区块链技术发展现状及特色应用研究

侯周国 梁欢

摘  要：区块链技术缘起于互联网金融，最初以比特币的基础架构和底层技术出现，拥有高效、透明及可信等无法预估的颠覆性发展潜力。从区块链技术的去中心化可信任、开放透明、安全隐私的特点出发，讨论了基本技术和发展特点，分析了其发展面临的挑战，探索区块链未来可能涉及的应用场景，通过分析传统行业的缺点与嵌入区块链技术后的行业特征进行对比，详细介绍了金融犯罪、众筹投资、边境管理及版权许可等多个应用场景。

关键词：区块链;应用场景;金融领域;社会领域

中图分类号：TP311.1       文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）30-0018-04

Abstract： Blockchain technology originated from Internet finance. It originally emerged as the infrastructure and underlying technology of bit-coin. It has unpredictable development potential with the advantages of high efficiency， transparency and credibility. Firstly， the characteristics of decentralization， trustworthiness， openness， transparency， security and privacy of blockchain technology are introduced.Then the special technology and development challenges of blockchain are discussed. Application scenarios that blockchains may involve in the future are described. By analyzing the shortcomings of traditional industries， the advantages of those industries with embedded blockchain technology are compared. The scenarios of financial crime， crowd-funding investment， border management and copyright licensing with blockchain application are introduced in detail

Keywords： blockchain; application scenarios; financial field; social field

自2008年区块链概念面世以来，这一技术的发展成为学术届的热门研究话题之一，目前已经逐步渗透到全球多个行业应用领域。区块链是随着比特币等数字加密货币的普及而兴起的一种去中心化可信任的分布式账本系统，构建了可靠高效的价值传输网络，弥补了当下互联网信息传输网络没有对价值进行保护的不足。

随着区块链技术的快速发展引起了金融机构、企业、资本甚至政府部门的广泛关注，较多以区块链技术为基点的新型探索和实践研究开始争夺席位：R3CEV区块链联盟为了探索区块链在金融行业方面的应用场景，已与花旗银行、中国平安保险（集团）及巴黎银行等46家大型企业或银行展开合作。2016年，全球与区塊链和比特币有关的世界范围内的初创企业接近800家，风投资金已达13亿美元[1]。中国在2018年有投资或生产的区块链企业约425家，大多提供多项相关服务如区块链专业技术支持、产品解决方案等，产业规模4.5亿元[2]。

1 区块链技术研究概述

区块链是一种点对点的分布式数据库账本，其账本由多个“区块”按照一定的顺序排列组成线性的链表，前置位区块的哈希值（Pre hash）由其后的区块存储记忆。所有区块不能删除任何信息，只能添加数据，而这个数据必须由一个全新的区块存储起来。如何确认这个新区块是否合格，需要所有的维护节点通过技术核心——共识机制来做出评判。从去中心化共识机制的逐步改善期间，区块链技术已经从概念阶段延伸至具体场景中实施应用。

Alex Pazaitis等着眼于价值观念，认为区块链技术的价值体系打破传统互联网的传输体系，其价值能从多方面支持社会经济共享[3]。Wenchi Ying等意识到区块链技术的隐私保护性极强，通过对海航集团实施了区块链电子商务平台这一成功案例进行深度剖析，具体阐述了区块链的技术特点和价值体现[4]。Imran等全面梳理了物联网环境的特点，透过区块链技术的发展，针对技术的环境和硬件优势两个方面进行归纳总结，对比理论概念和实践成果两者的差距，提出物联网所面临问题的解决方法[5]。

随着中国区块链相关政策逐步完善，技术不断向前发展，应用场景多点开花，已经涉及多个社会领域和金融领域。丁未评估了区块链技术具有超高安全存储数据的能力，其价值体系是以P2P网络协议为基础的去中心化机制，认为该技术对于国内的智能仪器领域发挥着重大的革新作用，将未来的工业互联网和物联网紧密联系在一起[6]。颜拥等通过全面定义和系统地描述区块链，掌握其核心技术原理及典型特征，分析了基于区块链技术的能源行业领域的研究现状，并对该领域的发展前景给予厚望[7]。王新庆站在新时代发展创新潮流的制高点，分别以制作思想、算法类型及工作程序为出发点明晰区块链技术创新的基本工作原理，介绍了其核心技术应用于众筹投资、证券交易等金融行业的具体情况，认为该技术为金融业注入了强大活力[8]。针对交易认证中的数据安全问题，提出一类基于联盟链的分布式能源交易认证模型，通过区块链权益证明、数据加密、时间戳和分布式共识的方法优化了传统能源的交易模式，以分布式共享账本的方式解决了交易数据过于中心化的问题，提高了分布式能源交易数据安全性、信息透明度和自动化认证水平[9]。

2 区块链技术理论

区块链是一种具备信任基础的实现网络价值传输的分布式数据库技术，不需要依托任何其他中间机构，因其防篡改、透明、安全等特点受到各行各业的大力追捧。

2.1 区块链的基本概念

区块链涵盖三个基本概念，即区块（Block）、链（Chain）和交易（Transaction）。

（1）区块：指在某一个时间段，记忆储存期间全部的状态改变和交易的最终结果，是一次对数据账本状态的共识。

（2）链：指存储整个数据账本从开始到结束的状态变化，是由区块遵循一定的次序排列组成。

（3）交易：通过对数据账本的一次作业，打乱账本的原始情态，改变系统的状态。每一次交易就是试图改变数据账本的状态，每一个区块按照生成顺序排列联结组成链表，也就是“区块链”的由来，而要确定这个新生成的区块的资格，就必须要统一共识，这是一个只能新增、不能删除的数据账本，区块链的结构示意图如图1所示。

图1 区块链结构

2.2 区块链的核心技术

区块链的六大核心技术——共识机制、存储数据、加密算法、P2P网络协议、侧链技术及智能合约，而去中心化的共识机制是区块链技术的关键点。

（1）共识机制

共识机制是区块链技术的关键，该机制让区块链存在去中心化的特點成为可能。在分布式网络中，由特殊节点展开投票环节，来产生存放数据的新区块，通过对新区块的选择达成一致共识而实现去中心化，与此同时，必须达到数据不可被篡改的效果。PoW共识机制为目前应用最广泛的共识机制，其次是PoS共识机制、DPoS共识机制等。

（2）存储数据

区块链作为一个分布式账本数据库，可以保存所有数据的详细信息，其信息由区块承载。由于信息只能添加、无法删除，而且所有区块都含有前置位区块的信息和当前区块的信息，所以区块上的数据信息除了防篡改之外，同时也会呈递增趋势。只要信息被存储下来，数据将不可逆，除非篡改者付出利益远远不及成本的代价，使用大量资源去攻击51%以上的区块链节点，否则不能修改。

（3）加密算法

区块链技术采用的就是非对称加密算法，其优点在于加密密钥（即公钥，Public Key）和解密密钥（即私钥，Private Key）不在一起。公钥是公开的，可将信息加密发生给接收人，私钥隶属个人，可将发送人加密的信息进行解密。若是接收人没有私钥，将无法解开公钥加密后的信息。

（4）P2P网络协议

P2P网络是一种网络拓扑结构，即为对等网络，每个对等站点之间可以互相传送和接收信息数据。正是由于P2P网络协议的存在，让区块链技术可以颠覆性地实现点对点之间的价值传输，使得所有区块链节点都可以不依靠中央机构就能够保护区块链上的信息数据，使其不被攻击和篡改。

（5）侧链技术

侧链，即与主链平行且相隔一定距离的另外一条区块链。侧链技术，主要是双向和联合楔入两种方式，实现了侧链与主链之间的双向沟通和价值传输，从很大程度上发挥保护主链的作用，舍侧链保主链，使主链不被破坏，同时从侧面补足主链的短板，拓展区块链技术的应用范围。

（6）智能合约

智能合约是一种节点之间可以达成共识的新方式，其本质是一段无危险的、可使用的计算机程序。在去中心化的系统中，当满足设置的初始条件时，可以存储智能编程运行代码的区块链技术强行自动执行合约内容。

区块链技术具备去中心化可信任、开放透明、安全隐私等特点，所以基于区块链技术的实践应用快速发展是顺应市场，适合技术发展潮流的。

3 区块链发展应用分析

3.1 区块链技术发展及应用

区块链作为一个记录过去所有信息的公开账簿，以其特殊的点对点网络价值传输体系为核心，从根本上解决人们身边中的现实难题，例如，经济、慈善、科技等领域。Melanie Swan深刻阐述了区块链去中心化前所未有的发展潜力，同时根据区块链的发展应用情况分为以下三种类型和四个阶段[10]。

（1）区块链1.0：货币领域。阶段一：数字货币阶段。在去中心化的区块链1.0价值网络大环境下，此阶段的应用核心围绕着货币展开，主要是实现数字货币交易和支付功能，使得双方的交易活动既便捷又安全。

（2）区块链2.0：金融领域。阶段二：智能合约阶段。越过第一阶段货币，应用类型和范围逐步增加和扩大，此阶段的关键应用主要趋向于金融服务领域，利用智能合约开拓发展了债券、养老金、集资等经济行业。

（3）区块链3.0：社会领域。阶段三：社会公正阶段。此阶段的应用类型主要是解决社会领域的公平公开问题，基于可信任的基础，保证中立和公正立场，彼此之间互相自由平等，涉及社会领域较多行业，例如投票、公证和保护知识产权等需要价值存在证明的问题;阶段四：社会合作阶段。区别于阶段三的多种商业应用模式，本阶段主要强调应用于相对大型规模的项目合作。

此外，站在参与者的角度分析，可将区块链分为三种类型，即公有链、私有链及联盟链。从当前的市场行情和人们的需求来看，公有链更能引起共鸣和舆论，但是从商业的发展来讲，私有链和联盟链的出现更引人注意。当前基于区块链技术的主要应用场景及实例见表1。

表1 基于区块链技术的部分应用场景及实例

3.2 区块链技术发展难题与挑战

（1）吞吐性能。吞吐性能是用数据吞吐量的大小来衡量的。吞吐量，即单位时间内，信息可以百分百确认发送的量。从已知的理论概念来讲，比特币网络的吞吐量最快程度是每秒钟可以处理七笔交易，而实际操作中，吞吐量一般为每秒钟一笔交易。如果区块链要提高运行速度，那么就意味着要加大所有区块的面积，那么将会引发区块链扩容等其他一系列问题。

（2）体积容量。随着区块链的普及程度和应用广度不断提高，区块链存储的数据会越来越多，体积也相应地增大。如果应用在大规模的应用场景中，交易次数越多，需要记录的信息就多，那么未来下载这些信息的时间将会与日俱增，给使用人群带来不便。

（3）安全防护。如果区块链的安全受到威胁，那么区块链的存储数据防篡改等优势特征将不复存在。

（4）法律监管。区别于互联网传统的传输模式，区块链最大的益处就是点对点的价值传输，就意味着这是一个不需要第三方中间机构的技术，独特的去中心化特点使得区块链脱离了政府的监管和控制。

虽然区块链技术还存在着吞吐性能不够好、体积容量过大、安全防护被攻击、法律监管不到位等问题，但就近十年区块链的发展趋势和数据来看，区块链在物联网、数字货币、版权认证等方面证实了这项技术的不可替代性。

4 区块链未来应用场景

区块链已经从普通的文字阶段导向多样的实践阶段，根据其关键技术具备去中心化可信任、开放透明、安全隐私的特点，可以看出区块链拥有不同行业的创新能力，有理由认为区块链的未来市场将会持续向好。

4.1 探索金融领域的区块链应用场景

（1）预防金融犯罪。预防金融犯罪在当下包括两个重要因素，其一是了解客户（Know Your Customer，KYC），其二是反洗钱（Anti Money Laundering，AML）。

区块链技术是一个公开透明的分布式共享数据库账本，客户之间存在既定的共识机制，通过此机制才能更新账本信息，有效地提升了信息的透明性和易查性，缩短不必要的时间，降低维护成本。针对AML，金融監管机构可以通过私钥去获取私有区块链的访问权利，实时形成分析报告，随时检查有问题的客户，大大地提高监管效率。

（2）众筹投资。众筹（Crowfunding），指以面向大众筹措项目资金来支撑运营企业或者研究项目，大致上可以分成股权众筹（Equity Crowfunding）与回报型众筹（Rewards Crowfunding）两种类型。区块链众筹，直接破除传统众筹平台用于信任的意义存在，以其去中心化的强大优势为众筹平台树立前进的旗帜。区块链技术能够通过项目投资人所支付的资金发行对应的数字货币，保证项目资金的流通和项目从发起到结束的信息完全公开透明，降低众筹平台的管理费用。与此同时，智能合约的出现让区块链众筹可以自动退回项目因没有达到预定投资金额而取消项目的全数资金。因此，区块链众筹将是未来众筹平台的必然趋势和走向。

4.2 探索社会领域的区块链应用场景

（1）边境管理。目前，许多犯罪者通过造假护照、偷渡等非法行为出入境实施犯罪行为或者因为犯罪需要潜逃出国，对犯罪者采取实时跟踪和追查显得尤为重要。然而，目前却不存在实时撤销或者被列入的护照识别系统，而且由于安检系统由单一机构控制，导致各个执法部门不能及时了解到罪犯的真实情况。

针对上述问题，可以利用区块链技术智能合约和信息防篡改的特点进行解决。根据区块链技术的数据不可逆的性质检验护照的真实性，通过智能合约检验护照的合法性，自动执行黑名单护照信息，同时根据安全部门需要随时进行更新，使得各个执法部门能实时获得罪犯信息，立即展开调查和追踪，提升追踪效率，严厉打击罪犯，维护边境和平。基于区块链技术的边境管理部分实例见表2。

（2）版权许可。随着互联网的不断升级和普及程度，共享信息变得十分简单，甚至不需要给予提供信息者任何东西。针对网络上的电子数据信息，各部门很难去监管保护，尽管各国政府都在出台制度、落实政策来保护原创，但是盗版事件还是屡屡发生。

区块链的存在，恰恰使得信息传输转为价值传输变成了可能，既能保证信息的共享，同时又保护数据的版权，使其无法被篡改。其次，基于区块链技术的版权许可可以不受地域限制。每个国家的公用网络都存在一定的差异，如果在区块链上登记电子数据的版权，将不用考虑需要在不同国家的司法局进行反复地认证，简化了认证的流程，同时节约了打击盗版、保护知识产权的成本。除了金融犯罪、众筹投资、边境管理及版权许可等方面的应用场景，区块链还有更多值得去探索和挖掘的行业应用，比如电子游戏、政府职能、媒体行业等应用场景。区块链技术能够解决很多行业现在的痛点。

5 结论

目前，区块链已应用于多个行业中，比如数字货币交易、公证证明、物联网等，越来越多的行业已经注意到区块链这一新型技术的重要性，并重点探索和研究。随着区块链技术发展相继完善和成熟，有效降低计算复杂性，减少资源冗余，在可预见的未来有望破解吞吐性能不够好、体积容量过大、安全防护被攻击、法律监管不到位等问题，技术应用所面临的难题与挑战将会最终得到解决。

参考文献：

[1]袁勇，王飞跃.区块链技术发展现状与展望[J].自动化学报，2016，42（04）：481-494.

[2]刘曦子.2019年中国区块链发展形势展望[J].网络空间安全，

2019，10（01）：31-35.

[3]Alex Pazaitis，et al Blockchain and value systems in the sharing economy： The illustrative case of Backfeed[J]. Technological Forecasting & Social Change，2017，125：105-115.

[4]Wenchi Ying，et al，. Digital enablement of blockchain： Evidence from HNA group[J]. International Journal of Information Management，2018，39：1-4.

[5]Imran Makhdoom，et al. Blockchain's adoption in IoT： The challenges，and a way forward[J].Journal of Network and Computer Applications，2019，125：251-279.

[6]丁未.基于区块链技术的仪器数据管理创新系统[J].中国仪器仪表，2015（10）：15-17.

[7]颜拥，赵俊华，文福拴，等.能源系统中的区块链：概念、应用与展望[J].电力建设，2017，38（02）：12-20.

[8]王新庆.区块链的技术创新原理与金融应用[J].征信，2019，37（02）：8-13.

[9]佘维，等.基于联盟区块链的分布式能源交易认证模型[J].中国科学技术大学学报，2018，300（04）：50-56.

[10]Swan M. Blockchain： Blueprint for a New Economy[M]. USA： O'Reilly media Inc.， 2015.