區塊鏈技術在通信行業的應用趨勢研究

呂輝 房梽斅

[摘? ? 要] 區塊鏈被認為是在全球范圍內的又一次技術創新革命，其在互聯網、金融服務創新、物聯網、智慧城市、供應鏈等領域具有廣闊應用前景和巨大的潛在應用價值。本文分析并關注區塊鏈的核心技術和未來發展趨勢，在多個行業中的應用場景。

[關鍵詞] 區塊鏈;分布式;去中心化;共識機制;非對稱加密

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2021. 01. 045

[中圖分類號] F49? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2021）01- 0113- 02

0? ? ? 引? ? 言

區塊鏈起源于比特幣的底層技術，從2008年比特幣誕生開始，區塊鏈技術經過了近十年的不斷發展，目前區塊鏈被認為是繼云計算、大數據、人工智能等技術之后，在全球范圍內的又一次技術創新，其在“互聯網+”、金融服務創新、物聯網、智慧城市、供應鏈等領域具有廣闊的前景和潛在應用價值。國內以互聯網公司為代表的各類企業，都在積極投入人力物力研究開發區塊鏈技術，提出了多項區塊鏈技術應用的解決方案，尤其在金融領域的實踐應用相對集中，并逐漸延伸到多個行業。國家的信息化戰略規劃提出要加強區塊鏈技術的試驗和應用，區塊鏈技術也具備了推廣應用的條件。

1? ? ? 區塊鏈技術的特點與核心特征

從技術角度分析，區塊鏈是由多個參與者共同維護，數據區塊之間首尾相接，形成鏈式結構的一種數據存儲體系，區塊鏈的部署模式和應用架構不同，通常分為公有鏈、聯盟鏈和私有鏈三種形式。公有鏈面向任意節點開放，任意一個節點都能成為該鏈上的一個計算節點，節點獲得數據操作權利依靠的是共識機制。例如，比特幣采用的是PoW共識機制，全網計算節點通過算力的競爭獲取記賬權;以太坊采用PoS共識機制，根據節點所占有的權益份額大小，隨機獲取記賬權等等。據統計，目前共識機制的算法多達幾十種，仍在不斷的發展中，采用何種共識機制完全由區塊鏈的最初設計者確定，某個鏈發布以后所有的參與節點必須遵從該共識機制。

目前來看公有鏈是區塊鏈領域研究發展的主流方向，相比其他鏈的類型，公有鏈的生態開放性最好，參與的企業和應用的場景也最廣泛，是企業研發投入的重點。聯盟鏈在多數情況下是企業之間參與，只允許通過認證的企業機構節點運行業務。例如，某些銀行、信托、保險公司之間達成某種合作協議和業務聯盟，相互之間為了驗證金融票據的真偽和追溯來源，用區塊鏈技術建立的一套票據驗證系統。私有鏈的應用最受限，只適用于特定的參與者，本文不再贅述。

1.1? ?分布式與共識機制

區塊鏈作為去中心化的分布式數據庫，數據存儲在區塊鏈網絡的所有節點上，節點之間利用共識機制保持數據的一致性，共同維護全網的數據記錄。區塊鏈網絡中所有節點都是獨立的，有平等的參與權力，整個網絡沒有中心化的服務節點，日常運行完全依靠節點的自制管理。分布式是區塊鏈技術架構的核心特點之一，能夠保證所有參與節點實現數據共享，是現有各種區塊鏈應用遵從的基礎技術架構。

在分布式架構下，如何解決所有參與節點之間的信任，就某一次數據操作或者規則形成共識，達成一致性，甚至在出現網絡中斷、節點故障、系統遭受攻擊的極端情況下，仍保持系統的正常運行，共識機制是保障區塊鏈系統不間斷運行的關鍵。共識機制保證所有節點在某個周期時間段內數據的一致性，現有的主流共識算法PoW、PoS、DPoS等等，其算法原理和技術實現各不相同，對計算過程中耗費的資源、對網絡的壓力、數據操作排序、節點合法等差異較大，但本質上都是分布式系統保持數據一致性的最優選擇。

1.2? ?數據區塊和鏈的結合

數據區塊和鏈相結合，是區塊鏈非常重要的特征。每個數據區塊的頭部，都包含了前一區塊的數據信息字段，通常是經過哈希計算生成，另外還有根節點的哈希值、系統時間戳、系統難度值、隨機數等字段，經過SHA256加密得到的哈希值來保證整個歷史數據鏈條的完整性和安全性。

如何保證一個新數據區塊創建成功被加入到鏈后，該區塊包含的數據信息也被永久的保存？區塊鏈上所有參與運行的節點，在每一次記錄之前都會驗證所有區塊的“合法性”，根據算法規定只有通過大多數節點驗證通過的區塊，才會被添加到主鏈的末尾，成為一個新的數據塊，區塊包含的數據也就被永久的保留在鏈上。如果個別節點惡意篡改了區塊鏈上的某個數據塊信息，將會導致該區塊中哈希值與其它節點上的數據千差萬別，其它節點將不會承認該區塊的“合法性”，該區塊及其以后的所有區塊將被其他節點拋棄，由此個別節點對單一數據區塊的篡改不會影響全網數據的安全性。個別節點為使篡改的數據區塊“合法”，需要對該區塊后所有的區塊數據進行重新計算和修改，耗費的工作量將是巨大的，計算篡改數據的成本甚至超過收益，對數據的篡改成為毫無意義的行為。

1.3? ?非對稱加密

區塊鏈對數據的保護采用非對稱加密算法，也就是用一對密鑰（公鑰和私鑰）進行數據的加解密，使用其中一個密鑰（公鑰）進行數據信息加密，使用另一個密鑰（私鑰）才能對數據信息進行解密。區塊鏈上的數據是完全公開的信息，特別是對公有鏈，任何參與的節點都能在任何時刻獲取到全部的數據。區塊鏈正是使用非對稱加密的公、私鑰對來構建節點間信任的，實現數據的安全。

區塊鏈節點之間的數據傳輸也需要進行加密和解密，特別是公有鏈上的節點，彼此之間是沒有身份信任的，節點間的數據操作都是匿名的，非對稱加密保證了發送和接收的數據是安全的。鏈上每個節點都存有自身的一對密鑰（公鑰、私鑰），發送方在傳遞信息時，使用接收方的公鑰對信息進行加密，接收方收到加密信息后，使用自己的私鑰對信息進行解密，進行比對驗證數字簽名等數據信息，比對結果一致則說明數據是安全的。

2? ? ? 區塊鏈技術的發展趨勢

2.1? ?與云計算的結合

從國內外企業研發趨勢和區塊鏈技術的應用來看，區塊鏈技術與云計算的結合，是未來發展的重要趨勢之一。首先，云計算有助于降低區塊鏈技術研發、應用的成本。云計算提供的彈性資源基礎設施和可隨需定制的靈活性，為區塊鏈技術基于云計算平臺的應用開發降低了研發投入，縮短了應用上線周期，有效降低區塊鏈技術從研發到部署的成本投入，滿足了很大一部分區塊鏈研發企業機構的要求。其次，云計算和區塊鏈的技術有共通點，在網絡部署、分布式架構特性、安全管理、服務等方面的相似性，在支撐上層應用和提供區塊鏈服務方面能更好的融合借鑒，從驗證概念模型到落地部署實施，企業在從云計算向區塊鏈拓展延伸過程中，技術轉型壓力小，尤其符合目前互聯網企業的發展要求和市場目標，區塊鏈企業也更有積極性融合二者技術，加速區塊鏈技術研發，推動區塊鏈向更多行業領域拓展。

2.2? ?應用類型發展和性能提升

區塊鏈類型的發展主要體現在架構調整方面，現有的兩層技術應用模式，一是以公有鏈面向全社會節點的應用，另一個是聯盟鏈主要集中在企業應用層面，二者的技術實現有著不同的發展方向。隨著市場應用的豐富，二者結合的應用模式正在出現，目前已經有金融抵押、資產信托等行業提出了場景更復雜的應用，期望能依托區塊鏈技術，實現多個區塊鏈之間的數字資產轉移，不同鏈之間的融合應用或者跨鏈應用需求會越來越多。

實現高性能也是區塊鏈技術目前發展的趨勢。為提升性能，企業研發投入主要集中在優化改變目前的共識策略和共識機制，調整參與節點，建立高吞吐量模型等算法來提高性能。在保證系統和數據安全的前提下，要實現高性能的吞吐量，同時對比集中化系統的高性能處理能力，區塊鏈的高性能實現將是非常具有技術挑戰性。

2.3? ?物聯網領域的應用

區塊鏈技術在物聯網領域的應用，一直是業界比較期待的，能顯示區塊鏈技術強有力的一個方面。5G網絡將帶動物聯網應用爆發式增長，預計有數百億部設備將連接到網絡中，傳統的中心化應用無法解決如此規模的設備管理、數據交換和安全維護。借助區塊鏈的去中心化、分布式、節點設備自管理等特征，利用區塊鏈技術可以解決物聯網設備的規模化和自管理問題，實現數百億的物聯網設備共享同一個網絡，可應用區塊鏈的多節點驗證和自管理功能，取代中心化應用。

區塊鏈技術也將會與大數據、人工智能技術結合，普遍應用于物聯網領域。物聯網應用的數據規模會越來越大，不同業務場景使數據的維度和豐富程度增加更多，借助區塊鏈提供的完整數據源，結合大數據的統計分析功能，智能分析海量數據，極大提升區塊鏈數據的價值和使用空間。

3? ? ? 行業應用前景

區塊鏈技術的發展已經擴展到多個行業領域，國內廠商也已經進行區塊鏈技術研究，借鑒區塊鏈的技術優勢，提出了解決行業問題的愿景。對區塊鏈技術的應用將是一個長期過程，推廣區塊鏈技術必須有可落地的應用環境，而對一些行業核心的產品和服務涉及環節多，系統復雜，不適合作為區塊鏈試點的領域。

5G網絡還將促進建立跨行業的物聯網應用平臺，會在智能工業、電網、智慧城市、智能交通方面都有廣泛的應用，應用重點集中在傳感器設備、網絡架構、標識、安全和隱私等方面。結合目前5G網絡的應用，可在物聯網等新業務領域開展實驗，這也是應用的全新實驗領域，需求的不確定性較大，區塊鏈技術作為實驗多業務場景的應用，也是降低風險的措施之一。

4? ? ? ?結? ? 語

區塊鏈技術，將成為國家發展數字經濟的重要技術領域之一，行業應用領域發展潛力巨大。從信息化平臺建設及5G發展的角度來分析，區塊鏈技術對助力和提升信息化系統建設，建設高質量的應用系統具有重要的借鑒意義。

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