區(qū)塊鏈技術(shù)與發(fā)展研究

文/徐曉蘭

1 深度融合網(wǎng)絡(luò)時(shí)代面臨的挑戰(zhàn)

今天的互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)演變?yōu)榇蠊緣艛嗔髁咳肟凇⑸虡I(yè)模式、服務(wù)提供和資源過度集中的封閉系統(tǒng)。這種高度集中化導(dǎo)致創(chuàng)新受阻，信息濫用，數(shù)據(jù)主權(quán)失控，安全難以保障等嚴(yán)重問題。

信息技術(shù)發(fā)展的歷史表明，每次信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的突破都是以打破舊有壟斷為契機(jī),比如Intel推出第一款CPU之后，產(chǎn)生了硬件與軟件分離，打破了原來依靠芯片、主板、操作系統(tǒng)等封閉體系結(jié)構(gòu)的壟斷，迎來了PC機(jī)40年的輝煌；而軟件定義網(wǎng)絡(luò)則打破了垂直集成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的壟斷，引發(fā)了近年來網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新的熱潮。在數(shù)字時(shí)代打破互聯(lián)網(wǎng)的壟斷，有助于開辟數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的新一波浪潮。區(qū)塊鏈技術(shù)可支撐高效的信息流和價(jià)值流的融合，參與者行為具有可預(yù)測性、可審計(jì)性，非對稱加密方式極大方便了數(shù)據(jù)加密，保證了數(shù)據(jù)的安全性，為實(shí)現(xiàn)物理世界和數(shù)字世界融合、安全價(jià)值交換打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有望成為價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施。

區(qū)塊鏈技術(shù)脫胎于2008年由化名為中本聰（Satoshi Nakamoto）的研究人員在密碼學(xué)郵件組列表中發(fā)表的論文《比特幣：一種點(diǎn)對點(diǎn)的現(xiàn)金支付系統(tǒng)》中提出的加密貨幣“比特幣”（Bitcoin），是分布式數(shù)據(jù)存儲、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、共識機(jī)制、加密算法等信息技術(shù)的集成創(chuàng)新應(yīng)用。它是新一代信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，是構(gòu)建高效可信數(shù)據(jù)共享、按需協(xié)同智能計(jì)算的核心，有望成為構(gòu)建未來信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心技術(shù)。如果說TCP/IP協(xié)議讓我們進(jìn)入了信息自由傳遞的時(shí)代，區(qū)塊鏈則將把我們帶入價(jià)值自由傳遞的時(shí)代。未來，區(qū)塊鏈技術(shù)有望對互聯(lián)網(wǎng)底層邏輯產(chǎn)生顛覆式革新，實(shí)現(xiàn)從信息高速公路到未來信息社會的轉(zhuǎn)變。這無疑對社會、政治、經(jīng)濟(jì)、文化和法律產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，對構(gòu)建數(shù)字中國、誠信社會具有重要意義。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展歷史及當(dāng)今態(tài)勢

2.1 發(fā)展歷史

區(qū)塊鏈技術(shù)過往發(fā)展歷程可以劃分為如下兩個(gè)階段：

2.1.1 區(qū)塊鏈1.0時(shí)代（加密貨幣階段）

這一階段以基于區(qū)塊鏈技術(shù)的各種數(shù)字代幣（Digital Tokens）或者稱加密貨幣（Crypto currency）興起為特征，比如于2008年中本聰（化名）在David Chaum（大衛(wèi)?喬姆）等人研究成果的基礎(chǔ)上提出的比特幣（Bitcoin）。加密貨幣在虛擬的網(wǎng)絡(luò)空間實(shí)現(xiàn)了不可信參與者之間的可信價(jià)值傳遞，為信息流和價(jià)值流深度融合奠定了基礎(chǔ)，共有賬本、經(jīng)濟(jì)激勵(lì)、可追溯、難篡改等特點(diǎn)使得人們逐漸接受加密貨幣這一新事物，并嘗試挖掘其背后的區(qū)塊鏈技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用，其作為建立人人互信社會的信息基礎(chǔ)設(shè)施的可能性逐漸得到共識。

2.1.2 區(qū)塊鏈2.0時(shí)代（智能合約階段）

這個(gè)階段特點(diǎn)是基于智能合約的區(qū)塊鏈技術(shù)支持更加復(fù)雜的表達(dá)能力。如果說區(qū)塊鏈1.0 時(shí)代技術(shù)上僅支持分布式可信記賬功能，那么區(qū)塊鏈2.0時(shí)代則支持了網(wǎng)絡(luò)空間實(shí)體間分布式可信交互的時(shí)代。智能合約最初的概念于1993年由尼克-薩博（Nick Szabo）提出，區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)的智能合約將人、法律、虛擬世界之間復(fù)雜的關(guān)系程序化，而且合約內(nèi)容明確、無法被篡改，數(shù)字資產(chǎn)交易、數(shù)字空間實(shí)體交互的過程借助智能合約在實(shí)現(xiàn)了可信互聯(lián)的區(qū)塊鏈構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中得以進(jìn)行。部署于區(qū)塊鏈上的智能合約代碼是公開但是受區(qū)塊鏈加密機(jī)制保護(hù)的，像現(xiàn)實(shí)世界的合同文書一樣，智能合約的公開讓參與方獲得了彼此的信任，這種信任建立過程很好的解決了中心化信任機(jī)制問題，無需第三方權(quán)威參與。

目前，區(qū)塊鏈正為各種行業(yè)提供解決方案，在促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和可編程社會治理等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

2.2 技術(shù)發(fā)展態(tài)勢

全球區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展整體呈現(xiàn)“西強(qiáng)東弱”的態(tài)勢，主要領(lǐng)先團(tuán)隊(duì)均來自歐美國家，他們掌握著核心技術(shù)和行業(yè)話語權(quán)，我國在基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)等方面尚處于落后地位。

區(qū)塊鏈技術(shù)體系可大致分為基礎(chǔ)設(shè)施層、通用和行業(yè)協(xié)議層、應(yīng)用層。基礎(chǔ)設(shè)施層的代表三大底層平臺分別為Gavin Andresen領(lǐng)導(dǎo)的比特幣、Vitalik Buterin領(lǐng)導(dǎo)的以太坊和Brian Behlendorf領(lǐng)導(dǎo)的超級賬本，以三大底層平臺為基礎(chǔ)建立的行業(yè)組織幾乎囊括了全球IT、金融等各領(lǐng)域的實(shí)力企業(yè)，事實(shí)上壟斷了底層行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定。通用和行業(yè)協(xié)議層包括分布式金融協(xié)議R3CEV、分布式證券協(xié)議DAH等十家公司，這些先行者將會在市場上形成領(lǐng)先的區(qū)塊鏈平臺公司。而應(yīng)用層方面，區(qū)塊鏈技術(shù)作為新一代信息技術(shù)正在快速成長和突破應(yīng)用，在金融支付、信息安全、醫(yī)療健康、文件存儲、供應(yīng)鏈、公正防偽、慈善公益、電子發(fā)票、版權(quán)交易等大量領(lǐng)域獲得了成熟應(yīng)用。目前，區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)開始嘗試在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造等方面的應(yīng)用。在應(yīng)用層方面我國與發(fā)達(dá)國家相比差距不大。

區(qū)塊鏈技術(shù)誕生至今，圍繞著構(gòu)建數(shù)字社會信息基礎(chǔ)設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)、支持?jǐn)?shù)字社會為目標(biāo)，在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新應(yīng)用四個(gè)層次開展研究并取得了不俗進(jìn)展?；A(chǔ)理論方面，從比特幣系統(tǒng)的工作量證明到以Algorand、Hashgraph等為代表的新一代共識算法，在保證系統(tǒng)安全性和良好擴(kuò)展性的前提下，算法效率取得了上萬倍提升。關(guān)鍵技術(shù)方面，在計(jì)算法律學(xué)指導(dǎo)下、基于人工智能輔助的智能合約編寫和形式化驗(yàn)證有望解決當(dāng)今合約面臨的安全漏洞、法律問題；而以側(cè)鏈、虛擬鏈、中繼鏈為代表的跨鏈技術(shù)則為應(yīng)用層屏蔽了底層復(fù)雜性。體系結(jié)構(gòu)層面，

從僅支持非圖靈完備合約和記賬功能的比特幣系統(tǒng)發(fā)展到當(dāng)今新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)雛形，如以MIT Connection Science實(shí)驗(yàn)室為代表的未來信息基礎(chǔ)設(shè)施方案，以Blockstack為代表的去中心化命名解析和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。應(yīng)用層面，更是從影響當(dāng)今貨幣金融體系的數(shù)字貨幣擴(kuò)展到社會治理和軍事國防應(yīng)用，典型代表如中國央行正在加速推出的法定數(shù)字貨幣、英國政府區(qū)塊鏈福利支付系統(tǒng)、愛沙尼亞電子公民、美國DARPA資助Guardtime等公司正在探索建立的安全通信平臺、美國臉書公司Libra為代表的金融數(shù)字化應(yīng)用等。

2.3 未來發(fā)展趨勢

區(qū)塊鏈技術(shù)是對互聯(lián)網(wǎng)底層邏輯的革新，有望將“以通信為核心、計(jì)算存儲為輔助”的互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙杂?jì)算存儲為核心、以可信互聯(lián)為輔助”的未來信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施。

（1）類比互聯(lián)網(wǎng)的核心IP協(xié)議，區(qū)塊鏈技術(shù)有望成為未來價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心協(xié)議，在底層邏輯層面即支撐了深度融合網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)元之間可信互聯(lián)、按需協(xié)同和智能計(jì)算，使當(dāng)今無序、失序和信任缺失的互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭尚判畔⒒A(chǔ)設(shè)施。

（2）區(qū)塊鏈技術(shù)有望改變當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)對象命名、索引與路由模式，去中心化的數(shù)字對象管理和路由使得數(shù)據(jù)與應(yīng)用解耦，從而支撐高效可信數(shù)據(jù)共享，釋放深度融合應(yīng)用發(fā)展空間。

（3）區(qū)塊鏈賦予了用戶對數(shù)據(jù)的控制權(quán)，構(gòu)建尊重每個(gè)數(shù)據(jù)源主體權(quán)益的有序規(guī)則體系，提高數(shù)據(jù)源之間按照規(guī)則和利益進(jìn)行有效協(xié)作共享的效率，實(shí)現(xiàn)了“我的數(shù)據(jù)我做主”。

實(shí)際上當(dāng)前國內(nèi)外已經(jīng)有研究人員在上述方向取得了初步進(jìn)展。在未來信息基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建方面，Alex Pentland領(lǐng)導(dǎo)的美國麻省理工MIT Connection Science Research Initiative提出了一套完整的未來信息基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)的設(shè)想，包括數(shù)字身份、分布式可信計(jì)算、個(gè)人數(shù)據(jù)存儲機(jī)制，其特點(diǎn)在于可以將應(yīng)用置于特定監(jiān)管環(huán)境而非應(yīng)用提供者內(nèi)執(zhí)行。Yves-Alexandre de Montjoye領(lǐng)導(dǎo)的openPDS項(xiàng)目，在組成未來深度融合網(wǎng)絡(luò)的基本單元——私有數(shù)據(jù)中心方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢。數(shù)字對象標(biāo)識體系方面，當(dāng)前國外領(lǐng)先團(tuán)隊(duì)為TCP/IP的發(fā)明人Robert Khan領(lǐng)導(dǎo)的CNRI，其建立的數(shù)字對象體系結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字對象存儲、注冊、解析系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于層次的名稱結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性好、數(shù)據(jù)位置變化不會影響解析性能。此外值得一提的是Onename公司提出的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式域名系統(tǒng)Namecoin，具有查找時(shí)延低、數(shù)據(jù)流通性好的優(yōu)點(diǎn)。

此外，分布式共識算法效率的提升、密碼的安全性迭代、智能合約的形式化驗(yàn)證、監(jiān)管與用戶隱私、跨鏈技術(shù)、復(fù)雜場景下的應(yīng)用和社區(qū)生態(tài)的建設(shè)也是未來關(guān)注的重點(diǎn)。同時(shí)，區(qū)塊鏈技術(shù)將與人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)深度融合發(fā)展。

3 小結(jié)

區(qū)塊鏈技術(shù)作為使能技術(shù)，是構(gòu)建高效可信數(shù)據(jù)共享、按需協(xié)同智能計(jì)算的核心，有望成為構(gòu)建數(shù)字社會的信息基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)；隨著數(shù)字社會的到來，數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)將深度融合，物理空間將向數(shù)字空間快速演進(jìn)，將加速價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)的建立，探索以規(guī)則為主導(dǎo)的社會治理模式。