區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N把區(qū)塊以鏈的方式組合在一起的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每一個(gè)區(qū)塊通過散列的方式與上一個(gè)區(qū) 塊相連，實(shí)現(xiàn)了可追溯；同時(shí)，用密碼學(xué)保證了數(shù) 據(jù)的不可篡改和不可偽造。每一個(gè)區(qū)塊的生成，都 是參與者對(duì)整個(gè)系統(tǒng)交易記錄的事件順序和當(dāng)前狀態(tài)建立的共識(shí)。每一個(gè)參與者都可以參與數(shù)據(jù)的記 錄、存儲(chǔ)，都可以擁有整個(gè)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的備份，從 而在沒有中央控制節(jié)點(diǎn)的情況下，使用分布式集體 運(yùn)作的方法，構(gòu)建了一個(gè)分布式對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。因此， 區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、分布式、去信任、數(shù)據(jù) 不可篡改、可追溯等諸多優(yōu)點(diǎn)。

區(qū)塊鏈技術(shù)起源于化名為“中本聰（SatoshiNakamoto）”的學(xué)者在 2008 年發(fā)表的奠基性論文 《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子現(xiàn)金系統(tǒng)》。作為比特 幣的底層實(shí)現(xiàn)技術(shù)，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式賬本技術(shù) （DLT），由于其具有分布式、去信任、不可篡改等 優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)被認(rèn)為是構(gòu)建未來“信任互聯(lián)網(wǎng)”“價(jià) 值互聯(lián)網(wǎng)”的支撐性技術(shù)，已成為全球創(chuàng)新領(lǐng)域最 受關(guān)注的話題，受到投資界、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界及政 府部門的熱烈追捧。雖然各國(guó)政府對(duì)比特幣和各種 虛擬幣的態(tài)度各不相同，但對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)大多持積 極的態(tài)度。

近年來，聯(lián)合國(guó)、國(guó)際貨幣基金組織等機(jī)構(gòu) 以及多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家先后發(fā)布了有關(guān)區(qū)塊鏈的系列報(bào) 告，探索區(qū)塊鏈技術(shù)及其應(yīng)用。當(dāng)前，區(qū)塊鏈技術(shù) 的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)超越了金融領(lǐng)域，并逐步在供應(yīng)鏈、 征信、身份認(rèn)證、公益慈善、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域展開實(shí) 踐。創(chuàng)業(yè)公司如雨后春筍般涌現(xiàn)，烏鎮(zhèn)智庫 2017 年 發(fā)布的《區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》指出，自 2012 年 以來，全球區(qū)塊鏈企業(yè)數(shù)量以超過 65.2 % 的復(fù)合增 長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)。一種樂觀的預(yù)測(cè)認(rèn)為，到 2025 年 之前，全球 GDP 總量的 10 % 將利用區(qū)塊鏈技術(shù)儲(chǔ) 存。據(jù)數(shù)字市場(chǎng)漫記（DMR）估計(jì)，到 2024 年， 區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到 200 億美元。

國(guó)內(nèi)外行業(yè)應(yīng)用現(xiàn) 狀

作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)源地，美國(guó)在區(qū)塊鏈技術(shù) 和應(yīng)用上投入巨大。2017 年，美國(guó)至少有 8 個(gè)州提 出和研究了提升區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的法案。2018 年 2 月，美國(guó)眾議院連續(xù)兩次召開區(qū)塊鏈聽證會(huì)， 探討區(qū)塊鏈技術(shù)的新應(yīng)用。美國(guó)國(guó)務(wù)院強(qiáng)調(diào)通 過區(qū)塊鏈技術(shù)提高透明度，可以解決腐敗、欺詐 或挪用公共采購(gòu)資金的問題。美國(guó)財(cái)政部正在進(jìn) 行試點(diǎn)計(jì)劃，以確定區(qū)塊鏈技術(shù)是否可以用于供 應(yīng)鏈管理，還采取了措施來改善針對(duì)基于區(qū)塊鏈 加密貨幣的“反洗錢 / 打擊恐怖主義融資（AML/ CFT）”的相關(guān)法律，并與金融機(jī)構(gòu)形成公私合 作關(guān)系（PPPs）以共享信息。佛蒙特州的南柏林頓市將試用區(qū)塊鏈技術(shù)，記錄房產(chǎn)交易。加利福 尼亞州立法者已經(jīng)提交了一項(xiàng)法案，如果能夠順 利通過，那么該州的電子記錄法律將會(huì)認(rèn)可區(qū)塊 鏈簽名和智能合約。紐約州電力公司 TransActive Grid 提出了基于區(qū)塊鏈的 P2P 分布式微電網(wǎng)絡(luò)的 新能源概念，通過區(qū)塊鏈建立微電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，提高清潔能源利用率，在區(qū)塊鏈上記錄剩余的電量并通 過智能合約賣給鄰居用戶。

2016 年 1 月，英國(guó)政府發(fā)布了一份名為《分布 式賬本技術(shù)：超越區(qū)塊鏈》的報(bào)告。報(bào)告指出，區(qū) 塊鏈技術(shù)在改變公共和私人服務(wù)領(lǐng)域都有著巨大的 潛力。除了創(chuàng)建一個(gè)基于區(qū)塊鏈的公共平臺(tái)為全民 和社會(huì)提供服務(wù)，英國(guó)政府還計(jì)劃開發(fā)一個(gè)能夠在 政府和公共機(jī)構(gòu)之間使用的應(yīng)用系統(tǒng)。日本政府則 大力支持區(qū)塊鏈和數(shù)字貨幣行業(yè)，建立了首個(gè)區(qū)塊 鏈行業(yè)組織——日本區(qū)塊鏈協(xié)會(huì)（JBA）與區(qū)塊鏈 合作聯(lián)盟。俄羅斯正在大力推動(dòng)區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施建 設(shè)，俄羅斯最大的銀行 Sberbank 與政府合作，用區(qū) 塊鏈轉(zhuǎn)移和保存文件，成為區(qū)塊鏈真實(shí)的應(yīng)用案例。加拿大有一個(gè)龐大的區(qū)塊鏈創(chuàng)業(yè)社區(qū)，匯集了包括 以太坊創(chuàng)始人 Vitalik Buterin 在內(nèi)的一大批區(qū)塊鏈 頂級(jí)人才。加拿大證券管理委員會(huì)（CSA）日前主 動(dòng)地推出了新的“Fintech 沙箱（SandBox）”計(jì)劃， 以促進(jìn)加拿大區(qū)塊鏈行業(yè)的發(fā)展。

區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)源于開源社區(qū)，并在社區(qū)中發(fā)展 壯大，此后逐漸受到金融機(jī)構(gòu)、IT 巨頭等機(jī)構(gòu)的 關(guān)注。例如，以比特幣、以太坊為代表的開源項(xiàng)目 主要以公有鏈為主，打造了區(qū)塊鏈公共平臺(tái)；Linux 基金會(huì)于 2015 年發(fā)起的超級(jí)賬本項(xiàng)目（Hyperledger）則偏重于研究聯(lián)盟鏈技術(shù)。同時(shí)，IBM、微軟 Azure、AWS 等互聯(lián)網(wǎng)國(guó)際巨頭企業(yè)正在極力打造 支持區(qū)塊鏈應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施，區(qū)塊鏈即服務(wù)（Blockchain as a Serveice，BaaS）。

2016 年以來，我國(guó)政府也通過多種形式關(guān)注 和支持區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2016 年 10 月， 工業(yè)和信息化部發(fā)布《中國(guó)區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā) 展白皮書（2016）》[1]，同年 12 月區(qū)塊鏈?zhǔn)状?被作為戰(zhàn)略性前沿技術(shù)、顛覆性技術(shù)寫入國(guó)務(wù)院 “十三五”國(guó)家信息化規(guī)劃，明確提出需加強(qiáng)區(qū)塊 鏈等新技術(shù)的創(chuàng)新、試驗(yàn)和應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)搶占新 一代信息技術(shù)主導(dǎo)權(quán)。中國(guó)人民銀行在 2017 年成 立了數(shù)字貨幣研究所，研究數(shù)字貨幣發(fā)行和支撐該 技術(shù)的商業(yè)運(yùn)作框架。中國(guó)人民銀行的基于區(qū)塊 鏈的數(shù)字票據(jù)交易平臺(tái)于 2017 年初進(jìn)入試運(yùn)行階 段并測(cè)試成功。此外，騰訊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有限公司、 阿里巴巴網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司等國(guó)內(nèi)知名互聯(lián)網(wǎng)公 司也積極布局區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)，全國(guó)另有超過 100 家 區(qū)塊鏈創(chuàng)業(yè)公司，主要瞄準(zhǔn)區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù) 研發(fā)及其在征信、供應(yīng)鏈、資產(chǎn)管理、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)的應(yīng)用。2008—2017 年，我國(guó)區(qū)塊鏈技術(shù)領(lǐng) 域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量全球第一，共遞交 550 份專利申 請(qǐng)；美國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)量全球第二，共遞交 284 份專 利申請(qǐng)。

區(qū)塊鏈面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)

比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)的第一個(gè)成功應(yīng)用。截至 目前，比特幣區(qū)塊鏈系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了 8 年多，除了 有限的幾次分叉，沒有出現(xiàn)重大安全事故，充分顯 示了其強(qiáng)大的穩(wěn)定性和安全性。區(qū)塊鏈技術(shù)目前的 應(yīng)用大多仍集中在金融領(lǐng)域，例如，數(shù)字貨幣、跨 境支付、證券交易、財(cái)產(chǎn)注冊(cè)與認(rèn)證等。然而，其 未來要在金融領(lǐng)域做大規(guī)模推廣應(yīng)用還需要攻克很 多問題，如性能問題、可監(jiān)管性問題等。

在供應(yīng)鏈領(lǐng)域，通過區(qū)塊鏈，供應(yīng)鏈各方可以獲 得一個(gè)透明可靠的統(tǒng)一信息平臺(tái)，實(shí)時(shí)查看狀態(tài)，追 溯物品的生產(chǎn)和運(yùn)送整個(gè)過程，從而提高供應(yīng)鏈管理 效率、降低物流成本。當(dāng)發(fā)生糾紛時(shí)，追查和舉證也 變得更加容易。然而，供應(yīng)鏈管理往往涉及到諸多 實(shí)體，包括物流、資金流、信息流等，這些實(shí)體之 間存在大量復(fù)雜的協(xié)作和溝通，應(yīng)用區(qū)塊鏈進(jìn)行鏈 上鏈下的有效協(xié)同，也存在諸多技術(shù)難題需要攻關(guān)。

在制造業(yè)領(lǐng)域，工業(yè) 4.0 應(yīng)用，可以使用區(qū)塊 鏈來記錄生產(chǎn)過程的每一步，對(duì)于生產(chǎn)過程中的不 同參與者，采用不同的權(quán)限來訪問區(qū)塊鏈，以更加 可靠和安全的方式，為參與者提取相關(guān)信息并確認(rèn) 生產(chǎn)過程中的步驟。但是不同的終端和傳感器要參 與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行協(xié)同和驗(yàn)證，當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)終 端和傳感器計(jì)算能力及存儲(chǔ)很難支撐，而區(qū)塊鏈網(wǎng) 絡(luò)協(xié)同的實(shí)時(shí)性也亟待提高和優(yōu)化。

在能源領(lǐng)域，基于區(qū)塊鏈的微電網(wǎng)絡(luò)，也存在 可擴(kuò)展性問題和驗(yàn)證交易的能源消耗問題等。此外， 由于區(qū)塊鏈自身的存儲(chǔ)能力有限，應(yīng)用于社交、電 子商務(wù)等領(lǐng)域時(shí)，還要考慮大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問題、 交易效率問題等。

當(dāng)前區(qū)塊鏈行業(yè)正高速發(fā)展，區(qū)塊鏈技術(shù)也得 到了越來越多的應(yīng)用。然而，在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，國(guó) 內(nèi)外相關(guān)研究工作仍處于初步階段，區(qū)塊鏈體系結(jié) 構(gòu)、共識(shí)算法、隱私保護(hù)、智能合約、跨鏈交易等 方面的技術(shù)挑戰(zhàn)越來越制約著區(qū)塊鏈技術(shù)及行業(yè)的 發(fā)展。盡快尋找有效方案，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，增強(qiáng)完善區(qū)塊鏈領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)是當(dāng)前區(qū) 塊鏈發(fā)展浪潮中的關(guān)鍵點(diǎn)與“殺手锏”。

（一）區(qū)塊鏈體系結(jié)構(gòu)研究

區(qū)塊鏈體系結(jié)構(gòu)是區(qū)塊鏈系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，但 隨著用戶數(shù)量、系統(tǒng)規(guī)模的不斷增加，其吞吐量低、 交易確認(rèn)時(shí)間長(zhǎng)、共識(shí)節(jié)點(diǎn)接入速度慢、存儲(chǔ)資源 浪費(fèi)等問題愈發(fā)突出，嚴(yán)重影響用戶使用與行業(yè)拓 展。近幾年，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界從區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等 方面開展了一些初步的研究工作。

并行化架構(gòu)：區(qū)塊鏈分片技術(shù)（Sharding）采 用并行化思想，將用戶劃分到不同的網(wǎng)絡(luò)分片內(nèi)， 并行處理不相交的交易集合，進(jìn)而提升整體性能， 但處理涉及不同分片的交易時(shí)，需要經(jīng)過復(fù)雜的跨 分片通信，開銷很大。Plasma 則通過利用側(cè)鏈層次 樹劃分整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，用“分治”來擴(kuò)大交易規(guī)模。

鏈上、鏈下協(xié)同架構(gòu)：閃電網(wǎng)絡(luò)（Lightning Network）以類比特幣區(qū)塊鏈為基礎(chǔ)，提出將交易 過程盡可能放在鏈下，進(jìn)行鏈下快速交易，而鏈上 交易僅用于擔(dān)保與結(jié)算。本質(zhì)上，閃電網(wǎng)絡(luò)并沒有 提升鏈上交易性能，并且鏈下交易環(huán)節(jié)未存儲(chǔ)到區(qū) 塊鏈中，會(huì)影響交易的可追溯性。雷電網(wǎng)絡(luò)（Raiden Network）作為“以太坊版本”的閃電網(wǎng)絡(luò)，可與 Sharding、Plasma 結(jié)合，進(jìn)一步提升交易處理能力。

并行化、鏈上鏈下協(xié)同等新型架構(gòu)為解決區(qū)塊 鏈的性能和資源占用問題提供了新的研究方向，但 是這些研究工作目前還處于相對(duì)早期的階段，很多 具體的問題如并行化架構(gòu)的合理分片、跨片通信、鏈上鏈下協(xié)同的去中心化、可追溯等問題還缺少高 效的算法和機(jī)制。

（二）區(qū)塊鏈共識(shí)算法研究

區(qū)塊鏈共識(shí)算法保證了區(qū)塊鏈系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn) 可以維護(hù)相同的交易內(nèi)容和順序，是區(qū)塊鏈系統(tǒng) 的核心機(jī)制。目前應(yīng)用比較廣泛的、常見的共識(shí) 算法包括工作量證明算法（PoW）、權(quán)益證明算法 （PoS）、股份授權(quán)證明算法（DPoS）以及拜占庭 容錯(cuò)算法（PBFT）[2]，這些算法各有優(yōu)勢(shì)但也都 存在自身的問題（見表 1）。

近年來，為了適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用的需求，一些新型 共識(shí)算法被提出。Algorand 通過密碼抽簽機(jī)制隨機(jī) 選取一組驗(yàn)證者使用優(yōu)化的拜占庭協(xié)議進(jìn)行共識(shí)來提高共識(shí)效率 [3]；Bitcoin-NG 通過工作量證明選取 的領(lǐng)導(dǎo)者發(fā)布交易微塊，一定程度上改善了比特幣 區(qū)塊鏈 PoW 共識(shí)的性能 [4]；Casper 通過鎖定保證 金的驗(yàn)證人下注共識(shí)以提升 PoS 算法實(shí)現(xiàn)的安全性 以及去中心化程度。

表 1 幾種常見的共識(shí)算法對(duì)比

然而，無論是 PoW、PBFT 這些經(jīng)典共識(shí)算法 還是 Algorand、Bitcoin-NG 這些新型算法都面臨“三 難困境”問題，即區(qū)塊鏈系統(tǒng)最多只能同時(shí)優(yōu)化去 中心化、高性能以及安全性三種目標(biāo)中的兩個(gè)，尋 求“三難困境”的最優(yōu)解將是未來的主要研究方向 和技術(shù)挑戰(zhàn)。

（三）區(qū)塊鏈隱私保護(hù)研究

區(qū)塊鏈隱私保護(hù)是為了解決公開的交易信息帶 來的賬戶隱私泄漏問題。目前主要通過直接或間接 隱藏用戶關(guān)鍵信息來實(shí)現(xiàn)，典型的隱私保護(hù)技術(shù)包 括：混幣技術(shù)（CoinJoin）、隱秘地址（Stealth Address）、環(huán)簽名技術(shù)（Ring Signature）[5] 以及 zkSNARKs 零知識(shí)證明算法 [6]。

混幣技術(shù)、隱秘地址以及環(huán)簽名技術(shù)只是間 接隱藏交易涉及的關(guān)鍵信息，在可靠性方面存在不 足；zk-SNARKs 零知識(shí)證明算法雖然屬于直接隱藏 信息，但是其具有“可信賴的公共參數(shù)”以及效率 低下的問題。同時(shí)，量子計(jì)算的不斷發(fā)展對(duì)隱私保 護(hù)研究提出了新的要求，而這些典型的隱私保護(hù)技 術(shù)都不具備抗量子攻擊能力。新提出的 zk-STARKs 零知識(shí)證明算法完全依賴散列和信息理論，解決了 zk-SNARK“可信賴的設(shè)置”問題并具備抗量子攻擊 的能力，但是該研究處于早期階段，技術(shù)還不成熟且 存在證據(jù)過大等缺點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)既能保證高效安全， 還能保證交易關(guān)鍵信息隱藏與交易有效性驗(yàn)證的技 術(shù)方案依然是未來區(qū)塊鏈研究面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。

（四）區(qū)塊鏈智能合約研究

Nick Szabo 于 1996 年首次提出了智能合約的 概念：一個(gè)智能合約是一套以數(shù)字形式定義的約定，包括合約參與方可以在上面執(zhí)行這些約定的協(xié) 議。區(qū)塊鏈為智能合約提供了一個(gè)去中心化、不可 篡改、公開透明的運(yùn)行環(huán)境，使得智能合約無需信 任第三方即可根據(jù)預(yù)設(shè)合約協(xié)議自動(dòng)執(zhí)行。目前針 對(duì)智能合約的研究主要圍繞智能合約虛擬機(jī)、智能 合約升級(jí)、鏈下數(shù)據(jù)可信喂養(yǎng)等方面展開。

智能合約虛擬機(jī)可以分為兩大類：自主可控的 虛擬機(jī)，如以太坊虛擬機(jī)（EVM）；使用現(xiàn)有成熟 的編譯運(yùn)行環(huán)境的虛擬機(jī)，如 Java 虛擬機(jī)（JVM）。使用現(xiàn)有成熟編譯運(yùn)行環(huán)境的虛擬機(jī)運(yùn)行效率較 高，但不可控因素較多，而 EVM 等自主可控的虛 擬機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行效率還存在較大問題。目前的研究 工作主要有 Solidity 編譯器的優(yōu)化、適合智能合約 的 Web 程序集（WASM）執(zhí)行環(huán)境研發(fā)等，上述工 作均處于早期研究階段。

智能合約是現(xiàn)實(shí)世界契約的計(jì)算機(jī)化交易協(xié) 議，在智能合約的開發(fā)過程中，開發(fā)者無法將所有 情況考慮在內(nèi)，當(dāng)鏈上的智能合約沒有按照預(yù)期運(yùn) 行時(shí)，就需要升級(jí)智能合約，并且對(duì)智能合約的行 為作出解釋。Corda 提出將合約法律文本與代碼結(jié) 合存儲(chǔ)于鏈上，當(dāng)合約代碼發(fā)生未預(yù)期的行為時(shí)以 法律文本為準(zhǔn)，但仍缺乏代碼可升級(jí)的靈活性，因 此一套可升級(jí)且可解釋的智能合約完整方案是智能 合約大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

智能合約存在于區(qū)塊鏈空間，與鏈下真實(shí)世界 活動(dòng)相關(guān)聯(lián)是其大規(guī)模應(yīng)用的前提。Oraclize 將智 能合約與 Web API 通過加密證明鏈接起來，使得智 能合約無需額外的信任，即可獲得現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí) 活動(dòng)數(shù)據(jù)；IC3 提出可信數(shù)據(jù)喂養(yǎng)系統(tǒng) Town Crier （TC），通過英特爾最新可信硬件 SGX 向智能合約 提供認(rèn)證可信以及機(jī)密性數(shù)據(jù)。然而，現(xiàn)有的可信 數(shù)據(jù)喂養(yǎng)解決方案靈活性較差，如 Oraclize 需要將 整個(gè) https 請(qǐng)求響應(yīng)返回并且依賴于鏈下的中心化 服務(wù)器，TC 無法支持代碼的更新，需要研究新型 靈活、可信的數(shù)據(jù)喂養(yǎng)方案以滿足智能合約對(duì)鏈外 數(shù)據(jù)的喂養(yǎng)需求。

（五）區(qū)塊鏈跨鏈通信研究

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)被廣泛應(yīng)用于加密數(shù)字貨幣、 資產(chǎn)追蹤、身份管理等領(lǐng)域，產(chǎn)生了很多分立的區(qū) 塊鏈系統(tǒng)，而這些獨(dú)立的區(qū)塊鏈需要相互交易進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化，就需要研究跨鏈通信技術(shù)。解決 跨鏈交易中有效性、可擴(kuò)展性、原子性等問題是當(dāng) 前區(qū)塊鏈跨鏈通信技術(shù)的研究重點(diǎn)。

目前區(qū)塊鏈跨鏈通信技術(shù)研究代表性方案包括 成 對(duì) 通 信、Interledger、Cosmos、Polkadot 等。成 對(duì)通信通過獲取對(duì)方區(qū)塊鏈的區(qū)塊頭與特定交易的 簡(jiǎn)化付款驗(yàn)證（SPV）證明，可在沒有外部參與的 情況下驗(yàn)證跨鏈交易的有效性；Interledger 通過構(gòu) 建連接器，找到一條到接受者的資金轉(zhuǎn)移路徑，資 金在連接器之間轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)跨鏈；Cosmos 利 用 Hub 與 Zone，當(dāng)源 Zone 與目的 Zone 進(jìn)行跨鏈 交易時(shí)，Hub 對(duì) Zone 形成的包進(jìn)行跨鏈轉(zhuǎn)發(fā)；而 Polkadot 的愿景是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)區(qū)塊鏈之間的跨鏈，同 時(shí)事務(wù)可以在不同的區(qū)塊鏈上并行執(zhí)行，從而增加 系統(tǒng)的吞吐量。

上述跨鏈通信方案大多面向跨鏈某一具體場(chǎng)景 且性能較低，如成對(duì)通信僅限于交易存在性驗(yàn)證， Interledger 以及 Cosmos 僅用于跨鏈轉(zhuǎn)賬這個(gè)單一 功能；雖然 Polkadot 支持的跨鏈類型更為豐富，但 是其仍處于非常早期的方案設(shè)計(jì)階段。隨著跨鏈交 易的需求不斷增加，實(shí)現(xiàn)安全、高效且通用性好的 跨鏈技術(shù)方案迫在眉睫。

高通量區(qū)塊鏈

性能問題是制約區(qū)塊鏈技術(shù)未來大規(guī)模應(yīng)用的 重要瓶頸之一。當(dāng)前應(yīng)用廣泛的公有鏈（如比特幣、 以太坊）和聯(lián)盟鏈（如超級(jí)賬本）都無法支持高頻 交易的場(chǎng)景，在吞吐量方面與高頻交易（如支付、 大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)）的實(shí)際需求存在幾個(gè)數(shù)量級(jí)的差距。為了彌補(bǔ)這種差距，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所開 展了高通量區(qū)塊鏈技術(shù)的研究。

不同于已有的很多性能優(yōu)化的工作主要集中在 協(xié)議和算法層面 [2~4]，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究 所高通量區(qū)塊鏈技術(shù)的研究聚焦于底層架構(gòu)層面的 技術(shù)突破，包括區(qū)塊鏈基礎(chǔ)架構(gòu)以及承載區(qū)塊鏈系 統(tǒng)的硬件架構(gòu)。首先，在區(qū)塊鏈基礎(chǔ)架構(gòu)上，通過 構(gòu)建交易圖譜，將原始區(qū)塊鏈切分為很多切片，并行處理不同分片的交易記錄，片內(nèi)共識(shí)使用流水化 技術(shù)優(yōu)化共識(shí)效率，并通過隨機(jī)輪換記賬節(jié)點(diǎn)集合 機(jī)制，在提升效率的同時(shí)保障安全性。對(duì)于跨切 片的交易，設(shè)計(jì)了 InterChain 跨分片通信架構(gòu)（見 圖 1），通過分片網(wǎng)關(guān)和互聯(lián)鏈節(jié)點(diǎn)的協(xié)同實(shí)現(xiàn)交易 的跨分片通信。其次，在硬件架構(gòu)上，針對(duì)現(xiàn)有通 用計(jì)算架構(gòu)效率不足，而專用芯片僅針對(duì)特定算法 應(yīng)用范圍有限的問題，提出支持自定義算法的專用 芯片架構(gòu)（見圖 2），通過抽象各類共識(shí)、驗(yàn)證簽名 算法的計(jì)算內(nèi)核，設(shè)計(jì)基于松耦合計(jì)算內(nèi)核的芯片 架構(gòu)，并利用區(qū)塊鏈算法本身的容錯(cuò)性，簡(jiǎn)化功能 單元設(shè)計(jì)，從而提升計(jì)算通量。

圖 1 InterChain 跨分片通信架構(gòu)

圖 2 高通量區(qū)塊鏈芯片架構(gòu)優(yōu)化

政策建議

當(dāng)前我國(guó)投資界、產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界以及政府 給予了熱炒的區(qū)塊鏈技術(shù)以高度的關(guān)注。然而，很多項(xiàng)目只是披著區(qū)塊鏈的“外衣”，猶如當(dāng)年互聯(lián) 網(wǎng)發(fā)展初期一樣，魚龍混雜。著名信息技術(shù)研究 和顧問機(jī)構(gòu) Gartner 每年都發(fā)布的技術(shù)成熟度曲線 （the hype cycle）顯示，任何一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展必經(jīng) 過 5 個(gè)階段：最初的興起期，熱炒的膨脹期，幻 滅的低谷期，穩(wěn)步的爬升期，以及成熟的實(shí)質(zhì)產(chǎn) 業(yè)期。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等是這樣，區(qū) 塊鏈技術(shù)也不例外。經(jīng)過這兩年熱炒之后的區(qū)塊 鏈技術(shù)，必須經(jīng)過各方面扎實(shí)的技術(shù)研發(fā)、準(zhǔn)備 和鋪墊，才可能大規(guī)模形成產(chǎn)業(yè)，影響社會(huì)進(jìn)步、 經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以及人們的生產(chǎn)生活，最終“飛入尋 常百姓家”。

因此，對(duì)待區(qū)塊鏈技術(shù)，不能盲目跟風(fēng)，需要 理性看待。既要看到區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和可能帶來 的變革，也要認(rèn)識(shí)到當(dāng)前區(qū)塊鏈技術(shù)存在的不足和 挑戰(zhàn)。從技術(shù)層面，要加大區(qū)塊鏈底層和基礎(chǔ)技術(shù) 的研發(fā)和優(yōu)化；從治理層面，要適時(shí)跟進(jìn)制定法律 法規(guī)，創(chuàng)新監(jiān)管模式；從人才層面，要加大交叉學(xué) 科人才培養(yǎng)的力度，補(bǔ)充人才空缺。

（一）應(yīng)重視區(qū)塊鏈底層技術(shù)的研發(fā)

應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到，國(guó)內(nèi)區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)風(fēng)風(fēng)火火 發(fā)展的背后隱藏著區(qū)塊鏈底層技術(shù)研發(fā)投入不足的 現(xiàn)實(shí)。目前，大多數(shù)區(qū)塊鏈項(xiàng)目、區(qū)塊鏈團(tuán)隊(duì)都是 基于比特幣、以太坊、超級(jí)賬本等國(guó)外提出的區(qū)塊 鏈平臺(tái)，或進(jìn)行二次開發(fā)，或直接探索在特定領(lǐng)域、 特定行業(yè)的應(yīng)用。

為了應(yīng)對(duì)上述性能、安全性等區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展 和大規(guī)模應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)，區(qū)塊鏈底層技術(shù)的創(chuàng)新 才是重中之重。應(yīng)該加大在體系結(jié)構(gòu)、共識(shí)算法、 驗(yàn)證簽名機(jī)制、（跨鏈）通信協(xié)議、專屬硬件等方 面的研發(fā)投入，耐心地從底層研發(fā)做起，做到技術(shù) 自主可控， 引領(lǐng)全球區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展。

（二）需要發(fā)展創(chuàng)新監(jiān)管模式

不同于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有專門的運(yùn)營(yíng)單位，可 以作為特定的監(jiān)管對(duì)象，秉承分布式、去中心化思 想設(shè)計(jì)的區(qū)塊鏈應(yīng)用（DAPP）一旦部署，就是所 有自由接入的節(jié)點(diǎn)和參與者共同負(fù)責(zé)，沒有中心化 節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)，不存在某個(gè)特定機(jī)構(gòu)對(duì)其負(fù)責(zé)，這給 區(qū)塊鏈應(yīng)用的監(jiān)管帶來巨大的挑戰(zhàn)。

因此，一方面，國(guó)家在鼓勵(lì)區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用 發(fā)展的同時(shí)，要從立法層面積極跟進(jìn)，引導(dǎo)區(qū)塊鏈 的應(yīng)用方向，規(guī)范區(qū)塊鏈應(yīng)用的審查和部署；另一 方面，要從信息技術(shù)工具層面，加大針對(duì)區(qū)塊鏈平 臺(tái)和應(yīng)用的監(jiān)測(cè)、分析、判別、預(yù)警等信息技術(shù)工 具的研發(fā)投入和力度，引入人工智能、大數(shù)據(jù)、信 息安全等先進(jìn)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)塊鏈平臺(tái)和應(yīng)用 的科技監(jiān)管。

（三）加強(qiáng)交叉學(xué)科人才

智能合約（Smart Contract）是運(yùn)行在區(qū)塊鏈上 的計(jì)算機(jī)程序。區(qū)塊鏈技術(shù)讓人們可以在去中心化 的情況下達(dá)成共識(shí)，而智能合約則決定了可以達(dá)成 什么樣的共識(shí)。換言之，區(qū)塊鏈只是一個(gè)分布式的 記賬方式形成的公共賬本，智能合約則進(jìn)一步結(jié)合 千千萬萬個(gè)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，約定了誰 與誰、在什么情況下記賬，進(jìn)而產(chǎn)生什么樣的賬本。

未來，區(qū)塊鏈體系基礎(chǔ)架構(gòu)搭建完成，在商業(yè) 應(yīng)用場(chǎng)景中，所謂廣泛應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，很大程度 上就是利用區(qū)塊鏈編寫智能合約。參與各方進(jìn)行談 判和協(xié)商，形成合約條款，再編寫計(jì)算機(jī)程序形成 智能合約，并保證準(zhǔn)確無誤，方能部署運(yùn)行。編寫、 審核智能合約需要精通計(jì)算機(jī)通信和其他專業(yè)領(lǐng)域 的大量跨界人才，需要加強(qiáng)這些交叉學(xué)科人才的培 養(yǎng)工作。