作為一種技術(shù)的區(qū)塊鏈：價值及其限度

　　摘要：區(qū)塊鏈本質(zhì)上是數(shù)據(jù)庫的一種，是去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫，其不僅僅只是單一的信息技術(shù)，它是在多種信息技術(shù)的基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新，實現(xiàn)前所未有的功能。 從對區(qū)塊鏈的認(rèn)識著手，探討區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)字貨幣、金融領(lǐng)域、征信領(lǐng)域、電子發(fā)票、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用場景下所發(fā)揮的價值，指出區(qū)塊鏈在公有鏈、聯(lián)盟鏈、私有鏈、安全性、去中心化、物聯(lián)網(wǎng)方面的限度。作為一種技術(shù)的區(qū)塊鏈，在多領(lǐng)域?qū)l(fā)揮難以估量的價值，但區(qū)塊鏈技術(shù)仍處于初級發(fā)展階段，還面臨著許多問題，還需要進一步完善，才能促進區(qū)塊鏈技術(shù)的良性發(fā)展。

　　本文源自工業(yè)控制計算機 發(fā)表時間：2021-02-25 《工業(yè)控制計算機》Industrial Control Computer(月刊)1988年創(chuàng)刊，是中國計算機學(xué)會會刊之一，面向全國發(fā)行。創(chuàng)刊至今，始終堅持科研與生產(chǎn)相結(jié)合，關(guān)注工業(yè)自動化領(lǐng)域的最新技術(shù)與應(yīng)用，為建立工控廠商與用戶之間的良好溝通渠道而不懈努力。

　　關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;比特幣;物聯(lián)網(wǎng);信息技術(shù)

　　區(qū)塊鏈起源于比特幣， 同時比特幣也是區(qū)塊鏈最為典型且成功的應(yīng)用。 2008 年 10 月， 中本聰在密碼學(xué)論壇上發(fā)表文章《比特幣：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》，這成為比特幣誕生的理論支撐[1]。 一開始比特幣僅為極少數(shù)技術(shù)極客所知，但伴隨著其價格的暴漲暴跌，逐漸引起各行各業(yè)人士知曉與熱切關(guān)注。 比特幣的火爆引起了人們對其底層技術(shù)“區(qū)塊鏈”的研究，先有比特幣，才有區(qū)塊鏈的概念。 區(qū)塊鏈依靠它去中心化、全員廣播、共同記賬、不可篡改等特點，成為比特幣的底層核心技術(shù)，在未來經(jīng)濟金融、能源動力、通信、審計、司法等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景。

　　1 區(qū)塊鏈技術(shù)的價值

　　1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)字貨幣中的價值

　　區(qū)塊鏈技術(shù)最早、最典型、最成功的應(yīng)用是比特幣，比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)近十年來研究之最多的領(lǐng)域。 與傳統(tǒng)的數(shù)字貨幣不同，比特幣沒有統(tǒng)一的發(fā)行機構(gòu)和發(fā)行中心，即為去中心化。比特幣通過分布于世界各地的節(jié)點來競爭記賬權(quán)， 任何節(jié)點皆可存儲交易記錄交易信息，即為分布式存儲。 除此之外，區(qū)塊鏈的頭部有一個動態(tài)的難度系數(shù)， 當(dāng)全球計算機計算能力越來越快后，區(qū)塊鏈的難度系數(shù)會越來越高，導(dǎo)致的情況是，即為無論什么時候有多少節(jié)點求解，一般來說每隔 10 分鐘才會有新的節(jié)點產(chǎn)生。 因此，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)是無法被篡改的，哪怕數(shù)據(jù)受到及其細(xì)微的修改，整個區(qū)塊對應(yīng)的哈希值一起跟著改變，不會再是一個有效的哈希值，區(qū)塊鏈里與此區(qū)塊鏈接的鏈也會斷開。

　　比特幣協(xié)議規(guī)定，每四年就會減少一半的開采速率，并限制比特幣開采總量為 2100 萬枚，根據(jù)目前的開采速率計算，比特幣會在 2140 年全部開采完畢。 從經(jīng)濟學(xué)的角度來看，比特幣是通貨緊縮的， 不存在當(dāng)前中心化貨幣中出現(xiàn)的發(fā)行機構(gòu)大量印發(fā)貨幣導(dǎo)致的通貨膨脹的問題。 為了解決雙重支付問題，比特幣將隨機散列對全部交易加上時間戳， 且合并入不斷延長的隨機散列的工作量證明。 只有當(dāng)“襲擊者”擁有超過全網(wǎng) 51%算力時，區(qū)塊數(shù)據(jù)才可篡改，與此同時若想成功篡改還需重新計算該區(qū)塊之后全部區(qū)塊的 SHA256 信息摘要算法， 且運算速度必須讓偽鏈長度超過主鏈長度， 這種偽造行為所付出的成本代價遠(yuǎn)高于收益，還不如依照正常協(xié)議獲得的收益大，因此其具有不可篡改性的特點得以體現(xiàn)。

　　1.2 區(qū)塊鏈技術(shù)在金融領(lǐng)域的價值

　　區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)字貨幣領(lǐng)域應(yīng)用如此成熟得益于其去中心化、分布式存儲、不可篡改等優(yōu)點，同理可以推出，區(qū)塊鏈技術(shù)將會在金融領(lǐng)域大放異彩。 在人類文明的任何時期，金融領(lǐng)域在人類社會生活中一直占據(jù)著重要地位， 金融領(lǐng)域的變化會影響一個地區(qū)社會活動的變化、甚至影響著整個世界的經(jīng)濟局勢變化。人類進入現(xiàn)代文明以來，國際金融的市場都是被美國、英國等西方發(fā)達國家牢牢把控，他們的金融地位難以撼動。 一直以來美國通過美元壟斷了絕大部分國際貿(mào)易結(jié)算， 多年稱霸國際貿(mào)易市場，很長時間里幾乎可以取代黃金成為“全球儲備貨幣”。 為擺脫美國結(jié)算系統(tǒng)的依賴， 中國人民銀行已經(jīng)開始研究數(shù)字貨幣電子支付 DCEP(Digital Currency Electronic Payment)，總的來說，我國在區(qū)塊鏈領(lǐng)域目標(biāo)就是做第一。 我國若能將區(qū)塊鏈技術(shù)賦能于國際貿(mào)易結(jié)算，將極大限度的惠及“一帶一路”沿線上的各個國家。 未來五到十年內(nèi)，金融領(lǐng)域或?qū)⒁驗閰^(qū)塊鏈技術(shù)的引入而產(chǎn)生重大變革，國際金融市場或?qū)⒚媾R新一輪的洗牌。 就數(shù)字貨幣領(lǐng)域來說，中國和西方發(fā)達國家的競爭是非常激烈的，任何一方都想優(yōu)先把握主動權(quán)、優(yōu)先搶占新金融領(lǐng)域的核心地位，各個國家之間數(shù)字貨幣的競賽，說到底還是金融的競賽，歸根結(jié)底就是國家金融實力的博弈， 我國正在積極尋找能在金融領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車的突破口，以區(qū)塊鏈賦能金融就是突破口之一。 1.3 區(qū)塊鏈技術(shù)在征信領(lǐng)域的價值

　　對于傳統(tǒng)的征信領(lǐng)域，多由銀行或者某個機構(gòu)統(tǒng)一對國家、企業(yè)、個人進行信用評估，這是一種中心化的征信數(shù)據(jù)庫。 例如阿里巴巴旗下的螞蟻金融一直以來追求 “讓信用等于財富”，通過芝麻信用這個平臺，利用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)手段打造一個信用“帝國”，專門用來解決銀行無低成本手段判斷中小微企業(yè)信用風(fēng)險、個人信用風(fēng)險等問題，這同樣是一個中心化的信用平臺。 區(qū)塊鏈技術(shù)憑借去中心化、 不可篡改的巨大優(yōu)勢，在征信領(lǐng)域有著相當(dāng)廣闊的應(yīng)用市場。 若一個人的一生從出生開始，與其相關(guān)的所有信息都通過上鏈的方式記錄，則關(guān)于這個人的所有信息都為可信信息， 信用評價高低可根據(jù)鏈上所記錄的人的行為信息來計算得出。 銀行等金融機構(gòu)也可以通過分析鏈上中小微企業(yè)創(chuàng)始人及中小微企業(yè)的信息，形成信用評級，來給予中小微企業(yè)及個人貸款等， 省去了銀行搜集需要大量驗證真實性的信用信息的成本。

　　1.4 區(qū)塊鏈技術(shù)在電子發(fā)票上的價值

　　目前，區(qū)塊鏈電子發(fā)票已經(jīng)落地應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)。 2018 年 8 月，騰訊公司和深圳市稅務(wù)管理局于在深圳聯(lián)合發(fā)布第一張區(qū)塊鏈電子發(fā)票，截止 2019 年 10 月 31 日，區(qū)塊鏈電子發(fā)票發(fā)行量已經(jīng)突破 1000 萬張。 區(qū)塊鏈電子發(fā)票開票方可以在鏈上進行申領(lǐng)、入賬等操作，用戶可以在鏈上存儲、報銷，稅務(wù)局可以在鏈上全流程監(jiān)控，具有防止偷稅漏稅、按需使用、減輕稅務(wù)人員負(fù)擔(dān)、節(jié)約紙張資源、減少財務(wù)成本、減少人力資源投入等諸多優(yōu)點，區(qū)塊鏈不可篡改的特點使得發(fā)票的真實性得到很好的保障。

　　1.5 區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的價值

　　隨著通信技術(shù)的持續(xù)不斷發(fā)展， 全世界物聯(lián)網(wǎng)進入了飛速發(fā)展的時期，2018 年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入量超過 70 億個，且仍以每年 17%的速率增長， 當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到了 1510 億美元，業(yè)務(wù)收入和去年同期比較增長 72.9%，預(yù)計 2020 年超過 65%的機構(gòu)使用物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和設(shè)計方案[2]。隨著我國 2019 年 10 月 31 日第五代移動通信(5G)的商用，我國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展將會繼續(xù)提速。 成千上萬的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過傳感器持續(xù)地收集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)信息上傳至終端設(shè)備。 物聯(lián)網(wǎng)上傳的數(shù)據(jù)量巨大，為每一個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都上鏈后，每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上傳輸?shù)年P(guān)鍵信息都將通過分布式存儲的方式存儲在相對應(yīng)的地址里，且這些數(shù)據(jù)為可信數(shù)據(jù)不易丟失， 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的信息安全共享得以順利實現(xiàn)。

　　2 區(qū)塊鏈技術(shù)的限度

　　2.1 區(qū)塊鏈公有鏈中的限度

　　區(qū)塊鏈技術(shù)雖然有著去中心化、分布式存儲、共識機制等諸多優(yōu)點，但是當(dāng)前的區(qū)塊鏈技術(shù)仍有不少限度。 目前區(qū)塊鏈根據(jù)訪問和管理權(quán)限劃分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈三種。 公有鏈為完全去中心化的方式， 世界上任何節(jié)點都可以進出區(qū)塊鏈公有鏈網(wǎng)絡(luò)，所有節(jié)點都可以對公有鏈上的數(shù)據(jù)進行讀寫操作。 公有鏈上面的節(jié)點數(shù)巨大，支持十萬個以上的節(jié)點。 公有鏈的共識機制分為工作量證明、權(quán)益證明和授權(quán)股份證明。 公有鏈最典型的應(yīng)用為比特幣和以太坊， 全世界接入比特幣和以太坊的節(jié)點數(shù)數(shù)以萬計， 完全去中心化的最大缺點是無法有效地對完全去中心化的區(qū)塊鏈進行監(jiān)督， 且匿名交易的特點難以得知交易雙方的真實信息，容易淪為不法分子洗錢的工具和犯罪分子的天堂。

　　2.2 區(qū)塊鏈聯(lián)盟鏈和私有鏈中的限度

　　聯(lián)盟鏈則由若干個組織機構(gòu)構(gòu)成， 只有聯(lián)盟成員才擁有對聯(lián)盟鏈上數(shù)據(jù)進行讀寫的權(quán)力， 而且記賬的權(quán)限也必須按照聯(lián)盟組成員制定的規(guī)則來。 缺點為與公有鏈相比其節(jié)點數(shù)較少，分布式存儲范圍也較公有鏈窄，節(jié)點過多時算法效率低，并不是完全意義上的去中心化。 典型應(yīng)用為 Hyperledger 和 quorum。 私有鏈?zhǔn)怯梢粋€組織機構(gòu)建立，每個節(jié)點對應(yīng)的權(quán)限不同，共識機制條件均比公有鏈和聯(lián)盟鏈寬松，無拜占庭故障的 Paxos 機制和 Raft 機制。 最大的缺點是中心化程度過高，分布式存儲范圍最窄，典型應(yīng)用為螞蟻金服。

　　2.3 區(qū)塊鏈技術(shù)在安全性上的限度

　　就當(dāng)前的計算機技術(shù)發(fā)展而言， 現(xiàn)有的計算機的二進制算法中只能進行 0 和 1 的運算， 因此區(qū)塊鏈在數(shù)據(jù)加密過程中使用的公鑰加密、數(shù)字簽名、哈希函數(shù)等密碼學(xué)原理還是比較安全的，其安全性仍是可靠的。 但從長遠(yuǎn)來說，新興的量子計算機中除了有 0、1 狀態(tài)外，還擁有 0 和 1 同時存在的第三種狀態(tài)，其運算能力幾何級數(shù)倍于傳統(tǒng)計算機， 這就會對現(xiàn)有區(qū)塊鏈的安全性造成很大的威脅，因此，區(qū)塊鏈技術(shù)未來必將使用能抵抗量子計算機破解的加密算法。

　　2.4 區(qū)塊鏈技術(shù)在去中心化上的限度

　　比特幣和以太坊為代表的區(qū)塊鏈在數(shù)字貨幣中的應(yīng)用，其突出特點為去中心化、匿名性，而也因完全去中心化和匿名性交易導(dǎo)致非法交易難以監(jiān)管和追蹤。 若是增加監(jiān)管監(jiān)督則失去了其去中心化這個最為突出的優(yōu)點， 未來區(qū)塊鏈在中心化和去中心化之間的權(quán)衡同樣是其發(fā)展的難點。

　　2.5 區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上的限度

　　目前區(qū)塊鏈技術(shù)最大的痛點是應(yīng)用行業(yè)內(nèi)缺少區(qū)塊鏈底層公共基礎(chǔ)設(shè)施，暫無成熟穩(wěn)定的硬件平臺方案，現(xiàn)有的硬件平臺因其算力要求高、存儲空間要求大進而導(dǎo)致成本較高，普及的難度大。 物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)對控制、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理處理的時延要求及其嚴(yán)格， 對于比特幣等數(shù)字貨幣領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用，10 分鐘的交易結(jié)算時間相對于當(dāng)下端對端交付機制快很多， 但是對于物聯(lián)網(wǎng)來說 10 分鐘的時延是致命的， 若是 10 分鐘未完成數(shù)據(jù)上鏈等功能將會引發(fā)系統(tǒng)失效甚至癱瘓。目前大量使用的 4G 的時延為 10ms， 而我國剛剛宣布商用的 5G 的時延為 1ms，但 4G 和 5G 都有一個缺點就是無法達到信號無死角覆蓋的能力，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過無線通信的方式大量傳輸和處理數(shù)據(jù)時， 任何的時延和覆蓋不到都將產(chǎn)生嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。 此外，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對成本敏感度非常高的，因為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量通常很多，少則幾十多則成千上萬， 即使成本細(xì)微地增加都會使得總成本多很多。 何況目前的技術(shù)條件上鏈需要極大的算力和存儲空間，上鏈后對硬件的要求已經(jīng)不是單純的功能實現(xiàn)， 而是整個系統(tǒng)算力和存儲的同步升級，與之相配套的供電功率也會大幅提高，以上總總都會轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀镜木揞~增加。 這不管是對供應(yīng)商還是客戶來說都是難以承受的。

　　3 區(qū)塊鏈的發(fā)展趨勢

　　全球最具權(quán)威的 IT 市場研究與咨詢公司 Gartner，發(fā)布的每年度新科技的技術(shù)成熟度曲線可以形象準(zhǔn)確地表示出新技術(shù)誕生后各界預(yù)期值隨時間變化的曲線， 能很好地體現(xiàn)新技術(shù)的市場熱度和實際發(fā)展偏離度。 曲線的橫軸為“時間”縱軸為“預(yù)期”，共分為 5 個時期，分別為技術(shù)觸發(fā)期、期望膨脹期、泡沫幻滅期、啟蒙爬升期和生產(chǎn)力高原期[3]。 2018 年，Gartner 公司發(fā)布的 2018 年度新科技的技術(shù)成熟度曲線里，區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)由期望膨脹期逐漸向泡沫幻滅期過度，預(yù)測將在 5 到 10 年內(nèi)會達到生產(chǎn)力高原期。 2019 年，Gartner 公司發(fā)布的 2019 年度新科技的技術(shù)成熟度曲線中， 區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)細(xì)分化為去中心化網(wǎng)絡(luò)和分布式自治組織， 而且正處于技術(shù)觸發(fā)期， 預(yù)測將在 5 到 10 年內(nèi)會達到生產(chǎn)力高原期，去中心化網(wǎng)絡(luò)則預(yù)測在兩年內(nèi)就會達到生產(chǎn)力高原期。 因此，未來 10 年內(nèi)區(qū)塊鏈技術(shù)將呈現(xiàn)發(fā)展迅猛的趨勢。

　　作為一種技術(shù)的區(qū)塊鏈， 無論是在最初應(yīng)用的數(shù)字貨幣領(lǐng)域，還是延伸的金融領(lǐng)域，再到征信、電子發(fā)票、物聯(lián)網(wǎng)，都有著難以估量的價值。 但是我們也看到，當(dāng)前區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展仍處于初級階段，成本過高、監(jiān)管難度大、去中心化范圍擴大難、量子計算機威脅等限度依然制約著區(qū)塊鏈賦能于各個領(lǐng)域。 當(dāng)前世界的發(fā)展永遠(yuǎn)是相互依賴相互促進的發(fā)展， 任何國家、 任何組織、任何個人在進行區(qū)塊鏈技術(shù)開發(fā)利用時，都應(yīng)該配合通信技術(shù)、存儲技術(shù)、法制道德等條件做好區(qū)塊鏈的良好發(fā)展。