我國區(qū)塊鏈發(fā)展趨勢與思考
鄭志明* 邱望潔
（北京航空航天大學，北京100191）
摘要：區(qū)塊鏈是人類歷史上首次構(gòu)建的可信系統(tǒng)，其核心功能是提升各個緯度的治理能力。近日黨中央將區(qū)塊鏈定位為核心技術自主創(chuàng)新的重要突破口以及推進國家治理能力現(xiàn)代化的有效工具。本文將概述國內(nèi)外區(qū)塊鏈技術的發(fā)展歷史，分析我國區(qū)塊鏈發(fā)展面臨的核心風險以及應對策略，并對我國區(qū)塊鏈技術的發(fā)展提出一些建議。
關鍵詞：自主創(chuàng)新；可信系統(tǒng)；國家治理體系；分布式系統(tǒng)
1 區(qū)塊鏈發(fā)展概述
區(qū)塊鏈作為點對點網(wǎng)絡、密碼學、共識機制、智能合約等多種技術的集成系統(tǒng)，提供了一種在不可信網(wǎng)絡中進行信息與價值傳遞交換的可信通道，憑借其獨有的信任建立機制，與云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術、新應用交叉創(chuàng)新，融合演進成為新一代網(wǎng)絡基礎設施，重構(gòu)數(shù)字經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)生態(tài)。2019年10月24日，習近平總書記在中央政治局第十八次集體學習時強調(diào)“我們要把區(qū)塊鏈作為核心技術自主創(chuàng)新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關鍵核心技術，加快推動區(qū)塊鏈技術和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展?！眳^(qū)塊鏈是人類歷史上首次構(gòu)建的可信系統(tǒng)，其核心功能是提升各個緯度的治理能力，這也是需要我們深刻理解和準確把握習近平總書記在十九屆四中全會之前組織中共中央政治局集體學習區(qū)塊鏈的重大意義。
探尋區(qū)塊鏈技術的起源，比特幣是無法回避的話題。區(qū)塊鏈作為一種底層技術，它的出現(xiàn)最早可以追溯到比特幣系統(tǒng)中。2008年一個筆名為中本聰?shù)膶W者（或團隊）發(fā)布了名為《比特幣——一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》[1]的文章，比特幣作為一種基于分布式可信系統(tǒng)建立的數(shù)字資產(chǎn)就此誕生。與大多數(shù)貨幣不同，比特幣并非依靠特定機構(gòu)發(fā)行，而是依據(jù)特定算法，通過大量的計算產(chǎn)生。比特幣經(jīng)濟使用整個對等網(wǎng)絡中眾多節(jié)點構(gòu)成的分布式數(shù)據(jù)庫來確認并記錄所有的交易行為，并使用密碼學技術來確保數(shù)字資產(chǎn)流通過程中各個環(huán)節(jié)的安全性。2009年“區(qū)塊鏈本征技術—分布式可信系統(tǒng)”研討會在北京召開，會議通過《軟件可信性動力學特征及其演化復雜性》[2]一文揭示了分布式可信軟件系統(tǒng)的動態(tài)復雜性，探討了構(gòu)建分布式可信系統(tǒng)的基本科學問題和建立系統(tǒng)可信性的度量理論等。
從2008年比特幣問世至今，區(qū)塊鏈的發(fā)展大體可以分為三個時期，其應用范疇已經(jīng)從最初的數(shù)字貨幣或資產(chǎn)擴展至現(xiàn)今社會經(jīng)濟生活的方方面面。其中1.0階段以比特幣等數(shù)字資產(chǎn)為典型代表，2.0階段以智能合約的應用為典型特征，而3.0階段以可編程社會為核心特征，當前正處于2.0高級階段，區(qū)塊鏈仍主要以小規(guī)模局部應用為主，真正的行業(yè)級和生態(tài)級落地還很少。等達到3.0階段，區(qū)塊鏈將成為社會治理工具，以基于規(guī)則的可信智能社會治理體系為典型特征，將實現(xiàn)社會治理模式從基于傳統(tǒng)信息化技術輔助的階段進入基于區(qū)塊鏈秩序的法治階段。
當前區(qū)塊鏈技術現(xiàn)狀是，國外以區(qū)塊鏈基礎技術平臺或操作系統(tǒng)的研發(fā)為主，國內(nèi)以區(qū)塊鏈的應用開發(fā)為主。我國企業(yè)應用開發(fā)主要依賴國外開源社區(qū)的成果，尚未出現(xiàn)自主可控的區(qū)塊鏈底層架構(gòu)。根據(jù)中國信息通信研究院于2018年10月發(fā)布的《可信區(qū)塊鏈標準測試情況通報》，有一半的測試廠商使用了IBM主導的超級賬本（Hyperledger）區(qū)塊鏈底層平臺。同以往的信息技術不同，以規(guī)則治理為特征的區(qū)塊鏈技術具有很強的擴張性。因此，推動我國區(qū)塊鏈技術和產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的核心目標首先是亟需超前布局自主可控的底層平臺和基礎技術的自主創(chuàng)新。
2 區(qū)塊鏈技術與理論解析
區(qū)塊鏈技術本質(zhì)上是一種分布式可信系統(tǒng)，下一代區(qū)塊鏈核心技術研究包括共識算法優(yōu)化平衡、安全與隱私保護、合約可信性、可擴展性和跨鏈技術等五個方向，分別對應分布式計算理論、密碼學理論、軟件可信性理論、異構(gòu)系統(tǒng)交互理論和運籌和并行理論體系。只有從基礎理論開始原始創(chuàng)新我國自主安全可控的區(qū)塊鏈平臺，我們才能掌握全球范圍內(nèi)區(qū)塊鏈技術和標準的話語權(quán)，實現(xiàn)理論—技術—工程—平臺—標準一體化的區(qū)塊鏈分布式可信主權(quán)體系。
2.1 共識優(yōu)化平衡
區(qū)塊鏈共識機制的目標是使所有的誠實節(jié)點保存一致的區(qū)塊鏈視圖，同時滿足兩個性質(zhì)：一是一致性，所有誠實節(jié)點保存的區(qū)塊鏈的存量部分完全相同；二是有效性，由某誠實節(jié)點發(fā)布的增量信息終將被其他所有誠實節(jié)點記錄在自己的區(qū)塊鏈中。區(qū)塊鏈上采用不同的共識機制，在滿足一致性和有效性的同時會對系統(tǒng)整體性能產(chǎn)生不同影響。我們可以從以下3個維度來評價各共識機制的技術水平：（1）安全性，是否有能力抵御住來自于擁有一定資源和影響力的參與者的攻擊；（2）可擴展性，即節(jié)點越多，整個系統(tǒng)處理事務的能力越大；（3）分布式程度，即節(jié)點的接入門檻和權(quán)利。共識機制存在三元悖論，即：在一個區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，可擴展性、分布式程度和安全性三者不可兼得，最多得其二。因此，如何在三元問題中找到平衡是設計下一代共識機制的關鍵。
2.2 安全與隱私保護
在公有鏈中，需要對交易數(shù)據(jù)、地址、身份等敏感信息進行保護，同時又能讓記賬節(jié)點驗證交易的合法性；對于聯(lián)盟鏈，在構(gòu)建隱私保護方案的同時，需考慮可監(jiān)管性/授權(quán)追蹤。我們可以通過采用高效的零知識證明、承諾、證據(jù)不可區(qū)分等密碼學原語與方案來實現(xiàn)交易身份及內(nèi)容隱私保護；基于環(huán)簽名、群簽名等密碼學方案的隱私保護機制、基于分級證書機制的隱私保護機制也是可選方案；也可通過采用高效的同態(tài)加密方案或安全多方計算方案來實現(xiàn)交易內(nèi)容的隱私保護；還可采用混幣機制實現(xiàn)簡單的隱私保護[3]。
2.3 合約可信性
智能合約是區(qū)塊鏈描述業(yè)務場景核心邏輯的預言，合約可信性已成為區(qū)塊鏈技術發(fā)展和應用的重要趨勢和必然選擇，而合約可信性建模已成為構(gòu)造可信區(qū)塊鏈的先決條件和必要手段。為了探討和闡明合約可信性的基本科學問題、建立合約可信性度量的理論基礎，可以結(jié)合動力系統(tǒng)的基本思想探討合約可信性及其演化規(guī)律，研究在各種內(nèi)部和外部因素作用下合約可信性演化的動力學機制，并建立相應的動力學模型，從而可以認為智能合約系統(tǒng)的可信性是區(qū)塊鏈在動態(tài)開放環(huán)境下其行為的統(tǒng)計特性。通過建模分析，可以說明合約可信屬性的極限演化行為與動力系統(tǒng)特征的對應關系，從而詮釋智能合約的動力學特征及其演化復雜性。另一方面，我們可以利用動力學統(tǒng)計分析方法給出合約可信性統(tǒng)計指標的不變測度評測方法和合約不可信的動力學判據(jù)[4]。
2.4 可擴展性
區(qū)塊鏈（特別是公鏈）想要真正做到深度的應用和普及，關鍵要解決交易的吞吐率和交易速率問題，我們稱之為“可擴展性”?？蓴U展性旨在分布式賬本協(xié)議的基礎上，對整體進行性能效率的提升、擴容或功能性上的擴充，主要包括分片擴展和分層擴展技術：（1）分片擴展。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡由主鏈和分片鏈組成，分片鏈上交易處于自身的獨立空間中，其核心思路是每個節(jié)點只需要處理片區(qū)內(nèi)的交易，而不是全網(wǎng)交易；（2）分層擴展。狀態(tài)通道是一種分層技術，其核心思想是：允許執(zhí)行脫鏈交易，在一個狀態(tài)通道內(nèi)發(fā)生的事情仍然保持著非常高的安全性和最終性，如果出現(xiàn)任何問題，仍然可以選擇回溯到主鏈上進行仲裁。
2.5 跨鏈技術
區(qū)塊鏈是一類分布式總賬。一條區(qū)塊鏈就是一個獨立的賬本，兩條不同的鏈如同兩個賬本沒有關聯(lián)，因此本質(zhì)上價值沒有辦法在賬本間轉(zhuǎn)移，但是對于具體的某個用戶，用戶在一條區(qū)塊鏈上存儲的價值，要求能夠轉(zhuǎn)移為另一條鏈上的價值，這就是跨鏈資產(chǎn)流通?？珂溬Y產(chǎn)流通能讓價值跨越鏈與鏈之間的障礙，進行直接的流通?？珂湵举|(zhì)上和貨幣兌換是一樣的，跨鏈并沒有改變每條鏈上的價值總額，只是在不同的持有人之間進行了一個兌換而已。進一步地，跨鏈分布式事務是指，事務的多個步驟分散在不同的區(qū)塊鏈上執(zhí)行且要求保證事務的一致性。這是對跨鏈資產(chǎn)流通的一種擴展，將資產(chǎn)交換的行為擴展成任意行為。而跨鏈分布式事務使得跨鏈智能合約成為了可能，一個智能合約可以在多個不同的區(qū)塊鏈上執(zhí)行，或者全部執(zhí)行完畢，或者全部退回執(zhí)行前的狀態(tài)?？珂溨悄芎霞s將打破鏈之間的信息孤島效應，大幅擴張區(qū)塊鏈的應用場景。
3 區(qū)塊鏈發(fā)展的風險與應對
目前，我國區(qū)塊鏈技術發(fā)展現(xiàn)狀是專利多論文代碼少，沒有自主安全可控底層平臺，沒有軟硬件一體化平臺，將直接導致區(qū)塊鏈核心技術受制于人的技術風險、國外開源平臺搶占金融市場的金融風險以及國外開源平臺滲透我國實體和虛擬經(jīng)濟的經(jīng)濟風險。這里我們以Libra平臺為例進行分析，同時給出相應的應對策略。
全球社交巨頭Facebook的加密貨幣項目Libra于2019年6月18日發(fā)布白皮書。Libra的使命是：一方面構(gòu)建一種簡單且無國界的數(shù)字貨幣，另一方面構(gòu)建一套為數(shù)十億人服務的金融基礎設施。Libra所構(gòu)建的普惠金融體系可以總結(jié)為三大要素：（1）Libra建立在安全、可擴展和可靠的區(qū)塊鏈基礎上，從技術層面上看，Libra沿用了區(qū)塊鏈發(fā)展至今較為成熟的現(xiàn)有技術；（2）Libra不同于沒有內(nèi)在價值的比特幣等數(shù)字貨幣，其內(nèi)在價值依托于一攬子儲備金融資產(chǎn)，具有低波動性的特點；（3）Libra由獨立的Libra協(xié)會治理，該協(xié)會的任務是區(qū)塊鏈平臺的運營、儲備管理以及Libra金融生態(tài)系統(tǒng)的推廣，目前Libra是一個多中心化的許可性網(wǎng)絡平臺，并且按照其發(fā)展規(guī)劃未來將過渡為去中心化的非許可性網(wǎng)絡平臺。歸根到底，Libra的最終目標可以歸結(jié)為“一條鏈，一種幣和一個智能合約平臺”，鏈作為基礎操作系統(tǒng)，幣作為支付手段，而智能合約平臺用于構(gòu)建生態(tài)應用。
目前，絕大部分業(yè)內(nèi)人士將Libra解讀為一個開放、即時和低成本的全球性貨幣體系。對于我國而言，Libra因其成本低、時間短、效率高、覆蓋面更廣的特點，可能會挑戰(zhàn)我國現(xiàn)行貨幣政策：（1）在我國外匯管理的一個基礎要求是強調(diào)外匯交易要有真實的交易背景，而Libra平臺不能給出真實性判斷；（2）非法跨境資本流動可能增加；（3）Libra錨定美元等主權(quán)貨幣，Libra的推廣將同時為美元附能，強化美元的統(tǒng)治地位；（4）擠壓人民幣國際化的空間；（5）可能會擴展美國長臂管轄的范圍，Libra具有50%的美元儲備，美元的長臂管轄將跟隨Libra大幅擴展；（6）擠占全球跨境小額匯款業(yè)務。
目前，大家對于Libra的擔憂主要集中在對我國的貨幣政策的挑戰(zhàn)，而我們還有一些更深層次的擔憂。我們注意到Libra不但構(gòu)建了一種數(shù)字貨幣，而且構(gòu)建了一套智能合約平臺，而一個圖靈完備的智能合約平臺意味著Libra平臺能夠像windows系統(tǒng)、安卓系統(tǒng)一樣構(gòu)建任意的應用，覆蓋任何的行業(yè)及業(yè)務?，F(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)在我國發(fā)展較快，我國的信息化程度較高，幾乎所有行業(yè)都離不開信息系統(tǒng)，如果這些行業(yè)的信息系統(tǒng)被Libra平臺所替代，那么后果將不堪設想。因此，我們認為不能簡單地將Libra解讀為一種支付和清算結(jié)算工具，而應該看到Libra未來足以支持任何形式的跨國跨境、跨行業(yè)跨領域、多類型（B2B、B2C、C2C）的經(jīng)濟活動。我們要警惕的是，近乎所有的虛擬經(jīng)濟都有可能遷入Libra平臺，同時實體經(jīng)濟的相當一部業(yè)務流程亦有可能借助于Libra平臺部署業(yè)務系統(tǒng)。經(jīng)濟是我國發(fā)展的首要任務，Libra平臺可能搶占我國經(jīng)濟發(fā)展的信息化與支付業(yè)務，從而使我國的經(jīng)濟運行在一個不受監(jiān)管和控制的平臺之上。
如果說Libra是美國和美元意志的全球延伸，那么自主可控安全的區(qū)塊鏈則是我國國家意志的全球延伸。互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了信息互聯(lián)、人人互聯(lián)和萬物互聯(lián)幾個階段，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期，美國推出因特網(wǎng)并使之成為了國際標準，以此掌握了互聯(lián)網(wǎng)世界的話語權(quán)，至今全球均在因特網(wǎng)的標準體系之上發(fā)展新一代信息產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)階段全球正處于價值互聯(lián)時代初期，區(qū)塊鏈構(gòu)建的是服務于實體經(jīng)濟和虛擬經(jīng)濟的價值互聯(lián)網(wǎng)，在這一輪競爭中，我國應盡早推出自主可控安全的區(qū)塊鏈，并以此作為主鏈，同時推出區(qū)塊鏈國際和國內(nèi)的技術標準、接口標準、應用標準等系列標準，體現(xiàn)國家意志和治理規(guī)則，通過技術標準和應用標準規(guī)范和約束國內(nèi)區(qū)塊鏈的開發(fā)和應用，通過接口標準實現(xiàn)主鏈與各應用平臺之間的無縫連接，最終實現(xiàn)“以鏈融鏈、以鏈治鏈”目標。在推出主鏈的同時，我們也需要考慮推出服務于“一帶一路”戰(zhàn)略的國家之間的聯(lián)盟鏈，國家聯(lián)盟鏈旨在從技術角度得到“一帶一路”沿線國家的信任，基于共商共建共享的模式，從技術維度上實現(xiàn)人類命運共同體，實現(xiàn)國際權(quán)力觀、共同利益觀、可持續(xù)發(fā)展觀和全球治理觀的國家共識。
4 區(qū)塊鏈與國家治理能力現(xiàn)代化
習近平總書記強調(diào)“要推動區(qū)塊鏈和實體經(jīng)濟深度融合”等七個“要”，為我國如何發(fā)展和應用區(qū)塊鏈技術指明了方向，對區(qū)塊鏈與各種實際應用場景深度融合作出了部署，我們可以將區(qū)塊鏈的應用價值歸結(jié)為促進數(shù)據(jù)共享、優(yōu)化業(yè)務流程、降低運營成本、提升協(xié)同效率、建設可信體系五項共性作用。從地方省市來講，可以結(jié)合七個“要”和省市實際情況，以某一個生態(tài)或產(chǎn)業(yè)作為切入點，帶動和促進其他領域生態(tài)應用的良性發(fā)展。
我們必須看到，黨中央之所以高度重視區(qū)塊鏈技術，是因為看重了它在實體經(jīng)濟、民生領域以及國家治理方面的應用前景。這也為各級政府部門在結(jié)合“區(qū)塊鏈”進行區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、民生服務提升、政府治理升級等方面規(guī)劃了具體目標。各級政府部門應對照七個“要”，讓市場的“無形之手”發(fā)揮決定性作用，更好地發(fā)揮政府“有形之手”作用，推動相關資源流向技術研發(fā)和實際應用，引導人才、資金、項目、數(shù)據(jù)等流向能夠?qū)嶋H提升生產(chǎn)效率、加快新舊動能接續(xù)轉(zhuǎn)換的領域，流向切實改善民生服務和公共服務水平、提高人民群眾獲得感的領域，流向真正促進智慧城市建設、推動政府數(shù)據(jù)共享的領域。
我們要努力利用區(qū)塊鏈提升社會治理水平。區(qū)塊鏈中的共識機制、智能合約，能夠打造透明可信任、高效低成本的應用場景，構(gòu)建實時互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、聯(lián)動協(xié)同的智能化機制，從而優(yōu)化政務服務、城市管理、應急保障的流程，提升治理效能。例如，依托區(qū)塊鏈建立跨地區(qū)、跨層級、跨部門的監(jiān)管機制，有助于降低監(jiān)管成本，打通不同行業(yè)、地域監(jiān)管機構(gòu)間的信息壁壘。當審計部門、稅務部門與金融機構(gòu)、會計機構(gòu)之間通過區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)審計數(shù)據(jù)、報稅數(shù)據(jù)、資金數(shù)據(jù)、賬務數(shù)據(jù)的共享，數(shù)據(jù)造假、逃避監(jiān)管等問題將得到有效解決。
5 我國區(qū)塊鏈發(fā)展展望
習近平總書記已經(jīng)給我們指明了區(qū)塊鏈技術在我國的發(fā)展方向。習近平總書記提出要加快推動區(qū)塊鏈技術和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，積極推進區(qū)塊鏈和經(jīng)濟社會融合發(fā)展，而要實現(xiàn)兩個發(fā)展，關鍵在于兩點：
一是區(qū)塊鏈技術核心技術突破。區(qū)塊鏈技術是目前我國和歐美差距最小的技術，所以習近平總書記特別強調(diào)在這個新興領域我國要走在理論最前沿、占據(jù)創(chuàng)新制高點、取得產(chǎn)業(yè)新優(yōu)勢。要推動協(xié)同攻關，加快推進核心技術突破，為區(qū)塊鏈應用發(fā)展提供安全可控的技術支撐。目前區(qū)塊鏈技術大多數(shù)停留在概念炒作階段，很多業(yè)務場景單純?yōu)榱藚^(qū)塊鏈而區(qū)塊鏈。目前為止我國還沒有人能在全球范圍內(nèi)解決三元悖論等核心技術困境，因此我們必須回歸基礎理論和核心技術，通過長期潛心研究，才能取得重大突破。事實上，習近平總書記對區(qū)塊鏈技術理論技術和后續(xù)的應用發(fā)展提出了非常高的要求，做好區(qū)塊鏈基礎理論研究，著力攻克一批關鍵核心技術，真正把技術研發(fā)的擔子挑起來，是當前區(qū)塊鏈發(fā)展的關鍵。
二是提升國際話語權(quán)和規(guī)則制定權(quán)。從上文中我們可以看到，不同于以往的信息技術，區(qū)塊鏈技術具有很強的擴張性，或者叫侵略性，它的規(guī)則或者話語權(quán)決定了它的影響范圍，因為每一個上鏈開展業(yè)務的個體或機構(gòu)必須服從區(qū)塊鏈所定的規(guī)則，無論中外均是如此。舉個例子，大家使用windows系統(tǒng)時必須要服從windows的規(guī)則，但是windows只是為用戶規(guī)定了信息交互的規(guī)則，這對我們來說是可以接受的，而區(qū)塊鏈則規(guī)定了產(chǎn)業(yè)治理規(guī)則，區(qū)塊鏈的治理規(guī)則憑借其分布式特征，其影響力可迅速超越國界和地域限制。
為了實現(xiàn)上述兩點，我們要加強人才隊伍建設，建立完善人才培養(yǎng)體系，打造多種形式的高層次人才培養(yǎng)平臺，培育一批領軍人物和高水平創(chuàng)新團隊。區(qū)塊鏈作為架構(gòu)性創(chuàng)新技術，對復合型人才需求巨大，要求從事者掌握涉及密碼學、信息科學、基礎數(shù)學等多種專業(yè)技術知識。發(fā)展區(qū)塊鏈，必須加強學科深度交叉融合的人才隊伍建設，從基礎研究、應用研發(fā)、產(chǎn)業(yè)融合等方面前瞻和系統(tǒng)性地建立人才培育體系。
參考文獻
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作 者 簡 介
鄭志明 北京航空航天大學教授，中國科學院院士，國家新一代人工智能群體智能專題組長，軟件開發(fā)環(huán)境國家重點實驗室主任和數(shù)學、信息與行為教育部重點實驗室主任。在我國最早提出區(qū)塊鏈分布式可信系統(tǒng)模型，提出了區(qū)塊鏈三元優(yōu)化平衡策略。曾獲國家技術發(fā)明獎一等獎、何梁何利科技進步獎、教育部自然科學一等獎和國防技術發(fā)明一等獎等。
