發布時間：2020-03-31所屬分類：計算機職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：區塊鏈是一種去中心化、去信任的集體維護數據庫技術，其本質是一種去掉刪除和更新操作的分布式數據庫。闡述了區塊鏈的技術原理，梳理了區塊鏈的產業現狀，分析了區塊鏈存在的問題。最后，從政府、行業協會和學術機構3個角度提出了相應的政策建議。 關
摘要：區塊鏈是一種去中心化、去信任的集體維護數據庫技術，其本質是一種去掉刪除和更新操作的分布式數據庫。闡述了區塊鏈的技術原理，梳理了區塊鏈的產業現狀，分析了區塊鏈存在的問題。最后，從政府、行業協會和學術機構3個角度提出了相應的政策建議。
關鍵詞：區塊鏈;去中心化：拜占庭將軍問題
1引言
一直以來。賬本是商業活動的核心要素，用于記錄金錢、產權等資產信息。記錄賬本的介質依次經歷了泥板標記、甲骨刻字、竹片刻書、布帛記賬、紙張寫字、電腦記錄、數據庫存儲等階段。這都屬于集中式的記賬方式，需要機構信用或國家信用背書。如今，區塊鏈首次實現了協作維護的分布式總賬技術.在讓所有人都有機會參與記賬的同時，降低了信任構建成本和交易成本，加速演進互聯網治理模式，創新商業合作模式，提高協作流通效率，正如超文本傳輸協議引領全球跨入信息自由傳遞時代一樣，區塊鏈開創了價值自由轉移的互聯網“眾證共識”時代。
(1)技術本質：一種集體維護的分布式數據庫
區塊鏈是一種基于密碼學原理構建的分布式共享數據庫，其本質是通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠數據庫的技術方案。該技術方案允許系統內的所有節點都備份當前區塊鏈的一個完整副本，每隔一段時間，系統選出這段時間記賬最快最好的節點，由其利用密碼學技術計算和驗證。將這段時間內的所有有效交易信息和當前區塊鏈的“數字簽名”記錄到一個新區塊(block)上，并將新區塊鏈接(chain)至當前區塊鏈副本的末尾，形成新的區塊鏈副本。區塊鏈的任何變動。都會向整個系統進行消息廣播，實現全網區塊鏈副本的更新。如上所述，區塊鏈技術具有分布式對等、去信任、集體維護和無法篡改四大特點。
(2)組織形式：分布式對等端，從階層關系向扁平化平等關系演變
區塊鏈由眾多節點共同組成一個端到端的網絡.整個網絡沒有中心化的硬件或管理機構。任何節點具有相同的權利和義務。都有機會參與總賬的記錄和驗證，將計算結果廣播發送給其他節點.且任一節點的損壞或者退出都不會影響整個系統的運作。傳統支付系統幾乎必須借助可信賴的第三方機構來處理電子支付信息，無法避免“基于信用模式”帶來的高成本交易和效率低下等弊端。區塊鏈系統基于密碼學原理，而不是基于信用，使得任何達成一致的雙方都能直接支付.不需要第三方中介的參與。從而促使系統拓撲逐漸從星狀拓撲演變成扁平化的網狀拓撲.具有良好的系統頑健性。
(3)通信機制：無需信任系統，基于數字簽名的加密技術確保信息安全
依托公開透明的系統運作規則和數據傳輸內容，系統中節點之間的數據交換通過數字簽名技術進行相互驗證，形成一種基于密碼學算法的共識信用。只要按照系統既定的規則進行，就可以確保節點之間的通信安全。其中，數字簽名涉及一個散列函數、發送者的公鑰、發送者的私鑰。在密碼學中，公鑰和私鑰成對出現，公開的密鑰叫公鑰，只有自己知道的叫私鑰。用公鑰加密的數據只有對應的私鑰可以解密，反之，用私鑰加密的數據只有對應的公鑰可以解密。
(4)共識機制：對拜占庭將軍問題的一個現實
實現拜占庭將軍問題是指在整個網絡中的任意節點都無法信任與之通信的對方時，如何能創建出共識基礎來進行安全的信息交互而無需擔心數據被篡改。單純地依賴投票機制，以少數服從多數來達成共識，容易引發“共謀串通”的賬本篡改(svbiI攻擊)。區塊鏈技術在信息傳遞的過程中加入了大量計算成本，即工作量證明。通過解決一個數學難題來限制發送信息的權利，并用數字簽名和散列驗證的方式來解決拜占庭將軍問題中的溯源和驗真難題.以數學加密作為其信用背書，確保整個系統的所有節點能在去信任的環境下建立信任，達成共識。
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2區塊鏈的產業現狀
區塊鏈是一個具有國家戰略意義的新興產業。如圖1所示，截至2016年9月26日，基于區塊鏈的加密貨幣一共有682種，總市值為11962051199美元。其中，比特幣占79%，以太坊占9%，瑞波幣和萊特幣分別占2%，并列前三。
2.1全球高度重視區塊鏈的發展
根據世界經濟論壇的報告，全球已經有24個國家和地區正在投資區塊鏈技術，80%的銀行將在2017年前啟動區塊鏈項目.90多個中央銀行加入了區塊鏈討論。90多個公司加入了區塊鏈聯盟。在過去3年里，區塊鏈的風險投資超過了14億美元，產生了2500多個區塊鏈相關專利。
從國際組織來看。聯合國社會發展部(UNRISD)和國際貨幣基金組織分別發布區塊鏈相關的加密貨幣報告.看好區塊鏈技術在金融行業廣闊的應用前景。從全球來看，美國司法部舉行了數字貨幣峰會，證券交易所納斯達克基于區塊鏈開發股票交易平臺;英國政府發布《分布式賬本技術：超越區塊鏈》研究報告;愛沙尼亞已經在稅務和商業注冊系統中使用了區塊鏈技術：日本于2016年5月首次批準數字貨幣監管法案，將其定義為財產。從我國來看，中國人民銀行于2016年1月20日召開數字貨幣研討會，考慮爭取早日推出央行發行的數字貨幣。2016年4月19El，由上海證券交易所牽頭、中證機構間報價系統股份有限公司等l1家機構共同成立的中國分布式總賬基礎協議聯盟(ChinaLedger區塊鏈聯盟)，激發了各金融機構應用區塊鏈的積極性。2016年7月，工業和信息化部(以下簡稱工信部)信息化和軟件服務司印發了《關于組織開展區塊鏈技術和應用發展趨勢研究的函》(工信軟函『20161840號)，并委托工信部電子標準院聯合螞蟻金服、萬向控股、微眾銀行和平安保險等國內重點企業開展區塊鏈技術和應用發展趨勢研究工作。
2.2區塊鏈吸引了眾多跨國巨頭和創業公司
截至2016年年初，全球已經有917家區塊鏈領域的創業公司，在區塊鏈領域的累計投資已經超過了15億美元。隨著區塊鏈潛在價值和巨大潛力的不斷挖掘，重量級跨國行業巨頭紛紛通過成立研究小組、投資區塊鏈創業公司、開發區塊鏈基礎平臺、研究未來的潛在應用前景等方式超前布局區塊鏈領域，其示范與引領作用已經開始帶動新一輪的區塊鏈創業創新浪潮。
2.3區塊鏈加速向各行各業廣泛滲透
從高科技行業來看，主要是圍繞區塊鏈技術，構建區塊鏈技術開發和運行的一整套生態系統，提供底層分布式應用運行的協議，加速區塊鏈和現有技術的集成創新。改變現有商業的運營模式和行業業態。科技巨頭微軟、IBM和亞馬遜紛紛推出BaaS(blockchainasaservice。區塊鏈即服務)的解決方案，幫助中小開發者更快速地應用研發。此外.還有一些新興創業公司針對某一行業特性提供某一專業領域的技術研發平臺，如Counterparty、Chain都主要專注于為金融和資本市場的客戶提供基于區塊鏈的應用程序開發與運行平臺。
從金融行業來看.除了為比特幣等數字貨幣提供交易平臺以外。區塊鏈技術可以大幅改善.甚至顛覆現有數字貨幣以外的各種資產交易系統，在金融衍生品、外匯、私人股權、能源信用掛鉤投資品等資產的清算結算程序中大顯身手。區塊鏈技術提升了金融機構的運行效率，以往美國證券市場的結算審核需要23天，運用區塊鏈技術以后，結算審核時間將至分鐘級，甚至是秒級，降低了系統性風險：區塊鏈降低了金融機構的運營成本，根據奧緯(OliverWyman)的估算，目前數字證券全球每年的交易流程。共要浪費650億800億美元的各種中間人手續費，區塊鏈可以顯著精簡流程，從而節省大筆費用;區塊鏈技術提升了金融市場的安全，基于智能合約的區塊鏈可以處理復雜的衍生品交易。將清算變得更為標準化、自動化，24h不間斷的運營特點也讓數據互換變得更為穩定和值得信賴。
從公共管理、能源等行業來看，公共管理、能源、交通等領域的中心化特質也產生了效率低下的問題。可以借助區塊鏈技術，改進客戶體驗，提升服務效能。L03Energy和區塊鏈技術開發企業ConsenSys合資成立公司.基于區塊鏈技術.讓居民可將自家太陽能板產生的過剩電力出售給對面街道的家庭。德國電力公司將區塊鏈技術應用于電動汽車充電，基于智能合約和分布式總賬，按時租賃充電樁。
3區塊鏈存在的問題
(1)“代碼即標準”將產生新的中心
區塊鏈技術雖然實現了運行時的“去中心”，但是強化了設計時的“中心化”。根據比特幣的核心源代碼分析，從2010年中本聰將項目控制權移交給GavinAndresen至今，比特幣的核心代碼主要由6個國外程序員持續貢獻。盡管代碼貢獻團隊成員多于200人，但其中幾乎沒有中國程序員的身影。一旦區塊鏈代碼形成規模，成為行業標準，必將形成決定軟件修復更新、未來發展決策的另一個中心化的組織。
(2)區塊鏈耗費了大量資源
一是體現在區塊鏈需要耗費大量的計算能力。截至2016年初。比特幣區塊鏈的全網計算能力已經達到了8×1018次運算/s，而當前世界運行最快的計算機——美國用于核武器研發的藍色基因超級計算機的計算能力為2.8xl014次運算/s，從這個數據來看比特幣區塊鏈的計算能力已經是世界上最快的單臺計算機的計算能力的28571倍。
二是全網算力無法像云計算一樣協同互動。區塊鏈的特性決定了每次只有一個礦工能獲得記賬權，那么其他礦工的計算都被浪費。區塊鏈技術的全網算力無法像云計算一樣通過協同合作的方式對外輸出。產生價值。此外，挖礦能力的比拼進入白熱化，帶來了高額電費的支出。據報道，東北一家挖礦工廠擁有2500臺礦機，每個月礦機運行的電費就達到了40萬元。
三是底層的傳輸機制耗費大量網絡帶寬。由于采用工作量證明機制，在耗費大量全網算力的同時，交易速率被限制在6—7筆/s。不能處理的交易只能排隊等待。由于區塊鏈通過廣播進行消息交互，排隊消息的廣播容易帶來廣播風暴，對底層網絡的帶寬資源帶來大量消耗。導致網絡性能下降甚至癱瘓。
(3)技術的集成創新需謹防“多癥并發”
區塊鏈是私鑰加密算法、P2P網絡、工作量證明機制P0W等多種已有技術的集成創新成果，這些技術從誕生至今已經發展了十余年。雖然在發展過程中，多個缺陷已經得以完善.但仍存在很多難以解決的問題，需要謹防這些缺陷綜合起來產生嚴重后果。
第一，從密碼學來看，加密算法的安全通常定義為在當前技術水平下，加密信息在相當長的一段時間內(例如100年以上)無法被解密。但是，隨著新的數學算法的出現以及計算能力的提高(例如，量子計算機)，以往安全的加密信息可能在較短時間內被解密。
第二，從P2P網絡的穩定性來看，當前大量節點的參與維持了網絡的頑健性。一個重要原因是比特幣自身的價格處于高位，且電費便宜，成本可以覆蓋收益。中國絕大部分高計算能力的比特幣礦機為了降低成本部署在小水電站周邊。但是，如果有一天因為成本、政治或其他因素.大量節點開始退出網絡，則要防范由此可能帶來的區塊鏈網絡的不穩定性。
第三，從工作量證明機制來看。系統在僅擁有少數節點的時候，使用工作量證明機制存在一定的風險。由于這時的攻擊者算力很容易超過全網算力的50%，進而輕松實現51%攻擊，導致整個系統的癱瘓和失效。
(4)區塊鏈自身存在的問題
首先，區塊鏈的工作量證明機制。限制了交易速率只能是6—7筆/s，不能像現在成熟的支付系統一樣快速高效。例如，VISA的交易處理峰值為1.4萬筆/s。其次，區塊鏈目前已經生成了40多萬個區塊，約60GB數據量。很多區塊鏈的應用，為了實現物品溯源和證書公證等目的，在交易附言里添加物品和驗證信息，進一步加快了區塊鏈的膨脹速度，以致于區塊鏈的讀寫操作日益緩慢。第三，區塊鏈技術在高效低耗、安全和去中心化三者之間。存在“不可能三角”問題。
4區塊鏈產業的政策建議
(1)政府超前布局區塊鏈，加強頂層設計和統籌謀劃
一是針對區塊鏈能耗投入產出比低、“去中心化”替代成本高等弊端，政府應發揮統籌協調作用，組織專家研判區塊鏈和分布式總賬技術的發展趨勢，把握區塊鏈技術潛在用途、成本收益及其技術本質，商議區塊鏈可能帶來的個人隱私、倫理和社會影響，通過設立專項基金和出臺政策等方式，引導產業健康發展;二是重點挖掘區塊鏈在“一帶一路”國際產能合作方面的潛在價值，促進國際合作。打破地緣政治，共同構建合作共贏的新型國際關系;三是加快制定區塊鏈的相關法律法規。通過立法將區塊鏈技術納入合適的監管框架之內.控制數字貨幣發行數量，加強金融等行業的市場監管，防范系統性風險。其中，盡可能在維護系統參與者利益與維護更廣泛的社會利益間達成平衡，避免固化的架構阻礙技術創新。四是加快區塊鏈在金融、公共服務等行業的試點應用，加速形成以點帶面、點面結合的示范推廣效應，鼓勵政府部門、企事業單位作為區塊鏈的主要節點參與網絡運營.發揮“干中學，學中做”的精神，積極積累一線實戰經驗：五是建議由分管信息化的中央部門牽頭，會同發改委、商務部、公安部、一行三會等部門，聯合商議區塊鏈技術引發的安全問題，加強安全監管，維護公眾利益，確保社會穩定。
(2)產業聯盟積極引導，提升我國行業標準的話語權
一是發揮產業聯盟在國家標準、行業標準的“搶跑”優勢，針對區塊鏈實現語言不一致、智能合約標準不統一等存在問題，先行先試聯盟標準，引導產業集群優化升級，提高企業競爭力。二是針對“代碼即標準”的產業現實，積極培育中國特色的區塊鏈開源生態，構建區塊鏈開源社區.匯集國內精英和全球智慧.提高我國在區塊鏈開源項目中的代碼貢獻量，增強我國在區塊鏈領域的話語權和影響力。三是針對區塊鏈和共享經濟的高度融合性，建立區塊鏈技術研發的公共服務平臺，提升產品研發和產業化能級和水平，構建“雙創”良好格局，鼓勵區塊鏈和“互聯網+”深度融合，打造新的經濟增長極，助推共享經濟。四是積極引導企業進行專利布局.預防專利“陷阱”，做好知識產權保護，維護企業的合法權益，提升企業的國際競爭力，加快實現企業的“走出去”。
(3)科研機構夯實基礎研究，保證人才和知識供給
一是針對缺乏區塊鏈技術和垂直行業復合型人才的痛點，鼓勵學校開設區塊鏈的相關教學課程，加大學校和企業的合作力度，通過訂單式培養，培養學科交叉、知識融合、技術集成的復合型人才，構建領軍人才、高端人才、專業人才的人才梯隊，形成人才集聚效應。二是探索建立區塊鏈技術的國家重點實驗室，夯實區塊鏈的基礎研究。增強密碼學、P2P網絡、重疊網、人工智能等方面的相關研究，跟蹤量子計算機等前沿研究，搭建基礎研究和交叉學科研究的創新平臺，增強原始創新能力，唱響中國聲音。三是依托高校、研究機構和企業自主創新平臺，形成產學研用相結合的開發聯合體，加大核心信息技術的投入，嚴格管理研究資金，推動科研成果轉化。
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