區(qū)塊鏈技術(shù)原理、應(yīng)用領(lǐng)域及挑戰(zhàn)

李董，魏進武

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院，北京 100032）

區(qū)塊鏈技術(shù)原理、應(yīng)用領(lǐng)域及挑戰(zhàn)

李董，魏進武

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院，北京 100032）

區(qū)塊鏈技術(shù)是對所有交易或者電子行為進行記錄的分布式數(shù)據(jù)記錄方案，即公開賬本技術(shù)。區(qū)塊鏈技術(shù)以其分布式、去中心化、不可造假的特性逐漸走進公眾的視線，引發(fā)了世界各行業(yè)的廣泛關(guān)注和討論。描述了區(qū)塊鏈技術(shù)的工作原理和它在金融和非金融領(lǐng)域的一些應(yīng)用，分析了區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和商業(yè)機遇。

區(qū)塊鏈原理；應(yīng)用領(lǐng)域；挑戰(zhàn)

1 引言

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種對一段時間內(nèi)所有交易或者電子行為進行記錄的分布式數(shù)據(jù)記錄技術(shù)，即一種按照時間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連的方式組合成的鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),并以密碼學(xué)方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式公開賬本技術(shù)。在區(qū)塊鏈上，每筆交易都可以被系統(tǒng)的參與者通過多數(shù)節(jié)點共識的機制進行審核。一旦被記載到區(qū)塊鏈上，相關(guān)的交易信息就不能被修改、刪除。區(qū)塊鏈上的區(qū)塊記錄了一定時間內(nèi)被審核通過的每筆交易記錄。

比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)最本質(zhì)的應(yīng)用，它也因為在沒有政府的干預(yù)下構(gòu)造了上百萬美元的匿名交易市場而成為最具爭議性的區(qū)塊鏈應(yīng)用。然而，區(qū)塊鏈技術(shù)本身可以被金融和非金融領(lǐng)域應(yīng)用的事實并沒有爭議。

現(xiàn)階段，電子金融領(lǐng)域建立在可靠的、可信任的第三方授權(quán)的基礎(chǔ)上。用戶網(wǎng)絡(luò)交易必須依賴于第三方機構(gòu)對交易雙方進行身份和交易資格的確認。人們生活的電子世界在依靠第三方機構(gòu)維系安全與個人電子資產(chǎn)隱私的背景中，并不是絕對的安全。因為第三方機構(gòu)在這種背景下扮演了強有力的中心角色。而中心機構(gòu)一旦被侵入，靠第三方機構(gòu)維系的普通角色所面臨的電子安全風險將無法保證。

在這種背景下，區(qū)塊鏈的誕生通過對分布式共識的應(yīng)用，對依靠第三方信任的電子世界規(guī)則提出了巨大改進。分布式共識和匿名性是其最重要的兩個關(guān)鍵特征。通過這些特征的綜合應(yīng)用，在紛雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，區(qū)塊鏈在沒有第三方信任機構(gòu)的參與下，對網(wǎng)絡(luò)交易記錄、電子資產(chǎn)記載提出了分布式賬本的方式，有以下鮮明的特征。

（1）去中心化

去中心化是區(qū)塊鏈技術(shù)最本質(zhì)的特征。區(qū)塊鏈技術(shù)的產(chǎn)生意味著在沒有中央處理節(jié)點的情況下，實現(xiàn)了全網(wǎng)所有數(shù)據(jù)的分布式記錄、存儲并且能夠保證數(shù)據(jù)記錄的真實性。區(qū)塊鏈技術(shù)通過P2P（點對點）協(xié)議組成網(wǎng)絡(luò)。不同于中心化網(wǎng)絡(luò)模式，P2P網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的計算機地位平等，每個節(jié)點有相同的網(wǎng)絡(luò)權(quán)力，不存在中心化的服務(wù)器。

在這種去中心化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，全網(wǎng)所有在網(wǎng)節(jié)點沒有實質(zhì)的區(qū)別，所有節(jié)點享有相同的權(quán)利和義務(wù)。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的在網(wǎng)節(jié)點必須遵守同樣的密碼學(xué)規(guī)則，共同維護全網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄。對數(shù)據(jù)的記錄、存儲過程，必須得到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他節(jié)點的批準后才能執(zhí)行。由于所有在網(wǎng)節(jié)點并沒有第三方中介或者信任機構(gòu)背書，所以在去中心化的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，對單個節(jié)點的攻擊無法控制或者對整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。P2P去中心化網(wǎng)絡(luò)模式與中心化網(wǎng)絡(luò)模式對比如圖1所示。

圖1 P2P去中心化與中心化網(wǎng)絡(luò)模式拓撲對比

（2）數(shù)據(jù)及操作的透明性

區(qū)塊鏈技術(shù)作為分布式賬本技術(shù)，系統(tǒng)內(nèi)所有的數(shù)據(jù)記錄及操作對于所有在網(wǎng)節(jié)點都是透明的。在典型的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，每一個節(jié)點都能夠存儲全網(wǎng)發(fā)生的歷史交易記錄的完整、一致賬本。區(qū)塊鏈通過對非對稱加密算法、散列加密等密碼學(xué)技術(shù)的組合應(yīng)用，保證區(qū)塊鏈信息在全網(wǎng)的高度透明性。并且區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)運行的程序、規(guī)則、節(jié)點的接入方式都是公開的，這是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)信任的基礎(chǔ)。這些機制的運用，保證了區(qū)塊鏈中記錄的數(shù)據(jù)可以被全網(wǎng)所有節(jié)點審查、追溯。

（3）信息不可篡改性

區(qū)塊鏈區(qū)塊中的信息是不可篡改的，一旦數(shù)據(jù)信息被驗證通過寫入?yún)^(qū)塊并加入?yún)^(qū)塊鏈中，就無法被篡改。區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)信息必須經(jīng)過全網(wǎng)大部分節(jié)點的審核以后，才能允許被記錄。除非能夠控制系統(tǒng)中51%以上在網(wǎng)節(jié)點，否則對單節(jié)點的區(qū)塊記錄篡改是沒有意義的。即對個別節(jié)點的賬本數(shù)據(jù)的篡改、攻擊不會影響全網(wǎng)總賬的安全性。這種信息的不可篡改性保證了區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與可靠性。

（4）匿名性

區(qū)塊鏈技術(shù)在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中解決了在網(wǎng)節(jié)點間的信任問題，因而區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的交易節(jié)點可以在無需了解對方身份的情況下進行交易。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的交易是基于加密地址，而不會對交易雙方身份進行認證。交易雙方僅需要公布自己的地址就可以與對方進行交易通信。這種匿名性的技術(shù)基礎(chǔ)就是非對稱加密算法。

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點使用非對稱加密技術(shù)構(gòu)建節(jié)點間在匿名環(huán)境下的信任。所有節(jié)點維持自身的公私鑰對，對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的通信信息進行加密和解密。節(jié)點公開發(fā)布自己的公鑰，保留自己的私鑰。進行信息傳遞的發(fā)送方，使用信息接收方公布的公鑰對將要傳遞的信息進行加密。信息接收方在接收到傳遞的加密信息后，使用自己的私鑰對加密過的信息進行解密。通過這樣的方式，節(jié)點間可以在不需要身份認證的情況下，完成匿名環(huán)境下的信任交易。常用的非對稱加密算法有RSA和ECC，非對稱加密算法的過程如圖2所示。

圖2 非對稱加密算法的過程

2 區(qū)塊鏈工作原理

區(qū)塊鏈技術(shù)不是單一的技術(shù)主體，而是多種技術(shù)整合的結(jié)果，包括密碼學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)在內(nèi)的有機整合完善了區(qū)塊鏈的去中心化的數(shù)據(jù)記錄方式。區(qū)塊鏈技術(shù)主要解決了在沒有第三方信任機構(gòu)參與的情況下如何達成可靠的信任記錄的問題。其完整的架構(gòu)如圖3所示。

圖3 區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)

互聯(lián)網(wǎng)金融與第三方可信機構(gòu)有很密切的關(guān)聯(lián)。這些第三方金融機構(gòu)在電子交易過程中扮演中介的角色，負責協(xié)調(diào)交易雙方的信息。在整個交易過程中，第三方機構(gòu)承擔了審計、安全守衛(wèi)、維持交易的責任。在線交易過程中存在的欺詐行為，突出了第三方金融機構(gòu)的中介地位，同時也導(dǎo)致了較高的交易成本花費。比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)最本質(zhì)的應(yīng)用，但是區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用并不局限于電子貨幣，它可以被應(yīng)用到電子資產(chǎn)在線交換的各個領(lǐng)域。本文以比特幣為例對區(qū)塊鏈技術(shù)源的相關(guān)原理、概念進行闡述。

比特幣基于密碼技術(shù)的基礎(chǔ)，在有交易傾向的雙方之間充當?shù)谌街薪榈慕巧Ｔ诰唧w交易過程中，每一筆交易都通過電子簽名進行保護確認。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，交易的發(fā)起者通過自有私鑰對交易進行簽名，并發(fā)送到接收者的賬戶地址（即公鑰）。在花費比特幣時，比特幣的持有者需要證明自己擁有對交易簽名的私鑰。比特幣交易審核時，通過發(fā)送者的公鑰對其交易簽名進行驗證，進而確定交易方是否可以使用對應(yīng)的比特幣。

每一筆交易都將被廣播發(fā)送到比特幣網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點上，在節(jié)點通過審核后被記錄到生成的區(qū)塊鏈區(qū)塊中。所有比特幣網(wǎng)絡(luò)中的在網(wǎng)節(jié)點，共同維護生成的區(qū)塊鏈交易記錄。通過所有節(jié)點保存賬本記錄的方式，防止交易記錄造假、被篡改、被刪除等欺詐行為。交易的審核節(jié)點需要在記錄之前確保以下兩個事情。

·比特幣的花費者確實擁有對應(yīng)的電子貨幣：在交易中的電子簽名驗證。

·比特幣花費者在其賬戶中擁有足夠的電子貨幣：通過檢查花費一方的賬戶（公鑰地址）在區(qū)塊鏈賬本上的交易記錄。

但是，在比特幣P2P網(wǎng)絡(luò)中，需要保持廣播的交易并不是按照它們產(chǎn)生的順序進行廣播的，每筆交易在比特幣網(wǎng)絡(luò)中通過節(jié)點一個接一個地形成廣播。因此在比特幣網(wǎng)絡(luò)中需要一定的機制處理這些并不是嚴格按照順序廣播的交易，進而防止雙重花費情況的發(fā)生。

區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用，正是比特幣解決“雙花”問題的關(guān)鍵。在比特幣系統(tǒng)中，對一段時間內(nèi)交易進行收集、審核，并最終記錄在區(qū)塊上。通過把每一個區(qū)塊連接成區(qū)塊鏈，對每一筆交易進行追蹤。在同一個區(qū)塊上記錄的交易記錄可以看作同一段時間內(nèi)發(fā)生的交易。這些區(qū)塊通過把前一個區(qū)塊的散列值寫入自身區(qū)塊頭字段的方式，按照區(qū)塊生成時間的先后順序連接成遵循時間順序排列的區(qū)塊鏈。

這種通過時間順序連接記錄交易的方式，帶來了另一個問題，即在比特幣網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點都可以收集未確認的交易、生成區(qū)塊并把新生成的區(qū)塊廣播到全網(wǎng)其他節(jié)點。那么比特幣網(wǎng)絡(luò)怎么決定哪一個生成的區(qū)塊應(yīng)該被鏈接到之前區(qū)塊鏈的末端？

比特幣系統(tǒng)通過引入一個計算數(shù)學(xué)難題來競爭區(qū)塊鏈的生成權(quán)，也就是大家熟知的工作量機制（POW）。每個節(jié)點生成區(qū)塊需要證明它付出了一定的計算資源來競爭解決對應(yīng)的數(shù)學(xué)難題。具體來說，每個節(jié)點被要求尋找一個隨機數(shù)（nonce），當這個隨機數(shù)、交易記錄與前一個區(qū)塊的散列值共同進行散列化后的數(shù)值的開頭包含一定數(shù)量的0，并且小于目標值，即散列（前一區(qū)塊的散列值+Merkle樹根+隨機數(shù)）

但是這個數(shù)學(xué)難題并不是一成不變的，比特幣系統(tǒng)通過調(diào)整它的難度來平衡區(qū)塊的生成時間，使系統(tǒng)內(nèi)平均10 min產(chǎn)生一個新的、被接受的區(qū)塊。在網(wǎng)節(jié)點通過貢獻其自身的計算資源來解決數(shù)學(xué)難題，競爭產(chǎn)生區(qū)塊。最早成功計算出數(shù)學(xué)難題解的節(jié)點，將有權(quán)利把本節(jié)點生成的區(qū)塊連接到區(qū)塊鏈末端，被其他節(jié)點接受，并被授予一定數(shù)量的比特幣作為對它貢獻計算資源的獎勵。

比特幣通過競爭計算散列值的方式，依據(jù)POW，保證平均每10 min會有新的區(qū)塊產(chǎn)生，通過新區(qū)塊的生成來發(fā)行新的比特幣。最終生成的區(qū)塊鏈區(qū)塊格式如圖4所示。

具體的區(qū)塊鏈的工作流程如下。

圖4 區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)示意

·在網(wǎng)節(jié)點收集一段時間內(nèi)所有的交易信息。

·接收節(jié)點對收到的交易信息進行檢驗，審核交易是否合法。通過檢驗的交易記錄將被記錄到新區(qū)塊的主體中。

·在網(wǎng)節(jié)點通過對區(qū)塊主體中交易信息進行計算，結(jié)合區(qū)塊鏈當前末端區(qū)塊的散列值，計算尋找滿足條件的新區(qū)塊的散列值。

·最先計算得出滿足條件的散列值的節(jié)點，將把新生成的區(qū)塊信息廣播到全網(wǎng)其他節(jié)點。

·節(jié)點對該新生成區(qū)塊進行驗證，當審查無誤以后，所有節(jié)點接受該區(qū)塊。而接受的方式，就是把該新生成區(qū)塊確定為區(qū)塊鏈當前末端區(qū)塊。

通過以上的步驟，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中所有在網(wǎng)節(jié)點共同參與、維護、審查區(qū)塊鏈區(qū)塊的生成過程，并且區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)節(jié)點都維護相同的區(qū)塊鏈賬本記錄，保證了區(qū)塊鏈上區(qū)塊記錄的真實、可靠與不可篡改。

在區(qū)塊鏈中，區(qū)塊中的信息由區(qū)塊頭和區(qū)塊主體中的信息構(gòu)成。其中，區(qū)塊主體中將記錄具體的交易信息，包括交易雙方的公鑰地址、交易數(shù)量、簽名驗證等信息。而區(qū)塊頭的大小為固定字節(jié)，以比特幣為例（見表1），比特幣區(qū)塊頭大小始終為80 byte。

表1 區(qū)塊信息

通過區(qū)塊的散列值，可以唯一地標識出區(qū)塊鏈中的區(qū)塊。每一個區(qū)塊通過對前一區(qū)塊散列值字段的引用，指向前一區(qū)塊。通過時間戳+散列引用的方式，構(gòu)建了區(qū)塊鏈為一條可以按照交易時間先后順序追蹤交易記錄的鏈條，確保了區(qū)塊鏈所記錄的交易次序是按照時間依次發(fā)生的。而引入隨機數(shù)+Merkle樹根+前一區(qū)塊的散列值的當前區(qū)塊散列值的計算方式，保證了交易信息的真實、可靠。

3 區(qū)塊鏈在金融與非金融領(lǐng)域的應(yīng)用

區(qū)塊鏈是完全開源的系統(tǒng)，原理及代碼都公開，并在運行過程中接受系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點的監(jiān)督。圍繞區(qū)塊鏈這套開源體系能夠創(chuàng)造非常豐富的服務(wù)和產(chǎn)品。區(qū)塊鏈將可以讓人類以去中心化、去信任的方式來進行大規(guī)模協(xié)作。它能應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒉粌H僅限定在金融支付領(lǐng)域，可以被擴展到許多延伸行業(yè)，諸如去中心化的物聯(lián)網(wǎng)、租房、打車等應(yīng)用。但是區(qū)塊鏈技術(shù)尚處于起步階段，雖然不少公司已經(jīng)開始開發(fā)基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用，但還缺少成熟的產(chǎn)品。接下來，本文將對區(qū)塊鏈在出了電子貨幣意外的金融和非金融領(lǐng)域的應(yīng)用進行介紹。

3.1 金融領(lǐng)域應(yīng)用

（1）私有證券

銀行、財團等組織必須在處理好交易安全的同時吸引投資者的資金。股票交易為二級市場列出公司的股份，需要使交易和結(jié)算活動在安全的環(huán)境下、按照時間順序進行。理論上，一些公司可以通過區(qū)塊鏈技術(shù)直接分配股份。這些被記錄在區(qū)塊鏈上的股份可以在二級市場上被出售和購買。

納斯達克計劃用區(qū)塊鏈技術(shù)開展自身私募股權(quán)業(yè)務(wù)。納斯達克在2014年開始它的私募股權(quán)交易業(yè)務(wù)。這項業(yè)務(wù)與將要IPO或者民營公司的財務(wù)報表和投資關(guān)系等事物有深切的關(guān)系。當前交易股權(quán)的程序因為第三方機構(gòu)的參與而效率低下與緩慢。納斯達克加入了基于智能合約的區(qū)塊鏈項目以實施他們的私募股權(quán)業(yè)務(wù)。這項業(yè)務(wù)因此也變得更快、更有效率，且可追蹤。該項目的范圍可以從股票、紅利、有價證券等相關(guān)衍生物，延伸到銀行賬戶安全、抵押借款等領(lǐng)域。

（2）資產(chǎn)數(shù)字化記錄

各類能夠被一個或者多個標識符唯一確定標識的資產(chǎn)可以被記錄在區(qū)塊鏈上，如股權(quán)、債券、票據(jù)、收益憑證等，均可成為鏈上數(shù)字資產(chǎn)。這種方式可以驗證資產(chǎn)的歸屬權(quán)，同時也可以對交易記錄進行追蹤，在資產(chǎn)轉(zhuǎn)移時無需通過第三方中介機構(gòu)就能發(fā)起交易。無論是物理財產(chǎn)，還是電子資產(chǎn)都可以通過區(qū)塊鏈公開賬本記錄對歸屬權(quán)、交易記錄進行公開的審計。

Everledger公司利用區(qū)塊鏈技術(shù)永久地記錄鉆石證書機器交易歷史。諸如重量、大小、顏色等可以標識鉆石的信息都被散列化以后注冊到區(qū)塊鏈的區(qū)塊上。因此保險公司、執(zhí)法機構(gòu)、擁有者等多方機構(gòu)可以對鉆石進行審計。

3.2 非金融領(lǐng)域應(yīng)用

（1）真實性驗證

對文件的真實性驗證可以通過區(qū)塊鏈完成，這一過程減少了對中心授權(quán)機構(gòu)的依賴程度。文件真實性鑒定服務(wù)可以為權(quán)利的歸屬、權(quán)利的存在及權(quán)利真實性提供證明。這樣的鑒定服務(wù)可以為第三方機構(gòu)提供鑒偽的支撐。使用區(qū)塊鏈技術(shù)進行公正服務(wù)，保護了文件和追蹤鑒定機構(gòu)的隱私。對文件使用加密散列的方法，將文件記錄到區(qū)塊鏈區(qū)塊中并加載上對應(yīng)的時間戳，這種文件公示的方式可以減少高額的公證費，同時提高證明文件轉(zhuǎn)移交換的效率。

Stampery公司使用區(qū)塊鏈對包括郵件在內(nèi)的文件進行標識。該公司提供的服務(wù)簡化了郵件的審核過程。其客戶可以通過該公司的技術(shù)在付出較小花費的情況下審核文件。

（2）去中心化存儲

現(xiàn)有的云存儲解決方案往往面臨安全、隱私、數(shù)據(jù)控制方面的挑戰(zhàn)。用戶只有在相信云存儲公司服務(wù)方案的前提下，才會對自身機密文件進行云存儲。

Storj公司提供了基于區(qū)塊鏈的點對點分布式云存儲平臺，為用戶提供不依賴第三方機構(gòu)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移和共享服務(wù)。用戶可以通過這項服務(wù)共享閑置的互聯(lián)網(wǎng)帶寬和將用戶計算設(shè)備上空閑的硬盤空間共享給其他有文件存儲需求的客戶。中心化控制的減少相應(yīng)地減弱了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)方面的缺陷，同時顯著地提高了數(shù)據(jù)安全、隱私和對數(shù)據(jù)的把控能力。Storj平臺依靠算法給網(wǎng)絡(luò)中參與的用戶提供適當獎勵。通過這樣的方式，Storj平臺可以定期通過密碼的形式檢查文件的真實性和可用性，借此給提供文件存儲服務(wù)的用戶以獎勵。

（3）去中心化物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在企業(yè)和用戶的角度上都逐漸變成受追捧的技術(shù)。許多基于中心化的物聯(lián)網(wǎng)模型、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間的交互都是通過代理或者中心控制的方式進行。但是，這種方式在某些需要匿名通信的應(yīng)用場景中并不太適合，這種特定的需求導(dǎo)致了去中心化物聯(lián)網(wǎng)平臺的產(chǎn)生。

區(qū)塊鏈技術(shù)恰好為這種去中心化物聯(lián)網(wǎng)平臺的搭建提供了可能。由于點對點傳輸和安全度高的特性，區(qū)塊鏈技術(shù)可以成為物聯(lián)網(wǎng)底層的基礎(chǔ)設(shè)施。在這種平臺架構(gòu)中，區(qū)塊鏈扮演公開賬本的角色，對智能設(shè)備之間所有的信息交換進行可靠、信任的記錄。

IBM和三星一直在致力于打造發(fā)展ADEPT（去中心化的 P2P自動遙測）系統(tǒng)，將采用區(qū)塊鏈技術(shù)形成物流網(wǎng)設(shè)備分散式網(wǎng)絡(luò)的骨干。ADEPT技術(shù)的成熟代表獨立分散的點對點遙測技術(shù)的發(fā)展，區(qū)塊鏈在這個系統(tǒng)中將作為一個公共分類賬設(shè)備，這將不再需要一個中央集線器來調(diào)解它們之間巨大的信息溝通量。沒有一個中央控制系統(tǒng)確定彼此，這些設(shè)備將能夠相互自主地溝通、管理軟件更新、更正錯誤或?qū)崿F(xiàn)能源管理。

4 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

區(qū)塊鏈技術(shù)是很有應(yīng)用前景的進步，正如前文所述，可以被應(yīng)用到多種應(yīng)用開發(fā)和問題解決上。從金融領(lǐng)域（從價值轉(zhuǎn)移到投資等業(yè)務(wù)）到諸如文件鑒偽、物聯(lián)網(wǎng)等非金融應(yīng)用，區(qū)塊鏈都可以發(fā)揮它去中心化、信息真實可靠的特點。然而，這些重要的區(qū)塊鏈技術(shù)的創(chuàng)新使用同樣面臨一定的風險。

（1）行為改變

創(chuàng)新始終存在，但是對創(chuàng)新的接受程度，需要經(jīng)過時間的沉積。在沒有切實可信的第三方機構(gòu)存在的環(huán)境中，區(qū)塊鏈可以發(fā)揮自身最大的作用，區(qū)塊鏈用戶也將會適應(yīng)區(qū)塊鏈技術(shù)提供的安全、完整的交易環(huán)境?，F(xiàn)階段的第三方機構(gòu)，比如Visa、銀聯(lián)等機構(gòu)，也需要接受這種地位上根本的改變，并對應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)采取積極的回應(yīng)。但是在區(qū)塊鏈技術(shù)大范圍應(yīng)用、改變用戶的行為習慣之前，這些第三方機構(gòu)還是會長久存在并為用戶提供相應(yīng)的服務(wù)。

（2）區(qū)塊鏈體積

區(qū)塊鏈系統(tǒng)的所有在網(wǎng)節(jié)點都持有區(qū)塊鏈的所有區(qū)塊記錄。隨著區(qū)塊鏈的發(fā)展，節(jié)點存儲的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)體積會越來越大，存儲和計算負擔越來越重。這對區(qū)塊鏈應(yīng)用的新入用戶有一定的門檻。第一次加入系統(tǒng)的用戶，必須花費時間和存儲空間，同步所有的區(qū)塊鏈區(qū)塊記錄，然后才能參與對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中具體交易的審核與追蹤。以比特幣區(qū)塊鏈為例，其完整的數(shù)據(jù)大小當前已超過70 GB。新用戶加入比特幣網(wǎng)絡(luò)后，使用比特幣核心客戶端進行數(shù)據(jù)同步的時間超過3天。

（3）犯罪行為

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的交易有高度可匿名的特點，且區(qū)塊鏈技術(shù)天然具有對價值轉(zhuǎn)移行為的支持能力，因此區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用，淡化了國家、監(jiān)管的概念，弱化了現(xiàn)階段執(zhí)法部門的監(jiān)督執(zhí)法力度，增加了法務(wù)部門對洗錢等金融犯罪行為的查處難度。在區(qū)塊鏈技術(shù)大范圍應(yīng)用以后，各國央行對經(jīng)濟能力的把控，尤其是貨幣政策的制定，需要更加的謹慎。

（4）性能瓶頸和高使用門檻

區(qū)塊鏈通過提高算力的方式，解決分布式系統(tǒng)中的信任問題，因而在性能方面并不突出。比特幣作為區(qū)塊鏈技術(shù)的典型應(yīng)用，它每秒只能處理7筆交易，而全網(wǎng)同步時間會達到60 min（比特幣每10 min產(chǎn)生一個區(qū)塊，經(jīng)過6次確認以后的區(qū)塊才能被接受），這在實際生產(chǎn)環(huán)境中效率過于低下，離應(yīng)用級別效率差距太遠。

5 結(jié)束語

總的來說，區(qū)塊鏈分布式賬本的功能性特點同時保證了它的安全性，因此區(qū)塊鏈技術(shù)在金融和非金融領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。一些金融機構(gòu)希望能夠通過應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)掘新的商業(yè)模式，獲得新的盈利模式。

雖然區(qū)塊鏈解決了信任問題，但帶來了成本的上升和效率的下降。區(qū)塊鏈技術(shù)與現(xiàn)有制度的整合成本過大，對于一些對時效性要求高、數(shù)據(jù)容量比較大的行業(yè)，在現(xiàn)階段并沒有很好的支撐方法。政策和資金是產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)和催化劑，二者合力拉動區(qū)塊鏈技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用。區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)鏈完善，助力產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。圍繞區(qū)塊鏈技術(shù)的生態(tài)圈豐富且完善，其不僅涉獵封閉保守的貨幣、金融等市場，更觸及了去中心化、去中間信任等新興領(lǐng)域，完善的產(chǎn)業(yè)鏈足以支撐區(qū)塊鏈技術(shù)的快速、可持續(xù)發(fā)展。

未來產(chǎn)業(yè)結(jié)合點眾多，市場投資機遇巨大。可以預(yù)見的是，區(qū)塊鏈技術(shù)擁有廣闊的應(yīng)用場景，一切數(shù)字化及可以被數(shù)字化的場景都會有區(qū)塊鏈技術(shù)的身影?？梢哉f區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用范圍非常之廣，包括貨幣、金融、智能資產(chǎn)、公證、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療、通信、數(shù)據(jù)存儲、供應(yīng)鏈等諸多領(lǐng)域。但區(qū)塊鏈技術(shù)底層技術(shù)不成熟，還處在早期階段。未來2～3年區(qū)塊鏈技術(shù)會在金融領(lǐng)域落地，重點關(guān)注金融科技類公司在區(qū)塊鏈領(lǐng)域的應(yīng)用以及布局。除此之外，還可以關(guān)注采用區(qū)塊鏈技術(shù)服務(wù)的上市公司，主要看點在于公司業(yè)務(wù)是否適合采用區(qū)塊鏈技術(shù)，采用區(qū)塊鏈技術(shù)后，公司的產(chǎn)品和服務(wù)是否能夠產(chǎn)生全新的商業(yè)模式或者遠低于競爭對手的成本優(yōu)勢。

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李董（1990-），男，現(xiàn)就職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院軟件與系統(tǒng)實驗室，主要從事大數(shù)據(jù)架構(gòu)新技術(shù)研究、規(guī)劃驗證等工作。

魏進武（1978-），男，博士，中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院軟件與系統(tǒng)實驗室主任、副教授，負責和參與了國家“863”計劃重大項目5項、國家科技重大專項課題2項，負責中國聯(lián)通研發(fā)項目50余項，主要從事大數(shù)據(jù)、云計算以及電信IT系統(tǒng)等的設(shè)計及研發(fā)工作。

Theory,application fields and challenge of the blockchain technology

LI Dong,WEI Jinwu
China Unicom Research Institute,Beijing 100032,China

Blockchain technology is a distributed data recording scheme to record all transactions or electronic behavior,namely public ledger technology.Blockchain technology has gradually caught attention of the public, causing widespread concern and discussion in the world with the features of distributed,decentralized and non fraud.The working theory of the blockchain and its application in the field of finance and non-finance were described.And the challenges and opportunities in the development of the blockchain technology were analyzed.

blockchain theory,application field,challenge

TP393

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2016309

2016-11-02；

2016-12-11