区块链技术与应用现状及发展建议

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一、引言

区块链是一种把区块以链的方式组合在一起的数据结构,每一个区块通过哈希的方式与上一个区块相连,实现了可追溯,同时,用密码学保证了数据的不可篡改和不可伪造。每一个区块的生成,都是参与者对整个系统交易记录的事件顺序和当前状态建立的共识,没有中心节点的控制。每一个参与者都可以拥有整个区块链数据的备份。区块链技术让系统中的每一个参与者都可以参与数据的记录、存储,在没有中央控制节点的分布式对等网络下,使用分布式集体运作的方法,构建了一个P2P的自组织网络。因此,区块链技术具有去中心化、分布式、去信任、数据不可篡改、可追溯等诸多优点。

区块链技术起源于化名为“中本聪”(Satoshi Nakamoto)的学者在 2008年发表的奠基性论文《比特币: 一种点对点电子现金系统》。作为比特币的底层实现技术,区块链技术有时也被称为“分布式账本技术(Distributed Ledger Technology, DLT)”。由于区块链具有去中心化、去信任、不可篡改等优点,该技术正成为全球创新领域最受关注的话题,受到投资界、学术界、工业界及政府部门的热烈追捧。虽然各国政府对比特币和各种虚拟币的态度各不相同,但对区块链技术大多持积极的态度。

近年来,联合国、国际货币基金组织等机构以及多个发达国家先后发布了有关区块链的系列报告,探索区块链技术及其应用。当前,区块链技术的应用领域已经超越了金融和证券领域,并逐步在供应链、征信、身份认证、房产交易、公益慈善、物联网等领域展开实践。创业公司如雨后春笋般涌现。乌镇智库2017年发布的《区块链产业发展白皮书》指出,自2012年以来,全球区块链企业数量以超过65.2%的复合增长率快速增长。一种乐观的预测认为,到2025年之前,全球GDP总量的10%将利用区块链技术储存。据DMR (Digital Marketing Ramblings,数字市场漫记)估计,到2024年,区块链产业规模有望达到200亿美元。

二、国内外发展现状

美国是互联网技术的发源地和引领创新者,在区块链技术和应用上,自然也不会落后。2017年,美国至少有8个州提出和研究了接受加密货币或者提升区块链技术应用的法案,并大部分获得了通过。例如,亚利桑那州(识别智能合约),佛蒙特州(区块链作为证据),芝加哥(房地产记录)等。2018年2月美国众议院连续2次召开 区块链 听证会,探讨区块链技术的新应用。例如,建议国会建立一个法律框架,来鼓励和资助 区块链 技术在公共领域内的研究与应用。针对该技术正在努力形成“美国共识”。

美国佛蒙特州的南柏林顿市将试用区块链技术,记录房产交易。加利福尼亚州立法者已经提交了一项法案,如果能够顺利通过,那么该州的电子记录法律将会认可区块链签名和智能合约。纽约州电力公司TransActive Grid提出了基于区块链的P2P分布式微电网络的新能源概念,通过区块链建立微电网网络,提高清洁能源利用率,在区块链上记录剩余的电量并通过智能合约卖给邻居用户。

此外,美国多家政府部门将应用区块链技术。例如,美国国务院强调通过区块链技术提高透明度,可以解决腐败,欺诈或挪用公共采购资金流程本身的资金和效率低下的问题。美国财政部正在进行试点计划,以确定区块链技术是否可以用于供应链管理。财政部还采取了措施,来改善针对基于区块链的加密货币的“反洗钱/打击恐怖主义融资(AML / CFT)”法律,并与金融机构形成公私合作关系(PPPs),以共享信息。

2016 年1 月,英国政府发布了一份名为《分布式账本技术:超越区块链》的报告。报告指出,区块链技术在改变公共和私人服务领域都有着巨大的潜力。除了创建一个基于区块链的公共平台,来为全民和社会提供服务,英国政府还计划开发一个能够在政府和公共机构之间使用的应用系统。日本政府则大力支持区块链和数字货币行业,日本政府建立了首个区块链行业组织——日本区块链协会(JBA)与区块链合作联盟,以支持加密货币交易市场。

区块链技术在俄罗斯得到了总统普京的力推,当前,俄罗斯正在大力推动区块链基础设施建设。俄罗斯最大银行Sberbank与政府合作,用区块链转移和保存文件,成为区块链真实的应用案例。加拿大有一个庞大的区块链创业社区,汇集了包括以太坊创始人Vitalik Buterin在内的一大批区块链顶级人才。加拿大证券管理委员会(CSA)日前主动地推出了新的Fintech"沙箱(SandBox)"计划,以促进加拿大区块链行业的发展。

目前,已有国家提倡发行基于区块链技术、由央行实施宏观调控的央行数字货币(Central Bank Digital Currency),例如英格兰银行、荷兰银行发布了数字货币白皮书,加拿大银行开展了基于区块链的法定数字货币实验。

区块链技术发源于开源社区,并在社区中发展壮大,此后逐渐受到金融机构、IT巨头等机构的关注。例如,以比特币、以太坊为代表的开源项目主要以公有链为主,打造了区块链公共平台。Linux基金会于2015年发起的超级账本项目(Hyperledger)偏重于研究区块链技术,而R3联盟研究的则是区块链在金融这个细分领域的应用。同时,IBM、微软Azure、AWS等互联网国际巨头企业正在极力打造支持区块链应用的基础设施,区块链即服务(Blockchain as a Serveice,BaaS)。

2016年以来,我国政府也通过多种形式关注和支持区块链技术和产业的发展。2016年10月工信部发布《中国区块链技术和应用发展白皮书(2016)》,2016年12月区块链首次被作为战略性前沿技术、颠覆性技术写入国务院发布的《国务院关于印发“十三五”国家信息化规划的通知》,明确提出需加强区块链等新技术的创新、试验和应用,以实现抢占新一代信息技术主导权。中国人民银行在2014年就已经设立了专门的数字货币研究小组,研究数字货币发行和支持这种技术推出的商业运作框架。2016年选择在票据业务场景搭建区块链技术应用原型系统,基于区块链的数字票据交易平台于2017年初进入试运行阶段,测试成功。可以预见,在政府的支持和引导下,随着产业生态的持续演进,未来区块链技术和应用将继续快速发展。2008年至2017年,我国区块链技术领域专利申请数量全球第一,共递交550份专利申请,超过排名第二位的美国(专利申请数284份)。

从2016年开始,阿里巴巴旗下蚂蚁金服就开始推出区块链应用,包括爱心捐助平台等方面的应用,2017年11月,蚂蚁金服与雄安新区签署了战略合作协议,将承建数字雄安区块链实施平台。腾讯也于2017年推出了自己的区块链平台TrustSQL。据不完全统计,截止2017年底,全国已有超过100家区块链创业公司,主要分布在北京、杭州、上海、深圳等地。内容涵盖区块链基础设施、征信、供应链、资产管理、专用机设计与销售等。各地方也在政府引导下不甘落后,纷纷布局区块链,例如青岛致力于打造中国区块链“链湾”,将建设区块链产业孵化平台、区块链应用测试平台、区块链专项教育培训平台和区块链资格认证平台。广州出台的“区块链10条”扶持政策,针对区块链产业的培育、成长、应用以及技术、平台、金融等多个环节给予重点扶持,是目前国内支持力度最大、模式突破最强的区块链扶持政策。

此外,区块链技术和产业联盟的相继成立也为区块链的发展凝聚了力量。2016年1月,全球共享金融100人论坛在北京成立了“中国区块链研究联盟”。2016年2月,全球首家专注网络空间基础设施创新的中关村区块链产业联盟正式在京成立。中国分布式总账基础协议联盟(China Ledger联盟)是2016年4月19日由中证机构间报价系统股份有限公司等11家机构共同发起的区块链联盟。金融区块链合作联盟(简称金链盟)于5月31日在深圳成立,旨在整合及协调金融区块链技术研究资源,形成合力,提高研发能力,探索应用场景。

三、应用领域及趋势

比特币是区块链技术的第一个成功应用。截止到目前,比特币区块链系统已经运行了8年多,除了有限的几次分叉,没有出现重大安全事故,充分显示了其强大的稳定性和安全性。起源于比特币的区块链技术,目前的应用大多仍集中在金融领域,例如数字货币、跨境支付、证券交易、财产注册与认证等。然而,由于区块链技术仍然处于萌芽和发展阶段,金融领域有大量的区块链“伪去中心化”应用存在其中,例如许多P2P网贷和股权众筹平台,实际却是以新的中介形式出现,难以甄别,从而可能导致“劣币驱逐良币”,带来了金融监管和风险控制的巨大挑战。

在供应链领域,通过区块链,供应链各方可以获得一个透明可靠的统一信息平台,实时查看状态,追溯物品的生产和运送整个过程,从而提高供应链管理的效率、降低物流成本。当发生纠纷时,追查和举证也变得更加容易。然而,供应链管理往往涉及到诸多实体,包括物流、资金流、信息流等,这些实体之间存在大量复杂的协作和沟通,应用区块链如何进行链上链下的有效协同,也存在诸多技术难题需要攻关。

在制造业领域,工业4.0应用,可以使用区块链来记录生产过程的每一步,对于生产过程中的不同参与者,采用不同的权限来访问区块链,以更加可靠和安全的方式,为参与者提取相关信息并确认生产过程中的步骤。但是不同的终端和传感器要参与区块链网络,进行协同和验证,当前的物联网终端和传感器计算能力和存储普遍存在严重不足的问题,而区块链网络协同的实时性也亟待提高和优化。

同样,在能源领域,基于区块链的微电网络,也存在可扩展性问题和验证交易的能源消耗问题等。此外,由于区块链自身的存储能力有限,应用于社交、电子商务等领域时,还要考虑大量数据的存储问题、交易效率问题等。

随着区块链技术的发展、基础平台和支撑环境的不断成熟,区块链必将扩展到更多的应用领域,“区块链+”某领域的概念也将广泛兴起。研究人员普遍认为,比特币代表了区块链1.0时代的应用,主要集中在虚拟货币领域;区块链2.0时代则是区块链技术在其它金融领域的运用。例如银行结算,跨境支付,实现股权登记、转让等;在区块链3.0时代,区块链和智能合约的应用将覆盖人类社会生产生活的方方面面,不再依靠第三方或中心机构获得信任或建立信用,在各类社会活动中实现信息的自证明,实现信息的共享,包括在司法、医疗、物流等各个领域。

四、技术与应用发展建议

著名信息技术研究和顾问机构Gartner认为,任何一项技术,从最初兴起到热炒,到幻灭,再到稳步的爬升期,最后才到成熟和实质性的产业,必经过这五个阶段。云计算是这样,大数据是这样,区块链技术也不例外。经过这两年热炒之后的区块链技术,必须经过扎扎实实的铺垫,方方面面的技术准备和研发,才能大规模形成产业,影响人们的生产生活,最终“飞入寻常百姓家”。

当前我国投资界、产业界、政府等,给予了热炒的区块链技术以高度的关注。然而,很多人甚至并没有搞清楚“币”与“链”的关系,很多项目只是披着“区块链”的“外衣”,进行公开募集资本的非法操作。犹如当年互联网发展初期一样,鱼龙混杂。因此,对待区块链技术,不能盲目跟风,需要理性看待。既要看到区块链技术的优点和可能带来的变革,也要认识到当前区块链技术存在的不足和挑战。从技术层面,我们要加大区块链底层和基础技术的研发和优化;从治理层面,我们要适时跟进制定法律法规,创新监管模式;从人才层面,我们要加大交叉学科人才培养的力度,补充人才空缺。

4.1 实现高效能是区块链广泛应用的关键

从技术上说,区块链被广泛诟病的,是其交易效率、存储能力以及能耗问题等。尤其是交易效率,例如,比特币每秒最多只能处理7笔交易,以太坊区块链也不过20笔每秒,远远无法超过当今中心化交易模式和应用,例如淘宝、微信等。因此,提高交易效率、降低能耗是区块链能够大规模应用的关键。学术界、产业界、技术社区等对区块链技术进行着持续的研究和改进。全球有不少高效能(或高性能、或高吞吐、或低功耗、或高可扩展)区块链项目已经开展。

例如,新加坡的Zilliqa,致力于实现可扩展性高吞吐量的公有区块链平台,支持每秒数千次的交易。Zilliqa采用分片技术,每个片内都有600-800个节点来进行运算。Zilliqa在测试网络中的交易处理速度约为以太坊的250倍。2017年10月,Zilliqa采用3600节点实现了每秒2488笔交易。EOS致力于为商用分布式应用设计的一款区块链操作系统,旨在实现分布式应用的性能扩展。支持数千个商业规模的分布式应用(DApps)并行执行,异步通信,验证与执行分离。能够冻结并修复损坏的应用程序,并提供广义的基于角色的权限。EOS通过并行链和DPOS的方式解决了延迟和数据吞吐量的难题,每秒可以百万级别的处理量。不同于以太坊,在EOS上开发DAPP是没有手续费的。而是按照开发者拥有的EOS的比例来分配需要用到的网络和计算资源。HPB(High-performance Blockchain)定位为易用的高性能区块链平台,被认为是中国版的EOS。不同在于,HPB提供了芯片级加速引擎,软硬件深度融合,以及百万级并发算法。软件架构提供帐户,身份与授权管理、策略管理、数据库、异步通信以及在数以千计的CPU、FPGA或群集上的程序调度,实现一个全新的体系架构,该区块链每秒可以支持数百万个交易,且达到秒级确认。该平台测试版本计划在2018年发布。官方版本预计最早2019年中期上线。

中科院计算所孙毅研究员领导的团队也于2018年春季启动了高通量区块链研究项目。项目将从并行化架构、支付通道网络、硬件架构、智能监管等四个方面进行研究和改进,力求打造高效能区块链的基础设施和平台。

4.2 发展和应用区块链技术应注重新型终端的研发

Gartner技术成熟度曲线认为,任何一项技术,从最初兴起到热炒,到幻灭,再到稳步的爬升期,最后到成熟和实质性的产业,必经过这五个阶段。云计算是这样,大数据是这样,区块链技术也不例外。显然,经过这两年热炒之后的区块链技术,必须经过扎扎实实的铺垫,方方面面的技术准备和研发,才能最终“飞入寻常百姓家”。

区块链技术是去中心化的,任何一个区块链应用的正常运行,靠的是都是所有参与者节点提供的计算能力和存储。没有中心机构运营,没有中央服务器和数据中心。参与的节点越多,这个区块链应用系统就越健康(越不容易被非法分子的51%攻击和操控)。而一个普通用户拥有的计算能力是有限的。例如当前的智能手机,刷刷朋友圈、浏览浏览新闻、看看直播、玩玩游戏,电量可能一天就坚持不到;拍拍照片、缓存视频,存储空间动辄就不够了。今天的移动APP智能手机可以装十个八个,甚至几十个,但对于区块链应用,可能装两三个就会是问题。

对于区块链应用,PC机解决不了无时无刻可能发生的验证问题。智能手机的电量和存储空间将面临巨大无比的挑战。每人拥有一台微型超级计算机,无时无刻运行,然后通过移动终端来连接和操控,也许是一条解决方案。但是这样的微型超级计算机当前价格不菲,应用起来也没有那么简单,普及起来比较困难。

众所周知,作为区块链技术当前最成功的应用,比特币的“挖矿”,是需要专业的“矿机”的,为赢得一个区块的生成权和奖励,我们现在用的PC机和笔记本,根本没有胜算的可能。因此才有了“比特大陆”这种专门研发和生产“矿机”专用芯片的创业公司这两年的声名鹊起。虽然不是所有的区块链应用都需要竞争这么激烈的“挖矿”方式,但对于普通大众来讲,我们今天的终端设备,无法支撑需要不断参与验证,甚至无时无刻要形成共识,区块数据在无止境增加的区块链应用。

十多年前,智能手机的出现,爆发了一批杀手锏级的移动APP,推动了一拨新的移动互联网浪潮。今天,我们需要积极布局新型终端的研发,抢占制高点,来迎接和支撑区块链应用的爆发。

4.3 发展和应用区块链技术需要创新监管模式

分布式和去中心化是区块链技术的主要特点。基于区块链技术的大部分颠覆性应用的目标就是要避免中心化节点或第三方机构的介入。然而,这并不意味着区块链技术构建的平台、应用、社区、虚拟空间等,就不需要监管。区块链技术是建立在互联网基础上的,一如互联网虚拟空间存在的各种“乱象”,诈骗、反动、色情等犯罪活动猖獗,如不进行治理,必会严重影响现实社会秩序。网络社会不是“法外之地”,互联网空间同样有“主权”,已经是广泛的共识。事实证明,对互联网虚拟空间进行有效的整治和监管,对国家和民众都是大有裨益的。然而不同于互联网,区块链技术和应用有其自身的特点,互联网中心化应用有专门的运营单位(企业、政府部门或个人),可以作为特定的监管对象,而区块链应用一旦部署,就是所有自由接入的节点和参与者共同负责,没有中心化节点和存储,不存在某个机构或特定的IP地址对其负责,这将给区块链应用的监管带来巨大的挑战。

因此,一方面,国家在鼓励区块链技术和应用发展的同时,要从立法层面积极跟进,适时出台法律法规,引导区块链的应用方向,规范区块链应用的审查和部署;另一方面,要从信息技术工具层面,加大针对区块链平台和应用的监测、分析、判别、预警等信息技术工具的研发投入和力度,“解铃还须系铃人”,有效制止、及时发现不法分子利用区块链平台的非法行为。

4.4 交叉学科人才的培养是区块链技术发展和应用的关键

智能合约(Smart Contract)是运行在区块链上的计算机程序。如果说区块链技术是让人们可以在去中心化的情况下达成共识,那么,智能合约则决定了可以达成什么样的共识。如果说区块链只是一个分布式的记账方式形成的公共账本,那么智能合约则进一步结合千千万万个不同的应用场景和经济活动,约定了谁与谁、在什么情况下记账,进而产生什么样的账本。商业场景中,只要合约条款能够程序化、条件化、逻辑化,都能够用智能合约来表达。由于具有去中心化、去信任、不可篡改、可追溯等优点,区块链智能合约在未来商业应用中有巨大的潜力。

未来,区块链体系基础架构搭建完成,在商业应用场景中,所谓广泛应用区块链技术,很大程度上就是利用区块链编写智能合约了。所谓合约,就是共同约定的规则。现实中的商业活动,常常需要法律顾问或者律师,来帮忙制定合同或者合约的条款。智能合约,是运行在区块链上的计算机程序,需要用一定的计算机语言编写出来。商业双方进行谈判和协商,形成合约条款,再编写智能合约,保证准确无误,方能部署运行。发展和应用区块链技术,编写和审核智能合约的跨界人才,将会非常稀缺,要么程序员懂法律,要么律师会编程。

此外,智能合约既然是合约和规则,在执行的过程中就不可避免产生争议,一旦一方不认可执行结果,需要上诉。既然是人与人之间的商业或经济活动,涉及了法律问题,就仍然需要相关执法部门和机构的介入和仲裁。然而,比一般的电子证据更为复杂,区块链智能合约如何得到法律的认可和公平公正的裁决,是难点。

因此,为了应对这些挑战,加大交叉学科人才的培养是关键。

五、结束语

互联网技术实现了“信息”的自由传输,区块链技术则实现了“价值”的自由转移,通过区块链将真正构建起可信任的互联网络。大规模应用区块链技术需要实现高效能、创新监管和大力培养交叉学科人才。而随着基础支撑技术和平台的不断改进和成熟,区块链技术的应用必将逐渐渗透到各个领域。

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