区块链技术研究述评

刘凤鸣 陈玥彤

( 山东师范大学商学院，250358，济南 )

区块链技术是一种去中心化去信任化的分布式数据库与密码学技术、共识机制和智能合约的集合，通俗地讲，是一种无需第三方中介参与就能够实现多方协作、集体维护的安全加密分布式账本.起初，区块链技术是随比特币的提出而提出的，目的是用于解决金融领域的信用危机、隐私问题和数据管理问题.现如今，区块链已成为全球新型信用创造机制的代名词，能够实现价值流动、信息共享、合约交互、资产可追踪等重要功能.目前，区块链在IT界、实业界以及学术界等领域掀起了研究与应用热潮，被认为是继蒸汽机、电力、信息和互联网技术之后的第五大具有引发颠覆性革命潜力的核心技术.

2016年年初，联合国社会发展部(UNRISD)发布了有关区块链的重要报告，认为区块链技术在传统金融领域以及国际经济合作等方面有着很大的发展空间.2016年10月，中国工业和信息化部发布《中国区块链技术和应用发展白皮书》，对区块链技术进行技术分析并做出行业发展指导.2016年12月，中国国务院将区块链写入“十三五规划”，这是中国首次提出将区块链技术作为重点发展技术.2017年8月，联合国机构于美国发起世界区块链组织(WBO)，这是联合国机构序列中唯一专注于区块链技术和产业的非政府组织，也是全球规模最大的区块链国际组织.2018年4月，欧盟(EU)诸国签订协议确定将区块链作为大力扶植项目，共同力推区块链的落地与发展.2018年9月，经合组织(OECD)举行区块链国际会议，深入探讨了区块链的前景、风险及其对全球经济和网络安全的影响.同月，由中国国家互联网应急中心主导的《基于区块链的数字版权管理安全要求》国家标准在国际电信联盟通信标准局安全组成功通过立项.

作为新兴信息技术前沿的区块链，虽然具有巨大的研究与应用价值，但目前从整体来看国内外对区块链的主要研究还是理论多于实际，其落地于实际应用与产业驱动受到了限制.本文梳理了区块链的发展史，并对区块链学术研究现状进行文献计量分析，系统地介绍了区块链的原理与核心技术，分析其应用价值与存在的风险，提出相应的建议，并对未来区块链发展动态进行了预测，进而为后续相关研究提供参考借鉴.

1 区块链发展史

1.1区块链1.0时代——比特币2008年，全球陷入一场经济持续衰退最为严重的金融危机.在此背景下，一位化名为中本聪的神秘人士提出了将金融平权的解决方案，他在互联网上的有关密码学原理的邮件组中发布了一篇题为《Bitcoin：A Peer-to-peer Electronic Cash System》的文章，文中提出了旨在改变传统集权金融架构的新货币体系——比特币，中本聪将其阐述为完全点对点传输的电子现金系统，使得任何达成一致的双方无需第三方中介的参与即可完成交易.比特币白皮书的发布标志着其底层核心技术——区块链的问世，拉开了区块链1.0时代的帷幕.2009年初，中本聪建立了第一个创世区块，标志着以区块链为底层核心技术的比特币系统正式落地.

区块链1.0的形式是可编程货币，是指以比特币为代表的数字货币应用，其同传统货币一样具有支付、流通等货币职能.中本聪认为只要有权力集中的金融体系的存在，就会有金融危机的发生.因此，使基于中央机构信用的传统金融架构瓦解是比特币推行的根本动力.在比特币这种去中心化的货币体系之下，民众可以更简单地实现信用且成本更低，也无需担心某个节点影响整个系统的运作.其中的奖励机制还可以鼓励各比特币节点积极工作，从而保证区块链的正常运转.在这一阶段，比特币的成功推行使区块链技术凭借去中心化、不可伪造、流通便利等特点逐渐被民众认知和接受.

1.2区块链2.0时代——以太坊虽然区块链1.0比特币发展逐渐成熟，但比特币的特性仍不完美.首先，比特币的扩展性能有所欠缺，用户无法自定义一些功能加嵌在体系中的脚本语言上；其次，虽然区块链在数字货币市场得到了大力发展，但却几乎未涉及到其它行业.

2013年年末，一位名叫Vitalik Buterin的俄罗斯人对外发布了以太坊白皮书，以太坊项目的开启标志着区块链2.0时代的到来.以太坊是一个提供给用户各种模块用以搭建应用的公共区块链平台，是在比特币去中心化架构基础上进行的改良，其中标志性创新是引入了智能合约，旨在能够让每一位用户都有自定义去中心化应用的权利，各类规则都可以写进智能合约里，从而让区块链技术真正落实到实际服务业务中.区块链2.0的形式是可编程金融，智能合约的引入使区块链技术不仅可作用于货币领域，而且对结算清算、跨境支付、股票证券、数字债券等其它金融领域也提供了众多应用场景.

1.3区块链3.0时代区块链2.0，即以太坊的成功应用，在金融界大获成功，既减少了信任成本，也降低了财务风险，然而却只是局限在金融领域，还尚未涉及到社会其它领域.

随着区块链技术的进一步发展，社会上其它各行各业也相继尝试引入区块链技术，用以解决去中心化信任问题与价值交换的安全问题，实现无信任基础的多方达成共识的价值传输体系.人们逐渐意识到区块链技术不再是一个依附于比特币、以太坊，或者任何数字货币的技术，而是真正作为一种独立的技术纳入到社会研究领域，具有极高的学术研究价值.区块链不再只是局限于金融领域，而被认为是能够打造智能价值互联网，在社会各种有需求领域都具有应用价值的一种颠覆性技术.从可编程金融发展成为可编程社会，通往全民共同创造信用与价值流动的共享世界，这就是充满无限愿景的区块链3.0.

2 区块链的研究分析

为了进一步了解区块链的发展态势以及国内外关于区块链的研究热点，本文采用文献计量方法，选取Web of Science核心合集数据库，对2008—2019年间发表的含有“Blockchain”主题词的文献进行检索，共得到1 548篇外文文献.利用信息可视化工具CiteSpace，对检索出的研究文献，基于发文量、被引频次等指标对区块链研究的时空分布、学科前沿、突现关键词、被引文献、重要期刊等方面，采用知识图谱的方式进行可视化分析.

2.1区块链研究的时空分布图谱由图1可知，2008年至2014年期间关于区块链的研究极少，从2015年区块链被当作研究主题收录在Web of Science核心数据库中，之后相关文献数量逐年递增，且2018年的发文数量猛增，说明2018年是区块链的发展元年，从这一年开始,学术界掀起了区块链研究的热潮.

使用CiteSpace选取节点类型为 “Country”进行分析，得到区块链发文国家分布情况，依照频次排序选取前10位，结果如表1.从表中可知，选取的12年间区块链研究的相关文献的1/3来自于中国，说明中国对于区块链技术的研究较为重视.排名前10的其余国家绝多大数都为经济发达国家，说明经济发达的国家也非常重视对区块链的研究，因为区块链技术已被他们当作经济体制革新的一种先进技术.

图1 2008-2019年区块链研究时间分布图

表1 2008-2019年区块链研究国家分布一览表

图2 区块链研究突现关键词共现网络

2.2关键词共现分析关键词是体现论文主题的核心词语.通过关键词共现分析，能够分析出该研究对象的热门主题.在CiteSpace中设置突现词探测，节点类型为主题词和关键词，设置阈值为Top80，运行稳定后如图2所示，总共节点有85个，边77条.将所得结果中的关键词按频次排序，结果中有中心度为0的关键词说明不是枢纽性的关键词，这里只重点关注中心度不为0的关键词，选取频次前20如表2所示.

表2 频次前20(中心度大于0)的关键词

2.3学科共现分析对区块链进行学科共现分析能够体现与区块链相关的前沿领域.设置节点类型为学科领域，设置阈值为ToP60，运行稳定后，得到学科共现网络如图3所示，总共52个节点，68条边.节点越大表示频次越高，可以得到与区块链研究相关的热门前沿主要有计算机科学、信息系统、电子工程、软件工程、电信、商业等领域.

2.4文献共被引分析设置节点类型为被引文献，将阈值设置为Top150，运行稳定后得到节点共181个，边224条，设置的模式并进行关键词聚类，如图4所示得到了11个聚类标签，主要有比特币、以太坊、物联网等.通过文献共被引时间线视图分析可以揭示区块链研究领域的知识基础的演变，可以看出各聚类关系和每个聚类中的与区块链有关的文献的时间跨度.

图4 文献共被引聚类时间线分析

3 区块链原理详述

3.1区块链含义基于区块链的实质，对区块链的定义可以从数据和技术两种角度加以理解.从数据的角度来看，区块链是指一种将区块节点以链形式按时序连接而成的分布式数据库，所有的数据由全部参与节点共同记录与维护，因而几乎无法被篡改，并且能够跟踪记录；从技术的角度来看，区块链不是一种单一的技术，而是由密码学技术、共识机制、智能合约等核心技术共同实现的，以P2P协议的点对点通信技术进行数据的传输共享.

基于区块链的应用场景，对于区块链的定义又可以从实际价值的角度来理解.从狭义来看，由于区块链源于货币领域，因此区块链实际上是一个安全可靠的去中心化数字货币机制，以分布式账本的形态实现信息的传输共享与价值的流动，在这种机制下实现全民集体记账.从广义来看，区块链是一种新型信用创造机制，在没有信用中心的情况下实现价值的自由流动，这不仅是意味着传统金融体系的变革，还意味着互联网价值传输形态的变革，由传统的用于传递信息的信息互联网转变为传递价值的价值互联网.

3.2区块链分类对于区块链的类型通常是根据开放权限进行划分的，分为公有链、私有链、联盟链三大类型.

3.2.1 公有链 公有链是三种类型中出现时间最早的，应用时间最久的，也是开放程度最高的，具有最强的去中心化.在公有链上，不存在权限的设定和局域的限制，可以看作是一个全公开式账本，所有的网络节点无需身份的认证即可对链上数据进行共同记录维护，数据的记录完全是公开透明的，任何节点都能访问查看.此外，由于权限的高度开放，节点的工作积极性难免会有所影响.因此，在公有链设置激励机制是十分必要的，通过这种机制可以让更多的用户节点参与共识，从而维护系统的正常运行.典型的比特币和以太坊都是使用公有链运行的，且都采取了激励机制.

公有链虽然是公信力的代表，但又不可避免地存在一些局限性.首先，最大的问题在于隐私问题，公有链数据记录公开透明的性质不适用于政府、银行等需要数据保密性工作的机构；其次，存在的很大问题是效率问题，公有链上是全部节点进行参与管理的，公有链对于数据传递和信息处理之类的需要较高响应时间的活动，就很难满足效率的要求.

3.2.2 联盟链 联盟链又称局域链，由若干不同的组织或机构共同参与管理，可以看作是一个半开放式账本，并非是参与到链中的节点即有权限访问数据，而是需要预先得到机构的批准获得访问权限.联盟链可以理解成是由公有链牺牲了部分权限换取了效率而设计出的一种区块链，不同于公有链的全体节点参与共识，联盟链的实体不再是单独的个体而是多个组织，只需联盟中的大部分组织获得共识，即可操作管理数据.目前最为知名的联盟链区块链项目是2015年由Linux基金会发起的超级账本，主要被用在商业领域中企业之间的应用.

然而，联盟链虽大大提高了数据处理的效率，但仍存在一些局限性.首先，联盟链在一定程度上具有中心化的特征，具有被恶意攻击的风险，一旦出现有多个参与者蓄意合谋的情况，那么系统在剩余少数人的手里就难以维护，这个系统数据就会陷入难以修复的安全危机.其次，联盟链的应用场景也欠缺一定的灵活性，在实际应用中更适用于中小型企业，对于约束条件众多和运行流程复杂的集团或大型企业来说，则会失去联盟链原有的效率优势.

3.2.3 私有链 私有链是与公有链相对的一个概念，顾名思义就是指不对外开放，仅仅在组织内部使用的系统，适合金融机构、政府部门等对数据保密性要求较高的群体.私有链对链上数据操作的权限具有很高的要求，数据对组织外部的人不公开，组织内部可以根据实际需要自行进行设计，因此其能够提供很好的隐私保障，也不容易被恶意攻击.私有链中的节点相对来说较少，这意味着组织内部的交易实现和数据处理的效率都得到了大幅度提高.

尽管私有链具备快捷高效的特性，但与其它两种类型的区块链相比，私有链从整体来看是不具备去中心化特性的，只有组织机构内部才有权操作，这实际上违背了区块链“去中心化”的基本原则.

3.3基础架构与工作流程

3.3.1 基础架构 区块链基础架构如图5所示，整体上可划分为数据层、网络层、共识层、激励层、智能合约层和应用层 6个层次，各层之间相互独立又不可分割.其中数据层、网络层和共识层是区块链中必不可少的基本组成部分.

图5 区块链基础架构

最底层架构为数据层，这一层封装了区块链的数据区块及其组成的链式结构，以及非对称加密技术和时间戳等技术，用以实现区块链的身份验证、按时序相连等特性，从而保证区块链的分布式存储与数据信息的安全性.

网络层的主要目的是实现节点之间的信息交互，其中封装了网络连接与信息传输的机制，是区块链实现信息不经过中心服务器而是在各节点之间点对点传输的基础.

共识层封装了网络节点的各类共识算法，是区块链创建信用的关键技术，目的是在各节点权力一致的去中心化环境中通过算法选出特殊节点，各节点实现合作，达成共识，从而在短时间内完成对交易的记录.

激励层的作用是针对区块链由于去中心化而导致部分节点效率低下的情况，激励节点的工作积极性，从而使整个系统正常有效地运转，其中封装的发行机制和分配机制分别用于实现代币的发行和分配.

合约层是区块链实现可编程特性的基础，主要包括智能合约、各类脚本与算法机制，用户可根据需求自定义编程，自动执行而不需要人为的干预即可灵活地实现相应功能.

应用层提供用户可编程接口，用以实现区块链的各种实际应用场景.

3.3.2 工作流程 区块链中第一个被创建的区块被称为创世区块，在这之后多个区块以时间序列以链的形式连接而成一条主链，每个节点都能共同参与到数据的记录、传输与验证当中，新区块通过验证后就可以加到主链上，主链虽运行时间不断延长.区块链的每个节点都可以创造新的区块，下面是从产生新记录到区块被创建的具体流程：

1) 每当节点产生一个新的数据记录，会调用网络层的数据传输机制，将记录以广播的形式传播给区块链网络中的其它节点；

2) 各个节点收到广播后通过网络层的数据验证机制对发出广播的节点进行初步的合理性验证，验证通过后，这个记录便会添加到区块上；

3) 接收记录的全部节点调用共识层的共识机制，选出的节点对区块进行有效性的验证；

4) 验证通过后，区块便会添加到这个节点的主链上.

3.4关键技术与原理区块链实质上是一种分布式数据库，但同传统的分布式数据库相比又有着本质差异.传统的分布式数据库是在构建一个逻辑中心的情况下实现数据的分散保存，有权限的节点才能操作数据，而区块链技术的核心原理是构建一个尽可能去中心的系统，不存在中心服务器的问题，节点的权限高度分散且无法私自篡改数据.区块链的这种性质被用于解决价值流动过程中信任问题和安全问题，它不是一种单一的技术，而是一种创造信用的机制，是由多种技术合理组合而成的复合技术，其中核心技术包括共识机制、密码学技术、智能合约、P2P网络以及时间戳等.

3.4.1 共识机制 区块链中在分布式去信任的环境下使各节点达成一致性是依靠共识机制实现的，这是区块链解决信用问题的主要技术，也是保证区块链系统稳定运行的关键.在现有的区块链系统中，主要有四种共识机制：PoW、PoS、DPoS和PBFT.

PoW是工作量证明算法，通过证明节点完成了一定的工作量来选拔节点，是一种算力竞争方式，选拔出算力最多的节点获得记账权，最典型的应用是比特币系统.若受到恶意节点的攻击，必须攻破全网50%的算力才能破坏系统，因此PoW共识机制下的破坏成本很高，从而在一定程度上保障了系统的安全性.同时PoW 机制也存在一些问题，由于网络中所有节点都需要算力竞争，导致未被选中的节点所做的很多工作无效，这就造成了大量算力资源的浪费.

PoS是一种权益证明算法，相比于PoW，PoS节省了大量的算力，不需要证明所做的工作量，而是证明持有的权益，与系统权益关系最大的节点更有可能获得记账权.PoS虽然缩短了达成共识的时间，但本质上还是基于哈希算法的竞争方式.

DPoS是股份授权证明算法，通过在若干节点中选举出任意数量的代表节点赋予记账权，由他们轮流记账生成区块.若选出的代表节点没有完成任务时，网络中的其他节点可以重新选举新的代表节点.这种机制虽然是对PoS效率和性能的优化，但采取的委托权益的方式实质上是对区块链去中心化标准的降低.此外，参与节点需要一定的数量才能保证选出的节点具有代表性，因此不适用于节点较少的应用场景.

PBFT也称实用拜占庭容错算法，解决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题，最典型的应用是央行数字货币系统.网络中的参与节点选出某个节点作为记账节点，记账节点检验数据，生成区块并用自己的私钥对其签名，然后以广播的形式传信给所有节点，并由它们进行合理性检验.只有当通过全网至少 2/3 的节点检验后，才能够加到区块链中，这实际上是一种多数原则.虽然PBFT算法极大提高了系统的容错率，但由于通信复杂性过高，在保证系统性能的前提下更适用于节点相对较少的联盟链和私有链.

3.4.2 密码学技术 区块链中数据的安全性、可靠性的实现与信任机制的建立主要依靠密码学技术，密码学的运用主要体现在数据层，主要包括哈希算法、加密算法和数字签名.

1) 哈希算法.区块链中的哈希值相当于身份ID的作用，具有唯一标识的作用，任何区块都能通过简单的哈希计算获取这个区块的哈希值.每一个区块都含有一个哈希指针，指向前一区块，因此哈希值是相邻区块之间实现连接的基础.

在区块链中哈希函数还可用于数据验证和数字签名，将区块中的交易信息加密并压缩成一个固定长度字符串即哈希值，通常使用SHA-256算法进行区块加密.哈希算法的计算过程不可逆，意味着我们无法通过输出的哈希值推算原本的明文是什么.对于任意大小的输入，最终计算出的哈希值的长度很小，并且是固定长度.输入的明文与输出的哈希值一一对应，任何一个输入信息的变化，都必将导致最终输出的哈希值的变化，一个区块的哈希值发生变化，又会引起它的后继区块的哈希值发生变化，因此区块链上的数据是几乎不可能被篡改的.

由此可见，在区块链中哈希算法不仅实现了链上相邻区块的连接，也保证了数据的安全性和可靠性.

2) 加密技术.区块链中的加密算法主要是非对称加密算法，主要用于信息加密和数字签名.非对称加密算法中包含公钥和私钥两种密钥.公钥是公开的，任意节点可以获取；私钥由用户自己秘密保存，其他节点无法获取.根据用户公钥，不能推测或计算出相应的私钥，而私钥可以推导出公钥.

用于信息加密时，采用公钥加密数据.来保障数据的安全性，私钥用于解密数据.发送方利用接收方的公钥对交易信息进行加密，生成密文后发送给接收方，接收方利用自己的私钥对密文进行解密，获取交易信息.同时，为了验证发送者的身份信息，并确保交易信息不被篡改，发送方利用数字签名算法，输入私钥和交易信息的哈希值生成一个签名，并将这个签名和交易信息、公钥一同发送给接受方，接收方使用发送方的公钥对该数字签名进行校验，得到的内容与数据相同即可证明签名正确，于是在节点之间建立起了信任.

3.4.3 P2P组网机制 P2P是点对点协议，是区块链的组网方式，是区块链去中心化的基础，网络中每个节点均地位对等且以扁平式拓扑结构相互连通和交互，不存在任何中心化的特殊节点和层级结构，区块链平台通常选择完全分布式的P2P协议作为网络传输协议，每个节点均拥有路由发现、广播交易、验证交易信息、发现新节点等功能.

3.4.4 智能合约 智能合约是区块链可编程性的基础，各节点可不依赖第三方自动执行合约.广义地讲，智能合约是用编程语言编码的一组规则，一旦满足代码的执行要求便会自动执行脚本实现操作，且这个过程不需要可信第三方的参与，因此智能合约是区块链去中心化的实现基础.除此之外，智能合约一旦编写便不可逆转，无法更改，因此智能合约很好地满足了区块链的不可篡改性，同时这也需要在编写合约的过程中确保代码的准确性，以避免出现错误面临无法修改的问题.

3.4.5 时间戳 时间戳用来唯一地标识数据在某个特定时刻已经被创建，区块链上的时间戳作为区块的存在性证明，是一串被封装在区块头的字符序列.每一块区块在生成时便会创建时间戳，这个时间戳会随区块的其它信息广播给其它节点，最终按时序相连而成的区块链形成一个状态全被记录的分布式系统，这也在一定程度上保障了数据的不可篡改性.

3.5核心特性及价值

3.5.1 去中心化

1) 实现安全的信任机制.区块链技术摆脱了传统物联网数据中心收集信息的模式，能够使互不相识、没有信任基础的各个节点同时维护整个网络的信用机制的创建，并且通过共识机制保证数据和交易的可靠性和一致性.

2) 节省信任中介成本.区块链的去中心化的分布式结构使得区块链技术能够成为人与人之间在不需要互信的情况下进行大规模协作的工具，所以其可被应用于许多传统的中心化领域中，处理一些原本由中介机构处理的交易，在现实中可节省大量的中介成本.

3) 提高数据信息的可容错性.传统的中心化服务器，一旦服务器出现宕机或故障，则会有可能会导致数据的丢失.区块链的分布式记账与存储功能分配给了每一个参与的节点，因此避免了集中分布下中心服务器崩溃造成的问题.分布模式使得区块链在运转的过程中具有非常强大的容错性功能，即使数据库中的一个或几个节点出错，也不会影响整个数据库的数据运转，更不会影响现有数据的存储与更新.

3.5.2 信息不可篡改 区块链不可篡改的特点是基于密码学原理、时间戳等技术而具有的，用哈希算法对区块内的数据进行加密，实现了其数据的不可篡改性.同时，通过公钥、私钥不同的非对称加密法来进一步保证节点用户的信息安全性，这种特性能够解决现实生活中数据防伪的问题，对于打击假冒伪劣产品及治理信息环境都具有很大的帮助.

3.5.3 可追溯性 由于区块链将从创世块以来的所有交易都记录在区块中，在每一个区块的区块头，都记录了前一个区块的哈希值，这就保留了从第一个区块开始的所有数据，哈希值是唯一且不可篡改的，因此保证了区块链上的任意一条价值交换活动都可以通过其链式结构追溯本源.这种完全透明的数据管理体系为现有的物流追踪、操作日志记录、审计查账等提供了可信任的追踪捷径.

3.5.4 可编程特性 智能合约的引入使区块链成为一种智能的可编程模式，使价值交换活动自动化，其增强了区块链技术在实际业务场景中应用的灵活性，将信息传输、价值共享等社会活动形态程序化，能够自适应于各种应用场景，对未来数字化产业和数字化社会的健康发展起到至关重要的作用，给未来社会发展注入了新的活力.

3.5.5 自治性 区块链的共识机制和智能合约使区块链在分布式环境中具有高度自治特性，全部节点在基于协商一致的原则下按照一定的算法和既定规则自动执行，在不需第三方干预的情况下共同维护系统的数据安全和稳定运转.

3.5.6 匿名性与开放性 区块链系统是在交易各方的私有信息被加密的同时实现其它数据的透明开放，对所有人公开，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，让整个系统信息高度透明.

4 区块链应用研究现状

区块链的巨大应用价值逐渐被人们发掘开发，国内外研究学者当前致力于利用区块链技术优化创新多元应用模型，利用区块链构建价值互联网和信用社会早已成为众人关注的热点.本节将从金融、供应链、物联网、电子政务、医疗和教育六大领域，基于技术、应用等各个角度分析区块链的研究现状.

4.1金融领域

4.1.1 数字货币 区块链伴随着比特币的创造而诞生.作为比特币的最底层核心技术，迄今为止区块链最为广泛最为成功的应用场景仍是以比特币代表的数字货币领域.从狭义来看，数字货币的发行很好地解决了传统货币发行的效率问题和流通成本问题；从广义来看，区块链是在无需信用中介参与的情况下以低成本、高透明的交易方式实现的价值流通机制，解决了传统金融货币体系的中心权威下的数据安全问题与隐私问题.

从数字货币的本质考虑，庄雷等人认为数字货币实际上仍是一种信用货币，只不过相对于传统货币而言，基于P2P传播机制的数字货币实现的则是个人信用[1].童毛弟等人从效用角度考虑，认为数字货币具有强大的信任背书，区块链技术在数字货币的运用实际上是一种信用创建和价值转移，为传统货币体系提供了技术创新[2].Bill Nelson从货币政策角度考虑，认为数字投资的杠杆率较低，货币政策风险较小，因而不太可能取代法定货币[3].在风险管控方面，Weaver认为数字货币存在盗币和电力过度损耗的风险，因此要严控数字货币的发行环境并加大对风险的审查防范[4].

4.1.2 支付清算 支付清算是金融经济活动必不可少的一部分.传统的金融体系中交易环节是多个主体参与进行的，操作环节多，因此进行支付清算和对账需要耗费大量的人力、时间与成本，尤其在跨境支付的场景.此外，由于执行交易的数据仅由对方自己可知，因此资产数据的真实性难以验证.区块链的去中心化特性和分布式账本结构可以在一定程度上解决以上问题.

从作用机制的角度分析，Guo等人认为使用区块链技术的支付清算系统实际上是一种能够在无信用中介的环境下创建信任的机制，能在权利平等的各节点之间基于既定的公开透明的运行规则实现价值转移[5].从技术原理的方面来看，周猛等人分析了区块链的结构与特性，认为区块链是通过其分布式数据库的本质使每个参与者都参与记账与存储，保障了系统的自治性，利用加密技术保证了交易数据中私人信息的安全性[6].在效用方面，黄国平提出利用区块链技术构建分布式金融机构交易体系可以在很大程度上提高资金结算清算效率，使得跨境支付更加便捷高效且成本低廉，各个节点都可获知所有的交易信息，保障了数据的安全性[7].

4.1.3 征信管理 传统金融体系中的征信管理是由金融机构总部执行的，用于收录和查询企业和个人的信用信息，属于典型的中心化管理模式.

从技术层面来看，Yuan等人[8]认为征信体系的信用评级存在数据不准确、不公正的问题，提出可利用区块链对信用系统进行重建，利用区块链技术的信息不可篡改特性和密码学技术提高信用系统的可信度，从而防止客观信息故意隐瞒的诈骗行为.樊斌等人[9]提出金融机构可利用区块链技术的不可篡改性遏制违反征信的行为，利用链上数据可追溯性对非法行为和不合理的数据进行溯源追踪，还可以引入私有链简化数据审核过程.王鑫[10]考虑应用创新的角度，提出可以通过区块链技术建立一个能够实现征信信息的征信共享平台，平台根据参与者的输入信息自动进行匹配，匹配到合适的信息需求者并为其提供访问服务.

4.1.4 数字票据 商业银行票据的传统形式为纸质或电子形式.纸质票据是使用历史最久的一种票据，纸质形态的票据容易损坏和丢失，在生活中的使用有所不便；电子票据是将票据电子化，使保管、查询更加便捷，但同时也存在着重复报销、流通局限性等问题.而区块链技术在票据方面的应用产生的形式为数字票据，与上述两种有着本质区别，是一种更为智能、安全和便捷的票据形态.

张敏[11]考虑实际应用方面，探讨如果在交易过程中产生纠纷，则区块链技术可以被用来调阅交易信息，使票据流转正常进行下去.此外区块链技术还能避免电子票据多次打印报销的问题，这是数字票据相对于其它两种票据而言所独具的优势.符庭彬[12]从效用层面分析，认为使用基于区块链的数字票据首先能够避免设备崩溃、人为操作不当等外在因素破坏交易数据，其次利用区块链的信息可回溯特性，在价值交换过程中实现数据可追踪查询，从而保障了交易数据库的完整性和安全性.

4.1.5 证券交易 传统证券交易市场存在多个第三方实体，证券交易需要通过主体中介机构完成，且各个主体机构协调配合才能完成一笔交易，因此这个过程通常需要投入大量的人力物力才能完成信息对称.面对一系列问题可以利用去中心化的区块链技术来解决.

黄昌文[13]从技术角度考虑，认为区块链的去中心化使更多的节点参与到交易确认中，智能合约技术可实现自动执行建立信任，加密技术和不可篡改特性保障了交易数据安全，且区块链公开透明的性质避免了交易欺诈.王劲松等人[14]从实际应用中分析传统的股权交易中的投票方式实则只考虑了股东的利益，区块链技术的引入使权益分散化，保障了各投资方对项目中重大项目的知情权.马向东[15]从效用层面分析区块链作为一个分布式可信数据库，与证券市场结合便可以实现多方节点共同参与交易而不再经过中心机构，这种将证券交易分散化的过程极大提高了证券交易效率，同时也减少了券商业务的运行成本.

4.2供应链领域供应链是由一系列具有交流和合作关系的企业组织、商家、政府机构及消费者等参与实体构成的功能网链体系，每个供应链体系在运行过程中产生的信息通常被中心企业掌握，其余各企业节点之间往往缺少信任.从特性与结构来看，区块链与供应链体系天然契合，因此将区块链技术与供应链相结合能够有效提高供应链性能.

4.2.1 供应链金融 在实际效用方面，许荻迪[16]认为区块链的多主体共同协调能够与供应链金融业务相匹配，并提供保障机制实现供应链全链金融信息化，解决目前供应链信息不畅通等一系列问题.Saberi等人[17]认为区块链的智能合约在供应链应用中具有很大的发展潜能，探讨了如何利用区块链缓解消费者的压力，进而提升供应链的可持续发展.王鑫[10]从应用机制的层面分析，认为区块链技术可以作为一种大规模的协作工具，能够很好地适应供应链金融体系的复杂结构.利用加密技术和分布式记录技术，保障供应链金融模式下的信息周转畅通，将区块链的智能合约代替各种人工操作，不仅大幅度提高了效率，降低了成本，而且减少了操作失误发生的可能性.

4.2.2 供应链物流 谭征[18]从技术方面考虑，认为区块链技术的去中心化赋予到物流供应链中有助于实现各交易主体之间的自由沟通，不可逆性和不可篡改性保障了交易的质量和数据的安全.Dujak[19]认为区块链能够很好地解决物流模式中的信任问题，并能够提高物流供应链数据与信任交换的能力.介绍了区块链当前在物流供应链中的原理应用，并为未来区块链与物流供应链的应用模式提供了理论基础.关培超[20]考虑了实际应用，认为供应链物流系统可以利用区块链的数字签名与非对称密码学原理，对用户进行实名制，并利用智能合约实现包裹的智能存储，保障了配送安全，简化了物流程序.

4.3物联网领域用于信息交互和通信的物联网技术早已成为民众生活必不可少的一部分.目前大多数的物联网设备采用的是集中式的服务器-客户端模式，这种中心化管理模式造成的设备安全问题、隐私泄露、信任成本高等一系列的弊端日益凸显，然而区块链技术的出现，能够有效地解决这些问题.

Lei等人[21]针对实际问题提出了一种尊重隐私保护的合约，它是基于区块链技术实现的，利用区块链的去中心化与加密技术，实现在信息共享的同时保护了用户隐私.Ali等人[22]针对物联网需求提出了优化的轻量级可扩展区块链LSB，同时还提供了端到端安全性，论证结果证明利用此种优化区块链的方法能够使多个物联网应用抵抗多种安全攻击.佘维等人[23]提出一种物联设备位置信息保护模型，该模型基于区块链技术的不可篡改性、加密技术所设计，还利用k-匿名算法泛化用户数据.仿真结果表明该模型能够隐藏设备位置信息从而保护用户位置敏感信息.

4.4电子政务近年来，电子政务建设虽然发展较快,但是存在的不足也逐渐显露出来，呈现出单个部门牵头建设、规划机制不协调统一、数据共享易遭泄密、政务管理效率低下等问题.

Bhardwaj等人[24]从投票权益考虑，利用区块链技术设计了新型电子投票系统，参与者每个人都有权阅读和验证投票，将政务投票透明化，避免了政府操控选举，保障了投票结果的公正.高铭泽[25]考虑服务方面，利用区块链技术在政府服务体系中建立一个点对点的分布式服务网络，使政府部门的权利分散化，使各部门之间能实现平等的信息交流和数据共享，极大提高了政务服务过程的效率.张奕卉[26]从数据保护方面分析了区块链技术的匿名性的可用之处，认为可通过区块链构建部门政务处理体系，借助加密技术来保护隐私数据的安全，实现安全可控的信息共享.

4.5医疗领域医疗作为社会领域至关重要的一大方向，与信息化结合发展受到国家政策的高度重视和积极引导，而区块链作为一种应用前景光明的颠覆性技术，与医疗领域的结合研究无疑是一个具有极大社会意义的课题.

在服务监管方面，刘海英[27]认为利用区块链可以分析病人定位城市的医疗信息，提供合适的方案供其选择医疗机构，此外，“卫计委”机构有权查看范围内所有医疗机构的诊疗记录与收费数据，避免骗保行为的发生.在数据安全方面，殷晓莉[28]认为区块链技术的分布式记录能够实现各部门医疗记录的共享，信息可溯与不可篡改性能够保障病人病历记录的安全、隐私与完整.在机构诊疗方面，钟力炜等人[29]分析了传统的异地分级诊疗体系存在的范围受限、协作效率低的问题，设计了基于区块链技术的异地分级诊疗系统，在实现了医疗数据的独立分布存储的同时，也实现了实时的医疗信息传递和数据共享.在数据存储方面，王辉等人[30]利用区块链的改进PBFT共识算法和加密技术，设计数据存储管理方案和数据交互系统，在保证数据完整存储的同时，分布式结构能够阻止第三方的侵入操控数据，保障了医疗数据的安全性.

4.6教育领域作为国家事业规划的重点发展项目，教育领域需要结合新兴技术大力发展.区块链技术的引入能够有力推动教育事业的发展.

从各种应用角度考虑，李青等人[31]认为利用区块链可以实现教育数据分布式记录，以证明用户的学习经历和教学经历，还可利用智能合约实现自动化的教育契约和存证.金义富[32]进行了教育综合各方面的需求分析，设计出基于区块链技术的通用教育经历系统模型，记录人的成长教育经历和教育资源的变化，实现个体对等的分享式学习和个性化教学.李新等人[33]构建了基于区块链技术的开放教育资源平台模型，旨在实现资源信息的公开透明和审查的真实性，资源版权由参与者共同认证，尽可能地避免了版权纠纷问题，并且平台中心机构的剔除，能够节省平台运营过程中大量的资金投入.郑旭东等人[34]提出利用区块链技术设计学生综合素质评估系统，利用区块链技术保障评估数据的真实可信，进而推进学生综合素质的培养.

5 区块链存在的风险与挑战

区块链作为一种新兴信息技术，凭借其优异性能和核心技术能够克服传统网络技术的众多弊端.虽然区块链广受各界研究人员的高度关注，众多领域已投入了开发试验，但目前大多数应用还处于初级阶段，技术理论研究落后于实战需求，因此不可避免地存在一些风险，在落地应用中面临诸多挑战.

5.1安全风险区块链的本质是一种去中心化的分布式数据库，这种去中心化模式下的信息传递与数据共享等事务活动缺少监管，部分节点有可能逐渐偏离正常轨迹，从而导致违法犯罪的活动产生，对系统造成极大的威胁.除此之外，区块链还面临着51%的攻击问题，任意拥有51%及以上的哈希算力便可操控整个链，并且在节点个数相对较少的系统中，攻破的难度会大大减少.区块链的权力对等结构特性无法阻止某节点在拥有足够多的算力之后所进行的威胁操作，严重时会导致系统崩溃.

5.2“三元悖论”问题与经济学中的“三元悖论”同理，区块链的去中心化、高效率、安全性实际上无法同时实现，最多同时满足两个，而选择对其中一个妥协，才具有实现应用的可能.

5.3数据存储问题区块链的分布式存储需要大量的存储空间，且需要高额成本，对于节点较多的系统，数据的存储效率会相对较低，需要耗费较多时间空间资源.此外，区块链的用户既是应用者也是储备者，因此，对用户的带宽有一定要求，这相当于无形中抬高了用户进行存储数据的门槛.

5.4公众认知偏见目前区块链虽然是各界学者研究的一大重点，但对于社会公众，很多人对区块链的了解还远远不够，甚至从未听说这个概念.由于存在认知偏差，部分民众虽然知道区块链，但对于这个“后起之秀”的发展却持有质疑态度.要想使区块链发挥真正的优势，需要社会公众的逐步了解和认可.因此,将区块链真正应用到民众日常生活中是一个漫长的过程.

6 区块链未来发展趋势

6.1业务场景细化与技术融合创新作为国家高度重视的战略技术，区块链核心技术需要在实际应用的具体场景中才能进一步发展，然而当前的区块链研究大部分还是局限于理论，因此,对各应用业务场景的细化具体、优化服务模式是推进区块链应用的必然趋势.此外，实践过程中技术的实现难免会受到现实条件的制约，可将区块链技术与人工智能、大数据等其他信息技术相结合来推进应用，实现技术的融合创新，从而突破核心技术难关.

6.2基础设施完善优化当前区块链在实际应用中常常遭遇难题而难以实现，很多情况是由于基础设施达不到技术实现的要求而造成的.因此,推进信息化基础设施的建设是未来区块链发展的必然要求.要鼓励区块链平台建设的资本投入，整合多方面社会可用信息资源，从外在因素上尽可能地减少区块链技术实施的限制因素，推动区块链技术对价值互联网和全信用社会的建设.

6.3监管体系更加规范化去中心化的区块链技术作为一种安全性能极高的信息技术，仍具有被恶意节点攻破的风险.因此,在区块链应用落地的实现过程中必须增大监管力度，建立健全区块链监管和数据信息定期检查的相关职能机构，尽可能地规避区块链技术实现过程中的风险.制定技术应用的标准规范，积极引导区块链以一种健康安全、科学合理的态势发展.

7 结 语

区块链作为一门新兴的信息技术，其去中心化、自治性、数据透明的同时保证匿名性等特点超越了大多数信息技术，具有极高的应用价值，在金融行业、供应链物流、物联网、电子政务、医疗、教育等社会领域均具良好的应用前景，创新发展空间潜力巨大.区块链在实际落地应用中仍存在些许局限性，需从理论和应用实践层面不断探索解决相应问题的新思路和新方法.本文为区块链技术的进一步发展和完善提供有益的借鉴和指导，未来的研究将着重在技术创新与实际应用研究相结合.