區塊鏈技術的應用進展與發展趨勢

來源:JoinInformation 時間:2019-03-28 編輯:

摘要:從2015年以來,作為比特幣底層技術的區塊鏈技術,開始成為繼物聯網、云計算、大數據和人工智能之后,人們爭相研究和應用的熱點,并被Gartner列為未來十大技術發展趨勢之一。區塊鏈具有去中心化、共識機制、不可篡改、智能合約等特性,是一種全新的、去中心化架構的計算范式。本文在分析、比較國內外區塊鏈研究現狀和簡要介紹區塊鏈關鍵技術(原理)的基礎上,梳理了近幾年區塊鏈技術的最新應用進展,分析當前區塊鏈應用面臨的主要問題,對區塊鏈未來的應用前景與發展趨勢進行展望,進而為未來區塊鏈的研究和應用提供有益的啟發和借鑒。

關鍵詞:區塊鏈技術;去中心化;共識機制;不可篡改;智能合約

doi:10.16507/j.issn.1006-6055.2018.12.007

 

1  引

自2015年以來,作為繼工業革命和互聯網之后,可能引發顛覆式產業創新的一種新技術——區塊鏈(Block Chain,簡稱BC)技術,在全球經濟、金融、物聯網以及各個學術領域引發了高度關注。由此2015年被人們稱為世界區塊鏈元年。2016年被稱為是中國的區塊鏈元年,2017年是區塊鏈從實驗室走向應用的元年,區塊鏈也從1.0時代邁入了3.0時代,2018年則是區塊鏈應用與研究高速發展和推進的一年。

那么,究竟什么是區塊鏈呢?區塊鏈這一概念最早在2008年中本聰的比特幣白皮書中提出,起源于數字貨幣——比特幣。比特幣作為一種加密貨幣,只是建立在區塊鏈技術上的一種應用,區塊鏈是其底層技術,是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用節點共識算法來生成和更新數據、利用密碼學原理保證數據傳輸和訪問的安全、利用智能合約來編程和操作數據的一種基礎架構與計算范式。簡單地說,區塊鏈就是一種去中心化的分布式賬本數據庫,具有去中心化、不可篡改、共識算法、智能合約四大特點。其開放、自治、數據可追溯等特性,能解決金融、教育、電子政務、文件存儲、追溯、防偽等很多領域的技術難點,已成為繼物聯網、大數據、人工智能之后,產、學、政、資、研的新熱點,并被Gartner列為十大技術發展趨勢。

為全面、系統地了解區塊鏈技術研究、應用及產業等方面的最新進展和發展趨勢,本文在比較國內外區塊鏈研究現狀和簡要介紹區塊鏈關鍵技術(原理)的基礎上,梳理了近幾年來區塊鏈的最新應用進展,分析了區塊鏈應用面臨的主要問題,展望了區塊鏈未來的發展趨勢和應用前景,為后續區塊鏈的進一步研究和應用提供有益參考。

 

2  區塊鏈的研究現狀

鑒于區塊鏈巨大的應用前景,許多國家開始從國家層面設計區塊鏈的研究與發展規劃,先后出臺了一系列鼓勵區塊鏈技術發展和應用的政策。美國、歐盟、日本等發達國家正在積極推動區塊鏈技術理論研究、標準制定、應用落地等相關工作。美國證券交易所已批準公司可以基于區塊鏈技術進行股票交易,并且一些州已對區塊鏈技術立法;日本經濟產業省召開金融會議,設置專題研究區塊鏈技術的未來發展與影響;2017年9月,澳大利亞、英國等多國將區塊鏈納入國家數字經濟戰略;2016年初,英國政府發布《分布式賬本技術:超越區塊鏈》研究報告,從國家層面對區塊鏈技術的未來發展及應用進行分析并給出建議。國際上還成立了不少區塊鏈聯盟,如R3聯盟、Hyper Ledger等。

相比之下,我國的區塊鏈相關技術研究起步較晚,還處于萌芽階段。但近年來很快上升到國家戰略層面,于2016年底被寫入《“十三五”國家信息化規劃》。該規劃首次將區塊鏈技術列入需要超前布局的戰略性前沿技術。到2017年6月由工信部指導的首個區塊鏈標準《區塊鏈參考架構》發布;2017年9月,國務院印發的《國家技術轉移體系建設方案》指出,要加快區塊鏈科技成果的轉移轉化;同時,中國人民銀行在《中國金融業信息技術“十三五”發展規劃》中強調,要加強研究區塊鏈和金融科技;2017年10月,央行推動的基于區塊鏈的數字票據交易平臺測試成功;2018年5月,中國計算機學會(CCF)為搭建產業和學界互動的專業平臺,推動區塊鏈方面的人才培養和技術應用,率先發起成立了區塊鏈專業委員;2018年10月在杭州召開的2018年中國計算機大會(CNCC2018)開設了兩個區塊鏈專題論壇。

從理論研究現狀看,在CNKI中檢索“區塊鏈”,并在Web ofScience以“block chain”為檢索詞進行主題精確檢索的結果顯示,美國在研究論文數量上位列第一,其次是英格蘭和德國。我國相關研究雖然起步較晚,但數量增長較快,相關研究論文數量2015年僅有15篇,2018年已劇增至2794篇。目前仍處于研究起步期,主要是以會議論文為主(73.5%),且大多局限于對技術原理的討論,尤其集中在比特幣環境,理論研究明顯落后于實踐應用的發展。

 

3  區塊鏈的關鍵技術

3.1 區塊鏈加密技術及機制

區塊鏈利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據,利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問安全,其理論是基于密碼學的,主要涉及到哈希(Hash)算法和Merkle樹。

1)哈希(Hash)算法

哈希(也稱為散列)算法將任意長度的輸入值變換為具有固定長度的二進制值。這個二進制值稱為哈希值(也稱為散列值),可用于檢驗數據的完整性。著名的工作量證明算法(Proof of Work,PoW)、Merkle樹都是哈希算法的應用。區塊鏈不保存原始數據,而是保存該數據的哈希值,Merkle樹中的節點信息經兩次SHA256哈希運算(輸出長度為256位)得到。此外,區塊鏈中常用的簽名也是由私鑰和需要被簽名的數據經哈希運算而成。

2)Merkle樹

Merkle樹基于數據哈希構建,多用于驗證和文件對比,特別是在分布式環境下,可大大減小數據的傳輸量和計算的復雜度。其數據結構是一棵樹,一般為二叉樹,也可以為多叉樹;其葉子節點是數據塊(如文件或文件集合)的哈希值,非葉子節點則是其所有子節點的哈希值。

區塊鏈中的每個區塊都包含了記錄于該區塊的所有交易,Merkle樹對這些交易進行歸納表示,同時生成該交易集合的數字簽名(圖1)。

 

3)時間戳

區塊鏈采用時間戳技術來解決數字貨幣的“重復支付”問題。即系統給每一筆交易蓋上正確的時間戳,以此證明在這個時刻這筆交易確實發生,交易中資金的所屬權已經轉移,之前的資金所有者不能再次使用這筆資金。另外,每一個區塊也會蓋上正確的時間戳,從而形成一個按時間順序發展的正確鏈表。

4)工作量證明(PoW)機制

所謂工作量證明,是指要找到一個合理的區塊哈希值,需要進行大量計算,若找到這個值,就說明該節點確實經過了大量計算。由于驗證只需對結果值進行一次哈希運算,因此,PoW的驗證效率很高。

5)權益證明機制

相比PoW浪費大量的算力,權益證明(Proof of Stake,PoS)根據貨幣持有量和時間來分配相應的利息,僅需要少量計算就能維持區塊鏈的正常運轉。但是這種機制存在一點不足,即區塊的產生沒有消耗大量算力,導致這種機制下的價值來源難以確定。

 

3.2 區塊鏈的架構

區塊鏈由一系列加蓋了時間戳的有效交易區塊組成。每個區塊都包含了前一個區塊的哈希值,是對前一個區塊的增強,從創世區塊開始逐個鏈接到當前區塊,形成區塊鏈。每一個區塊都按照時間順序在上一個區塊之后產生,包含了當前一段時間內的所有交易信息和區塊元數據,一旦被確認,幾乎不能做修改操作(圖2)。

在區塊鏈中,區塊是指一種數據結構,由區塊元數據和區塊體兩部分組成。其中,區塊元數據記錄的是區塊的元數據信息,區塊體記錄的則是從上一區塊產生到此區塊創建之間所發生的所有交易。區塊鏈的基本框架如圖3所示。從下至上包括數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層共六層;基礎數據傳輸到數據層,在區塊主體中組成數據列表,用區塊主體中的Merkle樹記錄,區塊主體與存儲Merkle根、父哈希、時間戳等數據的區塊頭共同形成區塊,多個區塊通過區塊頭的數據形成鏈式結構;網絡中的節點收到上傳數據后,通過P2P網絡向全網廣播,各節點自動對其驗證。

 

3.3 區塊鏈的建立

 

中本聰在其比特幣白皮書中,詳細地介紹了區塊鏈系統的建立過程:

第1步:新的交易向全網所有節點廣播;

第2步:每個節點把收到的交易都寫入到一個區塊中;

第3步:每個節點都在新的區塊上進行計算,尋找一個工作量證明解;

第4步:某個節點找到工作量證明解時,就把其所在區塊向全網進行廣播;

第5步:其他節點收到這個區塊的廣播后對其進行驗證,只有所有交易都被驗證是有效且未被使用的之后,該區塊才能被認可;

第6步:每個節點通過將此區塊的哈希值作為父哈希值來進行下一個區塊的計算,表示節點認可了此區塊有效。

一般情況下,一筆交易必須經過至少6次確認(在此區塊之后每產生一個區塊就是1次確認),才能最終在區塊鏈上被承認是合法交易。6次確認后要想修改記錄,代價太大,所以一般認為區塊鏈上數據不可篡改。

 

3.4 共識機制

共識機制是指分布式系統中的一致性問題, 其核心是在某個協議(共識算法)保障下,在有限的時間內,使得指定操作在分布式網絡中是一致的、被承認的、不可篡改的。在區塊鏈系統中,特定的共識算法用于解決去中心化多方互信的問題。為適應不同的應用場景,區塊鏈共識機制集中于優化系統的可擴展性、運行效率和容錯等方面。

共識算法通常分為兩類。一類是確保各個節點之間的數據絕對一致,用于解決可信節點間網絡通信問題的算法,如Paxos、Raft算法,以及拜占庭容錯算法(BFT)等。另一類則是通過經濟利益和算力,鼓勵對系統的貢獻及提高不可信節點成本的算法,如上述PoW、PoS算法等,這類算法通過提供算力或持有權益來平衡利益。

 

3.5 智能合約

智能合約(Smart Contract)這個術語由密碼學家NickSzabo提出,是一種計算機協議,用于促進、驗證或者執行合約的協商或履行,或使合約條款不必要。智能合約的工作原理與編程語言中的If-Then句類似,當滿足一個預先編好的條件時,智能合約的相應條款就被觸發執行。區塊鏈技術為智能合約的運行提供了可信的執行環境,將其作為一段寫在區塊鏈上的代碼,一旦某個事件觸發合約中的條款,代碼即自動執行。智能合約允許在不依賴第三方的情況下進行可信、可追蹤且不可逆的合約交易。

目前,較為成熟的以太坊和Hy-perledger Fabric框架均包含智能合約,支持圖靈完備的語言,在其基礎上可實現多種智能合約,包括差價合約、儲蓄錢包合約、多重簽名合約等,無須依賴第三方或中心化機構,具有較高的效率與準確性。

 

4  區塊鏈的應用進展

區塊鏈因其實現了去中心化的共識,同時具有優秀的不可篡改、鏈式存儲等安全特性,加上智能合約,使其在各行各業得到了廣泛地應用。尤其是在那些參與方眾多、交易鏈條長、中心化效率低、缺少信任的場合,如金融、認證和溯源等,近年來對區塊鏈技術的剛需非常明顯。下面歸納了區塊鏈在幾個主要領域的應用。

 

4.1 在銀行金融業中的應用

區塊鏈作為一種數字化、安全及防篡改的技術可跨國界而無需中介,以超低費率和幾乎瞬時的方式支付,能創建一個更直接的支付流,為全球的現金交易服務。瑞士的UBS銀行和英國的巴克萊銀行采用區塊鏈來加速推動后臺系統功能以及清結算能力;Thought Machine集團開發了基于私鏈技術以及加密總賬簿的Vault OS系統,各種規模的銀行都能使用這個安全的點對點金融系統;R3CEV公司正在為金融行業開發定制化的區塊鏈應用;百度金融也于近期與其他金融機構聯合發布了支持區塊鏈技術的ABS項目。

在銀行的跨境支付業務中,因為雙方信用主體不同,用戶需要提交大量的身份證明資料,雙方銀行也需要向中間機構核對信息。而利用區塊鏈可直接建立付款人與銀行、銀行與銀行之間的信任關系,無須中間代理機構,付款人與銀行可通過智能合約約定相關的權利義務,實現實時轉賬和自動清結算。監管機構也可清晰地審查相關的交易記錄,識別洗錢等違法行為。對個人方、銀行方和監管方來說,區塊鏈有利于降低成本、提升效率。

環球銀行金融電信協會聯合全球多家銀行啟動的全球付款創新項目SWIFT GPI(Global Payments Innovation)已在研究區塊鏈技術與跨境支付的高度融合。我國招商銀行在2016年也開發了基于區塊鏈的跨境直聯清算系統。而在近期,匯豐銀行與ING銀行為美國農業應用區塊鏈技術,完成了首個實時貿易的融資交易。

 

4.2 在追溯和防偽中的應用

區塊鏈技術的去中心化、數據可追溯和不可篡改等特性,使它不依賴于統一的中央數據庫,用做產品防偽具有天然優勢,和存儲量大、安全性高、使用方便的IC卡芯片相結合形成的防偽系統具有極高的不可偽造性,且成本低廉、易于實施。

此外,區塊鏈技術用于產品追溯,可使產品生產、加工、消費各個環節的參與者都無法摻假,且有可信性。英國的Provenance軟件公司采用由傳感器或RFID生成的標簽將食材記錄在區塊鏈上,保證食材的生產日期等數據的真實可靠,避免了信息提供者可能選擇性屏蔽對自己不利的基礎信息。阿里應用區塊鏈打造透明可追溯的跨境食品供應鏈,將區塊鏈技術應用于食品的產供銷各個環節,使數據依賴于機器采集和機器信任,從而解決食品安全領域存在的各種難題。

由于區塊鏈中每個區塊都帶有時間戳,這種時序數據強化了信息的不可篡改性,對產品追溯起到很大作用,不僅能保證數據的原始性,也降低了交易追溯的成本。每個區塊通過哈希算法生成的哈希值來標識自身的唯一性。如果攻擊者想篡改數據,就必須修改所有區塊中的數據,對于一個成熟的區塊鏈來說,這是不可能的。

 

4.3 在文件存儲中的應用

目前,絕大多數的文件存儲方式是集中存儲在本地,或者是使用云存儲。后者的數據在中心化的服務商處同樣面臨著被攻擊、濫用和泄露的威脅。而區塊鏈技術通過世界各地的閑置存儲和帶寬所構成巨大節點網絡,可以實現真正的分布式存儲。如星際文件系統(IPFS),其文件內容轉化為哈希值存儲在各個節點中,任何內容的修改都會反映在哈希值上。存儲的文件都抽象成特殊的IPFS目錄供檢索,大文件切分成小塊,下載時從多個服務器同時獲取,不設中心服務器,安全性高、成本降低 。參與服務者通過對數據共享的貢獻,自動獲取并分配相應的收益。據估計,到2027年全球10%的GDP將會通過區塊鏈技術存儲。

 

4.4 在物聯網中的應用

物聯網技術近幾年取得了顯著發展,并與互聯網相結合,實現了智能化的管理與操作。包括IBM在內的跨國公司已經在物聯網投入了海量資源,而區塊鏈技術正成為解決其中核心問題的關鍵。

對于潛在數量在百億級的聯網設備而言,使用傳統的中心化機制解決節點信任問題是不現實的。區塊鏈創建的共識網絡則無需信任單個節點。IBM公司正致力于讓每個聯網設備都能基于區塊鏈技術實現自我管理,無需人工維護。如:讓所有家居物件自發自動地與其他物件或外界進行金融活動,讓智能電表通過調節用電量和頻率形成更優惠的電費賬單等。

另外,區塊鏈的去中心化能為物聯網提供安全的環境。一是去信任化以及智能合約增強了物聯網中的互信機制;二是時序數據和數據加密可保障物聯網中的數據安全。

 

4.5 在資產版權?;ぶ械撓τ?/strong>

對于大量原創內容,確權成本高,維權周期長;加上版權授予和代理的鏈條長,創作回報周期也長。利用區塊鏈去中心化的記錄,結合計算機視覺、自然語言等領域相關技術,能實現低成本的內容確權;利用智能合約能方便作者對作品進行定價和授權,同時自動跟蹤、記錄每次被使用和交易的情況,并自動分配收益,縮短回報周期。

目前,已經有不少區塊鏈版權平臺提供數字資產與版權交易功能,幫助數字資產實現高效流轉,激活資產價值。今后,線下實體資產也可在區塊鏈上登記與交易,形成流動的資產網絡。

 

4.6 在身份認證中的應用

傳統的線下證件容易遺失、被盜取和偽造,互聯網上的用戶身份和隱私也存在安全隱患,因為用戶數據大多存儲在應用商的服務器上,缺少第三方監管,用戶身份數據容易泄露或者被濫用,如最近Facebook的用戶數據泄露事件。利用區塊鏈技術,用戶可以擁有唯一的、不可篡改的身份ID,集合多維度信息,用于驗證、授權和交易,降低隱私泄露風險。

微軟、IBM等機構已在合作研發去中心化的身份識別系統(Decentralized IDs,DID)。我國中鈔區塊鏈技術研究院也推出了中鈔絡譜系統,對數字身份、可信數據、數字憑證等進行可信登記,向調用這些信息的第三方提供身份、時間戳、憑證登記等,可驗證、審計和追溯,在政府監管和司法鑒定等場景中有較好的應用。我國公安部已經把區塊鏈技術應用于案件管理,存儲身份證據鏈,將區塊鏈貫穿身份錄入的全過程。

 

4.7 在教育領域中的應用

當前人們對某一特定學科的精通程度,需要由受認可的大學頒發文憑或證書來證明。這種證書證明方式具有一定的缺陷,如文憑造假、精英教育的不公平性等。為此,美國的Holbertson軟件技術培訓學校將區塊鏈技術應用于認證學歷證書,確保學生聲稱在學校通過的課程都是實際被鑒定合格的。同時避免人工檢查,減少紙質文件,節約了時間和成本?;誶榱吹慕逃低潮Vっ扛鋈說目際猿杉翱緯躺柚枚急揮讕們也豢篩牡丶鍬己痛媧⑾呂?。

 

4.8 在供應鏈管理中的應用

在供應鏈領域,可應用區塊鏈記錄參與各方的商品日期、位置等信息,形成一個不可篡改的公共賬本,生產方、監管方和公眾都能追蹤相關信息,這在跨境物流等對安全性要求高的場景尤為重要。采用區塊鏈,交易會被永久性、去中心化地記錄下來。如Provenance公司已為原材料和產品建立可追溯系統,Skuchain公司則為B2B交易和供應鏈市場研發了一個區塊鏈產品。

阿里巴巴和京東也在研發區塊鏈供應鏈系統。其中阿里巴巴聯合政府、行業協會、質檢機構等打造了一個全球溯源計劃,可追蹤進口商品的生產、通關、運輸等全鏈路;而京東則聯合清華大學等成立了中國安全食品區塊鏈溯源聯盟,用于食品的追蹤和安全合作。

 

5  區塊鏈應用面臨的問題

作為近年來興起的新技術,區塊鏈雖然得到了快速發展,其應用場景和領域也非常廣泛,但區塊鏈技術總體還處于發展的初期,存在諸多問題和挑戰。除了政策和公眾認知方面,區塊鏈還在安全、資源和效率等方面存在一些可能制約其應用和發展的問題。

 

5.1 安全問題

1)51%攻擊問題。節點只要掌握全網超過51% 的算力,就能成功篡改和偽造區塊鏈數據。以比特幣為例,據統計中國大型礦池的算力已占全網總算力的60%以上,理論上這些礦池可以通過合作實施51%攻擊,從而實現比特幣的雙重支付。雖然,實際系統中為掌握全網51%算力所需的成本投入遠超成功實施攻擊后的收益,但51%攻擊的安全性威脅始終存在。

2)隱私?;の侍?。區塊鏈系統內各節點并不完全匿名,而是通過地址標識(如比特幣公鑰地址) 來實現數據傳輸。雖然地址標識并未直接與現實世界的實體身份關聯,但區塊鏈數據是完全透明的,隨著抗匿名身份識別技術的發展,可實現部分重點目標的定位和識別。另外,在完全去中心化的環境中,因缺乏有效的安全機制,可能因數據透明造成隱私泄露。

3)鏈外數據輸入問題。在區塊鏈2.0乃至3.0時代,基于區塊鏈的智能合約更加完備,為區塊鏈增加了應用領域,但同時也增加了與現實世界數據交互的機會,大量來自鏈外的數據輸入可能會給區塊鏈的應用帶來安全隱患。如使用區塊鏈進行產品溯源應用時,在理論上還無法證明,可避免從源頭的仿冒產品以“正品”的數據被寫入區塊鏈。

4)性能與加密安全問題。為了提升性能,區塊鏈在加密安全方面可能會做一些讓步。如為提升交易處理性能,而在非可信環境中使用非拜占庭容錯(BFT)的一致性算法,將給區塊鏈的應用帶來了安全隱患。

 

5.2 資源與效率問題

1)資源浪費問題。區塊鏈產業屬于高能耗型產業,基于PoW共識機制的區塊鏈系統依賴區塊鏈節點貢獻的算力,但只有部分算力得到了獎勵,其他算力都是在做無用功,資源浪費很大,影響了其在各個領域的推廣應用。

2)區塊膨脹問題。區塊鏈要求系統內每個節點都保存一份備份,這對于海量數據存儲來說要求過高。以比特幣為例,完全同步自創世區塊至今的區塊數據需要約120GB存儲空間,適用于更大規模的解決方案還有待研發。

3)交易效率低問題。交易效率主要受到區塊產生時間和區塊大小的影響,同樣以比特幣為例,其交易速度為7筆/秒,這將限制區塊鏈在一些高頻交易場景(如金融業)中的應用,不便進行實時交易。

 

5.3 其他問題

1)新共識機制問題。這種新共識機制能使各自治節點激勵相容、能自發地實施區塊數據的驗證和記賬,提高區塊鏈系統內部對非理性行為的驗證效率,從而抑制各種安全性攻擊。

2)算力瓶頸問題。區塊鏈的安全性和不可篡改性是由PoW共識機制的強大算力所保證的,任何對于區塊數據的攻擊或篡改,都必須重新計算該區塊以及其后所有區塊的SHA256難題,并且計算速度要使得偽造鏈長度超過主鏈。將區塊鏈與人工智能技術相結合,發揮人工智能優勢,并采用新的共識機制,能進一步提高區塊鏈的算力。

3)與云平臺結合問題。目前云計算提供商已提出BaaS (Blockchain as a Service)和BaaP ( Blockchain as a Platform)服務,且許多區塊鏈開源項目都支持在公有云上直接部署。

4)統一標準問題。目前相關技術與行業還未有統一標準,具體包括:基礎標準、業務和應用標準、過程和方法標準、可信和互操作標準、信息安全標準等,其中信息安全標準最為重要。

 

6  區塊鏈的發展趨勢

隨著基礎理論、方法、技術和平臺的進一步發展成熟,區塊鏈將伴隨大數據、云計算、物聯網和人工智能的興起,迎來新一輪的技術革命浪潮,將更加深刻地改變未來數字經濟社會的價值形態,并帶來更廣闊的應用前景。但同時也應看到,區塊鏈仍然有一系列問題有待解決。如:安全性問題、可擴展性問題、還有在完全去中心化的自治環境中,如何建立有效的安全應急及責任機制等。

 

6.1 技術方面

我國學者在區塊鏈的技術研發方面已經取得了不少有影響的研究成果。以太坊、北航鏈等區塊鏈平臺已開始進入實用階段。未來預計將在可擴展性、加密算法、隱私?;つ芰Φ確較蠐薪洗蠓⒄?。

1)增加可擴展性??衫┱剮允侵蓋榱聰低炒碭咭滴窳康哪芰?,它決定了區塊鏈在各個行業的應用深度。在考慮去中心化和安全的前提下,區塊鏈的可擴展性主要受制于三個方面:一是分布式區塊鏈網絡的節點傳輸延遲,因為整個網絡同步的效率取決于網絡中延遲最長的節點;二是賬本區塊的一致性問題,影響區塊鏈吞吐量的核心參數是區塊容量和區塊間隔時間,如果區塊間隔時間過小,可能會由于不同節點來不及完全同步最新的區塊廣播而產生不同的新區塊,從而造成嚴重的分叉問題,影響區塊鏈的實際可用性;三是受節點性能限制,目前主流的公有鏈如比特幣、以太坊等仍然使用PoW共識機制,節點需要消耗大量的計算資源來進行哈希運算以競爭記賬權,從而影響效率。

2)使用抗量子加密算法。隨著量子計算技術的發展,區塊鏈的非對稱加密機制將有被破解的可能性,即通過由主流非對稱加密算法生成的公鑰地址來反推出賬戶的私鑰。如果成功,整個區塊鏈體系的安全基礎就會崩潰。

3)進一步提升隱私?;つ芰?。隨著區塊鏈應用的廣泛推廣,如何?;で榱詞蕕囊澆淶檬種匾?。而比特幣、以太坊等公有鏈完全公開化的賬本,已難以滿足人們在應用場景中對隱私的更高需求。為此,在新興的區塊鏈中,將使用無須泄露數據即可證明數據真實性的所謂“零知識證明”技術,即證明者(被驗證者)能夠在不向驗證者提供任何有用信息的情況下使其相信某個論斷是正確的協議。2017年以太坊平臺在拜占庭分叉過程中,就引入了使用同態加密的零知識證明技術zkSNARKs。

4)智能合約智能化。智能合約及其應用邏輯大多根據預定義場景或“IF-”類型的條件來響應規則,但不能實現具有一定自主決策功能的“智能化”。未來的智能合約將能根據未知場景的“WHAT-IF”推演、計算實驗和自主決策等功能實現“智能化”。

5)提高智能合約的安全性。智能合約的本質是算法合同,即當事雙方同意依據一定的計算機算法來確定合同的內容、訂立并履行合同的行為。智能合約是“代碼即合約”,其合約代碼常蘊含著法律關系和利益交易,因此在可信和執行安全方面有更高的要求。對一個被觸發執行的合約程序,要保證程序運行的正確性和合約參與方的機密性。未來將有望采用一些新的密碼計算技術(如全同態加密技術(Fully Homomorphic Encryption,FHE)來保證區塊鏈中數據的隱私以及在不可信環境中計算的正確性。

6)多種共識機制進行融合與優化。如前所述,共識機制被用于解決分布式系統一致性問題。為適應不同的應用場景,未來的區塊鏈共識機制將集中于優化系統的可擴展性、運行效率和容錯性等,主要通過將各種共識機制進行融合實現。如在分層/分片方案中,最上層的主鏈使用PoW機制,以確保全局共識的有效性,而在相對小范圍的分片中,則使用PoS或者拜占庭容錯BFT算法,以實現更高效率的共識,如以太坊就計劃引入基于校驗器管理和約(VMC)分片方案。

7)采用并行化技術。并行化在傳統分布式系統中被用于解決吞吐量問題,這在未來的區塊鏈方案中有兩種實現方式:一是將節點和交易分區來進行并行化處理;二是使用有向無環圖DAG(Directed Acyclic Graph)將區塊生成過程并行化。在DAG中,每個單元允許包含多個父單元(不允許成環),從而容納更多交易并更快得到確認。

8)研究算力更加“有用”的共識機制。質數幣(Prime coin)提出,把尋找下一個符合條件質數的過程作為“工作量證明”,這樣就可能提供一種新的共識機制,即要求各節點在共識過程中,找到素數的最長鏈條(如雙向雙鏈),而不是無意義的SHA256哈希值。

 

6.2 應用方面

麥肯錫研究報告指出,區塊鏈是最有潛力觸發第五輪顛覆性革命浪潮的核心技術,未來區塊鏈的各種新應用場景將不斷涌現。

1)組建區塊鏈大聯盟,制訂行業標準。目前R3CEV正聯合40多家國際領先銀行,建立行業監管及相應的技術標準。

2)區塊鏈應用從單純的數字貨幣過渡到廣泛的社會領域。Capital One及Visa已對金融科技公司進行區塊鏈方面的戰略投資;而UBS、花旗、德意志及巴克萊也成立了區塊鏈實驗室,以測試不同的區塊鏈應用場景。

3)從“區塊鏈3.0”升級到“應用on區塊鏈”,即全部業務邏輯均在區塊鏈上運行,避免可信數據輸入問題。

4)傳統業務正以各類智能合約的形式,從數據中心遷移到區塊鏈的各個記賬節點,實現真正的“去中心化”。

5)用區塊鏈把物理世界及人的關聯關系,納入整個區塊鏈生態系統中。這個生態系統可以存儲個人各種數據乃至人類思想和意識。

6)基于區塊鏈構建一種新型的價值傳遞體系。所有參與方通過付出“成本”來獲取激勵,維持關鍵數據及業務規則的共識,并以此來作為檢驗區塊鏈應用是否能真正解決需求的標準。

返回

聯系我們

  • 熱線:400-840-2800
  • 電話:(022)24102119
  • 傳真:(022)24102164
  • E-mail:[email protected]
  • 地址:天津市河東區龍潭路15號海委檔案樓

版權所有:天津市龍網科技發展有限公司 河北20选5今晚开奖结果 津公安備案12010202000392