區(qū)塊鏈技術(shù)在通信行業(yè)的應(yīng)用趨勢(shì)研究

呂輝 房梽斅

[摘? ? 要] 區(qū)塊鏈被認(rèn)為是在全球范圍內(nèi)的又一次技術(shù)創(chuàng)新革命，其在互聯(lián)網(wǎng)、金融服務(wù)創(chuàng)新、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、供應(yīng)鏈等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景和巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。本文分析并關(guān)注區(qū)塊鏈的核心技術(shù)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，在多個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景。

[關(guān)鍵詞] 區(qū)塊鏈;分布式;去中心化;共識(shí)機(jī)制;非對(duì)稱(chēng)加密

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2021. 01. 045

[中圖分類(lèi)號(hào)] F49? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? A? ? ? [文章編號(hào)]? 1673 - 0194（2021）01- 0113- 02

0? ? ? 引? ? 言

區(qū)塊鏈起源于比特幣的底層技術(shù)，從2008年比特幣誕生開(kāi)始，區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)過(guò)了近十年的不斷發(fā)展，目前區(qū)塊鏈被認(rèn)為是繼云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)之后，在全球范圍內(nèi)的又一次技術(shù)創(chuàng)新，其在“互聯(lián)網(wǎng)+”、金融服務(wù)創(chuàng)新、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、供應(yīng)鏈等領(lǐng)域具有廣闊的前景和潛在應(yīng)用價(jià)值。國(guó)內(nèi)以互聯(lián)網(wǎng)公司為代表的各類(lèi)企業(yè)，都在積極投入人力物力研究開(kāi)發(fā)區(qū)塊鏈技術(shù)，提出了多項(xiàng)區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的解決方案，尤其在金融領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用相對(duì)集中，并逐漸延伸到多個(gè)行業(yè)。國(guó)家的信息化戰(zhàn)略規(guī)劃提出要加強(qiáng)區(qū)塊鏈技術(shù)的試驗(yàn)和應(yīng)用，區(qū)塊鏈技術(shù)也具備了推廣應(yīng)用的條件。

1? ? ? 區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)與核心特征

從技術(shù)角度分析，區(qū)塊鏈?zhǔn)怯啥鄠€(gè)參與者共同維護(hù)，數(shù)據(jù)區(qū)塊之間首尾相接，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系，區(qū)塊鏈的部署模式和應(yīng)用架構(gòu)不同，通常分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈三種形式。公有鏈面向任意節(jié)點(diǎn)開(kāi)放，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能成為該鏈上的一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)獲得數(shù)據(jù)操作權(quán)利依靠的是共識(shí)機(jī)制。例如，比特幣采用的是PoW共識(shí)機(jī)制，全網(wǎng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)通過(guò)算力的競(jìng)爭(zhēng)獲取記賬權(quán);以太坊采用PoS共識(shí)機(jī)制，根據(jù)節(jié)點(diǎn)所占有的權(quán)益份額大小，隨機(jī)獲取記賬權(quán)等等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前共識(shí)機(jī)制的算法多達(dá)幾十種，仍在不斷的發(fā)展中，采用何種共識(shí)機(jī)制完全由區(qū)塊鏈的最初設(shè)計(jì)者確定，某個(gè)鏈發(fā)布以后所有的參與節(jié)點(diǎn)必須遵從該共識(shí)機(jī)制。

目前來(lái)看公有鏈?zhǔn)菂^(qū)塊鏈領(lǐng)域研究發(fā)展的主流方向，相比其他鏈的類(lèi)型，公有鏈的生態(tài)開(kāi)放性最好，參與的企業(yè)和應(yīng)用的場(chǎng)景也最廣泛，是企業(yè)研發(fā)投入的重點(diǎn)。聯(lián)盟鏈在多數(shù)情況下是企業(yè)之間參與，只允許通過(guò)認(rèn)證的企業(yè)機(jī)構(gòu)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行業(yè)務(wù)。例如，某些銀行、信托、保險(xiǎn)公司之間達(dá)成某種合作協(xié)議和業(yè)務(wù)聯(lián)盟，相互之間為了驗(yàn)證金融票據(jù)的真?zhèn)魏妥匪輥?lái)源，用區(qū)塊鏈技術(shù)建立的一套票據(jù)驗(yàn)證系統(tǒng)。私有鏈的應(yīng)用最受限，只適用于特定的參與者，本文不再贅述。

1.1? ?分布式與共識(shí)機(jī)制

區(qū)塊鏈作為去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)之間利用共識(shí)機(jī)制保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，共同維護(hù)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)記錄。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立的，有平等的參與權(quán)力，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有中心化的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，日常運(yùn)行完全依靠節(jié)點(diǎn)的自制管理。分布式是區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)的核心特點(diǎn)之一，能夠保證所有參與節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，是現(xiàn)有各種區(qū)塊鏈應(yīng)用遵從的基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)。

在分布式架構(gòu)下，如何解決所有參與節(jié)點(diǎn)之間的信任，就某一次數(shù)據(jù)操作或者規(guī)則形成共識(shí)，達(dá)成一致性，甚至在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷、節(jié)點(diǎn)故障、系統(tǒng)遭受攻擊的極端情況下，仍保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，共識(shí)機(jī)制是保障區(qū)塊鏈系統(tǒng)不間斷運(yùn)行的關(guān)鍵。共識(shí)機(jī)制保證所有節(jié)點(diǎn)在某個(gè)周期時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)的一致性，現(xiàn)有的主流共識(shí)算法PoW、PoS、DPoS等等，其算法原理和技術(shù)實(shí)現(xiàn)各不相同，對(duì)計(jì)算過(guò)程中耗費(fèi)的資源、對(duì)網(wǎng)絡(luò)的壓力、數(shù)據(jù)操作排序、節(jié)點(diǎn)合法等差異較大，但本質(zhì)上都是分布式系統(tǒng)保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性的最優(yōu)選擇。

1.2? ?數(shù)據(jù)區(qū)塊和鏈的結(jié)合

數(shù)據(jù)區(qū)塊和鏈相結(jié)合，是區(qū)塊鏈非常重要的特征。每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊的頭部，都包含了前一區(qū)塊的數(shù)據(jù)信息字段，通常是經(jīng)過(guò)哈希計(jì)算生成，另外還有根節(jié)點(diǎn)的哈希值、系統(tǒng)時(shí)間戳、系統(tǒng)難度值、隨機(jī)數(shù)等字段，經(jīng)過(guò)SHA256加密得到的哈希值來(lái)保證整個(gè)歷史數(shù)據(jù)鏈條的完整性和安全性。

如何保證一個(gè)新數(shù)據(jù)區(qū)塊創(chuàng)建成功被加入到鏈后，該區(qū)塊包含的數(shù)據(jù)信息也被永久的保存？區(qū)塊鏈上所有參與運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)，在每一次記錄之前都會(huì)驗(yàn)證所有區(qū)塊的“合法性”，根據(jù)算法規(guī)定只有通過(guò)大多數(shù)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證通過(guò)的區(qū)塊，才會(huì)被添加到主鏈的末尾，成為一個(gè)新的數(shù)據(jù)塊，區(qū)塊包含的數(shù)據(jù)也就被永久的保留在鏈上。如果個(gè)別節(jié)點(diǎn)惡意篡改了區(qū)塊鏈上的某個(gè)數(shù)據(jù)塊信息，將會(huì)導(dǎo)致該區(qū)塊中哈希值與其它節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)千差萬(wàn)別，其它節(jié)點(diǎn)將不會(huì)承認(rèn)該區(qū)塊的“合法性”，該區(qū)塊及其以后的所有區(qū)塊將被其他節(jié)點(diǎn)拋棄，由此個(gè)別節(jié)點(diǎn)對(duì)單一數(shù)據(jù)區(qū)塊的篡改不會(huì)影響全網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全性。個(gè)別節(jié)點(diǎn)為使篡改的數(shù)據(jù)區(qū)塊“合法”，需要對(duì)該區(qū)塊后所有的區(qū)塊數(shù)據(jù)進(jìn)行重新計(jì)算和修改，耗費(fèi)的工作量將是巨大的，計(jì)算篡改數(shù)據(jù)的成本甚至超過(guò)收益，對(duì)數(shù)據(jù)的篡改成為毫無(wú)意義的行為。

1.3? ?非對(duì)稱(chēng)加密

區(qū)塊鏈對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)采用非對(duì)稱(chēng)加密算法，也就是用一對(duì)密鑰（公鑰和私鑰）進(jìn)行數(shù)據(jù)的加解密，使用其中一個(gè)密鑰（公鑰）進(jìn)行數(shù)據(jù)信息加密，使用另一個(gè)密鑰（私鑰）才能對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解密。區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)是完全公開(kāi)的信息，特別是對(duì)公有鏈，任何參與的節(jié)點(diǎn)都能在任何時(shí)刻獲取到全部的數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈正是使用非對(duì)稱(chēng)加密的公、私鑰對(duì)來(lái)構(gòu)建節(jié)點(diǎn)間信任的，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全。

區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸也需要進(jìn)行加密和解密，特別是公有鏈上的節(jié)點(diǎn)，彼此之間是沒(méi)有身份信任的，節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)操作都是匿名的，非對(duì)稱(chēng)加密保證了發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)是安全的。鏈上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都存有自身的一對(duì)密鑰（公鑰、私鑰），發(fā)送方在傳遞信息時(shí)，使用接收方的公鑰對(duì)信息進(jìn)行加密，接收方收到加密信息后，使用自己的私鑰對(duì)信息進(jìn)行解密，進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證數(shù)字簽名等數(shù)據(jù)信息，比對(duì)結(jié)果一致則說(shuō)明數(shù)據(jù)是安全的。

2? ? ? 區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1? ?與云計(jì)算的結(jié)合

從國(guó)內(nèi)外企業(yè)研發(fā)趨勢(shì)和區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看，區(qū)塊鏈技術(shù)與云計(jì)算的結(jié)合，是未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。首先，云計(jì)算有助于降低區(qū)塊鏈技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用的成本。云計(jì)算提供的彈性資源基礎(chǔ)設(shè)施和可隨需定制的靈活性，為區(qū)塊鏈技術(shù)基于云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)降低了研發(fā)投入，縮短了應(yīng)用上線周期，有效降低區(qū)塊鏈技術(shù)從研發(fā)到部署的成本投入，滿足了很大一部分區(qū)塊鏈研發(fā)企業(yè)機(jī)構(gòu)的要求。其次，云計(jì)算和區(qū)塊鏈的技術(shù)有共通點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)部署、分布式架構(gòu)特性、安全管理、服務(wù)等方面的相似性，在支撐上層應(yīng)用和提供區(qū)塊鏈服務(wù)方面能更好的融合借鑒，從驗(yàn)證概念模型到落地部署實(shí)施，企業(yè)在從云計(jì)算向區(qū)塊鏈拓展延伸過(guò)程中，技術(shù)轉(zhuǎn)型壓力小，尤其符合目前互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展要求和市場(chǎng)目標(biāo)，區(qū)塊鏈企業(yè)也更有積極性融合二者技術(shù)，加速區(qū)塊鏈技術(shù)研發(fā)，推動(dòng)區(qū)塊鏈向更多行業(yè)領(lǐng)域拓展。

2.2? ?應(yīng)用類(lèi)型發(fā)展和性能提升

區(qū)塊鏈類(lèi)型的發(fā)展主要體現(xiàn)在架構(gòu)調(diào)整方面，現(xiàn)有的兩層技術(shù)應(yīng)用模式，一是以公有鏈面向全社會(huì)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用，另一個(gè)是聯(lián)盟鏈主要集中在企業(yè)應(yīng)用層面，二者的技術(shù)實(shí)現(xiàn)有著不同的發(fā)展方向。隨著市場(chǎng)應(yīng)用的豐富，二者結(jié)合的應(yīng)用模式正在出現(xiàn)，目前已經(jīng)有金融抵押、資產(chǎn)信托等行業(yè)提出了場(chǎng)景更復(fù)雜的應(yīng)用，期望能依托區(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)區(qū)塊鏈之間的數(shù)字資產(chǎn)轉(zhuǎn)移，不同鏈之間的融合應(yīng)用或者跨鏈應(yīng)用需求會(huì)越來(lái)越多。

實(shí)現(xiàn)高性能也是區(qū)塊鏈技術(shù)目前發(fā)展的趨勢(shì)。為提升性能，企業(yè)研發(fā)投入主要集中在優(yōu)化改變目前的共識(shí)策略和共識(shí)機(jī)制，調(diào)整參與節(jié)點(diǎn)，建立高吞吐量模型等算法來(lái)提高性能。在保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全的前提下，要實(shí)現(xiàn)高性能的吞吐量，同時(shí)對(duì)比集中化系統(tǒng)的高性能處理能力，區(qū)塊鏈的高性能實(shí)現(xiàn)將是非常具有技術(shù)挑戰(zhàn)性。

2.3? ?物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用

區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，一直是業(yè)界比較期待的，能顯示區(qū)塊鏈技術(shù)強(qiáng)有力的一個(gè)方面。5G網(wǎng)絡(luò)將帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用爆發(fā)式增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)有數(shù)百億部設(shè)備將連接到網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)的中心化應(yīng)用無(wú)法解決如此規(guī)模的設(shè)備管理、數(shù)據(jù)交換和安全維護(hù)。借助區(qū)塊鏈的去中心化、分布式、節(jié)點(diǎn)設(shè)備自管理等特征，利用區(qū)塊鏈技術(shù)可以解決物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的規(guī)?；妥怨芾韱?wèn)題，實(shí)現(xiàn)數(shù)百億的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備共享同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可應(yīng)用區(qū)塊鏈的多節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證和自管理功能，取代中心化應(yīng)用。

區(qū)塊鏈技術(shù)也將會(huì)與大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)結(jié)合，普遍應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)規(guī)模會(huì)越來(lái)越大，不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景使數(shù)據(jù)的維度和豐富程度增加更多，借助區(qū)塊鏈提供的完整數(shù)據(jù)源，結(jié)合大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析功能，智能分析海量數(shù)據(jù)，極大提升區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的價(jià)值和使用空間。

3? ? ? 行業(yè)應(yīng)用前景

區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)擴(kuò)展到多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)廠商也已經(jīng)進(jìn)行區(qū)塊鏈技術(shù)研究，借鑒區(qū)塊鏈的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提出了解決行業(yè)問(wèn)題的愿景。對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用將是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，推廣區(qū)塊鏈技術(shù)必須有可落地的應(yīng)用環(huán)境，而對(duì)一些行業(yè)核心的產(chǎn)品和服務(wù)涉及環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)復(fù)雜，不適合作為區(qū)塊鏈試點(diǎn)的領(lǐng)域。

5G網(wǎng)絡(luò)還將促進(jìn)建立跨行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)，會(huì)在智能工業(yè)、電網(wǎng)、智慧城市、智能交通方面都有廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用重點(diǎn)集中在傳感器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、標(biāo)識(shí)、安全和隱私等方面。結(jié)合目前5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，可在物聯(lián)網(wǎng)等新業(yè)務(wù)領(lǐng)域開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，這也是應(yīng)用的全新實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，需求的不確定性較大，區(qū)塊鏈技術(shù)作為實(shí)驗(yàn)多業(yè)務(wù)場(chǎng)景的應(yīng)用，也是降低風(fēng)險(xiǎn)的措施之一。

4? ? ? ?結(jié)? ? 語(yǔ)

區(qū)塊鏈技術(shù)，將成為國(guó)家發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要技術(shù)領(lǐng)域之一，行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿薮蟆男畔⒒脚_(tái)建設(shè)及5G發(fā)展的角度來(lái)分析，區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)助力和提升信息化系統(tǒng)建設(shè)，建設(shè)高質(zhì)量的應(yīng)用系統(tǒng)具有重要的借鑒意義。

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