照规则和利益进行有效协作共享的效率，实现了“我的数据我做主”。

实际上当前国内外已经有研究人员在上述方向取得了初步进展。在未来信息基础设施的构建方面，Alex Pentland领导的美国麻省理工MIT Connection Science Research Initiative提出了一套完整的未来信息基础设施架构的设想，包括数字身份、分布式可信计算、个人数据存储机制，其特点在于可以将应用置于特定监管环境而非应用提供者内执行。Yves-Alexandre de Montjoye领导的openPDS项目，在组成未来深度融合网络的基本单元——私有数据中心方面具有领先优势。数字对象标识体系方面，当前国外领先团队为TCP/IP的发明人Robert Khan领导的CNRI，其建立的数字对象体系结构是目前应用最为广泛的数字对象存储、注册、解析系统，其优点在于层次的名称结构可扩展性好、数据位置变化不会影响解析性能。此外值得一提的是Onename公司提出的基于区块链技术的分布式域名系统Namecoin，具有查找时延低、数据流通性好的优点。

此外，分布式共识算法效率的提升、密码的安全性迭代、智能合约的形式化验证、监管与用户隐私、跨链技术、复杂场景下的应用和社区生态的建设也是未来关注的重点。同时，区块链技术将与人工智能、大数据和物联网深度融合发展。