區塊鏈技術發展現狀及特色應用研究

侯周國 梁歡

摘? 要：區塊鏈技術緣起于互聯網金融，最初以比特幣的基礎架構和底層技術出現，擁有高效、透明及可信等無法預估的顛覆性發展潛力。從區塊鏈技術的去中心化可信任、開放透明、安全隱私的特點出發，討論了基本技術和發展特點，分析了其發展面臨的挑戰，探索區塊鏈未來可能涉及的應用場景，通過分析傳統行業的缺點與嵌入區塊鏈技術后的行業特征進行對比，詳細介紹了金融犯罪、眾籌投資、邊境管理及版權許可等多個應用場景。

關鍵詞：區塊鏈;應用場景;金融領域;社會領域

中圖分類號：TP311.1? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）30-0018-04

Abstract： Blockchain technology originated from Internet finance. It originally emerged as the infrastructure and underlying technology of bit-coin. It has unpredictable development potential with the advantages of high efficiency， transparency and credibility. Firstly， the characteristics of decentralization， trustworthiness， openness， transparency， security and privacy of blockchain technology are introduced.Then the special technology and development challenges of blockchain are discussed. Application scenarios that blockchains may involve in the future are described. By analyzing the shortcomings of traditional industries， the advantages of those industries with embedded blockchain technology are compared. The scenarios of financial crime， crowd-funding investment， border management and copyright licensing with blockchain application are introduced in detail

Keywords： blockchain; application scenarios; financial field; social field

自2008年區塊鏈概念面世以來，這一技術的發展成為學術屆的熱門研究話題之一，目前已經逐步滲透到全球多個行業應用領域。區塊鏈是隨著比特幣等數字加密貨幣的普及而興起的一種去中心化可信任的分布式賬本系統，構建了可靠高效的價值傳輸網絡，彌補了當下互聯網信息傳輸網絡沒有對價值進行保護的不足。

隨著區塊鏈技術的快速發展引起了金融機構、企業、資本甚至政府部門的廣泛關注，較多以區塊鏈技術為基點的新型探索和實踐研究開始爭奪席位：R3CEV區塊鏈聯盟為了探索區塊鏈在金融行業方面的應用場景，已與花旗銀行、中國平安保險（集團）及巴黎銀行等46家大型企業或銀行展開合作。2016年，全球與區塊鏈和比特幣有關的世界范圍內的初創企業接近800家，風投資金已達13億美元[1]。中國在2018年有投資或生產的區塊鏈企業約425家，大多提供多項相關服務如區塊鏈專業技術支持、產品解決方案等，產業規模4.5億元[2]。

1 區塊鏈技術研究概述

區塊鏈是一種點對點的分布式數據庫賬本，其賬本由多個“區塊”按照一定的順序排列組成線性的鏈表，前置位區塊的哈希值（Pre hash）由其后的區塊存儲記憶。所有區塊不能刪除任何信息，只能添加數據，而這個數據必須由一個全新的區塊存儲起來。如何確認這個新區塊是否合格，需要所有的維護節點通過技術核心——共識機制來做出評判。從去中心化共識機制的逐步改善期間，區塊鏈技術已經從概念階段延伸至具體場景中實施應用。

Alex Pazaitis等著眼于價值觀念，認為區塊鏈技術的價值體系打破傳統互聯網的傳輸體系，其價值能從多方面支持社會經濟共享[3]。Wenchi Ying等意識到區塊鏈技術的隱私保護性極強，通過對海航集團實施了區塊鏈電子商務平臺這一成功案例進行深度剖析，具體闡述了區塊鏈的技術特點和價值體現[4]。Imran等全面梳理了物聯網環境的特點，透過區塊鏈技術的發展，針對技術的環境和硬件優勢兩個方面進行歸納總結，對比理論概念和實踐成果兩者的差距，提出物聯網所面臨問題的解決方法[5]。

隨著中國區塊鏈相關政策逐步完善，技術不斷向前發展，應用場景多點開花，已經涉及多個社會領域和金融領域。丁未評估了區塊鏈技術具有超高安全存儲數據的能力，其價值體系是以P2P網絡協議為基礎的去中心化機制，認為該技術對于國內的智能儀器領域發揮著重大的革新作用，將未來的工業互聯網和物聯網緊密聯系在一起[6]。顏擁等通過全面定義和系統地描述區塊鏈，掌握其核心技術原理及典型特征，分析了基于區塊鏈技術的能源行業領域的研究現狀，并對該領域的發展前景給予厚望[7]。王新慶站在新時代發展創新潮流的制高點，分別以制作思想、算法類型及工作程序為出發點明晰區塊鏈技術創新的基本工作原理，介紹了其核心技術應用于眾籌投資、證券交易等金融行業的具體情況，認為該技術為金融業注入了強大活力[8]。針對交易認證中的數據安全問題，提出一類基于聯盟鏈的分布式能源交易認證模型，通過區塊鏈權益證明、數據加密、時間戳和分布式共識的方法優化了傳統能源的交易模式，以分布式共享賬本的方式解決了交易數據過于中心化的問題，提高了分布式能源交易數據安全性、信息透明度和自動化認證水平[9]。

2 區塊鏈技術理論

區塊鏈是一種具備信任基礎的實現網絡價值傳輸的分布式數據庫技術，不需要依托任何其他中間機構，因其防篡改、透明、安全等特點受到各行各業的大力追捧。

2.1 區塊鏈的基本概念

區塊鏈涵蓋三個基本概念，即區塊（Block）、鏈（Chain）和交易（Transaction）。

（1）區塊：指在某一個時間段，記憶儲存期間全部的狀態改變和交易的最終結果，是一次對數據賬本狀態的共識。

（2）鏈：指存儲整個數據賬本從開始到結束的狀態變化，是由區塊遵循一定的次序排列組成。

（3）交易：通過對數據賬本的一次作業，打亂賬本的原始情態，改變系統的狀態。每一次交易就是試圖改變數據賬本的狀態，每一個區塊按照生成順序排列聯結組成鏈表，也就是“區塊鏈”的由來，而要確定這個新生成的區塊的資格，就必須要統一共識，這是一個只能新增、不能刪除的數據賬本，區塊鏈的結構示意圖如圖1所示。

圖1 區塊鏈結構

2.2 區塊鏈的核心技術

區塊鏈的六大核心技術——共識機制、存儲數據、加密算法、P2P網絡協議、側鏈技術及智能合約，而去中心化的共識機制是區塊鏈技術的關鍵點。

（1）共識機制

共識機制是區塊鏈技術的關鍵，該機制讓區塊鏈存在去中心化的特點成為可能。在分布式網絡中，由特殊節點展開投票環節，來產生存放數據的新區塊，通過對新區塊的選擇達成一致共識而實現去中心化，與此同時，必須達到數據不可被篡改的效果。PoW共識機制為目前應用最廣泛的共識機制，其次是PoS共識機制、DPoS共識機制等。

（2）存儲數據

區塊鏈作為一個分布式賬本數據庫，可以保存所有數據的詳細信息，其信息由區塊承載。由于信息只能添加、無法刪除，而且所有區塊都含有前置位區塊的信息和當前區塊的信息，所以區塊上的數據信息除了防篡改之外，同時也會呈遞增趨勢。只要信息被存儲下來，數據將不可逆，除非篡改者付出利益遠遠不及成本的代價，使用大量資源去攻擊51%以上的區塊鏈節點，否則不能修改。

（3）加密算法

區塊鏈技術采用的就是非對稱加密算法，其優點在于加密密鑰（即公鑰，Public Key）和解密密鑰（即私鑰，Private Key）不在一起。公鑰是公開的，可將信息加密發生給接收人，私鑰隸屬個人，可將發送人加密的信息進行解密。若是接收人沒有私鑰，將無法解開公鑰加密后的信息。

（4）P2P網絡協議

P2P網絡是一種網絡拓撲結構，即為對等網絡，每個對等站點之間可以互相傳送和接收信息數據。正是由于P2P網絡協議的存在，讓區塊鏈技術可以顛覆性地實現點對點之間的價值傳輸，使得所有區塊鏈節點都可以不依靠中央機構就能夠保護區塊鏈上的信息數據，使其不被攻擊和篡改。

（5）側鏈技術

側鏈，即與主鏈平行且相隔一定距離的另外一條區塊鏈。側鏈技術，主要是雙向和聯合楔入兩種方式，實現了側鏈與主鏈之間的雙向溝通和價值傳輸，從很大程度上發揮保護主鏈的作用，舍側鏈保主鏈，使主鏈不被破壞，同時從側面補足主鏈的短板，拓展區塊鏈技術的應用范圍。

（6）智能合約

智能合約是一種節點之間可以達成共識的新方式，其本質是一段無危險的、可使用的計算機程序。在去中心化的系統中，當滿足設置的初始條件時，可以存儲智能編程運行代碼的區塊鏈技術強行自動執行合約內容。

區塊鏈技術具備去中心化可信任、開放透明、安全隱私等特點，所以基于區塊鏈技術的實踐應用快速發展是順應市場，適合技術發展潮流的。

3 區塊鏈發展應用分析

3.1 區塊鏈技術發展及應用

區塊鏈作為一個記錄過去所有信息的公開賬簿，以其特殊的點對點網絡價值傳輸體系為核心，從根本上解決人們身邊中的現實難題，例如，經濟、慈善、科技等領域。Melanie Swan深刻闡述了區塊鏈去中心化前所未有的發展潛力，同時根據區塊鏈的發展應用情況分為以下三種類型和四個階段[10]。

（1）區塊鏈1.0：貨幣領域。階段一：數字貨幣階段。在去中心化的區塊鏈1.0價值網絡大環境下，此階段的應用核心圍繞著貨幣展開，主要是實現數字貨幣交易和支付功能，使得雙方的交易活動既便捷又安全。

（2）區塊鏈2.0：金融領域。階段二：智能合約階段。越過第一階段貨幣，應用類型和范圍逐步增加和擴大，此階段的關鍵應用主要趨向于金融服務領域，利用智能合約開拓發展了債券、養老金、集資等經濟行業。

（3）區塊鏈3.0：社會領域。階段三：社會公正階段。此階段的應用類型主要是解決社會領域的公平公開問題，基于可信任的基礎，保證中立和公正立場，彼此之間互相自由平等，涉及社會領域較多行業，例如投票、公證和保護知識產權等需要價值存在證明的問題;階段四：社會合作階段。區別于階段三的多種商業應用模式，本階段主要強調應用于相對大型規模的項目合作。

此外，站在參與者的角度分析，可將區塊鏈分為三種類型，即公有鏈、私有鏈及聯盟鏈。從當前的市場行情和人們的需求來看，公有鏈更能引起共鳴和輿論，但是從商業的發展來講，私有鏈和聯盟鏈的出現更引人注意。當前基于區塊鏈技術的主要應用場景及實例見表1。

表1 基于區塊鏈技術的部分應用場景及實例

3.2 區塊鏈技術發展難題與挑戰

（1）吞吐性能。吞吐性能是用數據吞吐量的大小來衡量的。吞吐量，即單位時間內，信息可以百分百確認發送的量。從已知的理論概念來講，比特幣網絡的吞吐量最快程度是每秒鐘可以處理七筆交易，而實際操作中，吞吐量一般為每秒鐘一筆交易。如果區塊鏈要提高運行速度，那么就意味著要加大所有區塊的面積，那么將會引發區塊鏈擴容等其他一系列問題。

（2）體積容量。隨著區塊鏈的普及程度和應用廣度不斷提高，區塊鏈存儲的數據會越來越多，體積也相應地增大。如果應用在大規模的應用場景中，交易次數越多，需要記錄的信息就多，那么未來下載這些信息的時間將會與日俱增，給使用人群帶來不便。

（3）安全防護。如果區塊鏈的安全受到威脅，那么區塊鏈的存儲數據防篡改等優勢特征將不復存在。

（4）法律監管。區別于互聯網傳統的傳輸模式，區塊鏈最大的益處就是點對點的價值傳輸，就意味著這是一個不需要第三方中間機構的技術，獨特的去中心化特點使得區塊鏈脫離了政府的監管和控制。

雖然區塊鏈技術還存在著吞吐性能不夠好、體積容量過大、安全防護被攻擊、法律監管不到位等問題，但就近十年區塊鏈的發展趨勢和數據來看，區塊鏈在物聯網、數字貨幣、版權認證等方面證實了這項技術的不可替代性。

4 區塊鏈未來應用場景

區塊鏈已經從普通的文字階段導向多樣的實踐階段，根據其關鍵技術具備去中心化可信任、開放透明、安全隱私的特點，可以看出區塊鏈擁有不同行業的創新能力，有理由認為區塊鏈的未來市場將會持續向好。

4.1 探索金融領域的區塊鏈應用場景

（1）預防金融犯罪。預防金融犯罪在當下包括兩個重要因素，其一是了解客戶（Know Your Customer，KYC），其二是反洗錢（Anti Money Laundering，AML）。

區塊鏈技術是一個公開透明的分布式共享數據庫賬本，客戶之間存在既定的共識機制，通過此機制才能更新賬本信息，有效地提升了信息的透明性和易查性，縮短不必要的時間，降低維護成本。針對AML，金融監管機構可以通過私鑰去獲取私有區塊鏈的訪問權利，實時形成分析報告，隨時檢查有問題的客戶，大大地提高監管效率。

（2）眾籌投資。眾籌（Crowfunding），指以面向大眾籌措項目資金來支撐運營企業或者研究項目，大致上可以分成股權眾籌（Equity Crowfunding）與回報型眾籌（Rewards Crowfunding）兩種類型。區塊鏈眾籌，直接破除傳統眾籌平臺用于信任的意義存在，以其去中心化的強大優勢為眾籌平臺樹立前進的旗幟。區塊鏈技術能夠通過項目投資人所支付的資金發行對應的數字貨幣，保證項目資金的流通和項目從發起到結束的信息完全公開透明，降低眾籌平臺的管理費用。與此同時，智能合約的出現讓區塊鏈眾籌可以自動退回項目因沒有達到預定投資金額而取消項目的全數資金。因此，區塊鏈眾籌將是未來眾籌平臺的必然趨勢和走向。

4.2 探索社會領域的區塊鏈應用場景

（1）邊境管理。目前，許多犯罪者通過造假護照、偷渡等非法行為出入境實施犯罪行為或者因為犯罪需要潛逃出國，對犯罪者采取實時跟蹤和追查顯得尤為重要。然而，目前卻不存在實時撤銷或者被列入的護照識別系統，而且由于安檢系統由單一機構控制，導致各個執法部門不能及時了解到罪犯的真實情況。

針對上述問題，可以利用區塊鏈技術智能合約和信息防篡改的特點進行解決。根據區塊鏈技術的數據不可逆的性質檢驗護照的真實性，通過智能合約檢驗護照的合法性，自動執行黑名單護照信息，同時根據安全部門需要隨時進行更新，使得各個執法部門能實時獲得罪犯信息，立即展開調查和追蹤，提升追蹤效率，嚴厲打擊罪犯，維護邊境和平。基于區塊鏈技術的邊境管理部分實例見表2。

（2）版權許可。隨著互聯網的不斷升級和普及程度，共享信息變得十分簡單，甚至不需要給予提供信息者任何東西。針對網絡上的電子數據信息，各部門很難去監管保護，盡管各國政府都在出臺制度、落實政策來保護原創，但是盜版事件還是屢屢發生。

區塊鏈的存在，恰恰使得信息傳輸轉為價值傳輸變成了可能，既能保證信息的共享，同時又保護數據的版權，使其無法被篡改。其次，基于區塊鏈技術的版權許可可以不受地域限制。每個國家的公用網絡都存在一定的差異，如果在區塊鏈上登記電子數據的版權，將不用考慮需要在不同國家的司法局進行反復地認證，簡化了認證的流程，同時節約了打擊盜版、保護知識產權的成本。除了金融犯罪、眾籌投資、邊境管理及版權許可等方面的應用場景，區塊鏈還有更多值得去探索和挖掘的行業應用，比如電子游戲、政府職能、媒體行業等應用場景。區塊鏈技術能夠解決很多行業現在的痛點。

5 結論

目前，區塊鏈已應用于多個行業中，比如數字貨幣交易、公證證明、物聯網等，越來越多的行業已經注意到區塊鏈這一新型技術的重要性，并重點探索和研究。隨著區塊鏈技術發展相繼完善和成熟，有效降低計算復雜性，減少資源冗余，在可預見的未來有望破解吞吐性能不夠好、體積容量過大、安全防護被攻擊、法律監管不到位等問題，技術應用所面臨的難題與挑戰將會最終得到解決。

參考文獻：

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