作為一種技術的區塊鏈：價值及其限度

　　摘要：區塊鏈本質上是數據庫的一種，是去中心化的分布式數據庫，其不僅僅只是單一的信息技術，它是在多種信息技術的基礎上加以創新，實現前所未有的功能。 從對區塊鏈的認識著手，探討區塊鏈技術在數字貨幣、金融領域、征信領域、電子發票、物聯網等應用場景下所發揮的價值，指出區塊鏈在公有鏈、聯盟鏈、私有鏈、安全性、去中心化、物聯網方面的限度。作為一種技術的區塊鏈，在多領域將發揮難以估量的價值，但區塊鏈技術仍處于初級發展階段，還面臨著許多問題，還需要進一步完善，才能促進區塊鏈技術的良性發展。

　　本文源自工業控制計算機 發表時間：2021-02-25 《工業控制計算機》Industrial Control Computer(月刊)1988年創刊，是中國計算機學會會刊之一，面向全國發行。創刊至今，始終堅持科研與生產相結合，關注工業自動化領域的最新技術與應用，為建立工控廠商與用戶之間的良好溝通渠道而不懈努力。

　　關鍵詞：區塊鏈;比特幣;物聯網;信息技術

　　區塊鏈起源于比特幣， 同時比特幣也是區塊鏈最為典型且成功的應用。 2008 年 10 月， 中本聰在密碼學論壇上發表文章《比特幣：一種點對點的電子現金系統》，這成為比特幣誕生的理論支撐[1]。 一開始比特幣僅為極少數技術極客所知，但伴隨著其價格的暴漲暴跌，逐漸引起各行各業人士知曉與熱切關注。 比特幣的火爆引起了人們對其底層技術“區塊鏈”的研究，先有比特幣，才有區塊鏈的概念。 區塊鏈依靠它去中心化、全員廣播、共同記賬、不可篡改等特點，成為比特幣的底層核心技術，在未來經濟金融、能源動力、通信、審計、司法等領域有著巨大的應用價值和應用前景。

　　1 區塊鏈技術的價值

　　1.1 區塊鏈技術在數字貨幣中的價值

　　區塊鏈技術最早、最典型、最成功的應用是比特幣，比特幣是區塊鏈技術近十年來研究之最多的領域。 與傳統的數字貨幣不同，比特幣沒有統一的發行機構和發行中心，即為去中心化。比特幣通過分布于世界各地的節點來競爭記賬權， 任何節點皆可存儲交易記錄交易信息，即為分布式存儲。 除此之外，區塊鏈的頭部有一個動態的難度系數， 當全球計算機計算能力越來越快后，區塊鏈的難度系數會越來越高，導致的情況是，即為無論什么時候有多少節點求解，一般來說每隔 10 分鐘才會有新的節點產生。 因此，區塊鏈的數據是無法被篡改的，哪怕數據受到及其細微的修改，整個區塊對應的哈希值一起跟著改變，不會再是一個有效的哈希值，區塊鏈里與此區塊鏈接的鏈也會斷開。

　　比特幣協議規定，每四年就會減少一半的開采速率，并限制比特幣開采總量為 2100 萬枚，根據目前的開采速率計算，比特幣會在 2140 年全部開采完畢。 從經濟學的角度來看，比特幣是通貨緊縮的， 不存在當前中心化貨幣中出現的發行機構大量印發貨幣導致的通貨膨脹的問題。 為了解決雙重支付問題，比特幣將隨機散列對全部交易加上時間戳， 且合并入不斷延長的隨機散列的工作量證明。 只有當“襲擊者”擁有超過全網 51%算力時，區塊數據才可篡改，與此同時若想成功篡改還需重新計算該區塊之后全部區塊的 SHA256 信息摘要算法， 且運算速度必須讓偽鏈長度超過主鏈長度， 這種偽造行為所付出的成本代價遠高于收益，還不如依照正常協議獲得的收益大，因此其具有不可篡改性的特點得以體現。

　　1.2 區塊鏈技術在金融領域的價值

　　區塊鏈技術在數字貨幣領域應用如此成熟得益于其去中心化、分布式存儲、不可篡改等優點，同理可以推出，區塊鏈技術將會在金融領域大放異彩。 在人類文明的任何時期，金融領域在人類社會生活中一直占據著重要地位， 金融領域的變化會影響一個地區社會活動的變化、甚至影響著整個世界的經濟局勢變化。人類進入現代文明以來，國際金融的市場都是被美國、英國等西方發達國家牢牢把控，他們的金融地位難以撼動。 一直以來美國通過美元壟斷了絕大部分國際貿易結算， 多年稱霸國際貿易市場，很長時間里幾乎可以取代黃金成為“全球儲備貨幣”。 為擺脫美國結算系統的依賴， 中國人民銀行已經開始研究數字貨幣電子支付 DCEP(Digital Currency Electronic Payment)，總的來說，我國在區塊鏈領域目標就是做第一。 我國若能將區塊鏈技術賦能于國際貿易結算，將極大限度的惠及“一帶一路”沿線上的各個國家。 未來五到十年內，金融領域或將因為區塊鏈技術的引入而產生重大變革，國際金融市場或將面臨新一輪的洗牌。 就數字貨幣領域來說，中國和西方發達國家的競爭是非常激烈的，任何一方都想優先把握主動權、優先搶占新金融領域的核心地位，各個國家之間數字貨幣的競賽，說到底還是金融的競賽，歸根結底就是國家金融實力的博弈， 我國正在積極尋找能在金融領域實現彎道超車的突破口，以區塊鏈賦能金融就是突破口之一。 1.3 區塊鏈技術在征信領域的價值

　　對于傳統的征信領域，多由銀行或者某個機構統一對國家、企業、個人進行信用評估，這是一種中心化的征信數據庫。 例如阿里巴巴旗下的螞蟻金融一直以來追求 “讓信用等于財富”，通過芝麻信用這個平臺，利用大數據、云計算、人工智能等技術手段打造一個信用“帝國”，專門用來解決銀行無低成本手段判斷中小微企業信用風險、個人信用風險等問題，這同樣是一個中心化的信用平臺。 區塊鏈技術憑借去中心化、 不可篡改的巨大優勢，在征信領域有著相當廣闊的應用市場。 若一個人的一生從出生開始，與其相關的所有信息都通過上鏈的方式記錄，則關于這個人的所有信息都為可信信息， 信用評價高低可根據鏈上所記錄的人的行為信息來計算得出。 銀行等金融機構也可以通過分析鏈上中小微企業創始人及中小微企業的信息，形成信用評級，來給予中小微企業及個人貸款等， 省去了銀行搜集需要大量驗證真實性的信用信息的成本。

　　1.4 區塊鏈技術在電子發票上的價值

　　目前，區塊鏈電子發票已經落地應用區塊鏈技術。 2018 年 8 月，騰訊公司和深圳市稅務管理局于在深圳聯合發布第一張區塊鏈電子發票，截止 2019 年 10 月 31 日，區塊鏈電子發票發行量已經突破 1000 萬張。 區塊鏈電子發票開票方可以在鏈上進行申領、入賬等操作，用戶可以在鏈上存儲、報銷，稅務局可以在鏈上全流程監控，具有防止偷稅漏稅、按需使用、減輕稅務人員負擔、節約紙張資源、減少財務成本、減少人力資源投入等諸多優點，區塊鏈不可篡改的特點使得發票的真實性得到很好的保障。

　　1.5 區塊鏈技術在物聯網中的價值

　　隨著通信技術的持續不斷發展， 全世界物聯網進入了飛速發展的時期，2018 年全球物聯網設備接入量超過 70 億個，且仍以每年 17%的速率增長， 當前的物聯網產業規模達到了 1510 億美元，業務收入和去年同期比較增長 72.9%，預計 2020 年超過 65%的機構使用物聯網產品和設計方案[2]。隨著我國 2019 年 10 月 31 日第五代移動通信(5G)的商用，我國物聯網行業的發展將會繼續提速。 成千上萬的物聯網設備通過傳感器持續地收集數據，并將數據信息上傳至終端設備。 物聯網上傳的數據量巨大，為每一個物聯網設備都上鏈后，每個物聯網設備上傳輸的關鍵信息都將通過分布式存儲的方式存儲在相對應的地址里，且這些數據為可信數據不易丟失， 物聯網設備之間的信息安全共享得以順利實現。

　　2 區塊鏈技術的限度

　　2.1 區塊鏈公有鏈中的限度

　　區塊鏈技術雖然有著去中心化、分布式存儲、共識機制等諸多優點，但是當前的區塊鏈技術仍有不少限度。 目前區塊鏈根據訪問和管理權限劃分為公有鏈、聯盟鏈和私有鏈三種。 公有鏈為完全去中心化的方式， 世界上任何節點都可以進出區塊鏈公有鏈網絡，所有節點都可以對公有鏈上的數據進行讀寫操作。 公有鏈上面的節點數巨大，支持十萬個以上的節點。 公有鏈的共識機制分為工作量證明、權益證明和授權股份證明。 公有鏈最典型的應用為比特幣和以太坊， 全世界接入比特幣和以太坊的節點數數以萬計， 完全去中心化的最大缺點是無法有效地對完全去中心化的區塊鏈進行監督， 且匿名交易的特點難以得知交易雙方的真實信息，容易淪為不法分子洗錢的工具和犯罪分子的天堂。

　　2.2 區塊鏈聯盟鏈和私有鏈中的限度

　　聯盟鏈則由若干個組織機構構成， 只有聯盟成員才擁有對聯盟鏈上數據進行讀寫的權力， 而且記賬的權限也必須按照聯盟組成員制定的規則來。 缺點為與公有鏈相比其節點數較少，分布式存儲范圍也較公有鏈窄，節點過多時算法效率低，并不是完全意義上的去中心化。 典型應用為 Hyperledger 和 quorum。 私有鏈是由一個組織機構建立，每個節點對應的權限不同，共識機制條件均比公有鏈和聯盟鏈寬松，無拜占庭故障的 Paxos 機制和 Raft 機制。 最大的缺點是中心化程度過高，分布式存儲范圍最窄，典型應用為螞蟻金服。

　　2.3 區塊鏈技術在安全性上的限度

　　就當前的計算機技術發展而言， 現有的計算機的二進制算法中只能進行 0 和 1 的運算， 因此區塊鏈在數據加密過程中使用的公鑰加密、數字簽名、哈希函數等密碼學原理還是比較安全的，其安全性仍是可靠的。 但從長遠來說，新興的量子計算機中除了有 0、1 狀態外，還擁有 0 和 1 同時存在的第三種狀態，其運算能力幾何級數倍于傳統計算機， 這就會對現有區塊鏈的安全性造成很大的威脅，因此，區塊鏈技術未來必將使用能抵抗量子計算機破解的加密算法。

　　2.4 區塊鏈技術在去中心化上的限度

　　比特幣和以太坊為代表的區塊鏈在數字貨幣中的應用，其突出特點為去中心化、匿名性，而也因完全去中心化和匿名性交易導致非法交易難以監管和追蹤。 若是增加監管監督則失去了其去中心化這個最為突出的優點， 未來區塊鏈在中心化和去中心化之間的權衡同樣是其發展的難點。

　　2.5 區塊鏈在物聯網應用上的限度

　　目前區塊鏈技術最大的痛點是應用行業內缺少區塊鏈底層公共基礎設施，暫無成熟穩定的硬件平臺方案，現有的硬件平臺因其算力要求高、存儲空間要求大進而導致成本較高，普及的難度大。 物聯網領對控制、數據傳輸和數據處理處理的時延要求及其嚴格， 對于比特幣等數字貨幣領域區塊鏈技術的應用，10 分鐘的交易結算時間相對于當下端對端交付機制快很多， 但是對于物聯網來說 10 分鐘的時延是致命的， 若是 10 分鐘未完成數據上鏈等功能將會引發系統失效甚至癱瘓。目前大量使用的 4G 的時延為 10ms， 而我國剛剛宣布商用的 5G 的時延為 1ms，但 4G 和 5G 都有一個缺點就是無法達到信號無死角覆蓋的能力，物聯網設備通過無線通信的方式大量傳輸和處理數據時， 任何的時延和覆蓋不到都將產生嚴重影響系統的性能。 此外，物聯網設備對成本敏感度非常高的，因為物聯網設備的數量通常很多，少則幾十多則成千上萬， 即使成本細微地增加都會使得總成本多很多。 何況目前的技術條件上鏈需要極大的算力和存儲空間，上鏈后對硬件的要求已經不是單純的功能實現， 而是整個系統算力和存儲的同步升級，與之相配套的供電功率也會大幅提高，以上總總都會轉變為成本的巨額增加。 這不管是對供應商還是客戶來說都是難以承受的。

　　3 區塊鏈的發展趨勢

　　全球最具權威的 IT 市場研究與咨詢公司 Gartner，發布的每年度新科技的技術成熟度曲線可以形象準確地表示出新技術誕生后各界預期值隨時間變化的曲線， 能很好地體現新技術的市場熱度和實際發展偏離度。 曲線的橫軸為“時間”縱軸為“預期”，共分為 5 個時期，分別為技術觸發期、期望膨脹期、泡沫幻滅期、啟蒙爬升期和生產力高原期[3]。 2018 年，Gartner 公司發布的 2018 年度新科技的技術成熟度曲線里，區塊鏈技術已經由期望膨脹期逐漸向泡沫幻滅期過度，預測將在 5 到 10 年內會達到生產力高原期。 2019 年，Gartner 公司發布的 2019 年度新科技的技術成熟度曲線中， 區塊鏈技術已經細分化為去中心化網絡和分布式自治組織， 而且正處于技術觸發期， 預測將在 5 到 10 年內會達到生產力高原期，去中心化網絡則預測在兩年內就會達到生產力高原期。 因此，未來 10 年內區塊鏈技術將呈現發展迅猛的趨勢。

　　作為一種技術的區塊鏈， 無論是在最初應用的數字貨幣領域，還是延伸的金融領域，再到征信、電子發票、物聯網，都有著難以估量的價值。 但是我們也看到，當前區塊鏈技術的發展仍處于初級階段，成本過高、監管難度大、去中心化范圍擴大難、量子計算機威脅等限度依然制約著區塊鏈賦能于各個領域。 當前世界的發展永遠是相互依賴相互促進的發展， 任何國家、 任何組織、任何個人在進行區塊鏈技術開發利用時，都應該配合通信技術、存儲技術、法制道德等條件做好區塊鏈的良好發展。