區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域及存在問(wèn)題研究綜述

關(guān) 靜

（天津市醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)信息研究所，天津 300070）

1 區(qū)塊鏈技術(shù)的起源、概念

1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)起源

區(qū)塊鏈技術(shù)是在2008 年日本《比特幣，一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的現(xiàn)金貨幣》首次提出的一種以密碼學(xué)為支撐、按時(shí)間順序存儲(chǔ)的分布式共享數(shù)字賬戶，提供一套安全、開放、透明、審計(jì)、高效的交易數(shù)據(jù)記錄和信息交互架構(gòu)，是解決未來(lái)社會(huì)發(fā)展中信任危機(jī)的革命性技術(shù)創(chuàng)新。2009 年，第一臺(tái)Bitcoin 鎖被挖掘在一個(gè)小型服務(wù)器上，標(biāo)志著Bitcoin 的官方誕生，而Bitcoin 底層技術(shù)的名詞是區(qū)塊鏈。在技術(shù)誕生之初，將其應(yīng)用于解決雙付費(fèi)問(wèn)題，可以將各種數(shù)字信息技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而提升網(wǎng)絡(luò)信息的數(shù)字化管理水平和安全性能。

1.2 區(qū)塊鏈技術(shù)概念

區(qū)塊鏈技術(shù)是隨著加密數(shù)字貨幣逐漸興起的一種新型技術(shù)，采用一種分布式計(jì)算模式，使用區(qū)塊鏈來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，使用密碼原理確保傳輸和訪問(wèn)的安全性，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)由互聯(lián)網(wǎng)用戶共同維護(hù)和監(jiān)督，擁有去中心化、透明公開、數(shù)據(jù)不可修改等顯著特點(diǎn)[2]，其使用分布式儲(chǔ)存與算力使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的權(quán)利與義務(wù)相同，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)本質(zhì)為全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)，從而區(qū)塊鏈不再依靠于中央處理節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)、記錄與更新，因而其應(yīng)用也不單局限于貨幣一種資產(chǎn)類型，目前在各行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究較為廣泛。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)的典型應(yīng)用領(lǐng)域研究

2.1 電子政務(wù)領(lǐng)域

目前，區(qū)塊鏈在電子政務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多。2016年澳大利亞郵政公司向選舉事務(wù)委員會(huì)遞交了區(qū)塊鏈選舉系統(tǒng)申請(qǐng)，負(fù)責(zé)人Tim Adamson 詳述了基于區(qū)塊鏈的選舉系統(tǒng)在議會(huì)選舉中的應(yīng)用，該選舉系統(tǒng)具有防篡改性、可追溯性、匿名性和安全性，在公司選舉和社區(qū)選舉這類小型選舉中得到了廣泛的應(yīng)用，并在議會(huì)選舉中逐步推廣應(yīng)用[3]。2016 年，瑞典政府將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于土地登記系統(tǒng)。如果交易雙方同意，在區(qū)塊鏈上進(jìn)行土地交易，所有相關(guān)方面包括房地產(chǎn)中介機(jī)構(gòu)、賣方、買方、相關(guān)銀行、政府土地管理部門以及稅務(wù)機(jī)關(guān)都可以對(duì)土地交易進(jìn)行控制，確保交易安全、杜絕欺詐行為，應(yīng)用系統(tǒng)還可以顯著減少文書工作量，大大地提升了交易速度[4]。Suwarsono 等提出了一種創(chuàng)新的基于區(qū)塊鏈的增值稅系統(tǒng)應(yīng)用，靠提高透明度和安全程度來(lái)降低金融欺詐行為的發(fā)生概率，并闡述了利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的可行性[5]。英國(guó)政府將區(qū)塊鏈技術(shù)推廣應(yīng)用在對(duì)福利基金分配的跟蹤以及使用情況兩個(gè)方面，并且不久將逐步應(yīng)用于稅收監(jiān)管，護(hù)照發(fā)行，土地登記和食品供應(yīng)鏈安全。在中國(guó)，政務(wù)民生作為中國(guó)區(qū)塊鏈落地的主要示范領(lǐng)域，2018 年，政務(wù)民生領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用開始落地，許多省市積極通過(guò)將區(qū)塊鏈納入政策規(guī)劃進(jìn)行項(xiàng)目探索，在政府?dāng)?shù)據(jù)共享、電子發(fā)票/票據(jù)等細(xì)分領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。比如在2018 年8 月份，由國(guó)家稅務(wù)總局深圳市稅務(wù)局主導(dǎo)，騰訊技術(shù)支持區(qū)塊鏈電子發(fā)票“稅務(wù)鏈”項(xiàng)目啟動(dòng)。截至2018 年10 月，廣州開發(fā)區(qū)“政策公信鏈”是區(qū)塊鏈政策實(shí)施平臺(tái)，目的是提高政府政策實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的效率。2019 年4 月，北京市海淀區(qū)推出基于區(qū)塊鏈等技術(shù)的“不動(dòng)產(chǎn)登記+用電過(guò)戶”同步處理，完成以二手房交易為主題的所有服務(wù)的合作辦理。浙江省區(qū)塊鏈醫(yī)療電子票據(jù)平臺(tái)于2019 年6 月推出，該平臺(tái)成立于浙江省財(cái)政廳，采用螞蟻區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行推廣，目的是優(yōu)化用戶醫(yī)療流程[6]。

2.2 醫(yī)療健康領(lǐng)域

目前，在西方國(guó)家，對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行研究的國(guó)家主要是英國(guó)和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。2017 年1 月美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局與沃森健康部門簽署協(xié)議共同研究、開發(fā)和測(cè)試區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)，探討如何通過(guò)區(qū)塊鏈安全的共享患者數(shù)據(jù)進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究等目的，涉及相關(guān)公共衛(wèi)生領(lǐng)域的主要數(shù)據(jù)包括臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)、醫(yī)療記錄信息、基因組數(shù)據(jù)、來(lái)自移動(dòng)可穿戴設(shè)備數(shù)據(jù)以及物聯(lián)網(wǎng)的健康數(shù)據(jù)等。2018 年美國(guó)5 家最大規(guī)模的醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)啟動(dòng)區(qū)塊鏈系統(tǒng)平臺(tái)，收集與醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)與患者相關(guān)的醫(yī)療與臨床試驗(yàn)記錄、身體指標(biāo)等數(shù)據(jù)信息，并確?；颊邤?shù)據(jù)的隱私性。2017 年英國(guó)工程和自然科學(xué)研究委員會(huì)批準(zhǔn)了薩里大學(xué)一項(xiàng)名為“基于證據(jù)的醫(yī)療再分配合作模式”研究項(xiàng)目。此項(xiàng)目利用區(qū)塊鏈和深度學(xué)習(xí)等融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)在個(gè)性化醫(yī)療護(hù)理活動(dòng)中的應(yīng)用，整合收集到的相關(guān)醫(yī)療健康數(shù)據(jù)，并確保對(duì)數(shù)據(jù)安全可靠的存儲(chǔ)和傳播[7]。Medicalchain 利用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化優(yōu)勢(shì)研發(fā)的項(xiàng)目平臺(tái)可以快速透明地交換和使用醫(yī)療數(shù)據(jù)。同時(shí)使用雙重區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)，第一個(gè)是基于Hyperledger Fabric 構(gòu)建，控制對(duì)醫(yī)療數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，避免了傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)存在的效率低、數(shù)據(jù)造假等問(wèn)題。第二個(gè)基于以太坊網(wǎng)絡(luò)，由代幣令牌驅(qū)動(dòng)，是平臺(tái)所有底層服務(wù)和上層應(yīng)用程序的基礎(chǔ)[8]。在我國(guó)，區(qū)塊鏈技術(shù)在衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用主要以醫(yī)聯(lián)體的合作架構(gòu)為體系，通過(guò)利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)共用，同時(shí)創(chuàng)建了多層的數(shù)據(jù)保密安全機(jī)制，以確保信息數(shù)據(jù)安全性，并統(tǒng)一設(shè)置各醫(yī)療機(jī)構(gòu)的訪問(wèn)管理權(quán)限，有效地管控醫(yī)療數(shù)據(jù)[9]。2017 年國(guó)內(nèi)首個(gè)醫(yī)聯(lián)體+區(qū)塊鏈的試點(diǎn)項(xiàng)目在常州誕生，項(xiàng)目成功將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)聯(lián)體底層技術(shù)架構(gòu)的應(yīng)用，并已實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在當(dāng)?shù)夭糠轴t(yī)療機(jī)構(gòu)之間安全的互相調(diào)用、共享和操控。通過(guò)互聯(lián)互通的方式不僅降低了成本、還提高了數(shù)據(jù)安全性，從根本上解決了醫(yī)療機(jī)構(gòu)的“信息孤島”和數(shù)據(jù)安全隱患問(wèn)題。趙延紅等提出利用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化可以實(shí)現(xiàn)病例不再由各個(gè)具體醫(yī)院管理和保存，使每位患者都能自主掌握自己的健康信息，保護(hù)了患者隱私，增強(qiáng)了患者使用醫(yī)療數(shù)據(jù)的自主性。利用區(qū)塊鏈技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)院信息共享集成平臺(tái)，使各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到真正意義上的共通共享，優(yōu)化院內(nèi)的業(yè)務(wù)流程，并能安全透明地記錄醫(yī)療數(shù)據(jù)編輯軌跡，具有可確權(quán)、可溯源的功能，確保醫(yī)療信息存儲(chǔ)的安全[10]。耿飆提出了借助區(qū)塊鏈技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)基因和醫(yī)療數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)，而基因和醫(yī)療數(shù)據(jù)是靠私人密鑰來(lái)獲取到的，與此同時(shí)便生成一個(gè)DNA 錢包，這使醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)提供者能夠安全共享和統(tǒng)計(jì)患者數(shù)據(jù)，也促進(jìn)了制藥企業(yè)更快地研發(fā)出新的藥物[11]。

2.3 能源行業(yè)領(lǐng)域

美國(guó)的TransActive Grid 項(xiàng)目在能源支付中應(yīng)用以太坊區(qū)塊鏈技術(shù)和智能合約，建立基于分布式能源的交易體系，太陽(yáng)能發(fā)電家庭和購(gòu)電家庭作為雙方用戶，既是生產(chǎn)者也是消費(fèi)者，且不依賴第三方參與就可以直接開展綠色能源交易、管理交易記錄，是未來(lái)社區(qū)管理能源系統(tǒng)的發(fā)展方向[12]。張麗等作者對(duì)商業(yè)交換過(guò)程中當(dāng)事人的身份確認(rèn)、身份采集、身份驗(yàn)證等涉密安全身份認(rèn)證問(wèn)題，從硬件、軟件及企業(yè)整合三種方式提出了有效的解決方案[13]。田秀霞教授等設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈的智能電表身份認(rèn)證方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電表用戶身份隱私信息的不可篡改，交易的公平處理以及數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，從而提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性[14]。丁偉等提出了區(qū)塊鏈應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的具體架構(gòu)，對(duì)影響區(qū)塊鏈交易的成本和傳播速度兩個(gè)影響因素進(jìn)行了定性分析，建立了數(shù)學(xué)模型[15]。

2.4 通信領(lǐng)域

從區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀看，在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用是很常見的。余明陽(yáng)等作者提出將區(qū)塊鏈技術(shù)健康檔案數(shù)據(jù)共享和安全問(wèn)題方面與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行深入融合建立信息通信工程建設(shè)業(yè)務(wù)資信平臺(tái)，以此進(jìn)一步降低信息通信工程建設(shè)管理的風(fēng)險(xiǎn)性，建立智能邏輯流程、提升信息通信工程管控效率，解決信息文件傳輸困難、交易協(xié)調(diào)記錄難以追溯等多方面的問(wèn)題，同時(shí)還能夠強(qiáng)化信息通信工程的審計(jì)驗(yàn)收工作[16]。薛淼認(rèn)為區(qū)塊鏈在電信運(yùn)營(yíng)商場(chǎng)景的應(yīng)用仍處于探索階段，一些典型應(yīng)用如PKI發(fā)布、數(shù)字身份、數(shù)據(jù)管理等應(yīng)用已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，基于區(qū)塊鏈的2C/2B 分布式應(yīng)用孵化與開發(fā)需探索創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式，區(qū)塊鏈的分布式特征與電信運(yùn)營(yíng)商的集中化管理的適配也仍需進(jìn)一步檢驗(yàn)[17]。

3 存在的主要問(wèn)題

任何技術(shù)都有其自身局限性，區(qū)塊鏈技術(shù)正處于快速發(fā)展時(shí)期，存在許多亟待解決的問(wèn)題，其中一些問(wèn)題將對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用發(fā)展產(chǎn)生不利的影響。

3.1 安全與隱私保護(hù)

安全隱私是區(qū)塊鏈技術(shù)面臨的最重要的問(wèn)題之一，騰訊聯(lián)合安全實(shí)驗(yàn)室和知道創(chuàng)宇公司發(fā)布的《2018 上半年區(qū)塊鏈安全報(bào)告》中顯示區(qū)塊鏈因安全問(wèn)題損失超過(guò)27 億美元。針對(duì)安全問(wèn)題，可以從區(qū)塊鏈技術(shù)參考架構(gòu)的存儲(chǔ)層、協(xié)議層、擴(kuò)展層、應(yīng)用層4 個(gè)不同層面分析風(fēng)險(xiǎn)因素，存儲(chǔ)層風(fēng)險(xiǎn)因素包括因系統(tǒng)故障、誤操作，或?qū)?shù)據(jù)文件的破壞、竊取等情況下導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失和泄露。協(xié)議層風(fēng)險(xiǎn)因素主要由開源的底層代碼及潛在的協(xié)議漏洞引發(fā)。擴(kuò)展層風(fēng)險(xiǎn)因素包括合約代碼漏洞、業(yè)務(wù)邏輯漏洞等。應(yīng)用層包括粉塵攻擊、API 誤用等安全漏洞，或者應(yīng)用服務(wù)器系統(tǒng)的安全漏洞、安全管理策略配置不當(dāng)?shù)葢?yīng)用服務(wù)程序造成的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。而區(qū)塊鏈技術(shù)的安全應(yīng)用需要從安全開發(fā)、代碼審計(jì)、安全評(píng)估和測(cè)試[18]3 個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施有效的應(yīng)對(duì)措施以降低風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)隱私問(wèn)題目前常用的方法有很多，如環(huán)簽名、混幣技術(shù)、零知識(shí)證明、同態(tài)加密算法等，但是每種方法都有自身的局限性，今后仍將需要更有效的代碼檢測(cè)應(yīng)對(duì)方法，例如匿名性檢測(cè)、隱私威脅預(yù)警等[19]。

3.2 可擴(kuò)展性不足

當(dāng)前區(qū)塊鏈系統(tǒng)存在兩個(gè)嚴(yán)重的可擴(kuò)展性瓶頸：一是交易吞吐量不足導(dǎo)致的性能效率低下，二是鏈與鏈之間的資產(chǎn)（數(shù)據(jù)）難以交互造成的鏈功能難以擴(kuò)展。潘晨等總結(jié)了提升區(qū)塊鏈性能的3 類主流方案（Bitcoin-NG、鏈下支付協(xié)議及分片機(jī)制）和擴(kuò)展區(qū)塊鏈功能的4 類代表性跨鏈技術(shù)（多中心化公證人、側(cè)鏈/中繼技術(shù)、基于Hash 鎖定、分布式密鑰控制），詳細(xì)分析比較了各種方案和技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)[20]。

3.3 區(qū)塊鏈的監(jiān)管政策不明確

劉宗媛等指出我國(guó)對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的概念、種類、屬性和應(yīng)用范圍，都還未制定出具體的相關(guān)法律法規(guī)，目前執(zhí)行的統(tǒng)一監(jiān)管制度也不能適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景[21]。王文等認(rèn)為政府應(yīng)加強(qiáng)對(duì)區(qū)塊鏈信息傳播的監(jiān)管，以防范通過(guò)各種方式實(shí)施的區(qū)塊鏈詐騙行為。另外，政府可以針對(duì)ISP提出相應(yīng)的要求，制定合理的政策，從而對(duì)區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)進(jìn)行有效控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)全國(guó)區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)的不同維度進(jìn)行監(jiān)督管理[22]。政府部門要加快培養(yǎng)理論過(guò)硬、實(shí)踐能力強(qiáng)的區(qū)塊鏈技術(shù)監(jiān)管人才，能在未來(lái)根據(jù)區(qū)塊鏈的發(fā)展趨勢(shì)制定先行監(jiān)管政策，同時(shí)對(duì)涉及技術(shù)性的監(jiān)管問(wèn)題，政府可以考慮以外包第三方技術(shù)企業(yè)的形式提高監(jiān)管效率[23]。

4 前景與展望

李慧等學(xué)者預(yù)測(cè)區(qū)塊鏈技術(shù)的未來(lái)研究趨勢(shì)將主要有如下幾個(gè)方面：一是在區(qū)塊鏈編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)方面，新的安全智能合約語(yǔ)言將會(huì)是新的研究重點(diǎn)。二是在密碼學(xué)實(shí)用化方案方面，如何基于密碼學(xué)技術(shù)，提出實(shí)用化的實(shí)踐方案，減少開銷。三是在如何優(yōu)化區(qū)塊鏈性能方面，包括：高性能區(qū)塊鏈架構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用導(dǎo)向的高效共識(shí)協(xié)議及優(yōu)化、可并行的交易處理引擎、網(wǎng)絡(luò)通信加速技術(shù)等。四是在分布式存儲(chǔ)方面，如何保證分布式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一致、完整、可信，并且如何與現(xiàn)有區(qū)塊鏈架構(gòu)相結(jié)合[24]。歷史已經(jīng)向人類充分證明，科技是時(shí)代革新、社會(huì)發(fā)展的重要力量，每一次科技進(jìn)步都將深刻影響人們的社會(huì)生活。毋庸置疑，區(qū)塊鏈技術(shù)也將如此，區(qū)塊鏈作為一種顛覆性的創(chuàng)新革命技術(shù)，在未來(lái)隨著技術(shù)手段更加成熟，可應(yīng)用的空間也無(wú)限廣闊。