中科院院士：中國區塊鏈核心技術有受制于人的風險_區塊鏈

作者：鄭志明、邱望潔?

來源：國家自然科學基金委員會

編者注：原標題為《我國區塊鏈發展趨勢與思考》

摘要：區塊鏈是人類歷史上首次構建的可信系統，其核心功能是提升各個緯度的治理能力。近日黨中央將區塊鏈定位為核心技術自主創新的重要突破口以及推進國家治理能力現代化的有效工具。本文將概述國內外區塊鏈技術的發展歷史，分析我國區塊鏈發展面臨的核心風險以及應對策略，并對我國區塊鏈技術的發展提出一些建議。

關鍵詞：自主創新；可信系統；國家治理體系；分布式系統

1?區塊鏈發展概述

區塊鏈作為點對點網絡、密碼學、共識機制、智能合約等多種技術的集成系統，提供了一種在不可信網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、大數據、人工智能等新技術、新應用交叉創新，融合演進成為新一代網絡基礎設施，重構數字經濟產業生態。2019年10月24日，習近平總書記在中央局第十八次集體學習時強調“我們要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關鍵核心技術，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。”區塊鏈是人類歷史上首次構建的可信系統，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局集體學習區塊鏈的重大意義。

探尋區塊鏈技術的起源，比特幣是無法回避的話題。區塊鏈作為一種底層技術，它的出現最早可以追溯到比特幣系統中。2008年一個筆名為中本聰的學者發布了名為《比特幣——一種點對點的電子現金系統》的文章，比特幣作為一種基于分布式可信系統建立的數字資產就此誕生。與大多數貨幣不同，比特幣并非依靠特定機構發行，而是依據特定算法，通過大量的計算產生。比特幣經濟使用整個對等網絡中眾多節點構成的分布式數據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字資產流通過程中各個環節的安全性。2009年“區塊鏈本征技術—分布式可信系統”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》一文揭示了分布式可信軟件系統的動態復雜性，探討了構建分布式可信系統的基本科學問題和建立系統可信性的度量理論等。

聲音 | 中科院院士王小云：密碼學為區塊鏈提供了安全保障技術:據經濟參考報消息，中國科學院院士王小云介紹了格密碼理論的最新發展，并深入探析了區塊鏈的技術發展過程。王小云認為，密碼學為區塊鏈提供了交易信息防篡改、可追溯、私密性以及匿名性保護等安全保障技術，下一步，區塊鏈安全需要從算法安全、協議安全、實現安全、私鑰安全等四個方面著手展開研究。[2020/1/2]

從2008年比特幣問世至今，區塊鏈的發展大體可以分為三個時期，其應用范疇已經從最初的數字貨幣或資產擴展至現今社會經濟生活的方方面面。其中1.0階段以比特幣等數字資產為典型代表，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，區塊鏈仍主要以小規模局部應用為主，真正的行業級和生態級落地還很少。等達到3.0階段，區塊鏈將成為社會治理工具，以基于規則的可信智能社會治理體系為典型特征，將實現社會治理模式從基于傳統信息化技術輔助的階段進入基于區塊鏈秩序的法治階段。

當前區塊鏈技術現狀是，國外以區塊鏈基礎技術平臺或操作系統的研發為主，國內以區塊鏈的應用開發為主。我國企業應用開發主要依賴國外開源社區的成果，尚未出現自主可控的區塊鏈底層架構。根據中國信息通信研究院于2018年10月發布的《可信區塊鏈標準測試情況通報》，有一半的測試廠商使用了IBM主導的超級賬本區塊鏈底層平臺。同以往的信息技術不同，以規則治理為特征的區塊鏈技術具有很強的擴張性。因此，推動我國區塊鏈技術和產業健康發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新。

2?區塊鏈技術與理論解析

區塊鏈技術本質上是一種分布式可信系統，下一代區塊鏈核心技術研究包括共識算法優化平衡、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、異構系統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新我國自主安全可控的區塊鏈平臺，我們才能掌握全球范圍內區塊鏈技術和標準的話語權，實現理論—技術—工程—平臺—標準一體化的區塊鏈分布式可信主權體系。

聲音 | 中科院院士王光謙：結合區塊鏈技術提高水資源利用效率:近日，“首屆中國節水論壇” 召開，中國科學院院士王光謙認為，數字水權核心就是把資源水變成商品水，結合區塊鏈用記賬技術保證數據不丟失，把每一方水管理起來，通過確權實現從資源到資產的轉變，提高大家的節水意識，增強節水主動感和獲得感。“節約用水的人有收益，提供商品水的能賺錢，最終提高整個社會的水資源利用效率。”（上海證券報）[2019/12/11]

2.1?共識優化平衡

區塊鏈共識機制的目標是使所有的誠實節點保存一致的區塊鏈視圖，同時滿足兩個性質：一是一致性，所有誠實節點保存的區塊鏈的存量部分完全相同；二是有效性，由某誠實節點發布的增量信息終將被其他所有誠實節點記錄在自己的區塊鏈中。區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整體性能產生不同影響。我們可以從以下3個維度來評價各共識機制的技術水平：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；可擴展性，即節點越多，整個系統處理事務的能力越大；分布式程度，即節點的接入門檻和權利。共識機制存在三元悖論，即：在一個區塊鏈系統中，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，需要對交易數據、地址、身份等敏感信息進行保護，同時又能讓記賬節點驗證交易的合法性；對于聯盟鏈，在構建隱私保護方案的同時，需考慮可監管性/授權追蹤。我們可以通過采用高效的零知識證明、承諾、證據不可區分等密碼學原語與方案來實現交易身份及內容隱私保護；基于環簽名、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加密方案或安全多方計算方案來實現交易內容的隱私保護；還可采用混幣機制實現簡單的隱私保護。

2.3?合約可信性

智能合約是區塊鏈描述業務場景核心邏輯的預言，合約可信性已成為區塊鏈技術發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造可信區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，可以結合動力系統的基本思想探討合約可信性及其演化規律，研究在各種內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的可信性是區塊鏈在動態開放環境下其行為的統計特性。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計分析方法給出合約可信性統計指標的不變測度評測方法和合約不可信的動力學判據。

聲音 | 中科院自動化研究所袁勇：區塊鏈與人工智能相輔相成:5月15日，WIC全球區塊鏈科技創新峰會在天津薊州舉辦，中科院自動化研究所副研究員、青年科學家獎獲得者袁勇在分享中表示，區塊鏈與人工智能相輔相成，區塊鏈為人工智能奠定了可信、可靠、可用和高效的數據基礎，將大數據提煉為“真”數據，區塊鏈和人工智能的結合能夠帶來分布式智能生態系統，激發社會智能，構成智慧社會的核心基礎設施。[2019/5/15]

2.4??可擴展性

區塊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”。可擴展性旨在分布式賬本協議的基礎上，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：分片擴展。區塊鏈網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點只需要處理片區內的交易，而不是全網交易；分層擴展。狀態通道是一種分層技術，其核心思想是：允許執行脫鏈交易，在一個狀態通道內發生的事情仍然保持著非常高的安全性和最終性，如果出現任何問題，仍然可以選擇回溯到主鏈上進行仲裁。

2.5??跨鏈技術

區塊鏈是一類分布式總賬。一條區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，因此本質上價值沒有辦法在賬本間轉移，但是對于具體的某個用戶，用戶在一條區塊鏈上存儲的價值，要求能夠轉移為另一條鏈上的價值，這就是跨鏈資產流通。跨鏈資產流通能讓價值跨越鏈與鏈之間的障礙，進行直接的流通。跨鏈本質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塊鏈上執行且要求保證事務的一致性。這是對跨鏈資產流通的一種擴展，將資產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塊鏈上執行，或者全部執行完畢，或者全部退回執行前的狀態。跨鏈智能合約將打破鏈之間的信息孤島效應，大幅擴張區塊鏈的應用場景。

3??區塊鏈發展的風險與應對

聲音 | 中科院孫毅：區塊鏈與人工智能將緊密合作:據新華財經消息，近日，在“2019中國國際區塊鏈技術與應用大會”上，中國科學院計算機技術研究所教授孫毅表示，區塊鏈跟人工智能一定是密切合作、互惠互利的。[2019/4/12]

目前，我國區塊鏈技術發展現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濟的經濟風險。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日發布白皮書。Libra的使命是：一方面構建一種簡單且無國界的數字貨幣，另一方面構建一套為數十億人服務的金融基礎設施。Libra所構建的普惠金融體系可以總結為三大要素：Libra建立在安全、可擴展和可靠的區塊鏈基礎上，從技術層面上看，Libra沿用了區塊鏈發展至今較為成熟的現有技術；Libra不同于沒有內在價值的比特幣等數字貨幣，其內在價值依托于一攬子儲備金融資產，具有低波動性的特點；Libra由獨立的Libra協會治理，該協會的任務是區塊鏈平臺的運營、儲備管理以及Libra金融生態系統的推廣，目前Libra是一個多中心化的許可性網絡平臺，并且按照其發展規劃未來將過渡為去中心化的非許可性網絡平臺。歸根到底，Libra的最終目標可以歸結為“一條鏈，一種幣和一個智能合約平臺”，鏈作為基礎操作系統，幣作為支付手段，而智能合約平臺用于構建生態應用。

目前，絕大部分業內人士將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，可能會挑戰我國現行貨幣政策：在我國外匯管理的一個基礎要求是強調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；非法跨境資本流動可能增加；Libra錨定美元等主權貨幣，Libra的推廣將同時為美元附能，強化美元的統治地位；擠壓人民幣國際化的空間；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；擠占全球跨境小額匯款業務。

聲音 | 中科院鄭志明：下一代區塊鏈底層技術的核心是三元平衡尋優問題:據雷鋒網消息，中國科學院院士鄭志明在2018可信區塊鏈峰會上表示，從科學和技術角度來講，區塊鏈實際上就是解決三元悖論，可擴展性、分布式和安全性。如今很多應用只得其二。下一代區塊鏈底層技術的核心是三元平衡尋優問題。[2018/10/10]

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，而我們還有一些更深層次的擔憂。我們注意到Libra不但構建了一種數字貨幣，而且構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、安卓系統一樣構建任意的應用，覆蓋任何的行業及業務。現階段互聯網在我國發展較快，我國的信息化程度較高，幾乎所有行業都離不開信息系統，如果這些行業的信息系統被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、跨行業跨領域、多類型的經濟活動。我們要警惕的是，近乎所有的虛擬經濟都有可能遷入Libra平臺，同時實體經濟的相當一部業務流程亦有可能借助于Libra平臺部署業務系統。經濟是我國發展的首要任務，Libra平臺可能搶占我國經濟發展的信息化與支付業務，從而使我國的經濟運行在一個不受監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塊鏈則是我國國家意志的全球延伸。互聯網經歷了信息互聯、人人互聯和萬物互聯幾個階段，互聯網發展初期，美國推出因特網并使之成為了國際標準，以此掌握了互聯網世界的話語權，至今全球均在因特網的標準體系之上發展新一代信息產業。現階段全球正處于價值互聯時代初期，區塊鏈構建的是服務于實體經濟和虛擬經濟的價值互聯網，在這一輪競爭中，我國應盡早推出自主可控安全的區塊鏈，并以此作為主鏈，同時推出區塊鏈國際和國內的技術標準、接口標準、應用標準等系列標準，體現國家意志和治理規則，通過技術標準和應用標準規范和約束國內區塊鏈的開發和應用，通過接口標準實現主鏈與各應用平臺之間的無縫連接，最終實現“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”戰略的國家之間的聯盟鏈，國家聯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，從技術維度上實現人類命運共同體，實現國際權力觀、共同利益觀、可持續發展觀和全球治理觀的國家共識。

4?區塊鏈與國家治理能力現代化

習近平總書記強調“要推動區塊鏈和實體經濟深度融合”等七個“要”，為我國如何發展和應用區塊鏈技術指明了方向，對區塊鏈與各種實際應用場景深度融合作出了部署，我們可以將區塊鏈的應用價值歸結為促進數據共享、優化業務流程、降低運營成本、提升協同效率、建設可信體系五項共性作用。從地方省市來講，可以結合七個“要”和省市實際情況，以某一個生態或產業作為切入點，帶動和促進其他領域生態應用的良性發展。我們必須看到，黨中央之所以高度重視區塊鏈技術，是因為看重了它在實體經濟、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合“區塊鏈”進行區域產業轉型、民生服務提升、政府治理升級等方面規劃了具體目標。各級政府部門應對照七個“要”，讓市場的“無形之手”發揮決定性作用，更好地發揮政府“有形之手”作用，推動相關資源流向技術研發和實際應用，引導人才、資金、項目、數據等流向能夠實際提升生產效率、加快新舊動能接續轉換的領域，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、推動政府數據共享的領域。

我們要努力利用區塊鏈提升社會治理水平。區塊鏈中的共識機制、智能合約，能夠打造透明可信任、高效低成本的應用場景，構建實時互聯、數據共享、聯動協同的智能化機制，從而優化政務服務、城市管理、應急保障的流程，提升治理效能。例如，依托區塊鏈建立跨地區、跨層級、跨部門的監管機制，有助于降低監管成本，打通不同行業、地域監管機構間的信息壁壘。當審計部門、稅務部門與金融機構、會計機構之間通過區塊鏈技術實現審計數據、報稅數據、資金數據、賬務數據的共享，數據造假、逃避監管等問題將得到有效解決。

5?我國區塊鏈發展展望

習近平總書記已經給我們指明了區塊鏈技術在我國的發展方向。習近平總書記提出要加快推動區塊鏈技術和產業創新發展，積極推進區塊鏈和經濟社會融合發展，而要實現兩個發展，關鍵在于兩點：一是區塊鏈技術核心技術突破。區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在這個新興領域我國要走在理論最前沿、占據創新制高點、取得產業新優勢。要推動協同攻關，加快推進核心技術突破，為區塊鏈應用發展提供安全可控的技術支撐。目前區塊鏈技術大多數停留在概念炒作階段，很多業務場景單純為了區塊鏈而區塊鏈。目前為止我國還沒有人能在全球范圍內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，習近平總書記對區塊鏈技術理論技術和后續的應用發展提出了非常高的要求，做好區塊鏈基礎理論研究，著力攻克一批關鍵核心技術，真正把技術研發的擔子挑起來，是當前區塊鏈發展的關鍵。

二是提升國際話語權和規則制定權。從上文中我們可以看到，不同于以往的信息技術，區塊鏈技術具有很強的擴張性，或者叫侵略性，它的規則或者話語權決定了它的影響范圍，因為每一個上鏈開展業務的個體或機構必須服從區塊鏈所定的規則，無論中外均是如此。舉個例子，大家使用windows系統時必須要服從windows的規則，但是windows只是為用戶規定了信息交互的規則，這對我們來說是可以接受的，而區塊鏈則規定了產業治理規則，區塊鏈的治理規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。

為了實現上述兩點，我們要加強人才隊伍建設，建立完善人才培養體系，打造多種形式的高層次人才培養平臺，培育一批領軍人物和高水平創新團隊。區塊鏈作為架構性創新技術，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、基礎數學等多種專業技術知識。發展區塊鏈，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、產業融合等方面前瞻和系統性地建立人才培育體系。

參考文獻

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鄭志明,馬世龍,李未等.軟件可信性動力學特征及其演化復雜性.中國科學信息科學:中國科學,2009,39(9):946—950.

姚前.區塊鏈研究進展綜述.中國信息安全,2018(3):92—95.

鄭志明,馬世龍,李未等.軟件可信復雜性及其動力學統計分析方法.中國科學信息科學:中國科學,2009,39(10):1050—1054.

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，軟件開發環境國家重點實驗室主任和數學、信息與行為教育部重點實驗室主任。在我國最早提出區塊鏈分布式可信系統模型，提出了區塊鏈三元優化平衡策略。曾獲國家技術發明獎一等獎、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明一等獎等。

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