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                  區塊鏈產業生態、存在問題及政策建議
                  2017-03-03         來源:IT863 騰訊研究院       [我要評論]
                  區塊鏈的定義是一種分布式數據庫,通過去中心化、去信任的方式,集體維護一個可靠數據庫。傳統數據庫的四種操作可以簡寫為CURD,C代表創建,U代表更新,R代表讀取,D代表刪除。
                  一、區塊鏈技術原理和發展趨勢
                   

                  01| 區塊鏈——一種分布式記賬方法

                   

                   

                  從技術上來講,區塊鏈是一種分布式的記賬方法。說到記賬,我們經歷了從實物記賬向電子記賬的演變。實物記賬分別經過泥板標記、甲骨刻字、竹板刻書、紙質賬本5個階段,在20世紀60年代半導體微處理器的誕生,打孔計算機的出現,代表著記賬進入了電子化時代。隨著20世紀70年代,IBM引領的大型計算機深入滲透至金融行業,7*24小時的批處理替代了朝九晚五的人工記賬。20世紀80年代至90年代的個人PC和局域網的發展,實現了內部協同和遠程服務。隨著互聯網在21世紀初的興起,無國界的跨境業務開始繁榮,隨著夢網、3G、4G的代際躍遷,我們進入移動金融時代,開始用智能手機管理自己的電子銀行。

                   

                  與此同時,加密安全技術在20世紀80年代至21世紀初,也得到了廣泛發展,其中的哈希加密、橢圓曲線密碼學、HashCash工作量證明機制,以及P2P網絡后來的發展,為區塊鏈,也叫分布式總賬技術,典型了堅實的技術基礎。目前,區塊鏈技術在金融科技(Fintech)領域里非常火爆,在CFA進行的調研中,區塊鏈僅次于機器人顧問,排名第二。

                   

                  02| 區塊鏈的特點

                   

                   

                  區塊鏈的定義是一種分布式數據庫,通過去中心化、去信任的方式,集體維護一個可靠數據庫。傳統數據庫的四種操作可以簡寫為CURD,C代表創建,U代表更新,R代表讀取,D代表刪除。分布式數據庫相當于是放棄了UD操作,也就是放棄更新和刪除,換來“無法篡改”“不可抵賴”兩個重要特點,依托P2P網絡提供的分布式端對端網絡的特點,我將之歸結為CROSS原則。其中,R代表可追溯,依托區塊彼此相連的鏈式結構,用戶可以追溯至最初交易來查看整個交易過程。O代表開放,任何一個人都可以通過接入P2P網絡來記賬;第一個S代表安全,基于密碼學的安全通信,以及工作量證明機制,無人可以篡改數據庫中的數據;第二個S代表穩定。系統中任何節點的退出,都不會影響整個系統的穩定性,不會遇到中心化節點經常遇到的“單點故障”問題。

                   

                  因此,依托區塊鏈技術,改變了現有的交易模式。在傳統交易中,商家和消費者彼此不信任,因此需要國家信用背書或企業背書的第三方機構。基于區塊鏈,逐步實現去中心化、去中介的過程,實現消費者和商家之間直接支付,極大地提升了交易效率,降低了交易成本。

                   

                   

                  區塊鏈的特點包括去中心化、公開透明、安全可靠和開放共識。其中,去中心化是指區塊鏈由眾多節點共同組成一個端到端的網絡,不存在中心化的設備和管理機構。公開透明是指區塊鏈的所有數據信息也是公開的,每一筆交易都會通過廣播的方式,讓所有節點可見。安全可靠是指單個甚至多個節點對數據庫的修改無法影響其他節點的數據庫,除非能控制超過51%的節點同時修改。開放共識是指任何人都可以參與到區塊鏈網絡,每個節點都能獲得一份完整的數據庫拷貝。節點間基于一套共識機制,通過競爭計算共同維護整個區塊鏈。

                   

                  03| 區塊鏈的技術原語

                   

                   

                  區塊鏈是主要運用了四個基礎技術,分別是哈希運算(SHA256)、數字簽名、P2P網絡和工作量證明(PoW)。

                   

                  哈希加密算法,SHA256,是由美國國家安全局研發,由美國國家標準與技術研究院(NIST)在2001年發布,屬于SHA-2分支。將任何一串數據輸入到SHA256將得到一個256位的Hash值(散列值)。其特點:相同的數據輸入將得到相同的結果。輸入數據只要稍有變化(比如一個1變成了0)則將得到一個千差萬別的結果,且結果無法事先預知。

                   

                  數字簽名,是基于橢圓曲線加密技術的公私鑰來實現。有這么兩個概念很重要,第一,公私鑰是非對稱加密技術,公鑰和私鑰不同,但是可以基于私鑰生成公鑰。第二是相關性,公鑰加密的,對應的私鑰才能解密。私鑰加密的內容,對應的公鑰才能解密。數字簽名技術就是,我對傳輸文本進行摘要操作,也就是從“我愛北京天安門”這個字符串,使用哈希算法,抽取出例如“天”這個字作為文章摘要,我把“天”字用私鑰加密,作為數字簽名附在文本傳輸給對方。對方收到文件后,也對文本進行同樣的哈希操作,得到“天”字,再用公鑰對我的簽名進行解密,如果也得出“天”字,那么說明,整個傳輸是可信的,如果不是,則傳輸過程有可能受到了篡改。

                   

                  P2P網絡,根據比特幣協議,區塊鏈采用一種無結構的P2P網絡。P2P網絡分為有結構和無結構兩種,區別在于路由規則的制定方面。有結構的P2P網絡,例如Chord,利用一致性哈希表(DHT)構建每個節點的路由表。無結構的P2P網絡代表是努特拉(Gnutella),節點之間的路由靠廣播的方式,也就是說,一個節點想查找一個文件,他就問他的鄰居有沒有這個文件,他的鄰居再問各自的鄰居有沒有,如此迭代。這樣容易形成廣播風暴,因此,一般設置一個網絡TTL,來限制廣播傳播的范圍。

                   

                  工作量證明機制(PoW),簡單理解就是一份證明,用來確認你做過一定量的工作。工作量是信任產生的基礎。在區塊鏈中,通過解決一個數學難題來證明自己的工作量。這個數據難題就是,對一個數字串進行兩次SHA256運算,如果得到的數,小于一個指定的值,就算是成功。否則,要通過不斷的嘗試試錯(學術上叫暴力破解),來求解這個數。一般來說,指定的結果值,前面都是多個零開頭,例如圖中,對于固定的上下文,隨機數選擇123456,得到的值小于指定值,算是解決了該數學難題。這是充分利用了SHA256加密算法的偽隨機性。

                   

                  04| 區塊鏈的分類

                   

                   

                  從區塊鏈的發展來看,區塊鏈經歷了3個階段,首先是記錄價值信息,例如記錄比特幣的歷史交易信息,記錄山寨幣的虛擬資產信息,其次是記錄商品服務的交易和位置信息,例如為管理產品交易和服務開發應用程序,為共享經濟的物權交易開發應用程序。第三是制定未來的規則,這個是智能合約的階段。從智能合約以后,稱之為區塊鏈2.0時代,以前的稱之為區塊鏈1.0時代。

                   

                  從發展分類來看,一類是證明機制,例如,豎軸將證明機制從工作量證明機制,改為其他證明機制,例如,PoS股權證明機制,PBFT拜占庭容錯機制等。一類是我們剛剛說的,記錄對象的不同。還有一類是入網許可的變動,以前的區塊鏈是共有鏈,允許所有人接入。現在發展成聯盟鏈和私有鏈,只有加入聯盟的,才能鏈入區塊鏈,或者直接在一個公司內部,部署區塊鏈,叫做私有鏈。最后,還有一種是混合鏈,即可以公有接入,也能夠支持企業私有化。

                   

                  05| 演化趨勢

                   

                   

                  區塊鏈的演化方向,我們認為有兩個重點方向。一個是側鏈,通過SPV簡單交易認證機制,讓比特幣和其他賬簿資產在多個區塊鏈之間轉移。還有一個是智能合約。其實,以前區塊鏈1.0也能使用腳本來實現一些邏輯,但是,這些腳本不是圖靈完備的,不能進行循環和條件判斷,所以,智能合約彌補了這個缺陷,是圖靈完備的編程語言,開啟了區塊鏈的另一個浪潮。

                   

                   

                  區塊鏈的意義可從三個方面來看。

                   

                  一是學術意義,在無信任的環境下,在整個網絡中的任意節點建立起共識機制,而無需擔心數據被篡改。

                   

                  二是應用意義,隨著數據庫從集中式縱向擴展,向分布式橫向擴展發展,縱向擴展就是通過添加內存、存儲和CPU,增強單臺機器的性能。這種縱向擴展會遇到吞吐量瓶頸等問題。分布式數據庫通過橫向擴展,提升了吞吐量和計算效率,也開啟了大數據時代。分布式數據庫主要分為以Storm為代表的流數據庫,Hadoop為代表的批處理數據庫,以Spark為代表的內存數據庫和以Neo4j為代表的圖形數據庫。區塊鏈的意義在于,增加了一個分支,基于時間軸的分布式數據庫。

                   

                  三是戰略意義,基于創建信任的機器,促進價值的全球流動。左圖是區塊鏈目前的節點分布圖。如果說基于TCP/IP的第一代互聯網實現了信息的全球流動,像WWW和HTTP協議,區塊鏈就是把各個機構和個人,映射到虛擬世界,基于數學這種人類文明的最大公約數,匯集世界上不同人群、不同權利群體的共識,實現了價值,或者說資產的全球實時流動。

                   

                  二、區塊鏈的產業生態現狀

                   

                   

                  全球已經有24多個國家正在投資區塊鏈技術,80%的銀行將在2017年前啟動區塊鏈項目,90多個中央銀行加入了區塊鏈討論,90多個公司加入了區塊鏈聯盟。在過去三年里,區塊鏈的風險投資超過了14億美元,產生了2500+的區塊鏈相關專利。

                   

                   

                  截至2016年9月26日,一共有682種加密貨幣,總市值為$11,962,051,199美元。其中,比特幣占79%,以太坊占9%,Ripple和萊特幣分別占2%,并列前三。區塊鏈的風險投資在2015年第四季度出現了一個明顯低谷,在2016年第一季度出現回升。在谷歌趨勢里,區塊鏈搜索熱度區域排名為印度第一,依次是澳洲、印尼、加拿大、英國和美國。這里特別需要注意的是,谷歌目前沒有中國的數據,暫時不知道中國和其他國家的搜索熱度對比。

                   

                  因此,我們基于百度指數做了分析,發現區塊鏈的熱度從2015年8月開始,一直呈上升趨勢,與2015年10月首屆全球區塊鏈峰會的宣傳不無關聯。到2016年1月,央行宣布推出數字貨幣,雖然央行早就對數字貨幣有專門團隊研究,但仍然促使熱詞指數顯著拉升。直至2016年6月,全球聞名的、也是最大的眾籌項目DAO被黑客攻擊,最后通過硬分叉解決。區塊鏈的價值受到了大眾質疑,熱詞指數明顯下滑。2016年8月,工信部發布區塊鏈的兩年規劃,指數又開始反彈。

                   

                   

                  聯合國社會發展部(UNRISD)在2016年初發布《加密貨幣以及區塊鏈技術在建立穩定金融體系中的作用》報告,提出了關于利用區塊鏈技術構建一個更加穩固的金融體系的想法,并認為區塊鏈技術在改善國際匯兌、國際結算、國際經濟合作等領域有著很大的應用發展空間;國際貨幣基金組織也針對各國關注的數字貨幣問題發布《關于加密貨幣的探討》報告,對基于區塊鏈技術的加密貨幣的未來發展進行了具體的分析和闡述。

                   

                   

                  目前,我國的區塊鏈產業主要圍繞算力基礎設施,輻射數字貨幣,衍生至區塊鏈應用這樣一個滲透過程。基礎設施包括芯片礦機、礦池和云算力,數字貨幣、錢包和交易所構成貨幣體系,資產鑒證、金融服務、慈善等形成了豐富的應用生態。從發展趨勢來說,礦機經歷了CPU、GPU、FPGA,直至現在通過ASIC芯片來定制挖礦,可以從礦機算力曲線圖看出,礦機的算力一直處在飆升的趨勢。數字貨幣中,美籍華人李啟威是萊特幣的創始人。我國還有其他7余種國產數字貨幣,但都不太普及。應用生態中,我國正從區塊鏈1.0時代逐步跨入區塊鏈2.0時代,智能合約將得到廣泛地應用。

                   

                   

                  三、存在問題
                   

                   

                  區塊鏈也會遇到分布式系統中的CAP原理,也就是,在可分區、一致性、可及性三者間只能滿足其二。中國人民銀行的陳一希這篇文章提出了,區塊鏈在高效率低能耗、去中心化和安全三個方面,也能只選其二,存在“不可能三角”悖論。

                   

                   

                  面對“代碼即標準”的產業現實,我們對比特幣區塊鏈的開源貢獻進行了分析,發現在貢獻代碼最多的7個人中,沒有一個是中國人。在Others門類里,200多位開源貢獻者中,也沒找到一個中國人。比特幣區塊鏈技術實現運行時“去中心”的同時,也強化了設計時的“中心化”。一旦代碼形成了規模,控制權將掌握在少數程序員手中,到時候就該擔憂我國在該領域是否具有話語權了。

                   

                  此外,當比特幣區塊鏈的挖礦成為一種產業,或者當有國家力量參與時,其網絡中“每個礦工機會均等”的假設不再成立,例如目前比特幣的“礦池”和“礦場”掌握了絕大部分的算力,一臺普通PC 機的算力從概率上來說要200 年才能挖到一次礦,已經有向中心化發展的趨勢。

                   

                   

                  區塊鏈是多種已有技術(例如私鑰加密算法、P2P網絡、工作量證明機制PoW等)集成創新的結果,這些技術從誕生至今已經十余年,雖然發現并改進了不少弊端,但仍存在很多難以解決的問題,需要謹防這些弊端綜合起來產生的嚴重后果。

                   

                   

                  尚未成熟的區塊鏈技術,也面臨著平臺安全、應用安全的嚴峻形勢。2011年6月,Allinvain被盜走了25000個比特幣,成為比特幣歷史上第一個因為黑客攻擊而遭受重大損失的玩家。2012年9月,比特幣平臺Bitfloor被一個黑客成功攻破,損失24000個比特幣,Bitfloor平臺也于2013年4月被迫關閉。2016年6月,基于區塊鏈技術的全球最大眾籌項目The Dao被黑客攻擊,導致價值6000萬美元的360多萬以太幣被劫持,引起業內震動和高度關注。

                   

                  除此之外,依托區塊鏈技術的比特幣,由于其匿名特性,曾被廣泛用于洗錢、恐怖活動、毒品交易等非法活動,例如“絲綢之路”網站,不僅僅允許用戶使用比特幣匿名交易,還采用“洋蔥路由”(Tor)讓追蹤更加困難。這種超級安全性滋生了諸如黑槍、毒品、信用卡資料、色情服務和黑客服務等眾多非法交易,最終被美國聯邦調查局于2013年2月搗毀。

                   

                   

                  四、政策建議
                   


                   


                   



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