摩達推薦:《區塊鏈白皮書(2019年)》(第一期)

作者:摩達法律策略研究院  時間:2019-11-13  分類:區塊鏈Blockchain新聞  

  2019

  《區塊鏈白皮書》

  中國信息通信研究院

  小編按語

  日前,中共中央政治局就區塊鏈技術發展現狀和趨勢進行第十八次集體學習。中共中央總書記習近平在主持學習時強調,區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起著重要作用。

  為加快推動區塊鏈技術和產業創新發展,中國信息通信研究院(以下簡稱中國信通院)對國內外行業發展狀況重新進行了整理分析,闡述了區塊鏈技術近期的演變和發展趨勢,梳理了區塊鏈的應用邏輯和落地實踐,分析了當前國內外區塊鏈在產業、應用方面的最新形勢和發展機遇,剖析了區塊鏈的監管挑戰, 并提出相應政策建議。

  小編將分三期推送關于中國信通院《區塊鏈白皮書(2019)》的內容,敬請期待!

  一、 區塊鏈技術發展現狀及趨勢

  區塊鏈(Blockchain)是一種由多方共同維護,使用密碼學保證傳輸和訪問安全,能夠實現數據一致存儲、難以篡改、防止抵賴的記賬技術,也稱為分布式賬本技術(Distributed Ledger Technology)。

  典型的區塊鏈以塊-鏈結構存儲數據。作為一種在不可信的競爭環境中低成本建立信任的新型計算范式和協作模式,區塊鏈憑借其獨有的信任建立機制,正在改變諸多行業的應用場景和運行規則,是未來發展數字經濟、構建新型信任體系不可或缺的技術之一。各類區塊鏈雖然在具體實現上各有不同,但在功能架構存在共性。以下將區塊鏈的功能架構劃分為基礎設施、基礎組件、賬本、共識、智能合約、接口、應用、操作運維和系統管理等模塊,同時闡述了區塊鏈即服務(Blockchain as a Service, BaaS)的架構。

  (一) 技術架構現狀

  1.區塊鏈功能架構保持穩定

  2018 年,中國信通院發布的《區塊鏈白皮書(2018)》中給出了一種通用型的區塊鏈系統技術架構,將區塊鏈系統劃分為基礎設施、基礎組件、賬本、共識、智能合約、接口、應用、操作運維和系統管理九部分。

  其中,基礎設施層為上層提供物理資源和計算驅動,是區塊鏈系統的基礎支持;基礎組件層為區塊鏈系統網絡提供通信機制、數據庫和密碼庫;賬本層負責交易的收集、打包成塊、合法性驗證以及將驗證通過的區塊上鏈;共識層負責協調保證全網各節點數據記錄一致性;智能合約層負責將區塊鏈系統的業務邏輯以代碼的形式實現、編譯并部署,完成既定規則的條件觸發和自動執行;接口層主要用于完成功能模塊的封裝,為應用層提供簡潔的調用方式;系統管理層負責對區塊鏈體系結構中其他部分進行管理;操作運維層負責區塊鏈系統的日常運維工作。

  

  區塊鏈實現技術持續演進。在功能架構保持穩定的同時,不同系統的實現技術出現很多新的變化: 

  賬本層:隨著區塊鏈系統存儲總量的不斷增加,區塊鏈存儲及節點的可擴展性問題逐漸凸顯。對于這一問題的解決方案主要分為兩個方向:1)通過弱化區塊鏈的可追溯性來降低單鏈的存儲負擔,如歸檔功能通過刪除部分冷數據來減少存儲量;2)通過多鏈融合和跨鏈互操作實現區塊鏈系統的可擴展, 如同構多鏈和異構多鏈。其中,多鏈協同成為主要發展方向。新版架構圖在賬本層添加了這兩類擴展方向。

  共識層:區塊鏈系統的共識機制在交易吞吐量與共識節點數上同樣存在可擴展性問題。解決問題的三種探索方向分別是:1)采用混合共識,通過組合不同共識機制來提升共識效率, 如 Ontology;2)采用分片并行共識,將區塊鏈網絡進行分片, 多個網絡分片中的共識機制并行,如Ethereum2.0;3)采用雙層網絡構造,分擔底層網絡共識負載,如閃電網絡,Nervos。新版架構圖在共識層添加了這三類探索方向。

  智能合約層:多樣性競爭激烈,發展勢頭猛烈,應用場景也大幅增加。智能合約不再僅僅作為區塊鏈系統的一個技術組件,而是成為了一個日益獨立的新技術進行研究和應用。智能合約的治理模式逐漸改善并被業內接受,公平治理成為新趨勢。新版架構圖在智能合約層添加了這兩類發展方向。多種成熟虛擬機和解釋器被引入智能合約應用,如 JVM 和Python。

  運維管理:區塊鏈系統的管理水平逐步提升,運維成熟度顯著提高。隨著區塊鏈系統中的各個模塊不斷發展,區塊鏈技術架構的模塊化程度也變得越來越高。Devops的運維理念被引入區塊鏈,多種成熟的運維工具開始被用于區塊鏈。區塊鏈和云管理理念融合而生的區塊鏈服務應用模式大幅提高了 區塊鏈的可用性。

  2.區塊鏈即服務(BaaS)逐漸成熟

  區塊鏈即服務作為一種新的系統交付形態,與原有部署模式相比,在系統擴展性、易用性、安全性、運維管理等方面有很大優勢。

  BaaS把云計算與區塊鏈結合起來,采用容器、微服務以及可伸縮的分布式云存儲技術等創新方案,往往也提供多種不同底層鏈的技術選項,有助于簡化區塊鏈的開發、部署及運維,降低區塊鏈應用門檻,提高應用靈活性。主流云廠商和區塊鏈技術公司在今年紛紛推出了BaaS服務。

  實現上,區塊鏈即服務系統可分為管理平臺和運行態兩個部分,如圖2所示,詳見可信區塊鏈推進計劃《區塊鏈即服務平臺 BaaS 白皮書》。

  

  (二) 技術發展熱點

  1.區塊鏈技術仍然處于高速發展階段,各種創新方案不斷涌現,發展熱點主要體現在以下幾個方面:

  一是多種技術措施保障區塊鏈安全。 在賬本數據、密碼算法、網絡通信、智能合約、硬件等方面采用技術措施保障區塊鏈安全。

  在賬本數據方面,為滿足賬本數據的一致性和可用性等安全要求,業界普遍采用數據校驗、數據容災備份等技術方案,以保證各節點數據在上鏈過程中的一致性,及鏈上數據因系統故障導致丟失損毀后及時恢復,同時國內已有多家區塊鏈技術提供商采用數據歸檔技術來應對賬本數據日益增加帶來的挑戰。

  在密碼算法方面,隨著區塊鏈技術在供應鏈金融、司法存證、政務數據共享等對數據安全有強需求的領域推廣落地,在簽名驗簽、鏈上數據授權訪問等業務流程中,國密加密逐漸成為區塊鏈應用的主流選擇。

  在網絡通信方面,節點認證機制、賬本隔離技術、數據分片技術等網絡準入技術 及網絡防護不斷完善,攻擊者利用網絡協議漏洞進行日蝕攻擊、路由攻擊及 DDoS 攻擊(分布式拒絕服務攻擊)的威脅程度在不斷降低。

  在智能合約方面,智能合約問題主要集中在合約代碼漏洞、業務邏輯漏洞,合約運行環境問題及區塊鏈系統自身源碼存在的接口漏洞等, 隨著形式化驗證技術更加完善,代碼審計手段日益豐富,由合約漏洞導致的安全事件也有所降低。

  在硬件方面,為平衡安全性與性能之間的矛盾,防止代碼運行過程中被篡改,主流硬件供應商在近些年紛紛推出了以可信執行環境(TEE)為代表的硬件安全防護解決方案,目的是為鏈上數據及運行過程中產生的中間數據提供一個受保護的存儲和執行環境的安全策略。例如Intel的SGX和ARM的TrustZone、以及RISC-V的KeyStone和AMD的SME/SEV等等。可信執行環境結合區塊鏈技術,實現了一種可行的速度快、成本低的數據安全防護方案。

  

  二是隱私保護手段日趨多樣化。在以比特幣為代表的區塊鏈系統發展的早期階段,隱私保護的主要手段通過“假名”來實現用戶真實身份的匿名化。但隨著區塊鏈技術的深入發展,“假名”的隱私方案已經滿足不了現實的需求,諸多公鏈、聯盟鏈項目在積極探索隱私保護方案。

  從保護的對象來看,隱私保護手段可以分為三類:

  ①交易信息的隱私保護,對交易的發送者、交易接受者以及交易金額的隱私保護,有混幣、環簽名、機密交易(Confidential Transaction)和 Mimblewimble 方案等。

  ②智能合約的隱私保護,針對合約業務數據的保護方案,包含零知識證明、多方安全計算(MPC)、同態加密等。

  ③鏈上數據的隱私保護,主要有賬本隔離、私有數據和數據加密授權訪問等解決方案。目前,混幣、機密交易、零知識證明等方案多出現在公鏈項目,在供應鏈金融等對隱私保護有強烈需求的應用場景中,則由以往以數據加密、賬本隔離為主的實現方式,逐步出現了 基于零知識證明、安全多方計算等隱私保護技術的應用落地。

  三是互操作性成為應用需求新熱點。區塊鏈技術在發展早期聚焦在各個獨立鏈自身的技術創新與生態建設,網絡逐漸被擁有特定利益的子群體隔離,當前多鏈并存的情況下,區塊鏈的互操作性由于可以帶來價值自由流動,促進鏈間協同工作,是區塊鏈向著網絡效應規模化發展的強力推手,逐漸成為應用需求的新熱點。

  互操作性技術包括哈希鎖定、公證人機制、側鏈與中繼鏈等技術。應用場景從雙鏈資產互通逐步過渡到多鏈間全狀態的自由流通,同時中繼鏈這一融合公證人機制與側鏈的技術在新型區塊鏈互操作性平臺中發揮影響力。雖然當前區塊鏈的網絡效應初顯,但仍需要技術上針對相關組件進行趨同化設計,如各鏈統一跨鏈消息的輸入輸出口徑,構建標準消息格式, 設計高效可驗證的數據結構等;同時需要提升應用層交互的用戶體驗;增進鏈上與鏈下現實世界互操作性的認知。區塊鏈互操作性目前處于技術發展早期,隨著從業者的持續研究,將會加速技術的不斷突破, 帶來應用的不斷迭代與創新。

  

  四是鏈上存儲可擴展性需求日益迫切。區塊鏈采用鏈式累加的方式對增長的數據進行管理,但存儲會隨著時間推移而不斷擴大,并沒有上限控制,導致運行全節點需要更多的存儲資源,提高了全節點的運行門檻,造成當前全節點數量減少,網絡分布式程度降低;同時,存儲受限于單節點的存儲瓶頸,上層應用業務數據膨脹將會帶來巨大的運維成本,數據遷移也將變得十分復雜。因此,鏈上存儲的潛在問題在今年逐漸引起行業重視,為了提高鏈上存儲可擴展性,涌現的解決方案包括:

  第一種方案,即從單點存儲轉換為多點分布式存儲,將存儲與計算進行隔離,從而緩解節點壓力。

  第二種方案則為了追求性能和存儲可擴展性,降低鏈上數據可追溯性效率,鏈動態維護最新狀態,而放棄維護不同鏈高度對應的狀態,從而方便鏈上數據裁剪,鏈上邏輯主要聚焦在事務性和一致性,有關查詢追溯的工作交由鏈外完成。

  總之,隨著區塊鏈技術的不斷發展,鏈上存儲可擴展性需要加強研究,以便支撐業務數據爆發的場景。

  五是可維護性需求日益受關注。區塊鏈的可維護性,主要體現在越來越多的項目更加重視區塊鏈的自動化運維,通過引入傳統互聯網的一些成功經驗,區塊鏈產品在代碼的研發、單元測試、性能測試、自動化部署、自動化運維等方面均與已有的最佳實踐結合,大大提高了區塊鏈產品的工程開發效率,不斷降低區塊鏈底層鏈的接入門檻。

  二、全球區塊鏈產業現狀

  1.賦能領域應用,落地步伐加快

  政策方面,各國政府對區塊鏈發展持不同態度。當前,區塊鏈產業在各國發展階段和發展特色各有不同,鼓勵技術與政策監管各有側重。

  多數國家重視區塊鏈技術在實體經濟中的應用,少數國家對區塊鏈及加密貨幣持“積極擁抱”的態度,部分國家對加密貨幣明確了監管政策。例如,澳大利亞、韓國、德國、荷蘭、塞浦路斯、阿聯酋、馬耳他等國積極發展區塊鏈產業,制定了產業總體發展戰略;美國、中 國、韓國、英國、澳大利亞及歐盟重視區塊鏈技術研究與應用探索;與此同時,中國及澳大利亞、法國、瑞士、芬蘭、列支敦士登等國家已經陸續制定了區塊鏈監管方面的法規。2019年9月18日,德國政府審議通過并發布區塊鏈戰略。德國政府的區塊鏈戰略明確了五大領域的行動措施,包括在金融領域確保穩定并刺激創新;支持技術創新項目與應用實驗;制定清晰可靠的投資框架;加強數字行政服務領域 的技術應用;傳播普及區塊鏈相關信息與知識,加強有關教育培訓及 合作等方面。

  應用落地方面,區塊鏈源于加密數字貨幣,正向多領域延伸。2019年以來,區塊鏈在各領域應用落地的步伐不斷加快,正在貿易金融、供應鏈、社會公共服務、選舉、司法存證、稅務、物流、醫療健康、農業、能源等多個垂直行業探索應用。截止 2019年8月,由全球各國政府推動的區塊鏈項目數量達154項,主要涉及金融業、政府檔案、 數字資產管理、投票、政府采購、土地認證/不動產登記、醫療健康等領域。

  其中,荷蘭、韓國、美國、英國、澳大利亞等國的政府推動項目數排名前五,在探索區塊鏈技術研發與應用落地方面表現更加積極主動。2019年6月18日臉書(Facebook)牽頭發布全球數字加密 貨幣項目天秤座(Libra)的白皮書,天秤座(Libra)將作為一種簡單、無國界的貨幣和為數十億人服務的金融基礎設施,為數十億人提供無國界、低成本、普惠的金融服務。天秤座項目一經宣布就受到了全球各界的關注與討論,各國監管部門先后發聲,顯示出區塊鏈技術在重塑全球金融基礎設施方面的巨大潛力。

  

  2. 資本熱度下降,企業增速放緩 

  投融資層面,區塊鏈產業投融資交易熱度下降。2009年至2019年8月,全球區塊鏈產業累計投融資金額達到103.69億美元。

  其中, 2017、2018是區塊鏈產業投融資最活躍的時期。進入2019年,整個互聯網投融資市場活躍度低位運行。2019年Q2中國市場互聯網投融資總金額81.3億美元,環比上漲 3.8%,但同比跌幅達70.8%,資本環境趨緊態勢明顯,區塊鏈投融資交易熱度也有所下降。截止2019年8月底,2019年區塊鏈投融資交易規模僅為20.28億美元。2019年1-8 月區塊鏈企業種子輪、天使輪、A 輪投融資交易共273筆,6.74億美元;均低于去年同期的374筆和9.69億美元。

  美國、中國、韓國、瑞士、加拿大是全球區塊鏈產業投融資金額最多的5個國家。其中,僅美國占比達到49%。從五國近年投融資發展變化來看,美國區塊鏈產業在2015、2018年出現投融資兩次高峰,我國區塊鏈產業2016年起進入快速發展期,而韓國自2017年起加速,2018年投融資額位居全球第三位。

  產業規模層面,全球新增區塊鏈企業數量出現減緩跡象。在經歷了2014年和2017年的新成立區塊鏈企業數量高峰后,2018年起新成立企業數量開始下降。截止 2019 年 8 月,全球共有2450家區塊鏈企業,新成立區塊鏈企業數量銳減。行業應用方面,當前全球區塊鏈企業 38%集中在加密貨幣領域,23%的企業專注于區塊鏈技術研發,互聯網、金融業是應用最多的兩個領域。

  美國、中國、英國區塊鏈企業數量分列前三位;加拿大、新加坡、瑞士等國由于相對寬松的產業監管環境,區塊鏈企業數量也較多。城市分布方面,舊金山、北京、倫敦是擁有區塊鏈企業最多的三個城市;同時,我國深圳、上海、杭州排名也較為靠前。

  3. 技術創新活躍,產業生態初現

  專利方面,全球專利布局不斷拓展,我國占比顯著。截至2019年7月25日,全球公開區塊鏈專利的申請數量高達 1.8 萬余件。2015-2018年申請量逐年快速遞增,而進入2019年專利申請速度有所放緩。從2013年開始,布局的國家地區數量從6個逐漸增長到35個。

  中國仍保持快速增長趨勢,在全球專利占比份額超過半數,是美國申請專利的三倍之多。全球區塊鏈專利申請機構Top20中,阿里、聯通等申請量分別以第一、第五位躋身全球前列。然而專利授權方面,雖然我國當前區塊鏈專利申請量位居第一,但大多處于審查階段,授權專利多為實用新型、邊緣性的專利。截至2018年年底,全球有771件區塊鏈發明專利獲得授權,中國僅有53件。

  

  

  開源方面,越來越多國外公司開始加入區塊鏈源代碼的開發和貢獻中。據GitHub 平臺顯示,從2010年至2018年逐步形成了圍繞比特幣、以太坊、超級賬本、瑞波等多個核心開源平臺的公司及個人合作開發生態,同時國際上多個區塊鏈行業聯盟也應運而生,例如R3區塊鏈聯盟(Corda)、 Linux基金會的超級賬本 Hyperledger 區塊鏈聯盟、企業級以太坊聯盟 (EEA)等。其中,開源代碼的貢獻方面,美國引領了跨鏈互操作、 多方可信計算、預言機、數字身份、隱私保護、智能合約語言等領域的技術走向。中國也出現了百度的超級鏈、京東的 JD Chain、微眾銀行的FISCO BCOS等自主技術平臺,但是并未形成國際影響力,國內尚未形成良好的開發生態。

  行業組織方面,企業積極參與合力推動技術和應用。經中國信通院統計梳理,美國、中國、歐盟、日本等國家或地區已成立14個區塊鏈聯盟/行業協會,一類為專注于技術推進的行業組織,如R3、HyperLedger、Enterprise Ethereum Alliance;另一類為關注行業應用的行業組織,如區塊鏈運輸聯盟、金鏈盟、版權區塊鏈聯盟等。其中,成員數量最多的分別是 R3 Corda、區塊鏈運輸聯盟、可信區塊鏈推進計劃。不同行業組織之間擁有較多數量的“公共成員”,說明各個組織間可能存在著合作、競爭、互補等方面的關系,吸引著成員企業同時參加。部分企業積極參加各類行業組織,推動區塊鏈產業及技術發展,比如微軟、華為、京東、Accenture等。

  來源:中國信息通信研究院和可信區塊鏈推進計劃

  編輯:Wendy   校稿:Mia

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