联盟区块链关键技术与区块链的监管挑战

2020-12-23陈纯

中国工业和信息化 2020年11期

区块链数据协同技术是未来发展的重要方向，它可以赋能各个行业。同时，区块链技术与大数据、人工智能、5G技术相融合，也离不开数据协同技术。但区块链的健康和可持续发展须臾离不开区块链监管技术。

目前，区块链正沐浴着发展的春风，比如我国“十三五”规划就将区块链、量子通信、人工智能等列为了重大项目;2019年2月18日《人民日报》头版文章，将区块链称为“新一代的信息技术”。

简单来说，区块链与传统系统相比有几个明显特点。一般来说，传统系统具有互相对账、单中心、数据可篡改等特点。而区块链系统恰恰与之相反。对于区块链的核心价值，诸多专家都有评述，本文就不多置喙，总体来说，它有提升多中心协作效率、多方信任、数据不可篡改、可追溯、可审计等特征。

对于区块链技术研究，中国和国际的关注点或者说热点稍有不同。中国的主要研究热点集中于联盟区块链的关键技术，在笔者看来区块链的监管技术同样非常重要。为什么说区块链的监管技术非常重要呢？以交通为例来说，如果交通警察没有到位，车子就开不快，交通秩序也会出现混乱。

既然大家都关注联盟区块链关键技术，笔者就主要谈一谈联盟区块链的关键技术。

联盟区块链四大关键技术

首先是联盟区块链的高性能。拥有联盟链之后，如果公链方面以太坊仍然是每秒几十笔的交易，这个点的数据量显然是不够的。大规模应用跟得上的话，国内最好的联盟链可以做到上万个点，每秒几千到上万的交易量。大规模的节点或者大数据量的情况下，性能会急剧下降，这也是为什么大家觉得区块链有浪费和性能不够好的缺点。联盟链高性能关键技术需要在各个方面进行技术突破，包括高性能的共识算法、高效智能合约引擎，也包括新型的共识机制，以利于提高共识效率与安全性。当然，这主要是为了支撑大规模各种网络结构的主网。这其中，另有一个研究热点，即软硬件协同优化。这一点也非常重要，就像AI，如果没有芯片，AI就很难有性能提升。

第二个关键技术是区块链安全隐私技术。在中国，区块链应用首先要全面支持我国的加密算法和标准，这是没有异议的。以商业应用来说，平台业务数据需要隐私保护。隐私保护可以通过命名空间的方式在物理层面进行业务数据的分离，以及更细粒度的隐私交易机制，实现交易可验证但是不可见。同样，需要基于可信执行环境等技术实现节点密钥管理和数据加密存储，以及基于默克尔DAG等数据组织技术，防止文件被篡改。

第三个关键技术就是高可用性技术。这里面有一个动态成员的准入机制，以及节点失效后的快速恢复机制，这些在分布式系统里都会遇到，同样极为重要。不能是整个系统停下来加节点，应该是可以实时动态进行。即使某一个节点出了问题，需要删除，也不能停下来进行删除操作，要保证这个系统仍能顺畅安全运行。还有一个去中心化联盟自治的管理机制需要关注。那么，如何来做？是通过多方提案投票表决方法还是别的方法，就需要定下一个机制。有人可能会怀疑，联盟链是不是真正拥有管理的公平机制。对于公链大家不会怀疑，但是对于多中心的联盟链是不是有怀疑，就是一个非常重要的问题。同时，必须要有高效的热备切换机制，这也是联盟链关键技术之一。

第四个关键技术是高可扩展技术。这主要是四个方面，第一个是编程可扩展，支持多种编程语言的使用。当然，越普通的编程语言越好，这样方便于大家使用;第二个是存储方式可扩展，能不能支持多类型、多组织形式的数据可信存储;第三个是支持预言机提供可信外部数据源服务;第四个是支持跨链，实现同构链与异构链的跨鏈协同。

这里可以做一个比较，笔者特意提出Hyperchain，它在联盟链技术性能方面，是国内做得比较好的。举例来说，Hyperchain目前的所有性能与国外各种平台相比较，都是优越的。

链上链下数据协同技术是重要发展方向

联盟链产业化应用在我国的发展是比较快的。在金融行业、法律领域、医疗领域、能源领域、娱乐领域、公证领域等都有很好的应用案例。

需要强调的是，虽然2019年对区块链的讨论有所降温，但我国在联盟链的实际应用上还是有很多亮点。这些应用不仅仅是在金融领域，在其他领域与国外区块链的应用也有一些区别。西方区块链的发展基本上是基于金融创新带动其他行业创新，而中国除了金融创新外，更重要的是在各个行业的应用创新，而且现在国内有好几家联盟链平台，已足以支撑现在的一些应用。前面讲到，性能可以做到上万个节点，也可以做到每秒上万个的频率，当然这是很优异的例子。

以政务方面的公积金为例，全国491个城市的公积金，等于491个节点都连在了一起。不管哪个城市的公积金，也不管公积金所管辖的是哪一个人，都可以在异地很方便地操作。如果不用区块链，就是无法想象的。要么把数据全部集中在一起，要么是各自为政的。这就是区块链的一个很好的应用案例。

联盟区块链除了四个关键技术，链上链下数据协同技术等，也是下一阶段研究与应用的重点方向。

数据协同技术里面有一个CAP定理，是指数据的一致性、可用性、分区容忍性。本人原来专注于分布式高性能实时计算，就特别强调可用性、分区容忍性。但是，无论如何每个系统都是依据这三个点取得平衡，如果强调一致性，那可能可用性和分区容忍性就会差一点，所以不同的应用就会有不同的关注。

区块链同样有所谓的不可能三角模型相对应，它是去中心化、可扩展、安全。同样的完全去中心化的话对安全性要求的难度就更大。不难理解，作为一个三角上的任何一点，强弱难易都是互相影响的。所以，从这个角度来说，传统信息系统与区块链系统都有一定的局限性。一方面，区块链系统需要通过链下系统扩展计算和存储能力。另一方面，现有系统链下需要与区块链对接以解决信息孤岛、防篡改等问题。

如果作为大规模应用的话，最重要的应该解决链上链下的协同问题。所谓的链上就是区块链，链下就是所有传统的信息系统。我们怎么样把区块链系统嵌入到传统系统里来解决它的一些问题，或者反过来用我们的区块链系统把传统的信息系统释放出来。就像上面提到的公积金项目，它是点对点的491个点，完全是区块链系统，而下面公积金系统又是传统的网络应用系统，就是这么构建起来的。区块链在上面，下面有其他系统，反过来也可以把区块链系统嵌入传统系统，链上链下数据协同需求就特别重要。如果要求链上链下数据，就必须通过数据协同确保关联性和一致性，这一点也非常重要。

大家可以去查询文献，目前国内外对链上链下数据协同的技术才刚刚起步，也有一些协同研究，包括侧链和状态通道，都是为了提高性能和计算能力，这有点像云计算和边缘计算。现在，虽然数据计算挺好，但起码区块链上面要给别的数据留下通道。跨链技术就是要增加链与链之间互操作性和可扩展性。链下计算则是要提高数据的隐私保护能力，这同样非常重要。链上链下连接不能光考虑链上，链下系统如何对接，数据隐私保护也要对接。同时，链下存储也不能偏废，原来的系统存储怎样，这些都应该通盘考虑，去进行研究。

链上链下数据协同技术四大发展方向

它的发展方向是标准的、融合区块链链上和链下数据协同的模型框架，目前需要研究以下几点。

一是大规模高性能点对点网络。围绕区块链应用，原来大规模点对点的网络，才是最重要的。因为区块链本来就是点对点传输的。如果说网络技术没有突破，区块链系统性能是很难提升的。

二是模塊化安全密码学协议。本来区块链就是分布式加上密码。安全密码学协议模块化，区块链子系统嵌入协议并不同。因此，模块化安全密码学协议是重要的研究方面。

三是高性能可编程计算引擎。我们希望对于不同的智能合约，用户使用不同的编程语言来应对。既然使用不同的编程语言，那就需要高性能可编程计算引擎。

四是可定义的数据分发协议。

以上，都应该是链上链下数据协同的发展方向。

目前来说，这方面的进展还不错。我们做过中间实验，基本上可以提供国产、自主、可控的协议，完善的中国国密算法支持，提供系统的链上链下协同服务技术栈。不能说有了一个标准框架，但可以慢慢提供很多技术服务栈，已上线的服务包括：大规模可信存储、集群节点数量可达数万节点。在中国移动做过一个实验，希望在现有技术下，在数量上曾经做过数万节点，也有支持智能合约跨链互操作的通用跨链服务。“数据可用不可见”数据共享都已经初步实现，但是无论如何现在的技术还远远不够，还有很长的路要走。所以说，区块链的技术仅仅是开始，不仅是每个单点技术，还有整个系统。

区块链的监管技术

最后，谈谈区块链监管技术。区块链的监管技术是非常重要的，就像前面讲到的，尤其是中国在大规模应用上，区块链项目大规模应用以后，如果没有有效监管，谁都不敢冒风险。有一句话说，“没有一个好的监管，就像马路上没有交警，或者说没有红绿灯。”有些人，可能认为最好不要警察，最好不要红绿灯，那样的话，车子可以开得更快，事实上是完全行不通的。监管技术的重要性大家都知道，有一个“北大岳昕”事件被写入以太坊，也不能篡改，怎么办呢？有人把数据搞下来到处发。公有链已经成为新媒体的传播媒介，因为公有链本身具有去中心化、不可篡改、不可删除、低成本的特点。有人以极便宜的价格利用区块链去传播有害信息，如网络谣言和煽动性、攻击性信息，给区块链技术产业布局和发展带来了极为不利的影响。从这里也可以看到，公链本身也会给监管部门带来很大挑战。由此说明，任何一项技术或者工具都需要被正确使用，才能发挥其最大的进步价值，相应地就对区块链监管提出了更高要求。

除了研究区块链技术本身之外，可能需要良好的方向把握。研究区块链如何监管或者区块链安全，最重要的是区块链系统的安全，以及防备外来攻击等。除此以外，区块链的内容，公有链已经成为大众传播媒介，其他的有没有普遍应用的可能呢？

2019年国家网信办发布了《区块链信息服务管理规定》。结合我们的实践，个人认为区块链发展有两个方面，一是国内大规模应用要用区块链赋能经济建设，主要是用联盟链，它的监管相对可控，它的安全性等都比较好。但是我们也应该支持公链技术的发展，去参与国际竞争。

目前，虽然区块链监管已经初见成效，2019年已经公布了第一批197个区块链信息服务备案编号，但是监管的道路仍然漫长。

笔者认为，区块链监管技术发展趋势有以下几个特点。

一是区块链节点的追踪与可视化;

二是联盟链穿透式监管技术;

三是公链主动发现与探测技术;

四是以链治链的体系结构及标准。

只有提供了技术解决方案，而且相对可靠，即使程度相对差一点，才能将区块链这个技术实际推广应用，这也凸显出区块链监管的重要。需要大家共同努力，为监管部门提供一些可应用的解决方案。

根据我国区块链发展现状，国际对标，中国联盟链还有很多事情要做。联盟链底层平台核心包括三大部分，都应该先做好研究。

一是高性能。随着高频应用，以及节点数快速增长，对性能的要求就越来越高。

二是可用性。可用性就是交互，要求编程方便，可以动态热备份，随意插入、删除。