区块链当前发展和未来展望

1. 区块链技术发展的新兴趋势

        由于学术界和商业界对区块链技术的浓厚兴趣，该技术正处于快速变化和蓬勃发展状态中。随着区块链技术的日益成熟，出现了一些新兴趋势。例如，在金融领域出现了区块链的特定用例，引起了人们的较大关注。此外，企业区块链也演变成一个新趋势，旨在开发满足企业级效率、安全性和集成要求的区块链解决方案。

1.1 专用区块链

        目前出现了一种专用区块链（Application-Specific Blockchain,ASBC) 的倾向，即仅针对一项应用专门开发区块链或分布式帐本，并且侧重于特定行业。例如 Everledger,其官方网址如下：

https://www.everledger.io

        Everledger 已开发一种区块链，用于为钻石和其他高价值物品提供不变的追踪历史和审计追踪。这种方法可以阻止任何欺诈尝试，因为与物品的所有权、真实性和价值相关的所有内容均已被验证并记录在区块链上。这个结果对于保险和执法机构来说是宝贵的。

1.2 企业级区块链

        原始形式的区块链由于隐私保护和可扩展性问题而无法达到企业级使用，因此出现了开发企业级区块链的最新趋势，很多公司都开始提供企业级区块链的解决方案，在企业级部署和集成。此类解决方案已经解决了诸如测试、文档、集成和安全性之类的要求，并且在企业级别上只要进行少量更改或无须更改即可实现。

        该概念与不受监管且不符合特定企业安全要求的公共区块链相反，这意味着通常应该仅在私有配置中实现企业级区块链。但是，公共企业级区块链的实施也是可能的。近年来，许多技术初创企业已开始提供企业级区块链的解决方案，如 Bloq、Tymlez、Chain、Colu、ChainThat、Chroma Way 等。这种趋势将持续增长，并且在未来的几年中将会出现更多类似的技术计划。

1.3 私有区块链

        出于对隐私保护和机密性的需求，有人开始专注于开发可在一组可信参与者中使用的私有分布式帐本。公共区块链由于其开放性和相对不安全的性质而不适用于金融、医药和法律等行业，而私有区块链则有望解决这一局限性，并使最终用户在获取区块链好处的同时满足所有安全性和隐私要求。

        公共区块链的安全性较差，因为它们通常不提供隐私保护和保密服务。私有区块链则不一样，因为它允许参与者或参与者的子集完全控制系统，因此私有区块链可用于需要隐私保护和控制的金融行业或其他行业。

        以太坊网络可以在私有和公共两种模式下使用，而有一些项目则仅作为私有区块链开发，如 Hyperledger 和 Corda。

1.4 初创企业

        近年来，涌现了许多从事区块链项目并提供区块链解决方案的技术初创企业。提供区块链咨询和解决方案的初创企业的数量显著增加。 

1.5 浓厚的研究兴趣

        区块链技术激发了学术界和商业界的浓厚研究兴趣。现在世界各地的主要机构和研究人员都在探索这种技术。研究兴趣的增长主要是因为区块链技术可以帮助提高业务效率、降低成本并使事情透明化。学术方面的研究兴趣则围绕着解决密码学中的难题、共识机制、性能提升以及区块链中的其他限制。

        由于区块链技术在广义上也可以归类于分布式系统，因此来自分布式计算研究的许多研究人员将他们的研究重点放在了区块链技术上。例如，伦敦大学学院（UCL）就拥有专门的部门，即 UCL 区块链技术研究中心，其重点则是关注区块链技术研究。

        另一个例子是苏黎世联邦理工学院分布式计算小组，其官网地址如下：

https://disco.ethz.ch

        该小组专注于区块链技术的开创性研究，并创办了一本名为 Ledger Journal 的杂志。

        很多学术和商业机构中都有致力于区块链研究和开发的团队和部门，预计今后还会有更多的研究和开发团队和部门。

        还有一个名为加密货币与合约倡议（Initiative for Cryptocurrencies & Contract, IC3) 组织也正在研究智能合约和区块链技术，它旨在解决区块链和智能合约中的性能、机密性和安全性问题，并运行多个项目来解决这些问题。 

1.6 标准化

        目前区块链技术还不够成熟，无法与现有系统轻松集成。按照目前的技术水平，即使是两个区块链网络之间也无法轻松地相互通信。标准化将有助于改善区块链技术的互操作性（Interoperability)、适应性（Adaptability) 和 集成性（Integration)。 

        为了解决标准化问题，还进行了一些尝试，其中最值得注意的是建立了 ISO/TC 307,这是一个技术委员会，其职能范围是对区块链和分布帐本技术进行标准化，目标则是围绕增加用户、应用程序和系统之间的互操作性和数据交换。

        另外，新的联盟和开源协作组织也不断出现，如 R3 和 Hyperledger 等。它们通过与其他参才者共享想法、工具和代码，帮助实现了该技术的标准化。

        R3 与具有相似目标的 80 多家银行合作，这在某种程度上导致了标准化。Hyperledger 具有可用于构建区块链系统的参考架构，并得到 Linux 基金会和该行业的许多参与者的支持。

        开放链标准是为金融网络开发的协议。 OSI （开放）链标准已经可用，它是与全球主要金融机构合作建立的。该标准允许更快地结算交易并直接进行点对点的交易路由，它旨在解决区块链技术中的法规监管、安全性和隐私要求。OSI 还提供了用于智能合约开发的框架，并允许参与者轻松满足反洗钱（AML）和 了解你的客户（KYC）的要求。

        Lee 等人的开创性论文也开始了智能合约的标准化工作，该论文正式定义了智能合约模板，并提出了对未来研究的展望以及与智能合约相关的研究和开发的必要性。

1.7 增强功能

        在过去的几年中，研究人员为现有的区块链提出了各种改进建议。这些改进建议大多数是针对安全漏洞并解决区块链技术固有的局限性而提出的。 

1.8 现实世界的实现

        区块链技术开发出了许多概念证明，并出现了一些与特定应用相关的实现方式，例如用于钻石跟踪的 Everledger 和用于物联网的智能灯。总体而言，它在各个领域的现实应用仍然是较为缺乏的。

         区块链技术应用于现实世界的距离似乎还不算太远，目前已经开发出许多概念证明并证明它们可行，下一步就是在现实生活中实施这些方案。例如，由 7 家银行组成的小组同意建立数字贸易链（Digital Trade Chain, DTC)，以简化贸易融资流程。

        具体的、现实的、端到端的实现其实已经有了，例如澳大利亚证券交易所（ASX）就用区块链代替了原有的后期交易系统。

1.9 联盟

        近年来，已经出现了各种各样的联盟，并且开始了开源的努力。预计这种趋势在未来几年将持续增长，并且很快就会出现越来越多的联盟和委员会，开放更多的源代码。例如 R3，它与世界上最大的金融组织组成的联盟共同开发了 Corda。 

1.10 应对技术挑战

        可伸缩性和隐私保护问题是区块链技术普及应用的最大挑战，在进行了大量的研究工作之后，现在对这些技术挑战的答案也已经开始浮现。

        例如，目前已经开发了状态通道（State Channel) 的概念来解决区块链上的可伸缩性和隐私问题。比特币的 Lighting (闪电） 网络和以太坊的 Raiden （雷电） 网络都使用了状态通道，并且都已经实现了。

        还出现了其他各种区块链解决方案，如 Kadena,它直接解决了区块链中的机密性问题。另外，还开发了其他概念，如 Zcash、CoinJoin 和机密交易等。

        这种趋势在未来几年还将继续增长，即使区块链技术几乎解决了所有的基本挑战，进一步的增强工作和优化工作也将永无止境。 

1.11 融合发展

        其他技术与区块链的融合发展将带来非常大的好外。区块链的核心是提供弹性、安全性和透明度，当与其他技术结合使用时，区块链将提供一种非常强大的互补技术。

        当通过区块链实施和部署物联网时，物联网可以获取许多好处，例如完整性、去中心化和可伸缩性。人工智能（Artificial Intelligence, AI) 也有望从区块链技术中受益。实际上，在区块链技术中，人工智能可以按自治代理（Autonomous Agent,AA) 的形式实现。

1.12 区块链技术教育

        尽管区块链技术引起了全世界几乎每个行业的技术人员、开发人员和科学家的很大兴趣，但仍缺乏较为权威的学习资料和教育材料。由于这是一项新技术，因此普林斯顿大学等各种知名机构现在都提供各种课程，向想要学习该技术的任何人介绍该技术。

        许多私人组织也提供类似的在线和课堂培训课程。由于区块链技术逐渐为人们所接受，因此这样的普及及教育机会可能会越来越多。

1.13 就业机会

        就业市场上出现了一种新趋势，即招聘人员正在寻找可以为区块链编程的区块链专家和开发人员。这在金融行业尤其常见，最近许多的初创企业和大型组织都已开始聘请区块链专家。随着该技术越来越被人们所接受，这种趋势还会发展。

        随着技术的发展，区块链开发专家将会越来越多，因为会有开发人员尝试自学以获得经验，或者参加一些培训机构的正式培训。

1.14 加密经济学

        新的研究领域正在与区块链一起涌现，其中最引人注目的是加密经济学（Cryptoeconomics)，它主要是对去中心化数字经济的协议的研究。随着区块链和加密货币（代币）的出现，该领域的研究范围也在不断扩大。

        以太坊区块链发明者 Vitalik Buterin 将加密经济学定义为数学、密码学、经济学和博弈论的组合。

1.15 密码学研究

        尽管在比特币发明之前的数十年，密码学一直是人们关注和研究的热点，但区块链技术也引起了人们对该领域的新兴趣。随着区块链和相关技术的出现，人们对密码学的兴趣也大大增加，特别是在金融密码学领域，不断有新的研究成果发表。

        诸如 ZKP、完全同态加密和功能加密之类的技术正在研究中，它们都是可用于区块链的加密技术。Zcash 已经首次实现了 ZKP。可以预见，区块链和加密货币对密码学特别是金融密码学的发展起到了很大的促进作用。

1.16 新的编程语言

        在以太坊智能合约出现之后，对用于智能合约编程语言的研究和开发也越来越多，这些工作更多地集中在特定领域的语言上，例如以太坊的 Solidity 和 Kadena 的 Pact。这仅仅是一个开始，随着技术的发展，很可能会开发出许多新的语言。

1.17 硬件开发

        2010 年，当矿工们意识到使用当前的方法无法有效地开采比特币时，他们便开始转向优化采矿硬件。最初这些工作包括使用 GPU（显卡），在 GPU 达到极限后又出现了现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array,FPGA)。此后，很快出现了专用集成电路（Application-Specific Integrated Circuit,ASIC),也就是所谓的矿机，这大大提高了挖矿能力。随着越来越多的研究通过并行化和减小芯片尺寸来进一步优化 ASIC, 这种趋势有望进一步发展。

        此外，GPU 编程计划有望得到发展，因为新的加密货币仍在不断出现，并且其中许多加密货币都利用了可从 GPU 处理能力中受益的 PoW 算法。例如，Zcash 就激发了矿工们对使用 NVIDIA CUDA 和 OpenCL 的 GPU 采矿设备及相关编程的兴趣，目的是并行使用多个 GPU 来优化挖矿操作。

        在使用可信计算硬件，例如英特尔的软件保护扩展（Software Guard Extensions,SGX) 来解决区块链的安全性问题方面，也已经有一些研究。英特尔的 SGX 已被用于消逝时间量证明（Proof of Elapsed Time,PoET)的新颖共识算法。

        预计对硬件的研究和开发趋势将继续，不久将会出现更多的硬件方案。

1.18 形式验证方法和安全性研究

        在意识到智能合约编程语言中出现的安全性问题和漏洞之后，人们对在生产部署之前对智能合约进行形式验证和测试产生了浓厚的兴趣。在这方面已经有一些成果，例如面向以太坊 Solidity 语言的 Why3 工具。

        在智能合约编程安全性研究方面，还有一个示例是 Hawk。Hawk 是一个去中心化的智能合约系统，它可以使用编译器自动将私有智能合约编译生成一个有效的密码协议，从而保护交易隐私。

1.19 区块链的替代品

        近年来，随着区块链技术的发展，研究人员开始考虑创建一种类似于平台的可能性，该平台可以提供区块链特色的保证和服务等，却不需要区块链。这导致了 R3 的 Corda 的开发，实际上它并不是真正的区块链，因为它不是基于包含交易的区块的概念。相反，它是基于状态对象的概念，即一个状态是一个不可改变的对象，状态对象代表着一个事实，并且这个事实在一个确切的时间点被一个或者多个 Corda 节点知道。状态可以包含任意数据，代表着不同种类的事实，例如股票、证券、贷款以及身份信息等。

        另一个示例是 IOTA,它是一个物联网区块链，利用有向非循环图（Directed Acyclic Graph,DAG) 作为分布式帐本，该帐本被命名为缠结（Tangle)，它没有使用传统的带有区块的区块链。据称，该帐本已解决了可伸缩性问题，实现了高水平的安全性，甚至可以防御量子计算的攻击。

        应当指出的是，比特币在某种程度上也可以防范量子攻击，因为量子攻击只能对已公开的公钥起作用，只有在发送和接收交易时，这些公钥才会在区块链上被公开。如果未公开公钥（在未使用的地址或可能仅用于接收比特币的地址中就是这种情况），则在受到量子攻击时仍可以保证安全。换句话说，只要为每笔交易使用不同的地址就可以防止量子攻击。此外，在比特币中，如果需要，可以很容易地更改为另一个量子签名协议。

1.20 互操作性的实现

        在认识到区块链互操作性方面的局限性之后，研究人员已经开始了跨多个区块链工作的系统的开发。

        例如，Qtum 就是一个可以与比特币和以太坊区块链兼容的区块链。它可以利用比特币的 UTXO 机制进行价值转移，并利用以太坊虚拟机（EVM）执行智能合约，这意味着以太坊项目无须任何更改即可移植到 Qtum 上。

1.21 区块链即服务

        目前的云计算平台发展已经相当成熟，在此背景下，许多公司已经开始提供区块链即服务（Blockchain as a Service ,BaaS), 最突出的是 Microsoft 的 Azure 平台（将以太坊区块链作为一项服务提供）和 IBM 的 Bluemix 平台（提供 IBM BaaS)。预计这种趋势在未来几年内还将继续发展，并且会出现更多提供 BaaS 的公司。

        还有一个示例是电子政务即服务（electronic Government as a Service,eGaaS),它实际上仍然是 BaaS,但为政府治理功能提供了特定的应用区块链。有关详细信息，可访问以下网地址：

http://egaas.org

        该项目旨在组织和控制任何治理事务，不需要发送文件，甚至可以根治效率低下的弊端。

1.22 减少耗电的努力

        从比特币的区块链可以看出，工作量证明（PoW) 机制的效率非常低。这种计算的唯一作用就是保护比特币网络的安全，但是这种计算本身没有其他好处，并且浪费了大量电能。为了减少这种浪费，现在更加关注绿色选项，如 PoS 算法，它不需要像比特币的 PoW 算法那样消耗大量资源。预计这种减少耗电的努力仍将持续，尤其是在以太坊计划使用 PoS 算法的情况下。