全球区块链技术与应用创新现状、趋势和启示

孟雪 孙小越

全球区块链技术发展现状与趋势

（一）全球区块链技术发展现状

1.区块链技术创新不断升级。随着技术不断升级与迭代，区块链已经步入3.0时代，核心架构逐渐趋于成熟，行业生态链已经初步成形。目前，全球区块链功能架构保持稳定，但在落地过程中还存在许多安全问题和性能提升空间，区块链技术仍处于快速发展阶段，全球区块链技术创新态势持续火热。

一是持续提高区块链的安全性。在密码学方面，区块链技术中运用了Hash算法、数字签名、数字证书、PKI体系、Merkle树等技术，这些技术都是现代密码學较为成熟技术。在区块链钱包安全以及公私钥存储安全等方面，主要通过智能硬件钱包、安全私钥存储机制等方法。在账本数据方面，为满足账本数据的一致性和可用性等安全要求，普遍采用数据校验、数据容灾备份等技术方案，以保证各节点数据在上链过程中的一致性及链上数据因系统故障导致丢失损毁后及时恢复。2019年4月，IBM获得使用DLT的移动数据共享方法专利，通过分布式账本技术跨越现有网络基础设施，远程感测并控制连接对象，将连接的物理对象整合到计算机系统中。

二是完善区块链隐私保护技术。为提高区块链技术的匿名性，保护用户身份安全隐私及交易数据隐私，多种区块链隐私保护方案被提出，大致分为三类：基于混币协议的技术、基于加密协议的技术和基于安全通道协议的技术。基于混币协议技术是指在交易中包括大量交易输入和交易输出，使得外界很难在输入和输出中找出某个用户交易的上下游信息，导致输入与输出之间的联系被割裂以达到交易隐私保护。基于加密协议技术是通过密钥对敏感数据加密，只有持有相应密钥的用户才能查看数据内容，从而保证用户数据的安全性。例如，多方安全计算、盲签名、环签名及零知识证明等技术，其中，多方安全计算又分为混淆电路、同态加密和密钥分享等方式。基于安全通道协议技术主要是通过使用诸如双向微支付通道、闪电网络、Sprites等链下支付安全通道，将交易细节转移至链下执行，从而达到交易信息隐私保护目的。2019年5月，专注于数据隐私保护的以色列区块链创业公司QEDIT推出QEDIT Asset Transferr企业解决方案，用于维护区块链网络上大规模价值转移的数据机密性。

三是着力解决区块链互联互通和可扩展问题。区块链跨链技术是连接各区块链的桥梁，主要解决各区块链之间的原子交易、资产转换、区块链内部信息互通等问题，以达到区块链互联互通并实现区块链价值自由流动的目的。2019年7月，德国区块链平台Lisk发布了软件开发工具包（SDK），实现创建可互操作的区块链生态系统并使开发人员能够创建完全可定制的侧链。

四是多种措施提升区块链性能。区块链性能成为制约区块链技术大规模应用的瓶颈之一。针对区块链性能不足的问题，业界提出多种创新解决方案，其主要思路是链上和链下扩容、单任务转多任务并行处理、并行、有向无环图DAG等技术方案。其中，分片技术根据不同的分片机制可以划分为：网络分片、交易分片和状态分片，比较著名的项目有以太坊、Quarkchain为代表的状态分片，以Zilliqa为代表的交易分片。2019年4月，美国云服务提供商Akamai Technologies为高性能区块链申请新专利，通过同时处理交易而不是按现的顺序排序来提高分布式账本系统的吞吐量。

2.全球专利数量增长放缓。截至2019年底，全球公开区块链专利的申请数量高达2.7万余件。2016—2018年，区块链专利申请量逐年快速递增，2018年，全球新增专利数量为11694件，而进入2019年，专利申请数量为8299件，同比减少28.76%，速度有所放缓。中国在2019年保持快速增长趋势，在全球专利占比为50.3%，位居全球第一;美国申请专利数量为6154件，占全球总量的22.8%，居于全球第二。

国际专利数量能够反映出各国企业创新能力、市场覆盖率及核心竞争力，是企业进行全球专利布局的重要途径。世界知识产权组织WIPO数据显示，到2020年2月，区块链国际专利数量为3321件，其中，2019年前公开专利数量为3040件，较去年同比增长150.3%。从各国专利数量上看，获得区块链国际专利最多的3个国家分别是美国、中国和韩国，其中，美国国际专利数量为1545件，占专利总量的46.5%;中国专利数量471件，占专利总量的14.2%。

（二）全球区块链技术发展趋势

1.以联盟链为核心的区块链技术将继续实现创新。联盟链相较于公有链，具有部分去中心化、可控性更强、交易速度较快等特点，正逐渐成为区块链应用实际落地的主流选择。当前，区块链技术的大规模应用仍存在安全性、隐私保护不足、可扩展能力低等问题。展望2020年，区块链企业将继续重点突破区块链技术瓶颈，其中，共识机制或将成为区块链核心技术突破的主要方向，区块链的链结构和P2P网络结构也将不断迭代。各类技术创新解决方案将不断涌现，加快促进区块链技术创新成果加速落地。

2.BaaS平台继续快速演进。BaaS平台在安全可控、性能、可用性上直接对齐云能力，同时可以结合容器化、函数化的先进开发模式，在公有云和私有云场景都能快速覆盖，具有区块链创新创业初始门槛低、快速开发和搭建区块链去中心化底层架构和应用程序、降低创业者和中小微企业部署区块链和运营维护成本以及为企业提供更灵活和简单易用的开发环境四大优势，非常适合区块链中小微企业探索链上创新应用。近年来，BaaS平台成果和创新不断，全球互联网企业都在积极推进BaaS平台服务升级，推动区块链应用的成本下降和区块链市场的繁荣。

3.国际企业间专利竞争逐步升级。近年来，区块链专利成为区块链企业的重要竞争点，全球区块链专利申请数量持续攀升。其中，中国区块链专利申请数量始终居于全球首位，2019年占比超五成。随着区块链企业技术更加成熟，应用产品不断增多，国际专利申请数量将继续提升，国际企业间的专利竞争将更加激烈。

全球区块链应用发展现状与趋势

（一）全球区块链应用发展现状

1.金融行业积极布局区块链技术。金融行业是区块链技术应用最早、需求最多的领域。目前，区块链在全球支付、贸易融资、代理投票、财险理赔、资产再抵押、银团贷款、自动合规和股权、证券交易等金融领域均有商业落地与推广，尤其是在数字资产交易服务领域。2019年6月，Visa推出部分基于区块链技术的Visa B2B Connect跨境汇款服务，支付网络整合了Hyperledger的技术，将覆盖全球30个贸易渠道、90个市场，成为支付业界的一个重要里程碑。共同基金企业领航宣布，使用区块链平台Assembly来帮助管理其金融产品的数据，改善管理基金的方式。7月，富士通实验室利用区块链开发了基于DID技术的系统，可以分析在线交易中存在的伪造风险和对方个人凭证的可信度。IBM与金融服务公司合作推出了Lygon区块链平台试点项目，对零售物业租赁行业的银行保函的发行和管理进行数字化处理，旨在降低欺诈风险，减少人为错误的可能性。在2019年，德国商业银行、奥地利银行、巴西银行、澳大利亚联邦银行、俄罗斯联邦储蓄银行、新加坡星展银行和日本三井住友银行等均开始应用区块链技术落地新应用，提供贸易融资支持、建立防欺诈网络，帮助中小企业更快获得贸易融资，降低欺诈和网络安全威胁的风险。

2.商品溯源应用需求迅速攀升。商品溯源是目前区块链落地最有应用前景的领域之一，国内外企业纷纷推动溯源应用在食品、医疗、文化等领域落地。应用区块链技术能解决由于信息不对称导致的存在性证明问题，实现商品的全流程跟踪记录和商品的信息上链，有效防止商品造假，降低供应链成本。2019年1月，家乐福在比利时、意大利应用区块链技术提供数字追溯解决方案，追踪食生鲜产品的生产过程。2月，美国IBM与制药公司Boehringer Ingelheim合作，将临床记录保存在区块链上，提高数据的完整性、透明度和患者信息安全性，降低成本和自动化流程。5月，GE Aviation航空公司在微软Azure的帮助下建立了基于区块练技术的供应链跟踪体系，用于监控和整理与关键飞机发动机零件制造和生命周期相关的数据。

3.区块链逐渐应用于各国电子政务和公共服务应用中。区块链技术应用在政务领域，将有助于实现政府数据的共享开放，提高各国政府提供公共服务的效率，将区块链应用于税务、海关、商务和医疗卫生等领域。2019年1月，智利财政部下属税收机构TGR推出了处理支付的区块链平台试点，该平台在区块链上存储智利公共机构处理的交易，如纳税或专利费等。5月，沙特阿拉伯海关试点基于区块链平台TradeLens的货物运输，将其跨境贸易平台FASAH与IBM和马士基的TradeLens區块链平台连接起来，实现沙特阿拉伯港口的货物发送。7月，新加坡政府首次将区块链技术引入国庆日庆典的操作系统，由基于区块链技术的搜索引擎Boogle负责新加坡国庆日相关运营生态的软件开发。10月，迪拜经济发展部推出基于区块链的统一商业注册平台UBRP，提高企业在迪拜开展业务的便利性。

4.区块链在智能制造领域的应用迅速拓展。随着全球智能制造与物联网产业的快速崛起，区块链与制造业及物联感知领域的结合也成为必然趋势。2019年1月，德国科技巨头西门子的能源管理和发电服务部门与区块链平台EWF合作，使用基于区块链的微电网控制解决方案来优化能源消耗，促进能源行业内去中心化技术的应用。6月，英国启动首个基于区块链的电力资产登记项目RecorDER，由英国国家电网电力系统运营商等四家公司联手创建了基于区块链技术的共享数据库，记录与英国输配网络相连的所有发电和存储基础设施数据，提高资产信息的可视性和可用性，降低电网的总体运营成本。11月，IOST与日本富士见市电力系统共同推出基IOST区块链的P2P电力交易项目，利用区块链技术驱动出价系统和奖励机制进行公司（或个人）之间的链上电力交易。

（二）全球区块链应用发展趋势

1.全球金融领域应用将更加成熟。在全球大型金融机构和互联网巨头企业的联合创新推动下，区块链技术正从概念走向金融业的各类应用。目前，全球已经有一定数量的金融服务应用通过了原型验证和试运营阶段，涉及供应链金融、跨境支付、资产管理和保险等细分领域，并且应用场景也在不断扩大。区块链能对金融重点领域的核心功能带来变革性的冲击，未来，区块链在数字货币、支付清算、普惠金融和资产管理等方面的应用将进一步深化，助推传统金融机构转型，重塑金融市场征信体系。

2.政务服务领域将成为各个国家探索的重点。在全球区块链的延伸应用中，将区块链技术与政府治理及公共服务相结合是当前区块链应用落地的热门方向。区块链逐渐成为构建智慧城市发展框架、推动政府治理创新的重要支撑。美国、英国和日本等区块链技术较为先进的国家对使用区块链技术提高政务管理效率都持积极态度。近年来，国家的政策支持力度逐渐加大，应用落地不断。面对数字化社会的多样性和复杂性，区块链作为构建秩序、规则和信任的典型技术手段，在数字化基础上进一步提供了可追溯机制和多方高效协同等能力，可帮助实现更为高效、有序、可信的治理和监管。所以，未来在政务领域，应用区块链也是必然发展趋势。

3.分布式应用将继续活跃落地。DApp（Decentralized Application，分布式应用）是公有链技术创新产物，也是公有链技术落地及其核心价值体现。目前，以以太坊、EOS和波场为代表的公链开始进入DApp实质落地应用的推进阶段，区块链市场竞争也更加激烈，其中，以太坊和EOS囊括了市场上90%的DApp。虽然区块链DApp整体生态还不完整，整体活跃人数、交易额度和频次都较少，距离DApp大规模应用还有一段距离，但从DApp数量上看，DApp开发依然保持着一定的热度，大量团队持续入局，未来发展空间广阔。

五点启示

1.提高技术研发能力，加快关键技术自主创新。要明确区块链技术核心技术，攻克区块链系统在去中心化条件下的性能提升、互联互通、安全与隐私保护等关键技术，加速区块链技术的基础层、中间协议层和应用服务层创新探索。重点突破共识算法、智能合约安全、跨链通信、数据隐私保护、国密算法等关键技术。通过集聚产学研用等多方资源，支持高校和科研院所建设区块链创新实验室和研究中心。持续加大资金投入力度，支持区块链、软件和信息技术服务、互联网企业和研究机构的联合创新，加强区块链核心技术的自主研发攻关。

2.加强区块链技术相关基础理论研究。一是加强区块链底层技术学科基础建设。发挥高校、科研院所和骨干企业的智力资源优势，建立区块链技术学科，构建联合实验室，鼓励高校开设区块链课程。紧跟国际区块链理论发展前沿，通过重大科学计划、国际科技合作计划等方式开展区块链基础理论研究，探讨区块链技术中涉及数学、信息学、密码学、经济学的基础理论和基本方法，为区块链技术研发提供理论支持。二是建立区块链科学理论体系。加快研究分布式计算、博弈论、加解密算法等理论问题，探索区块链性能、隱私、安全之间的平衡规律和链上链下协同治理机制，加快区块链技术理论、方法与其他领域融合研究，形成跨专业、多领域交叉的区块链技术科学。三是加强区块链安全与隐私保护研究。重点研究零知识证明、同态加密、多方安全计算等密码学前沿问题，研究缺乏可信第三方的情形下安全计算约定函数的方法，探索保护隐私的安全数据统计和安全模型训练及预测的规律。

3.推动我国区块链开源技术生态建设。一是支持开源区块链项目发展，引导企业加大对全球区块链共性基础技术资源的整合和利用，支持我国企业或组织主导全球区块链项目创新发展。二是鼓励区块链企业组建开源软件企业联盟。鼓励区块链企业在遵守开源软件许可证协议的基础上开展商业运营模式创新，借鉴比特币、以太坊等开源信息项目的成功经验，大力推广订阅服务、集成应用等商业模式。三是加快建设区块链开源社区。整合各方力量重点建设一到两个综合性的、功能完善的、面向全球用户的开源社区，全面提升社区的代码托管、项目迁移、代码审查等能力。

4.重视区块链安全问题，构建全面安全保障体系。一是提高区块链安全风险防范认识，加强对区块链安全问题的持续性和常态化研究，对区块链技术、应用潜在风险以及不断变化的攻击手段和方式，展开持续性跟踪和分析，研判安全风险发展趋势。二是研究制定区块链技术、平台、应用生态的安全技术要求、安全标准。明确主要威胁以及相应的安全体系架构，针对各关键模块提出安全技术要求，形成区块链安全标准体系。三是深入研究区块链安全风险检测和应对技术。针对区块链核心技术与机制、平台架构、应用部署等不同类型的潜在安全问题，研究覆盖区块链编码、运行、部署和管理各个环节的应对解决方案。

5.促进重点领域的应用创新和先行先试。一是加大各地区块链扶持政策，促进区块链技术成果转化和应用推广。应用场景应优先考虑需求突出、痛点明显、增量显著、发展快速的精品业务，试点成功后再逐步扩大应用范畴。二是在金融领域、政务服务、民生服务等区块链发展相对成熟的领域，支持基础条件好、示范效应强的行业，组织开展区块链技术应用试点示范工作，形成一批可复制、可推广的典型案例和样板工程。三是大胆探索区块链在信息基础设施、智慧交通、能源电力等领域的推广应用，提升城市管理的智能化、精准化水平。围绕农业、医疗、教育、文化、智能制造领域，为行业各主体搭建合作交流和资源对接平台，组织开展区块链技术应用试点示范工作，积极拓展区块链应用场景。四是鼓励行业龙头企业重点区块链应用解决方案示范，加强区块链技术与既有产品、服务的融合创新，构建资源丰富、多方参与、合作共赢的跨行业区块链应用产品体系及行业解决方案。