作为一种技术的区块链：价值及其限度

　　摘要：区块链本质上是数据库的一种，是去中心化的分布式数据库，其不仅仅只是单一的信息技术，它是在多种信息技术的基础上加以创新，实现前所未有的功能。 从对区块链的认识着手，探讨区块链技术在数字货币、金融领域、征信领域、电子发票、物联网等应用场景下所发挥的价值，指出区块链在公有链、联盟链、私有链、安全性、去中心化、物联网方面的限度。作为一种技术的区块链，在多领域将发挥难以估量的价值，但区块链技术仍处于初级发展阶段，还面临着许多问题，还需要进一步完善，才能促进区块链技术的良性发展。

　　本文源自工业控制计算机 发表时间：2021-02-25 《工业控制计算机》Industrial Control Computer(月刊)1988年创刊，是中国计算机学会会刊之一，面向全国发行。创刊至今，始终坚持科研与生产相结合，关注工业自动化领域的最新技术与应用，为建立工控厂商与用户之间的良好沟通渠道而不懈努力。

　　关键词：区块链;比特币;物联网;信息技术

　　区块链起源于比特币， 同时比特币也是区块链最为典型且成功的应用。 2008 年 10 月， 中本聪在密码学论坛上发表文章《比特币：一种点对点的电子现金系统》，这成为比特币诞生的理论支撑[1]。 一开始比特币仅为极少数技术极客所知，但伴随着其价格的暴涨暴跌，逐渐引起各行各业人士知晓与热切关注。 比特币的火爆引起了人们对其底层技术“区块链”的研究，先有比特币，才有区块链的概念。 区块链依靠它去中心化、全员广播、共同记账、不可篡改等特点，成为比特币的底层核心技术，在未来经济金融、能源动力、通信、审计、司法等领域有着巨大的应用价值和应用前景。

　　1 区块链技术的价值

　　1.1 区块链技术在数字货币中的价值

　　区块链技术最早、最典型、最成功的应用是比特币，比特币是区块链技术近十年来研究之最多的领域。 与传统的数字货币不同，比特币没有统一的发行机构和发行中心，即为去中心化。比特币通过分布于世界各地的节点来竞争记账权， 任何节点皆可存储交易记录交易信息，即为分布式存储。 除此之外，区块链的头部有一个动态的难度系数， 当全球计算机计算能力越来越快后，区块链的难度系数会越来越高，导致的情况是，即为无论什么时候有多少节点求解，一般来说每隔 10 分钟才会有新的节点产生。 因此，区块链的数据是无法被篡改的，哪怕数据受到及其细微的修改，整个区块对应的哈希值一起跟着改变，不会再是一个有效的哈希值，区块链里与此区块链接的链也会断开。

　　比特币协议规定，每四年就会减少一半的开采速率，并限制比特币开采总量为 2100 万枚，根据目前的开采速率计算，比特币会在 2140 年全部开采完毕。 从经济学的角度来看，比特币是通货紧缩的， 不存在当前中心化货币中出现的发行机构大量印发货币导致的通货膨胀的问题。 为了解决双重支付问题，比特币将随机散列对全部交易加上时间戳， 且合并入不断延长的随机散列的工作量证明。 只有当“袭击者”拥有超过全网 51%算力时，区块数据才可篡改，与此同时若想成功篡改还需重新计算该区块之后全部区块的 SHA256 信息摘要算法， 且运算速度必须让伪链长度超过主链长度， 这种伪造行为所付出的成本代价远高于收益，还不如依照正常协议获得的收益大，因此其具有不可篡改性的特点得以体现。

　　1.2 区块链技术在金融领域的价值

　　区块链技术在数字货币领域应用如此成熟得益于其去中心化、分布式存储、不可篡改等优点，同理可以推出，区块链技术将会在金融领域大放异彩。 在人类文明的任何时期，金融领域在人类社会生活中一直占据着重要地位， 金融领域的变化会影响一个地区社会活动的变化、甚至影响着整个世界的经济局势变化。人类进入现代文明以来，国际金融的市场都是被美国、英国等西方发达国家牢牢把控，他们的金融地位难以撼动。 一直以来美国通过美元垄断了绝大部分国际贸易结算， 多年称霸国际贸易市场，很长时间里几乎可以取代黄金成为“全球储备货币”。 为摆脱美国结算系统的依赖， 中国人民银行已经开始研究数字货币电子支付 DCEP(Digital Currency Electronic Payment)，总的来说，我国在区块链领域目标就是做第一。 我国若能将区块链技术赋能于国际贸易结算，将极大限度的惠及“一带一路”沿线上的各个国家。 未来五到十年内，金融领域或将因为区块链技术的引入而产生重大变革，国际金融市场或将面临新一轮的洗牌。 就数字货币领域来说，中国和西方发达国家的竞争是非常激烈的，任何一方都想优先把握主动权、优先抢占新金融领域的核心地位，各个国家之间数字货币的竞赛，说到底还是金融的竞赛，归根结底就是国家金融实力的博弈， 我国正在积极寻找能在金融领域实现弯道超车的突破口，以区块链赋能金融就是突破口之一。 1.3 区块链技术在征信领域的价值

　　对于传统的征信领域，多由银行或者某个机构统一对国家、企业、个人进行信用评估，这是一种中心化的征信数据库。 例如阿里巴巴旗下的蚂蚁金融一直以来追求 “让信用等于财富”，通过芝麻信用这个平台，利用大数据、云计算、人工智能等技术手段打造一个信用“帝国”，专门用来解决银行无低成本手段判断中小微企业信用风险、个人信用风险等问题，这同样是一个中心化的信用平台。 区块链技术凭借去中心化、 不可篡改的巨大优势，在征信领域有着相当广阔的应用市场。 若一个人的一生从出生开始，与其相关的所有信息都通过上链的方式记录，则关于这个人的所有信息都为可信信息， 信用评价高低可根据链上所记录的人的行为信息来计算得出。 银行等金融机构也可以通过分析链上中小微企业创始人及中小微企业的信息，形成信用评级，来给予中小微企业及个人贷款等， 省去了银行搜集需要大量验证真实性的信用信息的成本。

　　1.4 区块链技术在电子发票上的价值

　　目前，区块链电子发票已经落地应用区块链技术。 2018 年 8 月，腾讯公司和深圳市税务管理局于在深圳联合发布第一张区块链电子发票，截止 2019 年 10 月 31 日，区块链电子发票发行量已经突破 1000 万张。 区块链电子发票开票方可以在链上进行申领、入账等操作，用户可以在链上存储、报销，税务局可以在链上全流程监控，具有防止偷税漏税、按需使用、减轻税务人员负担、节约纸张资源、减少财务成本、减少人力资源投入等诸多优点，区块链不可篡改的特点使得发票的真实性得到很好的保障。

　　1.5 区块链技术在物联网中的价值

　　随着通信技术的持续不断发展， 全世界物联网进入了飞速发展的时期，2018 年全球物联网设备接入量超过 70 亿个，且仍以每年 17%的速率增长， 当前的物联网产业规模达到了 1510 亿美元，业务收入和去年同期比较增长 72.9%，预计 2020 年超过 65%的机构使用物联网产品和设计方案[2]。随着我国 2019 年 10 月 31 日第五代移动通信(5G)的商用，我国物联网行业的发展将会继续提速。 成千上万的物联网设备通过传感器持续地收集数据，并将数据信息上传至终端设备。 物联网上传的数据量巨大，为每一个物联网设备都上链后，每个物联网设备上传输的关键信息都将通过分布式存储的方式存储在相对应的地址里，且这些数据为可信数据不易丢失， 物联网设备之间的信息安全共享得以顺利实现。

　　2 区块链技术的限度

　　2.1 区块链公有链中的限度

　　区块链技术虽然有着去中心化、分布式存储、共识机制等诸多优点，但是当前的区块链技术仍有不少限度。 目前区块链根据访问和管理权限划分为公有链、联盟链和私有链三种。 公有链为完全去中心化的方式， 世界上任何节点都可以进出区块链公有链网络，所有节点都可以对公有链上的数据进行读写操作。 公有链上面的节点数巨大，支持十万个以上的节点。 公有链的共识机制分为工作量证明、权益证明和授权股份证明。 公有链最典型的应用为比特币和以太坊， 全世界接入比特币和以太坊的节点数数以万计， 完全去中心化的最大缺点是无法有效地对完全去中心化的区块链进行监督， 且匿名交易的特点难以得知交易双方的真实信息，容易沦为不法分子洗钱的工具和犯罪分子的天堂。

　　2.2 区块链联盟链和私有链中的限度

　　联盟链则由若干个组织机构构成， 只有联盟成员才拥有对联盟链上数据进行读写的权力， 而且记账的权限也必须按照联盟组成员制定的规则来。 缺点为与公有链相比其节点数较少，分布式存储范围也较公有链窄，节点过多时算法效率低，并不是完全意义上的去中心化。 典型应用为 Hyperledger 和 quorum。 私有链是由一个组织机构建立，每个节点对应的权限不同，共识机制条件均比公有链和联盟链宽松，无拜占庭故障的 Paxos 机制和 Raft 机制。 最大的缺点是中心化程度过高，分布式存储范围最窄，典型应用为蚂蚁金服。

　　2.3 区块链技术在安全性上的限度

　　就当前的计算机技术发展而言， 现有的计算机的二进制算法中只能进行 0 和 1 的运算， 因此区块链在数据加密过程中使用的公钥加密、数字签名、哈希函数等密码学原理还是比较安全的，其安全性仍是可靠的。 但从长远来说，新兴的量子计算机中除了有 0、1 状态外，还拥有 0 和 1 同时存在的第三种状态，其运算能力几何级数倍于传统计算机， 这就会对现有区块链的安全性造成很大的威胁，因此，区块链技术未来必将使用能抵抗量子计算机破解的加密算法。

　　2.4 区块链技术在去中心化上的限度

　　比特币和以太坊为代表的区块链在数字货币中的应用，其突出特点为去中心化、匿名性，而也因完全去中心化和匿名性交易导致非法交易难以监管和追踪。 若是增加监管监督则失去了其去中心化这个最为突出的优点， 未来区块链在中心化和去中心化之间的权衡同样是其发展的难点。

　　2.5 区块链在物联网应用上的限度

　　目前区块链技术最大的痛点是应用行业内缺少区块链底层公共基础设施，暂无成熟稳定的硬件平台方案，现有的硬件平台因其算力要求高、存储空间要求大进而导致成本较高，普及的难度大。 物联网领对控制、数据传输和数据处理处理的时延要求及其严格， 对于比特币等数字货币领域区块链技术的应用，10 分钟的交易结算时间相对于当下端对端交付机制快很多， 但是对于物联网来说 10 分钟的时延是致命的， 若是 10 分钟未完成数据上链等功能将会引发系统失效甚至瘫痪。目前大量使用的 4G 的时延为 10ms， 而我国刚刚宣布商用的 5G 的时延为 1ms，但 4G 和 5G 都有一个缺点就是无法达到信号无死角覆盖的能力，物联网设备通过无线通信的方式大量传输和处理数据时， 任何的时延和覆盖不到都将产生严重影响系统的性能。 此外，物联网设备对成本敏感度非常高的，因为物联网设备的数量通常很多，少则几十多则成千上万， 即使成本细微地增加都会使得总成本多很多。 何况目前的技术条件上链需要极大的算力和存储空间，上链后对硬件的要求已经不是单纯的功能实现， 而是整个系统算力和存储的同步升级，与之相配套的供电功率也会大幅提高，以上总总都会转变为成本的巨额增加。 这不管是对供应商还是客户来说都是难以承受的。

　　3 区块链的发展趋势

　　全球最具权威的 IT 市场研究与咨询公司 Gartner，发布的每年度新科技的技术成熟度曲线可以形象准确地表示出新技术诞生后各界预期值随时间变化的曲线， 能很好地体现新技术的市场热度和实际发展偏离度。 曲线的横轴为“时间”纵轴为“预期”，共分为 5 个时期，分别为技术触发期、期望膨胀期、泡沫幻灭期、启蒙爬升期和生产力高原期[3]。 2018 年，Gartner 公司发布的 2018 年度新科技的技术成熟度曲线里，区块链技术已经由期望膨胀期逐渐向泡沫幻灭期过度，预测将在 5 到 10 年内会达到生产力高原期。 2019 年，Gartner 公司发布的 2019 年度新科技的技术成熟度曲线中， 区块链技术已经细分化为去中心化网络和分布式自治组织， 而且正处于技术触发期， 预测将在 5 到 10 年内会达到生产力高原期，去中心化网络则预测在两年内就会达到生产力高原期。 因此，未来 10 年内区块链技术将呈现发展迅猛的趋势。

　　作为一种技术的区块链， 无论是在最初应用的数字货币领域，还是延伸的金融领域，再到征信、电子发票、物联网，都有着难以估量的价值。 但是我们也看到，当前区块链技术的发展仍处于初级阶段，成本过高、监管难度大、去中心化范围扩大难、量子计算机威胁等限度依然制约着区块链赋能于各个领域。 当前世界的发展永远是相互依赖相互促进的发展， 任何国家、 任何组织、任何个人在进行区块链技术开发利用时，都应该配合通信技术、存储技术、法制道德等条件做好区块链的良好发展。