区块链的发展之路

　　2008年11月，中本聪首次提出了比特币的概念

　　随着区块链的悄然兴起，区块链已成为全球技术发展的一个前沿阵地，各国争相探索其应用价值。2016年12月，中国首次把区块链作为战略性前沿技术、颠覆性技术写入《“十三五”国家信息化规划》。2017年2月，美国国会成立了区块链决策委员会，以推动、完善区块链技术和数字货币相关的公共政策。2018年4月，欧盟有22个国家签署了建立欧洲区块链联盟的协议。

　　区块链的概念及特征

　　区块链从比特币的概念被提出，逐渐由小众研究走向大众市场，并上升为许多国家的发展战略。但是，对普通人来讲，区块链及有关概念仍然披着一层背景“神秘”而技术“高大上”的面纱。

　　●区块链的概念

　　到现在为止，区块链尚没有公认的定义。美国学者梅拉妮?斯旺(Melanie Swan)在其《区块链：新经济蓝图及导读》一书中把区块链定义为：区块链技术是一种公开透明的、去中心化的数据库。该定义点出公开透明和去中心化两个重要特征。在中国工业和信息化部发布的《中国区块链技术和应用发展白皮书(2016)》中，区块链被定义为：区块链技术是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。该定义点出了所涉及的关键技术。此外，一些学者也对区块链技术给出了自己的理解，如袁勇、王飞跃在其《区块链技术发展现状与展望》中认为：狭义的区块链技术是一种按照时间顺序将数据区块以链条的方式组合成特定数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的去中心化共享总账(Decentralized shared ledger)，能够安全存储简单的、有先后关系的、能在系统内验证的数据;广义的区块链技术则是利用加密链式区块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、利用自动化脚本代码(智能合约)来编程和操作数据的一种全新的去中心化基础架构与分布式计算范式。该定义明确点出区块链技术是由加密算法、共识机制等关键技术有机组合而成的一种去中心化的技术集合。

　　●区块链的主要特征

　　区块链本质上是一个数据库，具体讲是一种账本技术。区块链技术具有去中心化、公开透明、安全可信等3个特征，成为区块链改造传统应用场景的基石。

　　去中心化(Decentralization)从技术上来讲就是区块链数据的验证、记账、存储、维护和传输等过程采用纯数学方法而非中心机构来建立分布式节点间的信任关系，从而形成去中心化的可信任的分布式系统。互联网的设计思想是去中心化的，即便网络中的部分链路断开，网络依然能够传递数据、能够运转。没有一个国家的经济离得开货币政策的调节，货币中心化是制度安排的产物。美国技术思想家凯文?凯利(Kevin Kelly)曾说，“如果货币这个现代生活中最中心化的事物都可以在一定程度上去中心化，那么任何事物都可以去中心化了。”区块链最早以去中心化的比特币形态表明，区块链与互联网具有同样的设计思想。

　　公开透明就是除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人开放，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用。在区块链系统中，节点之间无须任何信任就可交易，所有节点都必须遵守同一交易规则来运作，无法欺骗，无须第三方介入。这些规则是基于共识算法而不是基于信任的，因此，公开透明也可称为“去信任化”。

　　安全可信就是采用非对称密码学原理对数据进行加密，利用共识算法形成的强大算力来抵御外部攻击、保证区块链数据不可篡改和不可伪造。区块链技术的哈希算法能将任意原始数据，无论是图片还是音乐，对应到特定的数字，成为哈希值。只要有节点被恶意篡改，哈希值就会发生变化，很容易被识别。

　　区块链技术的密码学背景

　　区块链技术是以密码学、P2P网络、数据库技术、电子货币为代表的计算机科学、数字经济等学科发展到一定阶段的产物。其中，密码技术成为区块链的关键性技术。

　　密码学是一门源远流长的学科，可简单分为古典密码技术和现代密码技术两个阶段。古典密码技术早在3000年前就已经诞生，主要通过文字变形、字母替代或变序、密表和密本等进行单一的置换变换和替代变换的方法达到加密的目的。第二次世界大战之后，大量的经济情报、技术资料、金融信息、商业信息等对加密提出迫切的需求，使密码研究的队伍不断加大，密码技术也进入了新的阶段。微电子技术、通信技术和电子计算机技术的高速发展为密码学提供了一个良好的技术环境。1976年，两位美国密码学大师贝利?迪菲(Bailey Diffie)、马丁?赫尔曼(Martin Hellman)发表了论文《密码学的新方向》，正式提出了公开密钥密码体制的新思想，即加密算法和加密密钥均可以公布于众，造册公开，供加密者选择使用。该思想突破了早期密码信息必须保密的传统思路，创造性地证明了在发送端和接收端无密钥传输的保密通信是可能的，对区块链技术的诞生奠定了理论基础。1978年，美国密码学家罗纳德?李维斯特(Ronald Rivest)、以色列密码学家阿迪?沙米尔(Adi Shamir)和美国计算机科学家伦纳德?阿德尔曼(Leonard Adleman)3人共同提出了著名的RSA方案，这是第一个具有实际应用的公钥加密及签名方案。1985年，埃及密码学家塔希尔?盖莫尔(Taher Elgamal)提出基于离散对数的ElGamal方案。同年，两位美国数学家尼尔?科布利茨(Neal Koblitz)和维克托?米勒(Victor Miller)提出了著名的椭圆曲线加密(Elliptic Curve Cryptography，ECC)算法。1992年，加拿大数学家斯科特?范斯通(Scott Vanstone)等人提出椭圆曲线数位签章演算法(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm，ECDSA)。数字签名是公钥密码学提供的最为重要的贡献之一，在网络安全，包括身份认证、数据完整性、不可否认性以及匿名性等方面有着重要的应用。

　　区块链技术成长过程

　　区块链技术的成长过程大体可从概念认知和技术应用两个层面来看待。

　　●比特币的诞生与发展

　　2008年11月，有一个化名中本聪(Satoshi Nakamoto)的人在一次密码学小组讨论中发表了一篇名为《比特币：一种点对点的电子现金系统》的论文，首次提出了比特币的概念，希望创建一套“基于密码学原理而不基于信用，使得任何达成一致的双方能够直接进行支付，从而不需要第三方中介参与”的电子支付系统。2009年11月，中本聪开发的一套比特币的发行、交易和账户管理系统正式运行，区块链中的第一个区块由此诞生。2010年5月，美国佛罗里达州的程序员拉斯洛?豪涅茨(Laszlo Hanyecz)用1万比特币购买了价值25美元的比萨优惠券，比特币第一个公允汇率由此诞生。2010年7月，比特币交易所Mt.Gox在日本成立，标志着世界上第一个比特币交易平台诞生。这一段时间比特币在电子货币行业逐渐得到业内人士的认可，开始在小范围内传播。

　　2011年，比特币开始在全世界范围内被逐步接受。2011年1月，非营利性组织电子前沿基金会开始接受比特币。2011年2月，名为“丝绸之路”的交易平台面世。2011年6月，中国成立了全球最大的比特币交易平台比特币(BTC China)。2012年9月，比特币基金会成立启动。同年，比特币价格从5.27美元涨至13.30美元。2013年5月，美国60多位投资者组建了比特币创业投资机构Bitangles，并募集到600万美元的资金用于孵化比特币创业公司。截至2013年底，全球有6万个商家接受比特币形式的支付，近14万个网络地址参与比特币交易，交易量每天达6万次。全球最大的比特币交易平台为比特币中国、Mt.Gox和Bitstamp，所占市场份额分别为32.5%、26%、20.7%，中国成为全球比特币交易增长最迅速的国家。2014年，因交易处理效率、资源耗费、监管难度等方面的问题，比特币受到诸多质疑，进入了熊市。2015年，区块链作为比特币的底层技术开始受到业界的关注和探索。2016年，区块链技术在各行业得到更广泛的探索与应用，开始真正从小众走向大众。

　　●区块链技术的应用与成长

　　区块链技术应用与成长可分为3个阶段：区块链1.0，即数字货币;区块链2.0，即数字资产和智能合约;区块链3.0，从区块链自洽组织(DAO)、区块链自洽公司(DAC)到区块链社会(科学、医疗、教育等)。

　　区块链1.0是以比特币为代表的虚拟货币的时代。自2008年至2013年，区块链技术的主要应用是以比特币的形态出现在数字货币行业中，包括支付、流通等虚拟货币的职能。在这个时期，比特币基本实现了去中心化的数字货币交易支付功能，强烈地冲击了传统金融体系。更为重要的是，比特币的出现第一次让区块链进入了大众视野，并得到了欧美等国家市场的接受。大量的货币交易平台让人联想到全球化货币统一的宏大愿景。但是，因其投机性过大，易被用于贩毒、走私、洗钱等非法活动，且区块链1.0仅满足了虚拟货币的需要，影响了在其他行业的普及。

　　区块链2.0是数字货币与智能合约相结合，对金融领域更广泛的场景和流程进行优化的应用，最大的升级之处在于有了智能合约。美国计算机科学家、加密大师尼克?萨博(Nick Szabo)于1993年首次提出智能合约概念，1994年完成了《智能合约》一文。所谓智能合约(Smart contract)，就是一套以数字形式定义的承诺，包括合约参与方在上面执行这些协议。智能合约中的“合约”已从传统的签字画押演变到电子契约，其本质仍是传统的合同(也称协议)，只不过智能合约建立的权利和义务都写进计算机代码，计算机程序自动执行。与传统合约相比，智能合约的重要特征是订立和履行是一体的，可以从根本上解决“执行难”的问题。另外，区块链2.0定位的是通过应用平台来上传和执行智能合约，并与其他外部的信息系统进行交互和处理，实现各行各业的应用。以太坊(Ethereum)成为该阶段的标志性产品。所谓以太坊，就是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台，通过其专用加密货币以太币(Ether，简称“ETH”)来处理点对点合约。2013年，美国程序员维塔利克?比泰里(Vitalik Buterin)和加文?伍德(Gavin Wood)首次提出以太坊的概念，并发布《以太坊：下一代智能合约和去中心化应用平台》白皮书(初版)。2014年，伍德发表了以太坊黄皮书，作为以太坊虚拟机的技术说明。以太坊客户端已经用7种编程语言实现(C++、Go、Python、Java、JavaScript、Haskell、Rust)，并通过众筹方式募集资金预售以太币。以太坊最重要的技术贡献就是智能合约。

　　区块链3.0是构建一个完全去中心化的社会网络，应用范围从货币、金融、市场扩大到了政府、健康、科学、文化和艺术等整个社会。区块链去“中心化”功能和“数据防伪”功能在公证、仲裁、审计、域名、物流、医疗、邮件、鉴证、投票等领域的深入应用，使区块链技术有可能成为“万物互联”的一种最底层的协议，让整个社会进入智能互联网时代，形成一个可编程的社会。随着区块链的发展，去中心化的模式变得越来越复杂。目前，区块链主要分为公有链、私有链、联盟链3种。公有链是指全世界任何人都可读取、发送交易且交易能获得有效确认的、也可以参与其中共识过程的区块链，如比特币、以太坊是时下最流行的公有链。私有链是指对单独的个人或实体开放，如R3CEV Corda平台等。联盟链则介于公有链和私有链之间，由若干组织或社区一起合作维护一条区块链，该区块链上有权限的管理在若干组织之间公开，如超级账本(Hyperledger)项目、FISCO BCOS平台等。

　　区块链在世界各国的发展

　　自从2008年中本聪发布了比特币白皮书、2009年第一个比特币问世以来，加密货币就走进了世界各国的视野，区块链技术成为全球最受瞩目的战略性前沿技术之一。

　　●区块链在中国

　　中国是最早接受区块链的国家之一，先后出台了一系列政策。从2013下半年到2014年底，比特币的中国市场快速升温，价格上涨，形成第一轮加密货币投资热潮，中国的比特币中国、币行(OKCoin)和火币网跻身世界比特币交易所前列。2013年12月，中国人民银行、工业和信息化部、中国银监会、中国证监会和中国保监会联合印发了《关于防范比特币风险的通知》，表现出谨慎、强力监管态度。2015年和2016年，中国政府开始正视并介入比特币与区块链。2016年11月，中国工业和信息化部发布了《中国区块链技术和应用发展白皮书(2016)》。同年12月，区块链首次被国务院作为战略性前沿技术写入《“十三五”国家信息化规划》。

　　自2017年以来，政府对加密货币和代币的监管显著加强，而对区块链技术的应用大力支持，突出表现为对“无币区块链”应用宣传和鼓励。2017年1月，中国工业和信息化部发布《软件和信息技术服务业发展规划(2016—2020)》。同年8月，国务院发布《关于进一步扩大和升级信息消费持续释放内需潜力的指导意见》，提出开展区块链、人工智能等新技术的试点应用。同年10月，国务院发布《关于积极推进供应链创新与应用的指导意见》，提出要研究利用区块链、人工智能等新技术，建立基于供应链的信用评价机制。2018年3月，中国工业和信息化部发布《2018年信息化和软件服务业标准化工作要点》。同年5月，中国工业和信息化部信息中心发布《2018年中国区块链产业白皮书》。2019年10月，习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习时强调，要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入力度，着力攻克一批关键核心技术，加快推动区块链技术和产业创新发展。目前，我国区块链产业处于高速发展早期阶段，产业链条已经初步形成：上游产业以矿机、硬件钱包等硬件制造、云平台服务、安全服务为代表;中游项目以为区块链提供底层架构、开发平台和生态作为支撑，典型代表包含公链币、交易所、钱包等;下游包括产业技术应用服务，以及保障产业发展的行业投融资、媒体、人才服务。目前，各领域的公司已经基本完备，协同有序，共同推动着区块链产业不断前行。区块链领域正在吸引越来越多的创业者和资本入场，成为创新创业新高地。

　　在产业技术应用场景方面，国内互联网行业巨头纷纷加入了区块链技术研究与场景应用实践化的行列中，如腾讯、蚂蚁金服、百度、京东等。目前，腾讯区块链TrustSQL能够提供企业级区块链基础服务平台，为合作企业提供一站式构建区块链行业应用的整体解决方案，其已经落地供应链金融、医疗、数字资产、物流信息、法务存证、公益寻人等多个场景。蚂蚁金服的蚂蚁区块链基于区块链技术去中心化、分布式存储及防篡改的特性，已落地公益募捐等场景。百度推出的区块链开放平台“BaaS”是一个商业级区块链云计算平台，主要是帮助企业联盟构建属于自己的区块链网络平台。百度还推出了区块链游戏产品，且旗下成立了区块链技术研发公司“度链”。京东运用区块链、物联网、大数据技术搭建的“京东区块链防伪追溯平台”，从解决商品的信任痛点出发，精准追溯商品的存在性证明特质，让所有生产、物流、销售和售后信息分享进来，共同打造完整且流畅的信息流。

　　●各国区块链发展战略

　　美国作为区块链技术的前沿阵地，将区块链上升到“变革性技术”，成立国会区块链决策委员会，不断完善与区块链技术相关的公共政策。除了美国中央银行之外，美国国土安全部支持用于国土安全分析的区块链应用研究，美国国防部高级研究计划局(DAPPA)支持区块链用于保护高度敏感数据方面的探索，以及区块链在军用卫星、核武器等数个场景中的应用。美国电信巨头AT&T已开发出将区块链用于服务器的技术，并部署相关专利布局。2018年，美国国会、商务部所属国家标准与技术研究院等部门先后发布了多份区块链报告，认可了区块链的发展潜力，多个州对区块链技术的相关问题进行立法。2017年4月，日本一项关于比特币的立法正式生效。立法规定，比特币交易应遵循反洗钱法，同时也将比特币归纳为一种付款支付工具。

　　2017年6月，世界经济论坛发布了白皮书《实现区块链的潜力》，将区块链与互联网进行类比，并指出区块链是一种“全新的全球资源”，将会打破原有的商业模式和行业规则。2018年3月，墨西哥、秘鲁和哥斯达黎加海关在美洲开发银行的支持下，启动建设一个基于区块链技术的经认证的经营者(AEO)共享平台，使得3个国家海关间可以安全且自动地共享AEO的相关信息。2018年4月，22个欧盟国家签署了建立欧洲区块链联盟的协议，该联盟将成为交流区块链技术和监管经验等专业知识的平台。欧盟正在努力把欧洲打造成全球发展和投资区块链技术的领先地区，建立“欧盟区块链观测站及论坛”机制，加快研究国际级“区块链标准”，并为区块链项目提供资金。预计到2020年，欧盟为区块链项目提供的资金金额将高达3.4亿欧元。

　　此外，英国也将区块链列入了国家战略部署，投入资金研究包括区块链在内的新兴和可用技术领域的相关新产品或新服务。俄罗斯在国家层面加快区块链技术研究，实施政府级别的区块链项目。韩国将区块链上升到国家级战略，全力构建区块链生态系统，推出i-Korea4.0区块链战略，计划在物流、能源等核心产业开展试点项目。发展中国家肯尼亚和坦桑尼亚建立的区块链M-Pesa移动支付系统，彻底改变了传统银行业务的操作形式。

　　区块链技术表面上解决的是技术性的问题，本质上解决的是信任的问题，即在一个缺乏信任的环境下如何建立信任和传递信任。因此，凡是需要更加公平、公正、公开的企业、行业，都可以用到区块链技术，为区块链的广泛应用奠定了理论基础。作为一项快速兴起的新技术，区块链给世界各国带来了机遇和挑战，区块链的相关政策都在陆续出台中，呈现出不断调整的状态，不可避免地因缺乏顶层设计和统筹规划而出现这样那样的问题。随着技术的不断升级，大量的安全漏洞影响区块链技术的发展，区块链大量使用密码技术、P2P网络协议和分布式传输协议，出现各类漏洞同样不可避免。产业方面，制约区块链产业发展的主要原因是性能安全问题。区块链的性能问题源于自身的体制架构，为提升区块链性能效率，业界已开展了技术攻坚，不断涌现的技术包括并行计算、跨链、多链、有向无环图、分片等，使区块链性能和效率得到提高，也为区块链产业应用提供了强大的技术支持。伦理方面，密钥管理存在信息安全隐患，私钥是用户本身生成和保管，没有第三方参与，隐私一旦泄露便无法对账户的资产做任何操作。总之，区块链的未来成熟之路注定像其他新兴技术一样，充满了希望与挑战。

　　王达，中国科协创新战略研究院课题制研究人员，研究方向为科技政策。

　　王国强，中国科协创新战略研究院研究员，博士，主要研究方向是科技史、科技政策和科技传播。

　　文/王 达 王国强

本文来自《张江科技评论》