楊晨光 李樂平 李林雄 莊書琪 陳超

【摘要】? ? 區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)歷十余年發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從虛擬貨幣，拓展到實體經(jīng)濟領(lǐng)域。數(shù)據(jù)顯示，區(qū)塊鏈解決方案出現(xiàn)在金融、IT、供應(yīng)鏈、物聯(lián)網(wǎng)等諸多領(lǐng)域。本文通過市場數(shù)據(jù)并結(jié)合技術(shù)，給出關(guān)于區(qū)塊鏈的適用場景的討論，為區(qū)塊鏈使用提供方向性參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 區(qū)塊鏈? ? 共識機制? ? 智能合約? ? 大數(shù)據(jù)? ? 區(qū)塊鏈場景

一、背景概述

區(qū)塊鏈是近年來快速發(fā)展的新興技術(shù)。區(qū)塊鏈概念誕生于2009年，比特幣是區(qū)塊鏈的第一個應(yīng)用實現(xiàn)。2012年，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，解決跨境銀行結(jié)算問題的Ripple項目成立。2014年，以太坊作為第一個智能合約平臺誕生。以太坊引入了智能合約的概念，拓展了區(qū)塊鏈中，共識機制的共識內(nèi)容范疇。2015年，IBM主導(dǎo)的開源區(qū)塊鏈項目Hyperledger項目[1]啟動。Hyperledger是面向企業(yè)應(yīng)用的區(qū)塊鏈平臺。2016年，R3公司的Corda區(qū)塊鏈平臺[2]上線。該平臺是面向金融應(yīng)用的區(qū)塊鏈平臺。區(qū)塊鏈在經(jīng)歷一個由虛向?qū)嵉陌l(fā)展歷程，正在由一種虛擬的數(shù)字游戲，向著能解決人類經(jīng)濟、生產(chǎn)活動中實際問題的方向邁進。

本文回顧區(qū)塊鏈的發(fā)展歷史，通過數(shù)據(jù)分析，結(jié)合技術(shù)對區(qū)塊鏈進行未來發(fā)展展望，為區(qū)塊鏈發(fā)展的適用場景方向提供參考。

二、區(qū)塊鏈技術(shù)場景方向分析

區(qū)塊鏈技術(shù)，為提高人類生產(chǎn)力，帶來巨大潛在價值。引用國外Wintergreen的全球區(qū)塊鏈發(fā)展調(diào)研預(yù)測數(shù)據(jù)[3]，見表 1 區(qū)塊鏈發(fā)展預(yù)測2018-2024。區(qū)塊鏈將在金融、醫(yī)療、虛擬貨幣、供應(yīng)鏈、物聯(lián)網(wǎng)等諸多領(lǐng)域快速發(fā)展。2020至2024年將是區(qū)塊鏈高速發(fā)展的若干年，其增長規(guī)模在20%到180%不等。受疫情影響，這種高速增長可能會延后，持續(xù)到2025之后的幾年。而中文媒體賽迪顧問給出了區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)的分布情況[4]。全球市場分布方面，美國占比44%，歐洲占比1/3強，而中國技術(shù)服務(wù)市場占比不到1%[4]。領(lǐng)頭企業(yè)方面，前5位的分別是IBM，R3，亞馬遜，微軟和以太坊。究其原因，還是我們在基礎(chǔ)鏈技術(shù)領(lǐng)域相對創(chuàng)新不足。中國雖然區(qū)塊鏈概念很火，但是大多企業(yè)都是技術(shù)上的跟隨者，區(qū)塊鏈技術(shù)多為利用國外技術(shù)的改版。

在市場產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，中國和世界略有不同。我國金融領(lǐng)域，國家有統(tǒng)籌考量。因此中國的區(qū)塊鏈產(chǎn)品在非金融領(lǐng)域有更多的發(fā)展，如供應(yīng)鏈、電子存證、數(shù)字身份、征信等領(lǐng)域占據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中大半。

三、區(qū)塊鏈若干重要問題分析討論

這里我們以問答的形式討論若干與區(qū)塊鏈相關(guān)的核心問題，這些問題往往也是人們對區(qū)塊鏈認知誤區(qū)最多的地方。明確了這些問題，會幫助區(qū)塊鏈系統(tǒng)設(shè)計者和使用者知道區(qū)塊鏈優(yōu)缺點，進而明確區(qū)塊鏈的應(yīng)用場景的實踐方向。

問題1：區(qū)塊鏈作為分布式存儲技術(shù)，是否能幫助我們存儲更多的信息？

回答：區(qū)塊鏈技術(shù)本身并不能幫助我們存儲更多的信息，反而我們在設(shè)計使用區(qū)塊鏈時，要盡量少的在區(qū)塊鏈上存儲信息。

區(qū)塊鏈的確是一種“分布式”存儲技術(shù)，然而區(qū)塊鏈的設(shè)計初衷，卻不是為了更高效的存儲、傳輸更多的互聯(lián)網(wǎng)信息。區(qū)塊鏈技術(shù)解決的問題，是如何利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決網(wǎng)上互不見面、互無信任的各個參與方互信的問題。

而解決問題所使用的核心技術(shù)機制是共識機制，即：通過技術(shù)手段，使得每個參與方都拿到一份相同的數(shù)據(jù)賬本。這樣的數(shù)據(jù)賬本被稱為共識內(nèi)容。一個參與方持有的數(shù)據(jù)賬本的真實性，可以通過所有參與方各自持有的數(shù)據(jù)賬本進行比對驗真。換而言之，一份數(shù)據(jù)如果存入?yún)^(qū)塊鏈，需要分發(fā)復(fù)制，使得每個參與方各持一份相同的拷貝。由此可見，區(qū)塊鏈的分布式，是為了通過共識機制進行驗真;而從存儲，查詢，運算的效率上來講，這種存多份相同拷貝的做法，無疑是低效的。因此，在區(qū)塊鏈設(shè)計中（例如比特幣，以太坊中），往往區(qū)塊鏈上存儲的數(shù)據(jù)，只是如哈希值這樣的最小可驗證憑證。

問題2：同樣被稱為“分布式”技術(shù)，區(qū)塊鏈和大數(shù)據(jù)中的分布式有什么關(guān)聯(lián)和不同？

從廣義上講，區(qū)塊鏈也屬于大數(shù)據(jù)范疇。在實踐中，客戶往往希望一個區(qū)塊鏈平臺即有共識能力，又能如同在傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中那樣，對區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)進行增刪改查等操作中，具有高速高效等特性。然而這兩種需求在本質(zhì)上具有矛盾。論述如下。

雖然區(qū)塊鏈和和我們傳統(tǒng)意義理解的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)（如：hadoop spark 等），同屬于分布式系統(tǒng)，但卻有很大不同。Hadoop和Spark的設(shè)計思想，是將任務(wù)拆分并行執(zhí)行。算法實現(xiàn)上，核心是Map/Reduce方法：將一個任務(wù)拆分成若干可并行執(zhí)行的子任務(wù)，由算法協(xié)調(diào)、分配至各個分布式主機，由各主機各自計算一部分子任務(wù)，并最終匯總得到結(jié)果。這類的分布式系統(tǒng)設(shè)計目的在于提高任務(wù)執(zhí)行效率。而區(qū)塊鏈的分布式設(shè)計，目的在于通過多方對信息、信用進行驗證。核心算法是共識機制：區(qū)塊鏈上的不同分布式節(jié)點，通過算法，對同一內(nèi)容、同一信息進行共同驗證，以此達到對該信息真實性有效性的確認。 區(qū)塊鏈上節(jié)點對信息的共識需求，勢必會對信息的處理效率，產(chǎn)生一定的負面影響。

由上可見，兩種分布式解決的問題定義上具有很大的不同。區(qū)塊鏈從算法上，很難兼顧共識和增刪改查的效率。如何將區(qū)塊鏈與傳統(tǒng)意義的大數(shù)據(jù)在算法上進行融合，是設(shè)計者一直在努力追求的目標。

問題3：為什么要用區(qū)塊鏈？

回答：隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的火爆，中國國內(nèi)和全世界都產(chǎn)生了區(qū)塊鏈項目熱。然而，從全球來看，很多區(qū)塊鏈項目，只是跟風(fēng)，運用區(qū)塊鏈的邏輯并不清晰。在上區(qū)塊鏈項目之前，往往需要問一個基本問題“為什么要用區(qū)塊鏈？”。

這里我們不妨從項目發(fā)起者角度梳理一下，如何回答“為什么要用區(qū)塊鏈？”。區(qū)塊鏈解決的是多方之間的信任問題。因此，在項目場景中，往往需涉及多方參與，同時多方之間需要對某一問題產(chǎn)生共識。而這種共識，在上區(qū)塊鏈項目之前，可能是以“頻繁書面文件往來”，“多人工參與確認”這種效率低下形式存在。那么，這樣的場景，運用區(qū)塊鏈的邏輯便是清晰的。因為區(qū)塊鏈可以通過共識機制，相對人工處理，更高效的解決各方如何共識的問題。

特別是在區(qū)塊鏈應(yīng)用于我國國內(nèi)場景時，需要結(jié)合我國國情。例如，我國國內(nèi)的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，很多時候是在系統(tǒng)內(nèi)部，如：在一個機構(gòu)下屬的各個部門之間進行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)。在這種情況下，相互之間的信任問題，往往已經(jīng)解決;區(qū)塊鏈可以從技術(shù)手段，幫助提升內(nèi)部監(jiān)督效率問題;同時，區(qū)塊鏈結(jié)合其他技術(shù)，如隱私計算，大數(shù)據(jù)等，可能解決各部門間數(shù)據(jù)孤島的打通問題。

問題4：如何通過區(qū)塊鏈連通物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界的信用？

回答：區(qū)塊鏈在互聯(lián)網(wǎng)虛擬世界中，連接了各個參與方，通過技術(shù)手段共識機制，建立了各方之間的信任/信用。然而，在應(yīng)用場景中，如何可信的采集數(shù)據(jù)，并上傳區(qū)塊鏈，從而連接物理世界與虛擬世界，是需要設(shè)計中的關(guān)鍵問題。

以供應(yīng)鏈溯源當(dāng)中的大米溯源為例。在該場景中，消費者希望知道大米的來源產(chǎn)地。大米從生產(chǎn)者最終賣到終端消費者手中，經(jīng)歷了生產(chǎn)、運輸、倉儲、零售等環(huán)節(jié)。目前常見的解決方案是，溯源大米包裝上的二維碼。在大米的流轉(zhuǎn)過程中，每次交割都會掃碼記錄，并上傳區(qū)塊鏈。然而，我們希望溯源的是大米，不是包裝。不法商販可以偷換大米外包裝。從而出現(xiàn)虛假溯源的情況。上述這種溯源場景中的大米實物對象，就是我們說的物理世界，而其二維碼及區(qū)塊鏈則是虛擬世界。由上述可見，連接物理世界與虛擬世界具有難度。

我們這里提供兩個思路。思路1，采集物理世界相對難以更改的特征，將特征上傳虛擬世界。例如，我國使用的公民二代身份證。身份證中的芯片，直接連接虛擬網(wǎng)絡(luò)世界。而連接身份證和物理世界公民的，是相貌特征：身份證上的相片對應(yīng)連接了人的相貌。相貌相對難以更改的生物學(xué)特征。思路2，對于特定場景，可以采用巧妙的機制設(shè)計連接物理和虛擬世界。例如，比特幣機制?；仡櫛忍貛艡C制，比特幣作為設(shè)想中的“安全交易電子憑證”，在交易過程中，需要誠實的公證人對交易進行公證，同時為獎勵公證人，會給做了公證工作的公證人一定數(shù)量的比特幣作為獎勵。這里，候選公證人們，為向系統(tǒng)證明其為誠實的且有資格，需要通過購置算力，計算一個數(shù)學(xué)問題。當(dāng)候選公證人購置的算力大的時候，其計算數(shù)學(xué)問題的速度就快，就有可能被選為公證人，獲得獎勵。這一通過算力遴選公證人的過程，稱之為工作量證明機制（Proof Of Work，簡稱POW）。比特幣機制中，正是巧妙的通過工作量證明機制，連接了物理世界算力，這種在物理世界無法偽造的能力，和虛擬世界的比特幣。

作者單位：楊晨光? ? 李樂平? ? 李林雄? ? 莊書琪? ? 陳超

廣東省網(wǎng)絡(luò)與信息安全漏洞研究重點實驗室

參? 考? 文? 獻

[1] Cachin C. Architecture of the hyperledger blockchain fabric[C]. Workshop on distributed cryptocurrencies and consensus ledgers. 2016， 310（4）.

[2] Brown R G， Carlyle J， Grigg I， et al. Corda： an introduction[J]. R3 CEV， August， 2016， 1： 15.

[3] WinterGreen Research， Blockchain Market shares， market strategies， and market forecasts 2018-2024， WinterGreen Research， 2018.

[4]賽迪顧問，2018年區(qū)塊鏈市場數(shù)據(jù)，2018.