薛 淼，劉千仞，符 剛，王光全（中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京100048）

0 前言

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N由多方共同維護(hù)，以塊-鏈結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法同步和更新數(shù)據(jù)，利用加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳輸及訪問安全，利用可自動(dòng)化執(zhí)行代碼組成的智能合約操作數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)一致存儲(chǔ)、無(wú)法篡改、無(wú)法抵賴的技術(shù)體系。區(qū)塊鏈因其去中心/去中介、天然的可溯源/不可篡改及分布式應(yīng)用特征吸引行業(yè)人員關(guān)注。

2017年加密貨幣的火爆使區(qū)塊鏈為大眾認(rèn)知，2018年區(qū)塊鏈技術(shù)在逐漸完善的同時(shí)，在應(yīng)用落地方面呈現(xiàn)多元化發(fā)展，向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)延伸，強(qiáng)調(diào)與實(shí)體產(chǎn)業(yè)結(jié)合。落地應(yīng)用由金融領(lǐng)域向其他垂直領(lǐng)域擴(kuò)展，探索各垂直領(lǐng)域創(chuàng)新應(yīng)用，形成“多點(diǎn)開花”局面。

區(qū)塊鏈在電信運(yùn)營(yíng)商的應(yīng)用場(chǎng)景仍處于探索階段，國(guó)內(nèi)外主流運(yùn)營(yíng)商均在區(qū)塊鏈應(yīng)用方面進(jìn)行嘗試。電信運(yùn)營(yíng)商一方面需要梳理區(qū)塊鏈能夠應(yīng)用在運(yùn)營(yíng)商哪些場(chǎng)景，貼合區(qū)塊鏈特性，另一方面也需考慮區(qū)塊鏈的剛性需求及相對(duì)現(xiàn)存競(jìng)品的優(yōu)勢(shì)。本文主要介紹了區(qū)塊鏈技術(shù)基本原理、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展、運(yùn)營(yíng)商場(chǎng)景應(yīng)用分析以及面臨的挑戰(zhàn)。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 區(qū)塊鏈原理

1.1.1區(qū)塊鏈賬本

如圖1所示，區(qū)塊鏈以塊-鏈方式存儲(chǔ)記錄或交易。區(qū)塊包含區(qū)塊頭和區(qū)塊體，區(qū)塊頭通常包含前一個(gè)區(qū)塊的哈希散列值、Merkle根、時(shí)間戳等，區(qū)塊體包含從網(wǎng)絡(luò)廣播中收集的記錄或交易。在區(qū)塊頭中的Merkle根是對(duì)每一筆記錄或交易的Hash值進(jìn)行兩兩Hash得到的，對(duì)任何一個(gè)記錄或交易的改變都會(huì)導(dǎo)致Merkle根的改變，從而保證了交易的不可篡改。區(qū)塊頭存儲(chǔ)了前一個(gè)區(qū)塊的Hash值，保證了每一個(gè)記錄或交易的可追溯。

圖1 區(qū)塊鏈架構(gòu)示意圖

1.1.2 共識(shí)機(jī)制

每個(gè)區(qū)塊被加到區(qū)塊鏈尾部時(shí)，需要經(jīng)過區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)證共識(shí)。區(qū)塊鏈中達(dá)成共識(shí)的流程一般是先由一些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記賬，然后由其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過即達(dá)成共識(shí)。

傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)共識(shí)算法主要解決節(jié)點(diǎn)通信不可靠、宕機(jī)、時(shí)序等問題，通常假設(shè)不存在主觀做惡的節(jié)點(diǎn)。而在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，更加側(cè)重存在惡意節(jié)點(diǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一致性，即非可信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下形成的可信數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

比特幣PoW共識(shí)機(jī)制流程如下。

a）節(jié)點(diǎn)收集廣播中還沒有被記錄到賬本的原始交易信息（交易信息主要是比特幣網(wǎng)絡(luò)參與者的轉(zhuǎn)賬/支付信息）。

b）檢查每個(gè)交易信息中付款地址有沒有足夠的余額。

c）驗(yàn)證交易是否有正確的簽名。

d）把驗(yàn)證通過的交易信息進(jìn)行打包記錄。

e）添加一個(gè)獎(jiǎng)勵(lì)交易：給自己的地址增加特定數(shù)量的比特幣。

f）選擇隨機(jī)數(shù)，然后不斷嘗試計(jì)算nonce哈希，滿足某一個(gè)難度標(biāo)準(zhǔn)（若干前導(dǎo)0開頭的Hash值）。

g）如果計(jì)算成功，則挖礦成功，向全網(wǎng)廣播挖礦所得，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證后，把這個(gè)區(qū)塊連接到區(qū)塊的尾端，并且在全網(wǎng)達(dá)成一致。

1.1.3 智能合約（SC）

智能合約是記錄在區(qū)塊鏈上的一段程序代碼，其可以自動(dòng)執(zhí)行并對(duì)賬本上的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。智能合約可以用來將特定交易流程的規(guī)則代碼化并保證嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)定義的規(guī)則。在特定的區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)中，智能合約也可以作為上層應(yīng)用讀寫賬本的接口。智能合約是區(qū)塊鏈構(gòu)建分布式應(yīng)用的基礎(chǔ)。

1.2 區(qū)塊鏈分類

目前區(qū)塊鏈已經(jīng)存在很多變種以及各自針對(duì)的場(chǎng)景。如表1所示為區(qū)塊鏈針對(duì)不同參與對(duì)象的一種分類：公有鏈、聯(lián)盟鏈、私有鏈。

1.3 區(qū)塊鏈認(rèn)識(shí)誤區(qū)

a）區(qū)塊鏈就是比特幣。區(qū)塊鏈不等于比特幣。雖然區(qū)塊鏈源于比特幣，但是比特幣僅是區(qū)塊鏈承載的一種應(yīng)用。區(qū)塊鏈經(jīng)過多年的發(fā)展，無(wú)論是適用場(chǎng)景還是技術(shù)實(shí)現(xiàn)都已經(jīng)有了很大改進(jìn)。

表1 區(qū)塊鏈分類

b）區(qū)塊鏈耗能嚴(yán)重。目前大量基于公有鏈的加密貨幣項(xiàng)目采用PoW共識(shí)機(jī)制，PoW會(huì)消耗大量的資源。但是PoW僅是區(qū)塊鏈的一種共識(shí)機(jī)制，區(qū)塊鏈也可以采用PoS、PBFT等耗能低的共識(shí)機(jī)制。

c）區(qū)塊鏈無(wú)法監(jiān)管。企業(yè)場(chǎng)景下的聯(lián)盟鏈采用多中心方式，能夠進(jìn)行集中監(jiān)管。

2 區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)及開源

2.1 標(biāo)準(zhǔn)情況

目前國(guó)內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)組織及行業(yè)聯(lián)盟均在開展區(qū)塊鏈相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)主要按照4個(gè)維度開展（見圖2），標(biāo)準(zhǔn)組織多數(shù)集中在制定區(qū)塊鏈High-Level框架標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前階段大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍在制定過程中，只有少數(shù)初稿發(fā)布審查。更多標(biāo)準(zhǔn)文檔預(yù)計(jì)會(huì)在2019年發(fā)布。

圖2 區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)分類

區(qū)塊鏈的標(biāo)準(zhǔn)化工作主要由如下幾個(gè)組織制定。

a）ISO。ISO于2016年9月成立了ISO/TC307（區(qū)塊鏈及電子化的分布式賬本技術(shù)），負(fù)責(zé)區(qū)塊鏈的標(biāo)準(zhǔn)研制，主要工作領(lǐng)域包括：架構(gòu)和分類、用例、安全和隱私、身份、智能合約、區(qū)塊鏈治理以及區(qū)塊鏈之間的互操作性。

b）IEEE。IEEE啟動(dòng)P2418系列，研究區(qū)塊鏈通用框架與架構(gòu)、互操作、數(shù)據(jù)格式及在物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)、能源、供應(yīng)鏈金融等垂直領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)要求。

c）ITU-T。ITU-T的多個(gè)FG和SG都有區(qū)塊鏈相關(guān)的研究項(xiàng)目（見表2）。

d）GSMA。GSMA重點(diǎn)關(guān)注區(qū)塊鏈技術(shù)在電信領(lǐng)域的應(yīng)用。

（a）在 IG（Internet Group）中啟動(dòng)了 Blockchain：Opportunities for enhancedoperators propositions項(xiàng)目，分析區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)、在運(yùn)營(yíng)商的應(yīng)用場(chǎng)景、商業(yè)機(jī)會(huì)、投資分析和建議，并發(fā)布白皮書。

（b）FASG（Fraud and Security Group）在探討使用區(qū)塊鏈技術(shù)防詐騙、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全、用戶身份認(rèn)證及通信安全。

（c）IDS（Interoperability Data specifications and Settlement Group）BCE子組探討使用區(qū)塊鏈作為漫游計(jì)費(fèi)結(jié)算方案的可行性。

e）W3C。Blockchain Community Group致力于Web賬本協(xié)議，用于根據(jù)ISO 20022生成區(qū)塊鏈的消息格式標(biāo)準(zhǔn)，并制定存儲(chǔ)使用指南，包括公有鏈、私有鏈和側(cè)鏈。該小組將研究和評(píng)估與區(qū)塊鏈相關(guān)的新技術(shù)以及區(qū)塊鏈用例，如銀行間通信。

f）ETSI ISG PDL。2018 年 12 月，ETSI成立 ISG PDL（Permissioned Distributed Ledgers），致力于研究PDL運(yùn)營(yíng)、業(yè)務(wù)用例、功能架構(gòu)及運(yùn)營(yíng)解決方案，以及關(guān)于接口/API、協(xié)議及數(shù)據(jù)格式的定義。2019年1月24日ISG PDL召開首次kick-off會(huì)議。

g）EEA。EEA通過制定標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)和規(guī)范以加速企業(yè)以太坊的行業(yè)采用，聚焦企業(yè)區(qū)塊鏈的技術(shù)規(guī)范制定和認(rèn)證。

表2 ITU-T區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)情況

h）CCSA。CCSA在TC1 WG6和TC10 WG1區(qū)塊鏈子組承擔(dān)區(qū)塊鏈相關(guān)工作。TC1 WG6承擔(dān)區(qū)塊鏈總體技術(shù)要求、通用評(píng)測(cè)指標(biāo)和測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)工作；TC10 WG1承擔(dān)區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)項(xiàng)目研究。

2.2 開源社區(qū)及平臺(tái)

超級(jí)賬本（Hyperledger）是Linux基金會(huì)于2015年發(fā)起的推進(jìn)區(qū)塊鏈數(shù)字技術(shù)和交易驗(yàn)證的開源項(xiàng)目，有超過200家企業(yè)加入，中國(guó)企業(yè)約30家；目前包括8個(gè)開源項(xiàng)目。

a）Fabric：面向企業(yè)應(yīng)用的聯(lián)盟鏈開源項(xiàng)目，已有多個(gè)商用案例。

b）Iroha：基于fabric的移動(dòng)應(yīng)用。

c）Burrow：基于以太坊VM的客戶端。

d）Sawtooth：基于PoET共識(shí)的區(qū)塊鏈項(xiàng)目。

e）另外4個(gè)項(xiàng)目為開發(fā)者工具：Cello、Composer、Explorer、Indy。

Ethereum以太坊是一款能夠在區(qū)塊鏈上實(shí)現(xiàn)智能合約、開源的底層系統(tǒng)；以太坊在比特幣的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，提供了圖靈完備的智能合約語(yǔ)言，并創(chuàng)新性地提供了基于以太坊虛擬機(jī)的智能合約運(yùn)行環(huán)境。2015年7月，以太坊客戶端第1版上線。以太坊是比特幣后最成功的一條區(qū)塊鏈。目前基于以太坊生態(tài)環(huán)境，存在大約1 000個(gè)Dapp，包括版權(quán)管理、數(shù)字簽名、Token發(fā)行、在線博彩、游戲等。

3 區(qū)塊鏈在電信運(yùn)營(yíng)商場(chǎng)景應(yīng)用

3.1 區(qū)塊鏈在運(yùn)營(yíng)商場(chǎng)景應(yīng)用分析

雖然區(qū)塊鏈底層實(shí)現(xiàn)使用P2P網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步，可以認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是整體上看，區(qū)塊鏈的功能主要面向IT應(yīng)用。從業(yè)務(wù)場(chǎng)景來看，存在不可信的多方參與且多方需要協(xié)作是采用區(qū)塊鏈技術(shù)的必要前提，而且項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)中需要使用數(shù)據(jù)庫(kù)且存在多方寫入數(shù)據(jù)的需求。判斷應(yīng)用是否需要使用區(qū)塊鏈的分析如圖3所示。

根據(jù)與運(yùn)營(yíng)商的關(guān)系，涉及電信場(chǎng)景應(yīng)用存在如下幾種（不信任）多方的場(chǎng)景，這些場(chǎng)景具有使用區(qū)塊鏈的潛在需求。

a）國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商間，如號(hào)碼攜帶、數(shù)字身份等場(chǎng)景。

b）國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商與國(guó)際運(yùn)營(yíng)商，如國(guó)際漫游結(jié)算場(chǎng)景。

c）運(yùn)營(yíng)商與合作伙伴，如供應(yīng)鏈、PKI發(fā)布場(chǎng)景。

圖3 區(qū)塊鏈?zhǔn)褂梅治?/p>

d）運(yùn)營(yíng)商與監(jiān)管部門，如數(shù)據(jù)審計(jì)、監(jiān)管及合法監(jiān)聽記錄等場(chǎng)景。

e）運(yùn)營(yíng)商與個(gè)人/企業(yè)用戶，如積分管理、用戶管理、合同管理場(chǎng)景。

f）運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部責(zé)任個(gè)體間（管理維度），如數(shù)字資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)管理、辦公流程管理等場(chǎng)景。

g）運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部責(zé)任個(gè)體間（網(wǎng)絡(luò)維度），如網(wǎng)絡(luò)資源共享、資產(chǎn)共享、記錄存證等場(chǎng)景。

3.2 區(qū)塊鏈在運(yùn)營(yíng)商場(chǎng)景的應(yīng)用

結(jié)合上節(jié)分析，區(qū)塊鏈在電信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)域、O域/B域、D域、M域均有應(yīng)用場(chǎng)景示例。

表3示出的是區(qū)塊鏈在電信運(yùn)營(yíng)商場(chǎng)景的應(yīng)用。

4 面臨挑戰(zhàn)

a）業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新。區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)具有原生的分布式應(yīng)用特征，與傳統(tǒng)集中化的業(yè)務(wù)模式有著明顯差別；電信網(wǎng)場(chǎng)景下基于區(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，同時(shí)也需要綜合考慮成本、競(jìng)品的因素。

b）技術(shù)積累。區(qū)塊鏈技術(shù)方案多樣，包括隱私保護(hù)、可擴(kuò)展性（規(guī)模/性能）、智能合約方案等存在差異，為產(chǎn)品選型帶來挑戰(zhàn)；同時(shí)分布式應(yīng)用的日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)及Troubleshooting需要積累經(jīng)驗(yàn)；區(qū)塊鏈應(yīng)用的開發(fā)、選型、維護(hù)都需要技術(shù)積累。

表3 區(qū)塊鏈在電信運(yùn)營(yíng)商場(chǎng)景應(yīng)用

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了區(qū)塊鏈的基本原理及區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展情況，結(jié)合電信運(yùn)營(yíng)商場(chǎng)景進(jìn)行分析提出區(qū)塊鏈在運(yùn)營(yíng)商場(chǎng)景應(yīng)用示例，并分析區(qū)塊鏈應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)。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)，但是區(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仍需進(jìn)一步檢驗(yàn)。