白宇嘉 尼瑪扎西 曹學(xué)琪

摘要：區(qū)塊鏈技術(shù)是隨著數(shù)字加密貨幣比特幣從興起到被接受而走進(jìn)人們的視野中，從而備受關(guān)注，引發(fā)越來越多的人來研究該技術(shù)。區(qū)塊鏈的顛覆性的創(chuàng)新特性受到各行各業(yè)尤其是金融行業(yè)的熱捧。我們將從該技術(shù)的技術(shù)特點、存在的問題及未來的發(fā)展應(yīng)用三個大的方面來討論區(qū)塊鏈技術(shù)。在2018年，作為區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵一年，我們需要更多地了解該技術(shù)，為各類應(yīng)用的登陸打下更堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；比特幣；數(shù)字貨幣；區(qū)塊鏈應(yīng)用

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）32-0020-05

Abstract： The blockchain technology has entered the field of vision with the digital cryptocurrency bitcoin from the rise to the acceptance， which has attracted much attention and triggered more and more people to study the technology. The disruptive and innovative nature of the blockchain has been hailed by all walks of life， especially the financial industry. We will discuss blockchain technology from three major aspects of the technical characteristics， existing problems and future development of the technology. In 2018， as a key year for the development of blockchain technology applications， we need to know more about this technology to lay a more solid foundation for the landing of various applications.

Key words：blockchain；bitcoin； digital currency； blockchain application

1 引言

人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈和深度學(xué)習(xí)是近年來在IT領(lǐng)域多次提到的一些名詞。當(dāng)你提起區(qū)塊鏈，你可能會想到比特幣。事實上，比特幣和區(qū)塊鏈技術(shù)無法相提并論[1]。區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)源于比特幣，區(qū)塊鏈?zhǔn)请S著比特幣的產(chǎn)生而產(chǎn)生，并且在信息傳播的時候比特幣和區(qū)塊鏈經(jīng)常同時出現(xiàn)，所以有些人會認(rèn)為區(qū)塊鏈?zhǔn)潜忍貛?，實則不然。好比用石頭建造房子，區(qū)塊鏈技術(shù)就像石頭，而比特幣只是其中的一幢房子。石頭本身只是基礎(chǔ)，用石頭還可以建造金字塔和長城。用區(qū)塊鏈技術(shù)也可以來實現(xiàn)更多更廣泛的應(yīng)用。比特幣是區(qū)塊鏈最成功的應(yīng)用，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止比特幣。

2 初識區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈?zhǔn)墙┠曜罹吒锩缘男屡d技術(shù)之一[2]。區(qū)塊鏈的概念于2008年由Ben Cong首次發(fā)布，名為“比特幣：一種點對點式的電子現(xiàn)金系統(tǒng)”的比特幣白皮書中提出的，所以說區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)源于比特幣，或者說比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)的第一個成功應(yīng)用。

如果說互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是解決通訊問題的話，那么區(qū)塊鏈技術(shù)解決的是信任問題。區(qū)塊鏈?zhǔn)且蝗赫J(rèn)同并遵守這個規(guī)則的人共同參與共同記錄一個去中心化的分布式賬本數(shù)據(jù)庫的過程[3]。從技術(shù)角度來說，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€全體聯(lián)網(wǎng)節(jié)點參與維護(hù)的分布式數(shù)據(jù)庫，用高度的數(shù)據(jù)冗余實現(xiàn)低成本的信任建立，用密碼學(xué)保證信息安全和權(quán)屬安全，用共識機(jī)制和點對點網(wǎng)絡(luò)通信形成的去中心化、防篡改、防作偽的一種新型協(xié)作范式。

雖然不同的機(jī)構(gòu)對區(qū)塊鏈的定義不盡相同，但其本質(zhì)上是一樣的，即區(qū)塊鏈技術(shù)有幾個關(guān)鍵的特征[4]，那就是去中心化、去信任化、防篡改、匿名、開放、自治、可追溯。并且，區(qū)塊鏈技術(shù)仍舊在不斷地發(fā)展和完善。

3 區(qū)塊鏈的分類與架構(gòu)

3.1 區(qū)塊鏈分類

區(qū)塊鏈技術(shù)的分類隨著各方面的應(yīng)用而越來越明朗，目前主要按照三種形式來分類。

3.1.1 按照網(wǎng)絡(luò)范圍

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的范圍，可以分為公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈。

（1）公有鏈

所謂公有鏈就是完全對外開放，不用注冊，沒有權(quán)限設(shè)定，無須授權(quán)，任何個人或團(tuán)體都可以訪問到網(wǎng)絡(luò)。只要接入公有鏈網(wǎng)絡(luò)上，所有發(fā)生的交易數(shù)據(jù)都可以隨意查看，并且完全公開透明。它還可以參與公有鏈上的交易發(fā)送，也可以參與其共識的過程。公有鏈?zhǔn)堑谝粋€出現(xiàn)的區(qū)塊鏈，并且是真正意義上的完全分散的區(qū)塊鏈[5]。公有鏈通常也被稱為非許可鏈，即節(jié)點不需要認(rèn)證即可加入，凡是需要大眾參與，并且最大限度保證數(shù)據(jù)公開透明的系統(tǒng)，兩者都適用于公有鏈，如比特幣系統(tǒng)、以太坊系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)金融交易系統(tǒng)等。

（2）私有鏈

私有鏈和公有鏈?zhǔn)窍鄬Φ模^私有就是不公開的，僅僅在一個公司或者組織內(nèi)部單獨的擁有讀寫權(quán)限，具體的規(guī)則是由組織內(nèi)部自行制定。目前私有鏈主要應(yīng)用于金融企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫管理、財務(wù)、審計等相關(guān)工作領(lǐng)域，防范企業(yè)內(nèi)部或者外部對企業(yè)數(shù)據(jù)的泄露和攻擊，它不僅提高了企業(yè)管理效率，還保證了企業(yè)數(shù)據(jù)的安全行[6]。私有鏈通常被稱為許可鏈，即節(jié)點需要通過認(rèn)證才可以加入，凡是不需要大眾參與，并且需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行保密的系統(tǒng)，都適用于私有鏈，如數(shù)據(jù)不方便公開的企業(yè)內(nèi)部。

（3）聯(lián)盟鏈

聯(lián)盟鏈結(jié)合了公有鏈的完全開放和私有鏈的盡可能封閉兩種特點，通常是各個機(jī)構(gòu)或企業(yè)共同參與的策略，所以開放程度根據(jù)應(yīng)用場景而決定。例如，由40多家銀行組成的區(qū)塊鏈聯(lián)盟R3之間的支付結(jié)算采用聯(lián)盟鏈的形式[7]。他們之間的數(shù)據(jù)交易形式就不完全是封閉狀態(tài)的。因此，可以說聯(lián)盟鏈?zhǔn)怯蓭讉€私有鏈組成的小規(guī)模的公有鏈。聯(lián)盟鏈通常也被稱為許可鏈，即節(jié)點也需要通過認(rèn)證才可以加入，如金融業(yè)的區(qū)塊鏈聯(lián)盟R3。

3.1.2 按照部署環(huán)境

根據(jù)部署環(huán)境來劃分，可以分為主鏈和測試鏈。

（1）主鏈

所謂主鏈，在生產(chǎn)環(huán)境中部署的真正的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，軟件將在正式發(fā)布之前會經(jīng)過很多內(nèi)部測試版本。用于發(fā)現(xiàn)可能存在的一些錯誤，并用于內(nèi)部演示以查看效果，直到正式版本發(fā)布?；蛘呖梢哉f區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)由客戶端的正式版組成，只有主鏈才會真正推廣和使用，而且功能設(shè)計也比較完善。

（2）測試鏈

所謂的測試鏈?zhǔn)情_發(fā)人員為測試目的提供的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，例如比特幣測試鏈和以太坊測試鏈。除了區(qū)塊鏈開發(fā)人員提供的測試區(qū)塊鏈之外，用戶還可以根據(jù)需要搭建自己的測試網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，測試鏈中的功能設(shè)計與生產(chǎn)環(huán)境中的主鏈之間仍存在一些差異。

3.1.3 按照互聯(lián)類型

根據(jù)互聯(lián)類型來劃分，可以分為單鏈、側(cè)鏈和互聯(lián)鏈。

（1）單鏈

可以獨立操作的區(qū)塊鏈系統(tǒng)可以統(tǒng)稱為“單鏈”，并且這種區(qū)塊系統(tǒng)具有完整的組件模塊，作為一個系統(tǒng)，應(yīng)用程序的操作需要單獨的區(qū)塊鏈系統(tǒng)的支持。

（2）側(cè)鏈

側(cè)鏈不是指某個特定的區(qū)塊鏈，而是指遵循側(cè)鏈協(xié)議的所有區(qū)塊鏈。側(cè)鏈協(xié)議是指：一種協(xié)議，允許比特幣安全地從比特幣骨干轉(zhuǎn)移到其他區(qū)塊鏈，并安全地從其他區(qū)塊鏈返回比特幣骨干網(wǎng)。因此，只需側(cè)鏈協(xié)議，并且所有現(xiàn)有的區(qū)塊鏈，例如以太坊和萊特幣，都可以成為側(cè)鏈。

（3）互聯(lián)鏈

對于特定領(lǐng)域的應(yīng)用程序，可能存在形成其自己的垂直領(lǐng)域的區(qū)塊鏈，并且這些區(qū)塊鏈將具有互連要求。這樣，這些區(qū)塊鏈將通過某種互連協(xié)議連接，該區(qū)塊鏈中的互連形成互連鏈[8]，即形成區(qū)塊鏈的全球網(wǎng)絡(luò)。

3.2 區(qū)塊鏈架構(gòu)

區(qū)塊鏈技術(shù)模型由自上而下的數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層組成。

首先，數(shù)據(jù)層封裝底層數(shù)據(jù)塊的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的非對稱公私和鑰數(shù)據(jù)加密技術(shù)和時間戳技術(shù)，這是整個區(qū)塊鏈技術(shù)中最低的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[9]。這些技術(shù)的結(jié)合是區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)，數(shù)十年的實踐證明了其安全性和可靠性。其次，網(wǎng)絡(luò)層包括P2P組網(wǎng)機(jī)制，數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制和數(shù)據(jù)驗證機(jī)制，這意味著區(qū)塊鏈具有自動聯(lián)網(wǎng)功能。第三層是共識層，共識層封裝了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的各類共識機(jī)制算法，共識機(jī)制算法是區(qū)塊鏈的核心技術(shù)，因為這決定了到底由誰來進(jìn)行“記賬”，并且“記賬”的方式將影響整個系統(tǒng)的安全性和可靠性，到目前為止，共識機(jī)制算法已有十多種，其中眾所周知的是工作量證明（PoW）機(jī)制，權(quán)益證明（PoS）機(jī)制，股權(quán)授權(quán)證明（DPoS）機(jī)制等[10]。

數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層和共識層是構(gòu)建區(qū)塊鏈技術(shù)的基本要素。

第四層是激勵層，它將經(jīng)濟(jì)方面應(yīng)用于區(qū)塊鏈技術(shù)系統(tǒng)，包括經(jīng)濟(jì)激勵的發(fā)布和分配機(jī)制。這些主要出現(xiàn)在公有鏈中，公有鏈必須激勵遵守規(guī)則參與記賬的節(jié)點，并懲罰不遵守規(guī)則的節(jié)點[11]。才能讓整個系統(tǒng)朝著良性循環(huán)的方向發(fā)展。在私有鏈中，沒有必要進(jìn)行激勵，并且是在鏈外就完成了記賬的分配任務(wù)。第五層合約層，該層封裝各類腳本、算法和智能合約，是區(qū)塊鏈可編程性的基礎(chǔ)。比特幣本身具有簡單的腳本功能，而以太坊則極大地增強(qiáng)了編程語言協(xié)議，理論上可以編寫實現(xiàn)任何功能的應(yīng)用程序，如果您認(rèn)為比特幣是一本全球賬本的話，以太坊可以被視為全球計算機(jī)，任何人都可以上傳和執(zhí)行任何應(yīng)用程序[12]。并且程序的有效執(zhí)行能得以保證。第六層是應(yīng)用層，它封裝了各種應(yīng)用場景和區(qū)塊鏈的案例。未來的可編程金融和可編程社會也將建立在應(yīng)用層上。

激勵層、合約層和應(yīng)用層并不是每個區(qū)塊鏈應(yīng)用的必要因素。如圖1所示為區(qū)塊鏈技術(shù)的體系架構(gòu)。

4 區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)

區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在區(qū)塊鏈架構(gòu)的數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層和共識層。這里主要介紹數(shù)據(jù)層中的區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非對稱密碼技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)層中的P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；共識層中的工作量證明機(jī)制（PoW）和權(quán)益證明機(jī)制（PoS）[13]。

4.1 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一個個區(qū)塊用鏈條的形式連接起來，就形成了區(qū)塊鏈。每個區(qū)塊分為兩部分：區(qū)塊頭和區(qū)塊體，其中區(qū)塊頭是區(qū)塊的核心部分。區(qū)塊頭包含時間戳、前一個區(qū)塊的哈希值、Merkle根、難度系數(shù)和當(dāng)前目標(biāo)哈希值等，它們是整個區(qū)塊的“大腦”。

時間戳：時間戳簡而言之就是該區(qū)塊產(chǎn)生的時間。時間戳的存在確保了區(qū)塊之間具有的時序性，保證了每個區(qū)塊數(shù)據(jù)的不可篡改性、不可偽造性及數(shù)據(jù)的可追溯性。

前一個區(qū)塊的哈希值：所謂哈希值，就是把相關(guān)數(shù)據(jù)（文本、圖像、音頻、視頻等）進(jìn)行加密運算得到的一組二進(jìn)制值，這個二進(jìn)制值是一個獨特且極其緊湊的值。大多數(shù)區(qū)塊鏈?zhǔn)褂肧HA256哈希算法。前一個區(qū)塊的哈希值就是把前一個區(qū)塊的區(qū)塊頭信息通過SHA256哈希算法，得到一個“壓縮值”，并記錄到當(dāng)前區(qū)塊的區(qū)塊頭中。因而，保證了各個區(qū)塊的連續(xù)性。在比特幣計算能力中，礦工尋找一個隨機(jī)數(shù)，使得新區(qū)塊頭的雙SHA256哈希值小于或等于目標(biāo)哈希值，并添加難度值，這樣找到這個隨機(jī)數(shù)的平均時間是10分鐘，可以說每10分鐘就可以產(chǎn)生一個新的區(qū)塊。

Merkle根：Merkle Tree，通常也稱為Hash Tree，是一個存儲哈希值的樹。每個區(qū)塊中都有一個倒立的Merkle tree，Merkle tree的根存在于區(qū)塊頭中，Merkle樹的葉子存在于區(qū)塊體中，也就是數(shù)據(jù)塊的hash值（如圖2 Merkle樹結(jié)構(gòu)）。

難度系數(shù)：第100，000個區(qū)塊的難度系數(shù)14484.16236122，則區(qū)塊頭包含難度系數(shù)，其確定計算哈希值的難度。區(qū)塊鏈協(xié)議規(guī)定常數(shù)除以難度因子，其可以是目標(biāo)值（target），即：目標(biāo)值=常量/難度系數(shù)。顯然，難度系數(shù)越大，目標(biāo)值就越小。哈希值的有效性和目標(biāo)值密切相關(guān)。由于目標(biāo)值非常小，因此散列值小于目標(biāo)值的可能性更大，并且可能會進(jìn)行數(shù)億次計算。這就是比特幣中“采礦”難度大、速度慢的根本原因。按照以上的理論“采礦”的難度會變得越來越大，但是區(qū)塊鏈的設(shè)計者設(shè)計了難度系數(shù)的動態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制，具體規(guī)定，難度系數(shù)每兩周調(diào)整一次[14]。如果在過去的兩周內(nèi)該區(qū)塊的平均生成速度為9分鐘，則意味著比指定速度快10%，因此難度系數(shù)將增加10%；如果平均生成速度為11分鐘，則意味著比指定速度慢10%，因此難度系數(shù)降低10%。總體來說，隨著硬件設(shè)備的不斷更新，算力的不斷增強(qiáng)，難度系數(shù)只會越調(diào)越高，從而導(dǎo)致現(xiàn)在“挖礦”難度越來越大。

4.2 非對稱密碼技術(shù)

區(qū)塊鏈技術(shù)的一個特性是數(shù)據(jù)的不可篡改性，并且該特性中使用的到技術(shù)之一是非對稱加密技術(shù)。傳統(tǒng)的對稱加密算法易于理解，而非對稱加密算法需要公鑰和私鑰。公鑰和私鑰是一對，每個用戶都有兩個密鑰：公鑰和私鑰，兩個密鑰互相匹配，但只有公鑰是公開的，私鑰只由用戶自己保存[15]。具體加密過程如下（圖3非對稱加密技術(shù)過程）：

（1）發(fā)送方將發(fā)送帶有加密散列函數(shù)（MD5，SHA，SM3）的文件以生成摘要，并且發(fā)送方用其自己的私鑰加密摘要以形成數(shù)字簽名。

（2）發(fā)送方用接收方的公鑰對原文件再進(jìn)行加密，同形成數(shù)字簽名一起發(fā)送給接收方。

（3）接收方用發(fā)送方的公鑰對數(shù)字簽名的摘要進(jìn)行解密，以獲取發(fā)送方生成的摘要。

（4）接收方用自己的私鑰解密收到的原文件，并使用與發(fā)送方相同的密碼散列函數(shù)（MD5，SHA，SM3）把解密后的原文件形成摘要。

（5）將解密的摘要與由接收者重新加密的接收者原始文件生成的摘要進(jìn)行比較。如果兩者一致，則在傳輸過程中信息不會被破壞或偽造。

簡單概括上述過程就是：公鑰加密，私鑰解密；私鑰加密，公鑰解密。區(qū)塊鏈技術(shù)采用這種非對稱加密技術(shù)，大大提高了信息的傳輸?shù)陌踩?，防止了信息被篡改，所以不可篡改性是區(qū)塊鏈技術(shù)的重要特性之一。

4.3 P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也稱為點對點技術(shù)，該技術(shù)沒有中央服務(wù)器，依靠用戶在互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)上交換信息。它的應(yīng)用范圍非常廣泛，從流媒體到點對點通信，從文件共享到協(xié)同處理，它在許多領(lǐng)域都有存在。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的P2P技術(shù)主要用于在節(jié)點之間傳輸交易數(shù)據(jù)和區(qū)塊數(shù)據(jù)。從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的角度來看，大多數(shù)區(qū)塊鏈項目使用的底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是TCP/IP協(xié)議；從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕嵌葋砜矗瑓^(qū)塊鏈技術(shù)采用全分布式拓?fù)?，?jié)點和節(jié)點之間的傳輸過程更接近“泛洪算法”，即：交易數(shù)據(jù)從某個節(jié)點生成，然后廣播到相鄰節(jié)點，相鄰節(jié)點一傳十，十傳百，直至傳播到全網(wǎng)[16]。總而言之，區(qū)塊鏈中P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是數(shù)據(jù)的定位和數(shù)據(jù)的共享兩種方式的并存。

4.4 工作量證明機(jī)制（POW）

工作量證明機(jī)制是存在于公有鏈范疇內(nèi)，簡單地說，它就是一份證明工作節(jié)點做過一定量工作的證明。區(qū)塊鏈技術(shù)最成功的應(yīng)用比特幣就是使用這種工作量證明機(jī)制，它的核心思想就是通過分布式各節(jié)點的算力競爭來保證數(shù)據(jù)的一致性和共識機(jī)制的安全性。哈希函數(shù)是密碼學(xué)上計算難度經(jīng)過反復(fù)驗證的東西，所以用它來作證明是最有效的，每發(fā)出一條信息上傳到區(qū)塊鏈的時候，你要證明你付出了一定的算力，你的證據(jù)就是你區(qū)塊里面的字符串，而加上這個字符串以后，你的區(qū)塊的哈希值正好小于某個數(shù)。哈希函數(shù)的特征表明，你沒有任何取巧的方法可以做到這一點，你只能一個個字符串的去嘗試。形象來說就是系統(tǒng)為了找出合適的值，每次會出一道數(shù)學(xué)題，讓所有節(jié)點來解答此題，誰有更強(qiáng)大的計算能力，以最快的速度解出這道題目的節(jié)點才有進(jìn)行記賬的權(quán)利。獲得了該節(jié)點的記賬權(quán)，就證明了該節(jié)點做了相應(yīng)的工作，這就是工作量證明機(jī)制的簡要描述。

但POW也有明顯的缺點，那就是依靠計算機(jī)通過數(shù)學(xué)運算獲取記賬權(quán)，但該數(shù)學(xué)運算沒有實際的意義，只是為了得到目標(biāo)值而形成的一個復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，因此造成了時間、精力、電力及計算機(jī)硬件資源的巨大消耗，每次全網(wǎng)達(dá)成共識需要全網(wǎng)所有節(jié)點共同參與計算，而最終只有一個節(jié)點成功，其余節(jié)點的努力都將化為烏有，運行效率低。因此，權(quán)益證明機(jī)制POS很好地解決了POW存在的明顯缺陷問題。

4.5 權(quán)益證明機(jī)制（POS）

權(quán)益證明機(jī)制是解決POW缺陷的一種替代方案，但其實質(zhì)是通過計算能力來獲得記賬權(quán)。與股票股利制度類似，股權(quán)相對較大的人可以獲得更多股息。主要思想是獲得節(jié)點記賬權(quán)的難度與節(jié)點持有的權(quán)益成反比，等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機(jī)數(shù)的速度，即擁有比較高股權(quán) （貨幣） 的節(jié)點即有比較高的概率獲得記賬權(quán)及獎勵。用戶還可以購買等價的令牌并將其作為存款放入POS機(jī)制，這樣用戶就有更大的機(jī)會計算目標(biāo)值，從而產(chǎn)生新的區(qū)塊和獎勵。它在一定程度上減少了數(shù)學(xué)運算引起的資源消耗，并且性能也相應(yīng)提高，但仍然基于哈希運算。簡而言之，它是一個根據(jù)用戶持有多少錢和時間（硬幣年齡）支付利息的系統(tǒng)。實際上最典型的例子是股票或銀行存款。

但POS也有一些缺點，由于POS區(qū)塊鏈系統(tǒng)缺少了POW“挖礦”的過程，POS系統(tǒng)面臨如何分發(fā)虛擬資產(chǎn)的問題。本質(zhì)上沒有解決商業(yè)應(yīng)用的痛點；所有的確認(rèn)只是概率表達(dá)，而不是確定性的。

5 區(qū)塊鏈技術(shù)存在的問題

任何技術(shù)都有其局限性，而且，該技術(shù)正處于快速發(fā)展時期，但該技術(shù)仍處在初級發(fā)展階段，存在許多問題。其中一些問題將對區(qū)塊鏈行業(yè)的未來發(fā)展產(chǎn)生非常不利的影響。下面我們來了解這些亟待解決的問題。

5.1 安全和隱私問題

雖然區(qū)塊鏈技術(shù)在密碼學(xué)中使用非對稱密鑰加密技術(shù)，但它具有很高的安全性。在安全性問題中，區(qū)塊鏈技術(shù)具有不可篡改、不可偽造的特征，這個既是優(yōu)點也是缺點，區(qū)塊鏈沒有遺憾，沒有人可以對區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)變化做任何事情。但是，在金融系統(tǒng)中，如果轉(zhuǎn)賬地址填寫錯誤，將直接造成永久性損失，不能撤銷；私鑰由用戶生成和維護(hù)，無須第三方參與，但如果私鑰丟失將無法對賬戶資產(chǎn)進(jìn)行任何操作，會造成永久無法挽回的損失。在當(dāng)前的集中式系統(tǒng)中，如果您的銀行卡丟了或忘記密碼，您可以到銀行處理，您的錢也不會丟失。

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€分布式數(shù)據(jù)庫，這意味著每個人都有一個完整的賬簿，每個賬戶都需要追溯，因為區(qū)塊鏈計算余額并驗證交易的有效性。因此交易數(shù)據(jù)是公開透明的。沒有隱私可言。并且個人賬戶與真實身份是綁定在一起的，個人賬戶信息的公開，就意味著個人身份的公開。如果人們使用不純的動機(jī)，這將帶來無法估量的損失。

5.2 效率問題

效率是任何一項技術(shù)都要考慮的因素之一。區(qū)塊鏈中形成一個新區(qū)塊的平均時間是十分鐘，區(qū)塊形成后將數(shù)據(jù)寫入新區(qū)塊，進(jìn)而所有節(jié)點都同步數(shù)據(jù)，則需要更多的時間。由于到目前為止已經(jīng)開發(fā)了超過500，000個區(qū)塊，因此如果他們想要同步他們的新賬本，那么對網(wǎng)絡(luò)來說新的節(jié)點將花費更多時間。長此以往，隨著區(qū)塊的增多，很可能沒有新的節(jié)點愿意加入?yún)^(qū)塊鏈中來同步賬本。并且每個區(qū)塊中有很大的數(shù)據(jù)量，要同步所有區(qū)塊中的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行存儲，占用的時間和存儲空間也是巨大的。并且時間和空間的耗費對節(jié)點本身有可能沒有實際的意義，只是一個純粹的參與者。

前任央行行長周小川在2016年初的一次采訪中表示，區(qū)塊鏈仍然占用太多資源，無論是計算資源還是存儲資源，都無法應(yīng)對當(dāng)前的交易規(guī)模[17]。目前比特幣每秒只能完成7筆訂單。我們可以想象一下在交易量非常大的時間段內(nèi)，每秒只能處理7筆訂單，這也就是每分鐘僅能處理420筆訂單，這樣的效率甚至無法滿足一個城市的交易速度，更別提服務(wù)于全國甚至全世界的消費者了，因此，區(qū)塊鏈創(chuàng)新支付技術(shù)的效率尚未得到解決。

5.3 高能耗問題

區(qū)塊鏈技術(shù)的高能耗問題主要體現(xiàn)在兩個方面，一是區(qū)塊鏈技術(shù)中的各類證明機(jī)制帶來的“挖礦”，其次是區(qū)塊鏈上的每個事務(wù)都廣播到每一個節(jié)點。

為了得到記賬權(quán)，區(qū)塊鏈中所有的節(jié)點都要進(jìn)行一個復(fù)雜而沒有意義的運算，這些節(jié)點二十四小時不間斷地進(jìn)行著運算，對硬件的損耗和電能的消耗是巨大的。根據(jù)Digiconomist的評估，2018年5月25日，全球比特幣礦業(yè)電力消耗1.88億千瓦時，這意味著全年電力消耗為688.1億千瓦時，它是2017年5月份耗電量（115.7億千瓦時）的6倍。全球比特幣采礦的總耗電量相當(dāng)于捷克一個國家的電力消耗量，占全球電力消費的0.31%。平均而言，每個比特幣交易耗電968千瓦時，相當(dāng)于美國32個家庭的每日電力消耗[18]。這種殘酷的計算競爭的結(jié)果是巨大的能源消耗。同時，為了確保區(qū)塊鏈信息的透明性和公開性，區(qū)塊鏈上的每個交易都將廣播到每個節(jié)點，因此每一次廣播都是對底層網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的一種消耗，并且這種消耗是不間斷的。

根據(jù)上述問題，與由“采礦”代表的傳統(tǒng)高能耗區(qū)塊鏈系統(tǒng)相比，最近提出了綠色區(qū)塊鏈。倡導(dǎo)和實踐新的綠色區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)是世界上第一個有助于綠色資產(chǎn)的區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)。綠色區(qū)塊鏈的提出是未來區(qū)塊鏈技術(shù)不斷完善的理論依據(jù)。

6 區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用前景與展望

區(qū)塊鏈技術(shù)被認(rèn)為是繼蒸汽機(jī)、電力和互聯(lián)網(wǎng)之后的顛覆性創(chuàng)新。如果說蒸汽機(jī)和電力解放了生產(chǎn)力并且互聯(lián)網(wǎng)改變了信息傳輸?shù)姆绞?，那么區(qū)塊鏈作為構(gòu)建信任的機(jī)器，可能會改變價值傳遞方式。作為數(shù)字貨幣的技術(shù)支撐，目前的區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)引發(fā)了金融領(lǐng)域的巨大浪潮，以及許多金融巨頭，包括主要的國際銀行。區(qū)塊鏈技術(shù)是公司未來發(fā)展計劃的重中之重。我們都認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)將導(dǎo)致金融業(yè)發(fā)生類似海嘯的巨變。

此外，根據(jù)中國工業(yè)和信息化部發(fā)布的“中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書2016”，區(qū)塊鏈的應(yīng)用已延伸到許多領(lǐng)域，如醫(yī)療健康、教育、慈善公益、社會管理[19]。就文化產(chǎn)業(yè)來看，復(fù)制成本低、維權(quán)成本高、證明難度使知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)始終成為行業(yè)的一個難點。通過區(qū)塊鏈，文化產(chǎn)品的生產(chǎn)、傳播和交易記錄真實透明、可靠，問題得到解決。從2014年以來，包括麻省理工大學(xué)、斯坦福大學(xué)和普林斯頓大學(xué)在內(nèi)的十幾所歐洲和美國頂尖大學(xué)先后開設(shè)了區(qū)塊鏈課程。而現(xiàn)在，將不再局限于區(qū)塊鏈技術(shù)教學(xué)，有人準(zhǔn)備用區(qū)塊鏈技術(shù)向傳統(tǒng)的教育模式發(fā)出挑戰(zhàn)。據(jù)《泰晤士高等教育報》報道，2018年4月，一群來自牛津大學(xué)的學(xué)者宣布將創(chuàng)辦世界上第一所區(qū)塊鏈大學(xué)——伍爾夫大學(xué)，并且在今年夏季，將向所有學(xué)生開放申請。

從技術(shù)角度看，區(qū)塊鏈應(yīng)用主要分為以下四種類型：第一種是使用賬本模式的賬務(wù)類應(yīng)用程序，包括數(shù)字資產(chǎn)交易、各種代幣、積分、電子賬單和其他類型的系統(tǒng)；第二種是使用存儲模式的存證類應(yīng)用，包括各種信息確權(quán)、溯源存證等類型的系統(tǒng)；第三種是基于平臺模式的通用系統(tǒng)，包括各種智能合約基礎(chǔ)鏈、BaaS區(qū)塊鏈通用云等；第四種是其他基于模式的應(yīng)用程序，其主要特征是它們在其商業(yè)模式中僅需要區(qū)塊鏈系統(tǒng)的某些特性，例如利用區(qū)塊鏈P2P廣播能力的因特網(wǎng)廣告系統(tǒng)，一種利用區(qū)塊鏈加密能力的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)等[20]。

之前各類報告宣稱2018年是區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用落地的關(guān)鍵年份，在這一年會有各類應(yīng)用如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，但截至今年年中，仍沒有成熟的區(qū)塊鏈應(yīng)用投入使用，但我們不要過度悲觀，對區(qū)塊鏈技術(shù)產(chǎn)生過度懷疑，我們要相信區(qū)塊鏈技術(shù)作為顛覆性的創(chuàng)新，現(xiàn)在尚處于“嬰兒期”，我們要看著它成長為社會有用的“棟梁之才”。我們現(xiàn)在要做的就是對技術(shù)的進(jìn)一步研究和對技術(shù)存在的問題的進(jìn)一步探索及優(yōu)化，盡量減少技術(shù)的缺點，讓技術(shù)造福社會。

7 結(jié)束語

從2009年到2018年，區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)歷近10年的發(fā)展，區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展也帶來了各行業(yè)運營觀念的變化，新技術(shù)與新思想促進(jìn)了各個行業(yè)的新發(fā)展以及這種推動力對社會的影響，經(jīng)濟(jì)活動的推動也是巨大的，許多新的行業(yè)現(xiàn)象將陸續(xù)出現(xiàn)，大眾將拭目以待，期待這項新技術(shù)被各行業(yè)所采用，更好地造福各行業(yè)?？傊瑓^(qū)塊鏈涉及金錢、信任和權(quán)力，這是人類賴以生存的根本性基礎(chǔ)。因此值得我們投入更多的時間和精力去學(xué)習(xí)和研究。

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