【区块链与密码学】第4-9讲：区块链核心技术发展趋势一览

本课堂用通俗易懂的系列内容为大家呈现区块链与密码学领域相关知识。这里有知识也有故事，从感兴趣到有乐趣，点宽课堂等你来学。课程首先从比特币着手进行入门介绍，再延伸至区块链的相关技术原理与发展趋势，然后深入浅出地依次介绍在区块链中应用的各类密码学技术。欢迎大家订阅本专栏，持续进行学习。

【本课堂内容全部选编自PlatON首席密码学家、武汉大学国家网络安全学院教授、博士生导师何德彪教授的《区块链与密码学》授课讲义、教材及互联网，版权归属其原作者所有，如有侵权请立即与我们联系，我们将及时处理。】

4.9 区块链核心技术发展

区块链目前处于高速发展阶段，各种创新方案不断涌现，区块链的基础理论和核心技术大致可以分为：

体系架构

可扩展性

智能合约

区块链的监管与审计

安全与隐私保护

与其它行业、领域的融合与协作

体系架构

2018年，中国信通院发布的《区块链白皮书（2018）》中给出了一种通用型的区块链系统技术架构，将区块链系统划分为基础设施、基础组件、账本、共识、智能合约、接口、应用、操作运维和系统管理九部分。

其中，基础设施层为上层提供物理资源和计算驱动，是区块链系统的基础支持；基础组件层为区块链系统网络提供通信机制、数据库和密码库。

账本层负责交易的收集、打包成块、合法性验证以及将验证通过的区块上链；共识层负责协调保证全网各节点数据记录一致性；智能合约层负责将区块链系统的业务逻辑以代码的形式实现、编译并部署，完成既定规则的条件触发和自动执行。

接口层主要用于完成功能模块的封装，为应用层提供简洁的调用方式；系统管理层负责对区块链体系结构中其他部分进行管理；操作运维层负责区块链系统的日常运维工作。

区块链基础架构图

可扩展性

现有的公链性能远远没有达到支撑起全数字化社会基础设施的要求，链上存储可扩展性需求日益迫切。

区块链采用链式累加的方式对增长的数据进行管理，但存储会随着时间推移而不断扩大，并没有上限控制，导致运行全节点需要更多的存储资源，提高了全节点的运行门槛，造成当前全节点数量减少，网络分布式程度降低；

同时，存储受限于单节点的存储瓶颈，上层应用业务数据膨胀将会带来巨大 的运维成本，数据迁移也将变得十分复杂。

因此，链上存储的潜在问题在今年逐渐引起行业重视，为了提高链上存储可扩展性，涌现的解决方案包括第一种方案，即从单点存储转换为多点分布式存储，将存储与计算进行隔离，从而缓解节点压力。

第二种方案则为了追求性能和存储可扩展性，降低链上数据可追溯性效率，链动态维护最新状态，而放弃维护不同链高度对应的状态，从而方便链上数据裁剪，链上逻辑主要聚焦在事务性和一致性，有关查询追溯的工作交由链外完成。总之，随着区块链技术的不断发展，链上存储可扩展性需要加强研究，以便支撑业务数据爆发的场景。

区块链可扩展性

智能合约

目前智能合约已被广泛应用于数字身份、贸易金融、临床试验、供应链等等场景。但本身也有一些安全缺陷，例如信息泄露、拒接服务、函数误用等等。并且在目前，智能合约自动强制执行法律有效性仍待商榷。

相比于传统合约，智能合约并没有取代司法，它只是通过机器将“执行”的过程自动化、强制化地完成，减少缔约双方的监督成本。然而，基于区块链的合约在真正的商业实践中，仍旧面临着较大的法律障碍。

关于智能合约的隐私性问题。公有链的智能合约通常会将合约代码及所执行的交易都会广播到整个网络，所有节点均会公开可见。基于对隐私问题的担忧，大量的商业场景中，智能合约难以取代传统法律合同。如果没有强有力的隐私保护机制，智能合约不适用于像对关键供应商付款、敏感交易等需高度保密的协议合约。

智能合约

区块链监管与审计

监管层面，国外从分析数字货币重点关注风险领域、建立相对完善有效的监管体系、采取基于挂牌许可的监管模式入手进行体系建设，我国则是从禁止数字货币的非法融资和炒作行为、推广由央行控制的本国数字货币与规定区块链信息服务提供者监管义务等方向去全方位实行监管措施。

区块链的可监管性

安全与隐私保护

隐私保护是区块链商用的核心，隐私保护手段可以分为三类：

一是交易信息的隐私保护，对交易的发送者、交易接受者以及交易金额的隐私保护，有混币、环签名、机密交易（Confidential Transaction）和Mimblewimble方案等。

二是智能合约的隐私保护，针对合约业务数据的保护方案，包含零知识证明、多方安全计算（MPC）、同态加密等。

三是链上数据的隐私保护，主要有账本隔离、私有数据和数据加密授权访问等解决方案。

区块链的安全与隐私保护

与其他领域的融合协作

区块链的应用截至目前可以说实现了从0到1的落地，即众多行业和领域都完成了概念验证和应用试点，但要实现1到100的应用，结合物联网、人工智能、5G 等其他前沿技术是必然趋势，也是必要前提。

随着被正式划入新基建“国家队”，区块链正在迎来产业发展的新机遇。有研究认为，与产业互联网一样，与合作伙伴共创也是产业区块链发展的最佳路径。

区块链+技术融合

从核心技术趋势来看，密码学、对等计算、安全、分布式系统和共识等词语出现的频率越来越高。不过可以看到的是，主要国家虽然加快布局区块链技术的研究和发展，但行业仍未形成统一的技术标准体系的现状，仍会是区块链之后面临的问题。

技术需要时间迭代，我们相信区块链技术蕴含着巨大的变革潜力，有望成为数字经济信息基础设施的重要组件，从而改变诸多行业的发展图景。

区块链的核心技术发展趋势就讲到这里啦，下一节课我们将进入全新单元学习，敬请期待！

参考资料：

中国信息通信研究院，《区块链白皮书2019年》

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