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一、前言

区块链是一种把区块以链的方式组合在一起的 数据结构,每一个区块通过散列的方式与上一个区 块相连,实现了可追溯;同时,用密码学保证了数 据的不能改动和不能伪造。每一个区块的天生,都 是介入者对整个系统生意纪录的事宜顺序和当前状态确立的共识。每一个介入者都可以介入数据的记 录、存储,都可以拥有整个区块链数据的备份,从 而在没有中央控制节点的情形下,使用漫衍式团体 运作的方式,构建了一个漫衍式对等网络。因此, 区块链手艺具有 *** 化、漫衍式、去信托、数据 不能改动、可追溯等诸多优点。

区块链手艺起源于假名为“中本聪(SatoshiNakamoto)”的学者在 2008 年揭晓的奠基性论文 《比特币:一种点对点电子现金系统》。作为比特 币的底层实现手艺,区块链是一种漫衍式账本手艺 (DLT),由于其具有漫衍式、去信托、不能改动等 优点,该手艺被以为是构建未来“信托互联网”“价 值互联网”的支持性手艺,已成为全球创新领域最 受关注的话题,受到投资界、学术界、工业界及政 府部门的热烈追捧。虽然各国 *** 对比特币和种种 虚拟币的态度各不相同,但对区块链手艺大多持积 极的态度。

近年来,团结国、国际钱币基金组织等机构 以及多个蓬勃国家先后公布了有关区块链的系列报 告,探索区块链手艺及其应用。当前,区块链手艺 的应用领域已经逾越了金融领域,并逐步在供应链、 征信、身份认证、公益慈善、物联网等领域睁开实 践。创业公司如雨后春笋般涌现,乌镇智库 2017 年 公布的《区块链产业生长白皮书》指出,自 2012 年 以来,全球区块链企业数目以跨越 65.2 % 的复合增 长率快速增进。一种乐观的展望以为,到 2025 年 之前,全球 GDP 总量的 10 % 将行使区块链手艺储 存。据数字市场漫记(DMR)估量,到 2024 年, 区块链产业规模有望到达 200 亿美元。

二、海内外行业应用现状

作为互联网手艺的起源地,美国在区块链手艺 和应用上投入伟大。2017 年,美国至少有 8 个州提 出和研究了提升区块链手艺应用的法案。2018 年 2 月,美国众议院延续两次召开区块链听证会, 探讨区块链手艺的新应用。美国国务院强调通 过区块链手艺提高透明度,可以解决溃烂、敲诈 或挪用公共采购资金的问题。美国财政部正在进 行试点设计,以确定区块链手艺是否可以用于供 应链治理,还接纳了措施来改善针对基于区块链 加密钱币的“反洗钱 / 袭击恐怖主义融资(AML/ CFT)”的相关执法,并与金融机构形成公私合 作关系(PPPs)以共享信息。佛蒙特州的南柏林 顿市将试用区块链手艺,纪录房产生意。加利福 尼亚州立法者已经了一项法案,若是能够顺 利通过,那么该州的电子纪录执法将会认可区块 链署名和智能合约。纽约州电力公司 TransActive Grid 提出了基于区块链的 P2P 漫衍式微电网络的 新能源观点,通过区块链确立微电网网络,提高清洁能源行使率,在区块链上纪录剩余的电量并通 过智能合约卖给邻人用户。

2016 年 1 月,英国 *** 公布了一份名为《漫衍 式账本手艺:逾越区块链》的讲述。讲述指出,区 块链手艺在改变公共和私人服务领域都有着伟大的 潜力。除了确立一个基于区块链的公共平台为全民 和社会提供服务,英国 *** 还设计开发一个能够在 *** 和公共机构之间使用的应用系统。日本 *** 则 鼎力支持区块链和数字钱币行业,确立了首个区块 链行业组织——日本区块链协会(JBA)与区块链 相助同盟。俄罗斯正在鼎力推动区块链基础设施建 设,俄罗斯最大的银行 Sberbank 与 *** 相助,用区 块链转移和保留文件,成为区块链真实的应用案例。 加拿大有一个重大的区块链创业社区,搜集了包罗 以太坊首创人 Vitalik Buterin 在内的一大批区块链 顶级人才。加拿大证券治理委员会(CSA)日前主 动地推出了新的“Fintech 沙箱(SandBox)”设计, 以促进加拿大区块链行业的生长。

区块链手艺起源于开源社区,并在社区中生长 壮大,今后逐渐受到金融机构、IT 巨头等机构的 关注。例如,以比特币、以太坊为代表的开源项目 主要以公有链为主,打造了区块链公共平台;Linux 基金会于 2015 年提议的超级账本项目(Hyperledger)则着重于研究同盟链手艺。同时,IBM、微软 Azure、AWS 等互联网国际巨头企业正在全力打造 支持区块链应用的基础设施,区块链即服务(Blockchain as a Serveice,BaaS)。

2016 年以来,我国 *** 也通过多种形式关注 和支持区块链手艺和产业的生长。2016 年 10 月, 工业和信息化部公布《中国区块链手艺和应用发 展白皮书(2016)》[1],同年 12 月区块链首次 被作为战略性前沿手艺、推翻性手艺写入国务院 “十三五”国家信息化计划,明确提出需增强区块 链等新手艺的创新、试验和应用,以实现抢占新 一代信息手艺主导权。中国人民银行在 2017 年成 立了数字钱币研究所,研究数字钱币刊行和支持该 手艺的商业运作框架。中国人民银行的基于区块 链的数字票据生意平台于 2017 年头进入试运行阶 段并测试乐成。此外,腾讯盘算机系统有限公司、 阿里巴巴网络手艺有限公司等海内着名互联网公 司也努力结构区块链产业,天下尚有跨越 100 家 区块链创业公司,主要瞄准区块链基础设施手艺 研发及其在征信、供应链、资产治理、物联网等行业的应用。2008—2017 年,我国区块链手艺领 域专利申请数目全球第一,共递交 550 份专利申 请;美国专利申请数目全球第二,共递交 284 份专 利申请。

三、区块链面临的手艺挑战

比特币是区块链手艺的第一个乐成应用。停止 现在,比特币区块链系统已经运行了 8 年多,除了 有限的几回分叉,没有泛起重大平安事故,充实显 示了其壮大的稳固性和平安性。区块链手艺现在的 应用大多仍集中在金融领域,例如,数字钱币、跨 境支付、证券生意、财富注册与认证等。然而,其 未来要在金融领域做大规模推广应用还需要攻克很 多问题,如性能问题、可羁系性问题等。

在供应链领域,通过区块链,供应链各方可以获 得一个透明可靠的统一信息平台,实时查看状态,追 溯物品的生产和运送整个历程,从而提高供应链治理 效率、降低物流成本。当发生纠纷时,追查和举证也 变得加倍容易。然而,供应链治理往往涉及到诸多 实体,包罗物流、资金流、信息流等,这些实体之 间存在大量庞大的协作和相同,应用区块链举行链 上链下的有用协同,也存在诸多手艺难题需要攻关。

在制造业领域,工业 4.0 应用,可以使用区块 链来纪录生产历程的每一步,对于生产历程中的不 同介入者,接纳差其余权限来接见区块链,以加倍 可靠和平安的方式,为介入者提取相关信息并确认 生产历程中的步骤。然则差其余终端和传感器要参 与区块链网络,举行协同和验证,当前的物联网终 端和传感器盘算能力及存储很难支持,而区块链网 络协同的实时性也亟待提高和优化。

在能源领域,基于区块链的微电网络,也存在 可扩展性问题和验证生意的能源消耗问题等。此外, 由于区块链自身的存储能力有限,应用于社交、电 子商务等领域时,还要思量大量数据的存储问题、 生意效率问题等。

当前区块链行业正高速生长,区块链手艺也得 到了越来越多的应用。然而,在基础研究领域,国 内外相关研究事情仍处于劈头阶段,区块链系统结 构、共识算法、隐私珍爱、智能合约、跨链生意等 方面的手艺挑战越来越制约着区块链手艺及行业的 生长。尽快寻找有用方案,实现要害手艺突破,增强完善区块链领域的理论基础与要害手艺是当前区 块链生长浪潮中的要害点与“杀手锏”。

(一)区块链系统结构研究

区块链系统结构是区块链系统运行的基础,但 随着用户数目、系统规模的不停增添,其吞吐量低、 生意确认时间长、共识节点接入速率慢、存储资源 虚耗等问题愈发突出,严重影响用户使用与行业拓 展。近几年,工业界和学术界从区块链结构设计等 方面开展了一些劈头的研究事情。

并行化架构:区块链分片手艺(Sharding)采 用并行化头脑,将用户划分到差其余网络分片内, 并行处置不相交的生意聚集,进而提升整体性能, 但处置涉及差异分片的生意时,需要经由庞大的跨 分片通讯,开销很大。Pla *** a 则通过行使侧链条理 树划分整个网络,用“分治”来扩大生意规模。

链上、链下协同架构:闪电网络(Lightning Network)以类比特币区块链为基础,提出将生意 历程尽可能放在链下,举行链下快速生意,而链上 生意仅用于担保与结算。本质上,闪电网络并没有 提升链上生意性能,而且链下生意环节未存储到区 块链中,会影响生意的可追溯性。雷电网络(Raiden Network)作为“以太坊版本”的闪电网络,可与 Sharding、Pla *** a 连系,进一步提升生意处置能力。

并行化、链上链下协一致新型架构为解决区块 链的性能和资源占用问题提供了新的研究偏向,但 是这些研究事情现在还处于相对早期的阶段,许多 详细的问题如并行化架构的合理分片、跨片通讯、 链上链下协同的 *** 化、可追溯等问题还缺少高 效的算法和机制。

(二)区块链共识算法研究

区块链共识算法保证了区块链系统中各节点 可以维护相同的生意内容温顺序,是区块链系统 的焦点机制。现在应用对照普遍的、常见的共识 算法包罗事情量证实算法(PoW)、权益证实算法 (PoS)、股份授权证实算法(DPoS)以及拜占庭 容错算法(PBFT)[2],这些算法各有优势但也都 存在自身的问题(见表 1)。

近年来,为了顺应现实应用的需求,一些新型 共识算法被提出。Algorand 通过密码抽签机制随机 选取一组验证者使用优化的拜占庭协议举行共识来提高共识效率 [3];Bitcoin-NG 通过事情量证实选取 的向导者公布生意微块,一定水平上改善了比特币 区块链 PoW 共识的性能 [4];Casper 通过锁定保证 金的验证人下注共识以提升 PoS 算法实现的平安性 以及 *** 化水平。

表 1 几种常见的共识算法对比

然而,无论是 PoW、PBFT 这些经典共识算法 照样 Algorand、Bitcoin-NG 这些新型算法都面临“三 难逆境”问题,即区块链系统最多只能同时优化去 中央化、高性能以及平安性三种目的中的两个,寻 求“三难逆境”的最优解将是未来的主要研究偏向 和手艺挑战。

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(三)区块链隐私珍爱研究

区块链隐私珍爱是为领会决果然的生意信息带 来的账户隐私泄露问题。现在主要通过直接或间接 隐藏用户要害信息来实现,典型的隐私珍爱手艺包 括:混币手艺(CoinJoin)、隐秘地址(Stealth Address)、环署名手艺(Ring Signature)[5] 以及 zkSNARKs 零知识证实算法 [6]。

混币手艺、隐秘地址以及环署名手艺只是间 接隐藏生意涉及的要害信息,在可靠性方面存在不 足;zk-SNARKs 零知识证实算法虽然属于直接隐藏 信息,然则其具有“可信托的公共参数”以及效率 低下的问题。同时,量子盘算的不停生长对隐私保 护研究提出了新的要求,而这些典型的隐私珍爱技 术都不具备抗量子攻击能力。新提出的 zk-STARKs 零知识证实算法完全依赖散列和信息理论,解决了 zk-SNARK“可信托的设置”问题并具备抗量子攻击 的能力,然则该研究处于早期阶段,手艺还不成熟且 存在证据过大等瑕玷。因此,设计既能保证高效平安, 还能保证生意要害信息隐藏与生意有用性验证的技 术方案依然是未来区块链研究面临的主要手艺挑战。

(四)区块链智能合约研究

Nick Szabo 于 1996 年首次提出了智能合约的 观点:一个智能合约是一套以数字形式界说的约定,包罗合约介入方可以在上面执行这些约定的协 议。区块链为智能合约提供了一个 *** 化、不能 改动、果然透明的运行环境,使得智能合约无需信 任第三方即可凭证预设合约协议自动执行。现在针 对智能合约的研究主要围绕智能合约虚拟机、智能 合约升级、链下数据可信喂养等方面睁开。

智能合约虚拟机可以分为两大类:自主可控的 虚拟机,如以太坊虚拟机(EVM);使用现有成熟 的编译运行环境的虚拟机,如 Java 虚拟机(JVM)。 使用现有成熟编译运行环境的虚拟机运行效率较 高,但不能控因素较多,而 EVM 等自主可控的虚 拟机当前的运行效率还存在较大问题。现在的研究 事情主要有 Solidity 编译器的优化、适合智能合约 的 Web 程序集(WASM)执行环境研发等,上述工 作均处于早期研究阶段。

智能合约是现实天下左券的盘算机化生意协 议,在智能合约的开发历程中,开发者无法将所有 情形思量在内,当链上的智能合约没有根据预期运 行时,就需要升级智能合约,而且对智能合约的行 为作出注释。Corda 提出将合约执法文本与代码结 合存储于链上,当合约代码发生未预期的行为时以 执法文本为准,但仍缺乏代码可升级的天真性,因 此一套可升级且可注释的智能合约完整方案是智能 合约大规模应用的要害所在。

智能合约存在于区块链空间,与链下真实天下 流动相关联是其大规模应用的条件。Oraclize 将智 能合约与 Web API 通过加密证实链接起来,使得智 能合约无需分外的信托,即可获得现实天下的真实 流动数据;IC3 提出可信数据喂养系统 Town Crier (TC),通过英特尔最新可信硬件 SGX 向智能合约 提招供证可信以及隐秘性数据。然而,现有的可信 数据喂养解决方案天真性较差,如 Oraclize 需要将 整个 无法支持代码的更新,需要研究新型 天真、可信的数据喂养方案以知足智能合约对链外 数据的喂养需求。

(五)区块链跨链通讯研究

随着区块链手艺被普遍应用于加密数字钱币、 资产追踪、身份治理等领域,发生了许多分立的区 块链系统,而这些自力的区块链需要相互生意进而 实现价值最大化,就需要研究跨链通讯手艺。解决 跨链生意中有用性、可扩展性、原子性等问题是当 前区块链跨链通讯手艺的研究重点。

现在区块链跨链通讯手艺研究代表性方案包罗 成 对 通 信、Interledger、Co *** os、Polkadot 等。 成 对通讯通过获取对方区块链的区块头与特定生意的 简化付款验证(SPV)证实,可在没有外部介入的 情形下验证跨链生意的有用性;Interledger 通过构 建毗邻器,找到一条到接受者的资金转移路径,资 金在毗邻器之间转移,从而实现跨链;Co *** os 利 用 Hub 与 Zone,当源 Zone 与目的 Zone 举行跨链 生意时,Hub 对 Zone 形成的包举行跨链转发;而 Polkadot 的愿景是实现异构区块链之间的跨链,同 时势务可以在差其余区块链上并行执行,从而增添 系统的吞吐量。

上述跨链通讯方案大多面向跨链某一详细场景 且性能较低,如成对通讯仅限于生意存在性验证, Interledger 以及 Co *** os 仅用于跨链转账这个单一 功效;虽然 Polkadot 支持的跨链类型更为厚实,但 是其仍处于异常早期的方案设计阶段。随着跨链交 易的需求不停增添,实现平安、高效且通用性好的 跨链手艺方案迫在眉睫。

四、高通量区块链

性能问题是制约区块链手艺未来大规模应用的 主要瓶颈之一。当前应用普遍的公有链(如比特币、 以太坊)和同盟链(如超级账本)都无法支持高频 生意的场景,在吞吐量方面与高频生意(如支付、 大规模物联网)的现实需求存在几个数目级的差距。 为了填补这种差距,中国科学院盘算手艺研究所开 展了高通量区块链手艺的研究。

差异于已有的许多性能优化的事情主要集中在 协媾和算法层面 [2~4],中国科学院盘算手艺研究 所高通量区块链手艺的研究聚焦于底层架构层面的 手艺突破,包罗区块链基础架构以及承载区块链系 统的硬件架构。首先,在区块链基础架构上,通过 构建生意图谱,将原始区块链切分为许多切片,并行处置差异分片的生意纪录,片内共识使用流水化 手艺优化共识效率,并通过随机轮换记账节点聚集 机制,在提升效率的同时保障平安性。对于跨切 片的生意,设计了 InterChain 跨分片通讯架构(见 图 1),通太过片网关和互联链节点的协同实现生意 的跨分片通讯。其次,在硬件架构上,针对现有通 用盘算架构效率不足,而专用芯片仅针对特定算法 应用局限有限的问题,提出支持自界说算法的专用 芯片架构(见图 2),通过抽象种种共识、验证署名 算法的盘算内核,设计基于松耦合盘算内核的芯片 架构,并行使区块链算法自己的容错性,简化功效 单元设计,从而提升盘算通量。

图 1 InterChain 跨分片通讯架构

图 2 高通量区块链芯片架构优化

五、政策建议

当前我国投资界、产业界、学术界以及 *** 给予了热炒的区块链手艺以高度的关注。然而,许多项目只是披着区块链的“外衣”,犹如昔时互联 网生长初期一样,鱼龙混杂。著名信息手艺研究 和照料机构 Gartner 每年都公布的手艺成熟度曲线 (the hype cycle)显示,任何一项手艺的生长必经 过 5 个阶段:最初的兴起期,热炒的膨胀期,幻 灭的低谷期,稳步的爬升期,以及成熟的实质产 业期。云盘算、大数据、虚拟现实等是这样,区 块链手艺也不破例。经由这两年热炒之后的区块 链手艺,必须经由各方面扎实的手艺研发、准备 和铺垫,才可能大规模形成产业,影响社会提高、 经济生长,以及人们的生发生涯,最终“飞入寻 常国民家”。

因此,看待区块链手艺,不能盲目跟风,需要 理性看待。既要看到区块链手艺的优点和可能带来 的转变,也要熟悉到当前区块链手艺存在的不足和 挑战。从手艺层面,要加大区块链底层和基础手艺 的研发和优化;从治理层面,要适时跟进制订执法 律例,创新羁系模式;从人才层面,要加大交织学 科人才培育的力度,弥补人才空缺。

(一)应重视区块链底层手艺的研发

应该苏醒地熟悉到,海内区块链产业风风火火 生长的背后隐藏着区块链底层手艺研发投入不足的 现实。现在,大多数区块链项目、区块链团队都是 基于比特币、以太坊、超级账本等外洋提出的区块 链平台,或举行二次开发,或直接探索在特定领域、 特定行业的应用。

为了应对上述性能、平安性等区块链手艺生长 和大规模应用面临的挑战,区块链底层手艺的创新 才是重中之重。应该加大在系统结构、共识算法、 验证署名机制、(跨链)通讯协议、专属硬件等方 面的研发投入,耐心地从底层研发做起,做到手艺 自主可控, 引领全球区块链手艺生长。

(二)需要生长创新羁系模式

差异于传统互联网应用有专门的运营单元,可 以作为特定的羁系工具,承袭漫衍式、 *** 化思 想设计的区块链应用(DAPP)一旦部署,就是所 有自由接入的节点和介入者配合卖力,没有中央化 节点和存储,不存在某个特定机构对其卖力,这给 区块链应用的羁系带来伟大的挑战。

因此,一方面,国家在激励区块链手艺和应用 生长的同时,要从立法层面努力跟进,指导区块链 的应用偏向,规范区块链应用的审查和部署;另一 方面,要从信息手艺工具层面,加大针对区块链平 台和应用的监测、剖析、判别、预警等信息手艺工 具的研发投入和力度,引入人工智能、大数据、信 息平安等先进手艺,从而实现对区块链平台和应用 的科技羁系。

(三)增强交织学科人才

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chia矿机(www.chia8.vip):华为汽车看法继续搅动A股,这次的“主角”是……
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  1. 皇冠下载
    皇冠下载
    (2021-07-18 00:00:16) 1#

    人有多少啊

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