全球區塊鏈技術與應用創新現狀、趨勢和啟示

孟雪 孫小越

全球區塊鏈技術發展現狀與趨勢

（一）全球區塊鏈技術發展現狀

1.區塊鏈技術創新不斷升級。隨著技術不斷升級與迭代，區塊鏈已經步入3.0時代，核心架構逐漸趨于成熟，行業生態鏈已經初步成形。目前，全球區塊鏈功能架構保持穩定，但在落地過程中還存在許多安全問題和性能提升空間，區塊鏈技術仍處于快速發展階段，全球區塊鏈技術創新態勢持續火熱。

一是持續提高區塊鏈的安全性。在密碼學方面，區塊鏈技術中運用了Hash算法、數字簽名、數字證書、PKI體系、Merkle樹等技術，這些技術都是現代密碼學較為成熟技術。在區塊鏈錢包安全以及公私鑰存儲安全等方面，主要通過智能硬件錢包、安全私鑰存儲機制等方法。在賬本數據方面，為滿足賬本數據的一致性和可用性等安全要求，普遍采用數據校驗、數據容災備份等技術方案，以保證各節點數據在上鏈過程中的一致性及鏈上數據因系統故障導致丟失損毀后及時恢復。2019年4月，IBM獲得使用DLT的移動數據共享方法專利，通過分布式賬本技術跨越現有網絡基礎設施，遠程感測并控制連接對象，將連接的物理對象整合到計算機系統中。

二是完善區塊鏈隱私保護技術。為提高區塊鏈技術的匿名性，保護用戶身份安全隱私及交易數據隱私，多種區塊鏈隱私保護方案被提出，大致分為三類：基于混幣協議的技術、基于加密協議的技術和基于安全通道協議的技術。基于混幣協議技術是指在交易中包括大量交易輸入和交易輸出，使得外界很難在輸入和輸出中找出某個用戶交易的上下游信息，導致輸入與輸出之間的聯系被割裂以達到交易隱私保護。基于加密協議技術是通過密鑰對敏感數據加密，只有持有相應密鑰的用戶才能查看數據內容，從而保證用戶數據的安全性。例如，多方安全計算、盲簽名、環簽名及零知識證明等技術，其中，多方安全計算又分為混淆電路、同態加密和密鑰分享等方式。基于安全通道協議技術主要是通過使用諸如雙向微支付通道、閃電網絡、Sprites等鏈下支付安全通道，將交易細節轉移至鏈下執行，從而達到交易信息隱私保護目的。2019年5月，專注于數據隱私保護的以色列區塊鏈創業公司QEDIT推出QEDIT Asset Transferr企業解決方案，用于維護區塊鏈網絡上大規模價值轉移的數據機密性。

三是著力解決區塊鏈互聯互通和可擴展問題。區塊鏈跨鏈技術是連接各區塊鏈的橋梁，主要解決各區塊鏈之間的原子交易、資產轉換、區塊鏈內部信息互通等問題，以達到區塊鏈互聯互通并實現區塊鏈價值自由流動的目的。2019年7月，德國區塊鏈平臺Lisk發布了軟件開發工具包（SDK），實現創建可互操作的區塊鏈生態系統并使開發人員能夠創建完全可定制的側鏈。

四是多種措施提升區塊鏈性能。區塊鏈性能成為制約區塊鏈技術大規模應用的瓶頸之一。針對區塊鏈性能不足的問題，業界提出多種創新解決方案，其主要思路是鏈上和鏈下擴容、單任務轉多任務并行處理、并行、有向無環圖DAG等技術方案。其中，分片技術根據不同的分片機制可以劃分為：網絡分片、交易分片和狀態分片，比較著名的項目有以太坊、Quarkchain為代表的狀態分片，以Zilliqa為代表的交易分片。2019年4月，美國云服務提供商Akamai Technologies為高性能區塊鏈申請新專利，通過同時處理交易而不是按現的順序排序來提高分布式賬本系統的吞吐量。

2.全球專利數量增長放緩。截至2019年底，全球公開區塊鏈專利的申請數量高達2.7萬余件。2016—2018年，區塊鏈專利申請量逐年快速遞增，2018年，全球新增專利數量為11694件，而進入2019年，專利申請數量為8299件，同比減少28.76%，速度有所放緩。中國在2019年保持快速增長趨勢，在全球專利占比為50.3%，位居全球第一;美國申請專利數量為6154件，占全球總量的22.8%，居于全球第二。

國際專利數量能夠反映出各國企業創新能力、市場覆蓋率及核心競爭力，是企業進行全球專利布局的重要途徑。世界知識產權組織WIPO數據顯示，到2020年2月，區塊鏈國際專利數量為3321件，其中，2019年前公開專利數量為3040件，較去年同比增長150.3%。從各國專利數量上看，獲得區塊鏈國際專利最多的3個國家分別是美國、中國和韓國，其中，美國國際專利數量為1545件，占專利總量的46.5%;中國專利數量471件，占專利總量的14.2%。

（二）全球區塊鏈技術發展趨勢

1.以聯盟鏈為核心的區塊鏈技術將繼續實現創新。聯盟鏈相較于公有鏈，具有部分去中心化、可控性更強、交易速度較快等特點，正逐漸成為區塊鏈應用實際落地的主流選擇。當前，區塊鏈技術的大規模應用仍存在安全性、隱私保護不足、可擴展能力低等問題。展望2020年，區塊鏈企業將繼續重點突破區塊鏈技術瓶頸，其中，共識機制或將成為區塊鏈核心技術突破的主要方向，區塊鏈的鏈結構和P2P網絡結構也將不斷迭代。各類技術創新解決方案將不斷涌現，加快促進區塊鏈技術創新成果加速落地。

2.BaaS平臺繼續快速演進。BaaS平臺在安全可控、性能、可用性上直接對齊云能力，同時可以結合容器化、函數化的先進開發模式，在公有云和私有云場景都能快速覆蓋，具有區塊鏈創新創業初始門檻低、快速開發和搭建區塊鏈去中心化底層架構和應用程序、降低創業者和中小微企業部署區塊鏈和運營維護成本以及為企業提供更靈活和簡單易用的開發環境四大優勢，非常適合區塊鏈中小微企業探索鏈上創新應用。近年來，BaaS平臺成果和創新不斷，全球互聯網企業都在積極推進BaaS平臺服務升級，推動區塊鏈應用的成本下降和區塊鏈市場的繁榮。

3.國際企業間專利競爭逐步升級。近年來，區塊鏈專利成為區塊鏈企業的重要競爭點，全球區塊鏈專利申請數量持續攀升。其中，中國區塊鏈專利申請數量始終居于全球首位，2019年占比超五成。隨著區塊鏈企業技術更加成熟，應用產品不斷增多，國際專利申請數量將繼續提升，國際企業間的專利競爭將更加激烈。

全球區塊鏈應用發展現狀與趨勢

（一）全球區塊鏈應用發展現狀

1.金融行業積極布局區塊鏈技術。金融行業是區塊鏈技術應用最早、需求最多的領域。目前，區塊鏈在全球支付、貿易融資、代理投票、財險理賠、資產再抵押、銀團貸款、自動合規和股權、證券交易等金融領域均有商業落地與推廣，尤其是在數字資產交易服務領域。2019年6月，Visa推出部分基于區塊鏈技術的Visa B2B Connect跨境匯款服務，支付網絡整合了Hyperledger的技術，將覆蓋全球30個貿易渠道、90個市場，成為支付業界的一個重要里程碑。共同基金企業領航宣布，使用區塊鏈平臺Assembly來幫助管理其金融產品的數據，改善管理基金的方式。7月，富士通實驗室利用區塊鏈開發了基于DID技術的系統，可以分析在線交易中存在的偽造風險和對方個人憑證的可信度。IBM與金融服務公司合作推出了Lygon區塊鏈平臺試點項目，對零售物業租賃行業的銀行保函的發行和管理進行數字化處理，旨在降低欺詐風險，減少人為錯誤的可能性。在2019年，德國商業銀行、奧地利銀行、巴西銀行、澳大利亞聯邦銀行、俄羅斯聯邦儲蓄銀行、新加坡星展銀行和日本三井住友銀行等均開始應用區塊鏈技術落地新應用，提供貿易融資支持、建立防欺詐網絡，幫助中小企業更快獲得貿易融資，降低欺詐和網絡安全威脅的風險。

2.商品溯源應用需求迅速攀升。商品溯源是目前區塊鏈落地最有應用前景的領域之一，國內外企業紛紛推動溯源應用在食品、醫療、文化等領域落地。應用區塊鏈技術能解決由于信息不對稱導致的存在性證明問題，實現商品的全流程跟蹤記錄和商品的信息上鏈，有效防止商品造假，降低供應鏈成本。2019年1月，家樂福在比利時、意大利應用區塊鏈技術提供數字追溯解決方案，追蹤食生鮮產品的生產過程。2月，美國IBM與制藥公司Boehringer Ingelheim合作，將臨床記錄保存在區塊鏈上，提高數據的完整性、透明度和患者信息安全性，降低成本和自動化流程。5月，GE Aviation航空公司在微軟Azure的幫助下建立了基于區塊練技術的供應鏈跟蹤體系，用于監控和整理與關鍵飛機發動機零件制造和生命周期相關的數據。

3.區塊鏈逐漸應用于各國電子政務和公共服務應用中。區塊鏈技術應用在政務領域，將有助于實現政府數據的共享開放，提高各國政府提供公共服務的效率，將區塊鏈應用于稅務、海關、商務和醫療衛生等領域。2019年1月，智利財政部下屬稅收機構TGR推出了處理支付的區塊鏈平臺試點，該平臺在區塊鏈上存儲智利公共機構處理的交易，如納稅或專利費等。5月，沙特阿拉伯海關試點基于區塊鏈平臺TradeLens的貨物運輸，將其跨境貿易平臺FASAH與IBM和馬士基的TradeLens區塊鏈平臺連接起來，實現沙特阿拉伯港口的貨物發送。7月，新加坡政府首次將區塊鏈技術引入國慶日慶典的操作系統，由基于區塊鏈技術的搜索引擎Boogle負責新加坡國慶日相關運營生態的軟件開發。10月，迪拜經濟發展部推出基于區塊鏈的統一商業注冊平臺UBRP，提高企業在迪拜開展業務的便利性。

4.區塊鏈在智能制造領域的應用迅速拓展。隨著全球智能制造與物聯網產業的快速崛起，區塊鏈與制造業及物聯感知領域的結合也成為必然趨勢。2019年1月，德國科技巨頭西門子的能源管理和發電服務部門與區塊鏈平臺EWF合作，使用基于區塊鏈的微電網控制解決方案來優化能源消耗，促進能源行業內去中心化技術的應用。6月，英國啟動首個基于區塊鏈的電力資產登記項目RecorDER，由英國國家電網電力系統運營商等四家公司聯手創建了基于區塊鏈技術的共享數據庫，記錄與英國輸配網絡相連的所有發電和存儲基礎設施數據，提高資產信息的可視性和可用性，降低電網的總體運營成本。11月，IOST與日本富士見市電力系統共同推出基IOST區塊鏈的P2P電力交易項目，利用區塊鏈技術驅動出價系統和獎勵機制進行公司（或個人）之間的鏈上電力交易。

（二）全球區塊鏈應用發展趨勢

1.全球金融領域應用將更加成熟。在全球大型金融機構和互聯網巨頭企業的聯合創新推動下，區塊鏈技術正從概念走向金融業的各類應用。目前，全球已經有一定數量的金融服務應用通過了原型驗證和試運營階段，涉及供應鏈金融、跨境支付、資產管理和保險等細分領域，并且應用場景也在不斷擴大。區塊鏈能對金融重點領域的核心功能帶來變革性的沖擊，未來，區塊鏈在數字貨幣、支付清算、普惠金融和資產管理等方面的應用將進一步深化，助推傳統金融機構轉型，重塑金融市場征信體系。

2.政務服務領域將成為各個國家探索的重點。在全球區塊鏈的延伸應用中，將區塊鏈技術與政府治理及公共服務相結合是當前區塊鏈應用落地的熱門方向。區塊鏈逐漸成為構建智慧城市發展框架、推動政府治理創新的重要支撐。美國、英國和日本等區塊鏈技術較為先進的國家對使用區塊鏈技術提高政務管理效率都持積極態度。近年來，國家的政策支持力度逐漸加大，應用落地不斷。面對數字化社會的多樣性和復雜性，區塊鏈作為構建秩序、規則和信任的典型技術手段，在數字化基礎上進一步提供了可追溯機制和多方高效協同等能力，可幫助實現更為高效、有序、可信的治理和監管。所以，未來在政務領域，應用區塊鏈也是必然發展趨勢。

3.分布式應用將繼續活躍落地。DApp（Decentralized Application，分布式應用）是公有鏈技術創新產物，也是公有鏈技術落地及其核心價值體現。目前，以以太坊、EOS和波場為代表的公鏈開始進入DApp實質落地應用的推進階段，區塊鏈市場競爭也更加激烈，其中，以太坊和EOS囊括了市場上90%的DApp。雖然區塊鏈DApp整體生態還不完整，整體活躍人數、交易額度和頻次都較少，距離DApp大規模應用還有一段距離，但從DApp數量上看，DApp開發依然保持著一定的熱度，大量團隊持續入局，未來發展空間廣闊。

五點啟示

1.提高技術研發能力，加快關鍵技術自主創新。要明確區塊鏈技術核心技術，攻克區塊鏈系統在去中心化條件下的性能提升、互聯互通、安全與隱私保護等關鍵技術，加速區塊鏈技術的基礎層、中間協議層和應用服務層創新探索。重點突破共識算法、智能合約安全、跨鏈通信、數據隱私保護、國密算法等關鍵技術。通過集聚產學研用等多方資源，支持高校和科研院所建設區塊鏈創新實驗室和研究中心。持續加大資金投入力度，支持區塊鏈、軟件和信息技術服務、互聯網企業和研究機構的聯合創新，加強區塊鏈核心技術的自主研發攻關。

2.加強區塊鏈技術相關基礎理論研究。一是加強區塊鏈底層技術學科基礎建設。發揮高校、科研院所和骨干企業的智力資源優勢，建立區塊鏈技術學科，構建聯合實驗室，鼓勵高校開設區塊鏈課程。緊跟國際區塊鏈理論發展前沿，通過重大科學計劃、國際科技合作計劃等方式開展區塊鏈基礎理論研究，探討區塊鏈技術中涉及數學、信息學、密碼學、經濟學的基礎理論和基本方法，為區塊鏈技術研發提供理論支持。二是建立區塊鏈科學理論體系。加快研究分布式計算、博弈論、加解密算法等理論問題，探索區塊鏈性能、隱私、安全之間的平衡規律和鏈上鏈下協同治理機制，加快區塊鏈技術理論、方法與其他領域融合研究，形成跨專業、多領域交叉的區塊鏈技術科學。三是加強區塊鏈安全與隱私保護研究。重點研究零知識證明、同態加密、多方安全計算等密碼學前沿問題，研究缺乏可信第三方的情形下安全計算約定函數的方法，探索保護隱私的安全數據統計和安全模型訓練及預測的規律。

3.推動我國區塊鏈開源技術生態建設。一是支持開源區塊鏈項目發展，引導企業加大對全球區塊鏈共性基礎技術資源的整合和利用，支持我國企業或組織主導全球區塊鏈項目創新發展。二是鼓勵區塊鏈企業組建開源軟件企業聯盟。鼓勵區塊鏈企業在遵守開源軟件許可證協議的基礎上開展商業運營模式創新，借鑒比特幣、以太坊等開源信息項目的成功經驗，大力推廣訂閱服務、集成應用等商業模式。三是加快建設區塊鏈開源社區。整合各方力量重點建設一到兩個綜合性的、功能完善的、面向全球用戶的開源社區，全面提升社區的代碼托管、項目遷移、代碼審查等能力。

4.重視區塊鏈安全問題，構建全面安全保障體系。一是提高區塊鏈安全風險防范認識，加強對區塊鏈安全問題的持續性和常態化研究，對區塊鏈技術、應用潛在風險以及不斷變化的攻擊手段和方式，展開持續性跟蹤和分析，研判安全風險發展趨勢。二是研究制定區塊鏈技術、平臺、應用生態的安全技術要求、安全標準。明確主要威脅以及相應的安全體系架構，針對各關鍵模塊提出安全技術要求，形成區塊鏈安全標準體系。三是深入研究區塊鏈安全風險檢測和應對技術。針對區塊鏈核心技術與機制、平臺架構、應用部署等不同類型的潛在安全問題，研究覆蓋區塊鏈編碼、運行、部署和管理各個環節的應對解決方案。

5.促進重點領域的應用創新和先行先試。一是加大各地區塊鏈扶持政策，促進區塊鏈技術成果轉化和應用推廣。應用場景應優先考慮需求突出、痛點明顯、增量顯著、發展快速的精品業務，試點成功后再逐步擴大應用范疇。二是在金融領域、政務服務、民生服務等區塊鏈發展相對成熟的領域，支持基礎條件好、示范效應強的行業，組織開展區塊鏈技術應用試點示范工作，形成一批可復制、可推廣的典型案例和樣板工程。三是大膽探索區塊鏈在信息基礎設施、智慧交通、能源電力等領域的推廣應用，提升城市管理的智能化、精準化水平。圍繞農業、醫療、教育、文化、智能制造領域，為行業各主體搭建合作交流和資源對接平臺，組織開展區塊鏈技術應用試點示范工作，積極拓展區塊鏈應用場景。四是鼓勵行業龍頭企業重點區塊鏈應用解決方案示范，加強區塊鏈技術與既有產品、服務的融合創新，構建資源豐富、多方參與、合作共贏的跨行業區塊鏈應用產品體系及行業解決方案。