区块链分会系列讲座专家观点|郭兵：区块链技术及数字经济应用简介

来源：CIE智库

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引言

       为深入学习贯彻习近平总书记关于区块链技术的重要讲话精神，落实党中央、国务院关于推进区块链技术和产业发展的重要部署，中国电子学会区块链分会于2020年6月30日举办《中国电子学会区块链分会区块链技术和产业创新发展系列讲座》第三期。四川大学计算机学院副院长，中国电子学会区块链分会委员郭兵做了题为《区块链技术及数字经济应用简介》的报告。郭兵教授介绍了区块链的历史、组成、定位、本质等内容，解读了区块链的适用场景、约束条件及其在数字经济方面的应用等，最后展望了区块链技术的未来发展。具体观点如下：

一

区块链技术基本情况

一是区块链概念的提出。1991年3月，美国斯坦福大学博士W. Scott Stornetta与Stuart Haber在《Journal of Cryptology》发表论文《如何为数字文档加盖时间戳》，首次提出区块链架构技术，描述了一种称为“区块链”的数字分级体系，使用数字时间戳进行订购交易。二是电子货币的新构想。2008年11月，中本聪（Satoshi Nakamoto）在密码学网站（metzdowd.com）发表论文《比特币：一种点对点的现金支付系统》，阐述电子货币的新构想，区块链是支持比特币（bitcoin）运行的基础平台。三是区块链平台的建立。2009年1月，中本聪开发支撑比特币运行的区块链平台，发布了比特币客户端的第一版，挖出了第一批50个比特币。四是看待区块链的两种视角。币圈视角：区块链是一种利用哈希算法产生“通证（代币）”的全网信息同步的对等网络（P2P）软件应用，因比特币兴起产生的智能合约、通证、ICO的区块链基础平台；链圈视角：“出身不好，名声不好”，区块链≠比特币，将区块链和比特币分离。

一是区块链定义。一种由多方共同维护，使用密码学保证传输和访问安全，能够实现数据一致存储、难以篡改、防止抵赖的记账技术，也称为分布式账本技术（DLT）。二是复杂集成技术。主要技术包括：分布式计算+密码学+数据库+P2P网络。其中，最重要的两个技术是信息安全和分布式计算。三是分布式计算模式。工信部发布的《中国区块链技术和应用发展白皮书2016》提出：区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。四是区块链本质。通过拜占庭将军问题（Byzantine Generals Problem）来描述。该问题由著名计算机科学家莱斯利•兰伯特（Leslie Lamport）在1982年提出，用来研究分布式对等网络通信容错和分布式系统一致性（Distributed Consensus）问题，问题核心是多方如何在可能存在不可靠节点和不可靠通信的情况下交换信息，达成共识。拜占庭帝国派出10名将军各自带领军队从不同方向围攻一座敌城，至少6支军队同时进攻才能取胜。军队的行动策略限定为进攻或撤退两种，假定消息传递信道是可靠的。由于各将军在地理上是分隔的，只能通过信使互相联系，形成一个网状的点对点复杂通信网络，投票决定进攻或是撤退。另一个关键问题是，一些将军可能是叛徒，会恶意传播虚假消息，或不发消息，破坏一致性协议或者导致错误决策。为快速求解拜占庭将军问题，实现分布式系统的多方共识，中本聪巧妙引入工作量证明（POW，Proof of Work）机制，在节点中随机选取一个记账节点，增加消息发布的成本，一段时间内只允许一个记账节点可以广播消息；同时，引入非对称加密技术，能够确认发送者身份，使签名不可伪造、篡改。区块链构建在点对点网络（P2P）上，使用非对称加密的数字签名和共识算法，保证区块链系统无须信任单个节点，不必关心参与者是否可信，也无须借助第三方机构担保，却能达成一致性共识，创建可信任网络。在互联网相对不可信或者弱信任的环境下（数据/身份/交易的不可信），区块链采用技术手段建立多方交易之间的信任关系，建立一个信息对称情况下支撑的可信体系，大大降低信任建立成本，这正是区块链的精髓。

管理（技术）架构从中心化到去中心化，主要有四种模式。一是现有系统。主要特征包括：单方管理、集中存储、集中部署、CFT共识机制、数据分级访问）、用户账户、节点静态加入、性能是首位、集权制等。二是私有链。主要特征包括：单方管理、部分超级节点记账（多方存储）、多方验证、PBFT/RAFT共识机制、数据受控共享（有限透明）、用户账户、节点限制加入、性能和安全均衡、代表制等。三是联盟链。主要特征包括：多方（弱中心）管理、部分超级节点记账（多方存储）、多方验证、记账节点和存储节点及监管节点分离、PBFT/RAFT共识机制、数据可控共享（有限透明）、用户账户（CA身份认证）、节点许可加入、安全和性能均衡、代表制等。四是公有链。主要特征包括：无中心管理、全网记账（全网存储）、多方验证、POW/POS共识机制、数据全共享（公开透明）、无用户账户、节点自由加入、安全是首位、普选制等。

二

区块链的一些典型应用

一是“五大领域”。包括：数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等领域。二是“区块链+民生”。包括：教育、就业、养老、精准脱贫、医疗健康、商品防伪、食品安全、公益、社会救助、智慧城市、司法存证等领域。三是“数字经济”。包括：解决数据安全、隐私、共享、可持续发展等问题，打通产业链、价值链、区块链、数据资产价值链、应用链、创新链，加快区块链与人工智能、大数据、物联网的融合，构建数字经济牵引的区块链产业生态。

一是需求背景。需要用户在无可信中介、相互信任的场景下实现可信的业务协作和价值传输。多主体、无中心、高价值、低吞吐的场景亟需重构信任关系，是未来区块链应用落地的主要场景。第一，目前绝大部分互联网平台中的庞大业务数据基本被中心化的第三方所独占，如云服务、电商、社交等平台，真正的参与者、数据产生者反而无法获取及运用这些数据。上述问题已经逐渐成为限制当前互联网价值交换系统与多种互联网+产业发展的枷锁，因此减弱第三方对于价值交换的中心化控制十分必要。第二，由于电子数据易删、易改、易复制等特性，现有网络安全技术难以保障互联网上高价值数据的高效安全、有序流通，因此互联网上的价值交换依然依赖于专用金融手段完成最终的价值转移。此外，因为数据产权的原因，数据仍以国家或者机构为界，形成孤岛，数据之间难以形成协同效应。第三，由于互联网的不断发展，个人、机构之间多方业务协作的需求不断涌现，但许多业务场景存在无中心、弱信任，或有中心、信任能力和服务效率不足，存在中心化管理、信任成本高、数据隔离等问题，导致业务协作开展困难。

二是主要约束条件。包括：第一，技术约束条件。区块链通过降低效率换取信任，多方共识、存储与验证，增加系统的复杂性和成本，拉低系统性能，面向业务环境的低信任、低并发量（交易吞吐量）、非实时（交易确认时间）等特点，实现安全、性能和可扩展性（网络节点数量规模）的均衡。第二，联盟链应用模式具体设计。在建链方面，采用可扩展性设计，像微信建群一样灵活方便，根据应用需求，数据上链、代码上链，优化设计联盟块链功能、架构、接口、与业务系统关系等，满足业务场景要求，以技术复杂性换来管理简化，发挥联盟链技术的应用价值和优势。

一是技术方案问题。现有的区块链技术只是为比特币、以太坊等数字货币设计的应用解决方案，需要发行代币和挖矿，只能满足币圈等公有链的应用场景需要，需要跳出“比特币+区块链”的发展范式，进一步技术改进和创新，突破区块链的关键技术，建立区块链的标准和规则体系，才能满足实际应用中的高通量、大规模并发等需求。目前技术成形，但不成熟，可以大规模应用。

二是应用场景问题。将目前区块链技术成功的比特币、以太坊等数字货币技术方案，简单地移植到其它商业应用场景并不合适，需求和技术架构有很大不同，管理流程、规则和利益格局也需要调整。

三是二者适配问题。“双轮驱动”，搞清楚区块链技术的核心和不同应用场景差异，针对联盟链场景，需要继续研究其应用模式、功能、架构、关键技术、接口和开发/运行平台，做到系统开发、部署和使用简单易行，更加廉价、高效和鲁棒。

数字经济是指以数字化知识和信息为关键生产要素、以现代信息网络为重要载体、以信息通信技术的有效使用为效率提升和经济结构优化的重要推动力的一系列经济活动，是以新一代信息技术和产业为依托，继农业经济、工业经济之后的新经济形态。数字经济可分为三个层次：提供核心动能的信息技术及其装备产业、深度信息化的各行各业，以及跨行业数据融合应用的数据增值产业。当前，数字经济正处于成型展开期，将进入信息技术引领经济发展的爆发期。区块链是构建数字社会基础设施的关键技术，从算法、时间和空间三个维度，区块链的高度防篡改性是构建数字社会信任的基石。

一是数据银行模式。跨域（指管理域）的数据交换与共享是一个核心的关键的问题，基于银行货币资产的管理与运营模式，以保护用户数据的所有权、管理权、使用权和收益权为核心，建立大数据资产的管理与共享服务系统，实现数据的所有权、管理权和使用权的“三权分置”，构造数据确权、汇聚、存储、托管、共享与增值应用的第三方中介综合服务平台，作为可配置的数据资源共享池（DaaS服务），主要采用数据服务模式开展数据资产化的增值服务，属于一种大数据的共享经济平台。

二是数据银行功能。主要包括：数据汇聚、存储、清洗（过滤、整理）、管理、可视化分析与挖掘、数据增值服务接口、数据溯源与确权、数据服务计价、数据收益结算、数据版权与信息安全保护等。

该系统在四川绵阳、山东临沂，宁夏银川，湖南长沙等地区成功应用，将种植户、养殖户、经销商、消费者、政府部门等全部上链，溯源数据公开透明，全链共同监管，对水果、猪肉、羊肉等监管和溯源起到重要作用。该系统架构为“区块链+原有系统”：将各省原系统链接起来，各省作为一记账节点；通过原有系统对负责片区数据收集；将数据上传至区块链平台并记录于区块链上；各节点共同维护全国供应链。

三

面向人工智能应用的区块链基础平台IOVP

人工智能（AI）的发展阶段大致可以划分为三个。一是传统AI。1956-1986年，主要突破在于逻辑推理、定理证明、专家系统、自然语言处理等。二是演进AI。1986-2016年，主要解决神经网络、深度学习、模式识别等问题。三是新一代AI。2016年-未来，主要有五大方向：大数据智能、跨媒体智能、群体智能、混合增强智能、自主智能系统；四个层面：基础理论、支撑体系、关键技术、创新应用。现有云平台、分布式计算模式难以满足新一代AI的需求，构建面向人工智能应用的区块链基础平台IOVP主要解决三个问题：一是数据共享，缺乏支撑大数据智能理论的开放共享大数据基础设施；二是算力汇聚，满足人工智能计算需要的分布式与并行计算能力不足；三是算法认证，人工智能算法和数据的安全认证与监管问题亟待解决。

四

区块链技术的一些未来挑战

大规模的区块链商业应用，未来会面临这样一些挑战：一是作为一种分布式计算模式问题。该模式的目的是创造信用，但是模式的功能、架构、技术和接口范式不清晰，缺乏可扩展性：从公有链到私有链、联盟能，两个分离（计算与存储分离，上链数据与区块数据存储分离），技术快速发展，许多标准也未定。二是云链混合模式问题。云计算主要是一种资源相对中心化的分布式处理模式，目的是弹性，提高资源的利用率，与区块链如何融合和发展？三是链上数据可控共享问题。区块链上的数据既需要公开、共享，又要安全保护，如何平衡？如Fabric平台的Channel技术。四是链上与链下结合问题。链上（包括上链数据和区块链数据）与链下数据的绑定、协同和验证问题（真实性、一致性），需要从法律、技术等角度来解决。

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