区块链技术原理及全球应用现状研究

2023-08-23 0 996

作者:电子商务与电子支付国家工程实验室  区块链研究团队

摘要

区块链(Blockchain)是一串以密码学方式关联的数据块,记录了一段时间内网络中发生的所有事件。其技术原理源于拜占庭将军问题,本质是交易本概念开始,从国内外区块链应用案例出发,梳理了区块链的应用方向和前景,最后指出了区块链发展面临的主要挑战。

正文1区块链起源和本质

区块链技术原理及全球应用现状研究

对于区块链的概念和定义,现在还没有统一的标准,可以从其起源、核心概念、特征等方面来界定分析。

 起源

区块链起源于比特币。2008年11月中本聪(Satoshi Nakamoto)的发表《比特币:一种点对点的电子现金系统》,阐述了基于 P2P 网络技术、加密技术、时间戳技术、区块链技术等的电子现金系统的构架理念,标志着比特币的诞生。两个月后比特币程序编写完成并自组网开始运用,2009年1月3日第一个序号为0的比特币创世区块诞生,2009 年1月9日出现序号为1的区块,并与序号为0的创世区块相连接形成了链,标志着区块链的诞生。比特币发展缓慢,但近几年作为比特币底层技术之一的区块链技术日益受到重视。

在比特币形成过程中,区块(block)是一个一个的存储单元,记录了一定时间内各个区块节点全部的交流信息。各个区块之间通过随机散列(也称哈希算法)实现链接 (chain),后一个区块包含前一个区块的哈希值,随着信息交流的扩大,一个区块与一个区块相继接续,被称为区块链。

定义

工信部在《中国区块链技术和应用发展白皮书》中定义“区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构,并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本”。从其实质分析,区块链就是一种无须中介参与,亦能在互不信任或弱信任的参与者之间维系一套不可篡改的账本记录的技术。

与传统的数据库表相比,区块链主要呈现出“两种结构,两类算法,一个合约”的特点,即利用块链式账本结构来验证与存储数据、利用P2P组网方式形成异构多活网络、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据并维护其在节点间的一致性、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、并可通过由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据。

电子商务与电子支付国家工程实验室认为区块链,是分布式总账的一种文件存储形式,是以多份拷贝形式存在于点对点网络上的只追加的总账本数据库,该总账由多方参与记账,每次通过特定机制选择一方进行记账操作。此总账本数据库中的记录不可修改、不可删除。

 特征

从本质上看,区块链技术是一种不依赖第三方、通过自身分布式节点进行网络数据的存储、验证、传递和交流的一种技术。从金融会计的角度,可以把区块链技术看成是一种分布式开放性大型网络记账簿,任何人任何时间都可以采用相同的技术标准加入自己的信息,延伸区块链,持续满足各种需求带来的数据录入需要。 从区块链的形成过程看,区块链技术具有以下特征。

(1)去中心化

区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施,没有独立中心管制,通过分布式核算和存储,各个节点实现了信息自我验证、传递和管理。去中心化是区块链最突出的特征。

去中心化并不确切,是相对于中心化的一种表述。“去中心化”是“传统绝对中心化”的弱化。弱化的方式的可以有从绝对中心转成多中心。在区块链整个网络中没有绝对中心化的硬件或者管理机构,核心节点与节点之间的权利和义务都是均等的,且任一节点的损坏或者失去都会不影响整个系统的运作。传统数据库是是绝对中心化记录、中心化储存的,即使是异地灾备、云存储,也只是将存储地从一处变为多处,从本地变为云端,如果中央服务器出现问题,则灾备数据库也将停止更新数据;而区块链数据库则是分布式记录、分布式储存、分布式传播的,每一条信息都由单个节点传播给全网其它所有节点,每个节点都负责数据的记录、储存,没有中心化或第三方机构负责管理,一个节点出现问题,其他节点会继续数据的更新和存储,通过去中心化的方式,维持系统稳定运行,信息完整可靠。

(2)去信任

块链构建“去信任”,整个系统中的每个节点之间都能进行数据交换,整个系统的运作规则是公开透明的,所有的数据内容也是公开的,因此在系统指定的规则范围和时间范围内,节点之间不能也无法欺骗其它节点。

(3)开放性

区块链技术的开放性有两个层面。第一、区块链程序基础对区块链的参与方是开源的。第二、区块链上数据对参与方是开放的。区块链系统中,除了交易各方的私有信息被加密外,区块链的数据对参与节点开放,任何参与节点都可以通过公开的接口访问数据和开发相关应用,因此整个系统信息高度透明。

(4)独立性

基于协商一致的规范和协议 (类似比特币采用的哈希算法等各种数学算法),整个区块链系统不依赖其他第三方,所有节点能够在系统内自动安全地验证、交换数据,甚至也可以不需要人为干预。

(5)数据性可靠性

区块链的数据可靠性,是指整个区块链系统中账本数据的可靠性。区块链系统通过分布式总账的形式,让每个参与记账节点都能获得一份完整数据库的拷贝。除非能够同时控制整个系统中大部分节点进行数据篡改,否则单个节点上对数据的篡改是无效的,也无法影响其他节点上的账本内容。通常认为参与系统中的记账节点越多,该系统中的数据安全性越高。

对金融的意义

对金融行业来说,所有交易的基石不外乎两点:1、交易品所有权是被确定的2、交易品所有权不能被转移两次。目前大多数互联网金融本质上是传统金融的电子化,信用创造的方式并没有改变。具体地说,在当前商业模式和社会组织架构下,交易品的价值创造和交换活动都需要一个集中的制度体系(如政府信用背书)和机构体系(如银行、支付机构等)来建立信用,否则陌生人之间无法取得信任,进而发生交易。而区块链技术从根本上改变了这种中心化的信用创造方式,运用一套基于共识的数学算法,在机器之间建立“信任”网络,从而通过技术背书而非中心化信用机构来进行信用创造。换句话说,区块链技术是人类社会信用创造的一次革命,理论上,在技术识别能力足够的情况下,它能让交易双方在无需借助第三方信用中介的条件下开展经济活动,从而实现低成本的全球范围价值转移。

2  国内外区块链技术研究和应用现状

区块链技术原理及全球应用现状研究

国外区块链产业现状

国际上关于区块链的研究与应用表现出联盟化、金融级、全盘布局的特点。主要参与对象既有大型商业银行、银行卡组织,也有科技公司、咨询公司,意在对金融基础设施进行优化和重构。

国际上主要联盟是R3 CEV公司主导的联盟,由美国金融科技公司R3领导全球主要银行财团共同参与,目前R3的成员机构数量超过70家,除有一批国内金融机构相继加入外,也出现个别金融巨头的退出(部分行业巨头的相继退出,或是未在R3融资中获得更大权益,也与联盟沟通成本提高、影响商业化效率有关)。11月,R3联盟8家银行成员测试了英特尔区块链平台。而在12月初,为增加联盟的影响力和完善公司的区块链项目,R3公开发布分布式账本平台Corda源代码。

金融机构通过与区块链科技公司合作,协助业务设计和开发。瑞士银行、德意志银行、桑坦德银行、纽约梅隆银行和ICAP宣布与区块链企业Clearmatics共同发行基于区块链技术的新型“Utility Settlement Coin”(USC代币),用于金融市场交易结算及清算过程,希望有效减少支付清算成本、加快清算速度、保证资金安全;三菱东京日联银行与IBM进行区块链合同管理试验,利用区块链技术开展与合作伙伴签署合同时的设计、运营和执行;富国银行与澳新银行合作开发区块链平台,以创建和共享大量关系银行账户,提高跨境关系银行的支付和结算速度。

传统科技公司和咨询公司也展开了对区块链技术的研究与应用,为了增强合作的基础和吸引力,部分企业选择将区块链源代码开源。IBM以OpenBlockchain为基础,通过Linux基金会发起了开源项目HyperLedger,意在提供金融级别的区块链解决方案,推进区块链行业标准形成;2016年12月,R3向全球(不仅限联盟成员)公开发布分布式账本平台Corda源代码,并在Corda.net网站为开发者和爱好者提供补充材料。

国内区块链产业现状

2016年,国内对区块链的研究热度也出现了爆发式增长,人民银行、商业银行、金融机构均展开了相关研究,但仍主要处于概念性验证和原型实验阶段,市场主体纷纷采取不同策略、基于不同业务场景,推动该技术的应用和普及。国内也成立多个区块链联盟,如中关村区块链产业联盟、ChinaLedger联盟、金融区块链合作联盟、陆家嘴区块链金融发展联盟等。

国内商业银行及金融机构开始通过与区块链科技公司合作,协同探索基于区块链的创新型业务场景。邮储银行与IBM合作推出基于区块链技术的资产托管系统;浙商银行与趣链科技合作推出基于区块链技术的移动数字汇票应用;招商银行实现将区块链技术应用于全球现金管理领域的跨境直连清算、全球账户统一视图以及跨境资金归集三大场景。

近几个月,国内的一些创业科技公司和开发者也相继发布区块链应用。蚂蚁金服推出区块链公益项目,主要应用于支付宝的爱心捐赠平台,以解决善款去向透明度的问题;万达网络与百望股份合作推进“区块链+电子发票”财税一体化解决方案、“区块链+供应链”解决方案的POC验证。此外,万向区块链实验室、小蚁、布比科技等均实施了较有影响力的区块链创业项目。

银行卡组织对区块链的研究与应用

     (1) Visa

2016年,Visa进一步加强区块链在支付结算领域的应用探索。9月,Visa与加拿大区块链初创公司BTL合作推出区块链结算支付系统,其中利用了BTL的智能合约技术;11月,Visa公布将与区块链创业公司Chain共同研发,并于2017年推出接近实时的B2B区块链支付服务Visa B2B Connect,该服务是一个基于Chain Core(一种企业区块链基础设施)的新平台,旨在为金融机构提供快速、透明且安全的方式处理全球B2B支付。Visa实验室还就区块链在小额支付、企业间支付等应用开展过研究。

(2) 万事达

万事达希望通过允许企业和金融机构在分布式账本上进行交易,催生数字化价值转移的新商业机会,其强调区块链应用中的安全性、可扩展性,旨在减少资金流动所涉及的时间、成本和风险问题。2016年,万事达创新实验室MasterCard Labs已在开发网站发布3个连接到其内部区块链的实验性API,包括专注于智能合约与支付结算的API产品。万事达还探索数字身份与客户信息(KYC)交换的应用以及银行间付款、贸易融资等。目前,万事达已提交30多项区块链专利申请,大部分与付款和交易相关。

中央银行在数字货币探索中对区块链的研究与应用

2016年9月中国人民银行提出加快研究法定数字货币,区块链技术是法定数字货币运行的主要候选技术方案之一。2017年初,数字货币研究所正式挂牌成立,人民银行推动的基于区块链的数字票据交易平台原型已测试成功,实现了数字票据基于区块链的全生命周期的登记流转和基于数字货币的票款对付(DVP)结算功能,标志着数字货币在数字票据场景的应用验证落地。

全球部分央行同样在该领域提出具体方案并开展研究实验。其中,英国央行与伦敦大学合作,开发基于区块链技术的数字货币RSCoin,RSCoin账本由中央银行公开发布和监控,已进入初步测试;加拿大央行进行一项名为Jasper的基于区块链技术的电子货币实验项目,开发电子版加元CAD-Coin;荷兰央行正在致力于开发一种被称为“DNBCoin”的内部区块链原型币。

3区块链发展前景

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区块链技术将于传统中心化系统相互结合相互补充

区块链技术并非要简单取代传统金融的中心化业务系统,但其分布式、开放型的属性确实对传统金融的模式造成了影响,甚至是冲击。从现有区块链技术方案和研究计划看,传统金融机构并未完全放弃传统中心化系统,区块链系统与现有处理系统并行及整合,更多作为补充和新的尝试。在特定业务场景中采用区块链技术,有助于提升系统技术能力,培育更好的业务生态,创造出运营与监管创新机会。

区块链应用将在范围可控、风险可控前提下开展

有别于互联网金融从野蛮生长、风险蔓延到严厉整治的过程,区块链应用在未来一段法判定应用效果的程序提供实验环境。通过沙箱,一方面鼓励金融创新在可控范围中形成快速试验;另一方面,通过在沙箱中封闭运行基于区块链技术的应用,可有效监督其市场表现,审慎判断其是否对金融市场和社会福利有贡献,严格控制风险范围,使之不会扩散。

区块链研究与应用将更强调合作

区块链联盟大批成立,反映出在区块链研究和应用层面通过合作增强研究力量、加大资源投入及深化应用探索成为各方共识。同时,无论是中央银行、商业银行、卡公司、支付公司,还是科技公司、咨询公司等,两家甚至多家机构合作开发区块链平台并开展相关应用测试成为普遍现象。

为了增强合作的基础和吸引力,部分企业选择将区块链源代码开源。IBM通过Linux基金会发起的开源项目HyperLedger,其目标是打造成一个由全社会来共同维护的一个超级账本。2016年12月,R3向全球公开发布分布式账本平台Corda源代码,并在Corda.net网站为开发者和爱好者提供补充材料,旨在鼓励更多的公司和用户采用R3技术,以形成网络效应,促进平台更多的开发、设计和应用。

区块链将依托于具体应用场景而存在

区块链行业的产业链层级已逐渐成型,基础技术、平台、应用层面均在快速发展;应用领域百花齐放,从支付转账、电子商务、社交等面向个人(to C)的应用,到数据管理、版权保护及交易、电子商务、金融交易结算、域名管理等面向企业(to B)的应用,均有概念验证案例出现。其中,我们认为区块链目前较为适合的应用场景主要集中在企业端。因为企业端应用相对用户端应用所涉及的节点较少,区块链构建相对容易;企业端对运用区块链改造传统业务流程的诉求更为强烈,而用户端则更加强调体验的一致性。

4金融领域应用区块链面临的挑战

区块链技术原理及全球应用现状研究

活、生产中的成熟运用还有很长的路,其在技术成熟度、应用场景、标准等方面还存在较大挑战:

技术成熟度的挑战

从技术实现看,目前区块链技术还处于发展的早期阶段,不仅尚未形成统一的技术标准,而且各种技术方案还在快速发展中,仍需要解决诸多问题。比如网络安全问题,包括Mt.Gox、The DAO、Bitfinex等国外运营商、项目及网站均出现过安全漏洞,导致巨大的资产损失。从区块链安全性分析的角度,其面临着算法安全性、协议安全性、使用安全性和系统安全性的挑战;此外,区块链技术还受限于交易实时性和高频交易处理能力问题、区块链容量不断膨胀的存储问题等,而且对于区块链技术的可扩展性,尚未经过大规模的实践考验。

应用场景的挑战

当前,金融服务、供应链管理、文化娱乐、智能制造、社会公益、教育就业等多个领域均开始探索区块链应用场景,而在金融领域的应用探索是处于主导地位的。但传统金融业务的本质就是中介,中心化特点比较明显,这经常导致一个悖论,即某个设想利用区块链去解决的业务痛点,其实使用传统技术也可以有效解决。此时,如果不能定量分析使用区块链技术能够带来的实际好处,包括能够节省的资金和创造的价值,短期内产业各方对大规模试用区块链技术还会保持相对谨慎态度。因此,现阶段更应有选择性的在某些真正适合区块链应用特点的领域实施解决方案,并联合产业各方开展联动创新,例如各方合作共同完成一个业务,有上下游关系,但又相对独立的角

标准层面的挑战

目前,区块链技术毫无疑问的正处于初级阶段,在技术标准及行业标准的缺失的情况下,产业各方很难产生合力,就像现有市面上区块链项目技术体系呈现多样化,即使类似HyperLedger和Corda这样的国际项目也没有统一的标准,更遑论市面上近千种加密货币,其技术方案更是千差万别,在存储、通讯、传输、网络安全等方面都未形成成熟的方案。标准的缺失会使得现行各类区块链应用尝试形成一个个封闭的“孤链”,对区块链的广泛应用带来障碍,但标准的推出有必要在时机上做出选择。现有很多应用也只是金融机构与科技公司之间利用小规模的数据进行联合测试,在没有统一的情景和原型作为检验标准的前提下推出标准往往会制约区块链技术的进一步创新,因此在推行标准的过程中,需把握好一个平衡点。

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