区块链技术的核心发展与未来

Posted 2021-10-11 CECBC

区块链很火，资本市场沾上“区块链概念”的个股股价迅速攀升。区块链能给人类社会带来多大的技术影响，目前还是一个未知数。但是产学研界普遍认为目前我们还仅仅只是看到了区块链潜在价值的冰山一角。有人说，区块链技术不仅仅会改变技术、重塑产业，还会撼动人类社会既有秩序、传统规则和价值体系。区块链真的有这么高的价值吗？我们也许应该冷静下来仔细思考一下区块链在各领域如何应用，有何作用。

什么是区块链？

区块链的核心潜力在于分布式数据库的特性及其如何助益透明、安全和效率。过去，机构们使用中央数据储存库来支持交易流程和计算。对数据库的控制权在其拥有者手中，后者管理着对数据库的访问和更新权限，这限制了透明程度和可扩展性，也使得外部人士难以确保数据记录没有被操纵。由于技术限制，分布式数据库基本上是不可能实现的。但随着软件、通信和加密技术的进步，现在一个跨组织的分布式数据库变得可能了。

『区块链技术的核心』是共识机制

互联网的发展日新月异，技术创新层出不穷。作为首个基于互联网的加密货币，比特币自诞生以来，已经在争议中走过了7年历程。而如今，比特币背后的区块链技术，受到了越来越多的关注，这其中不仅包括很多金融和信息技术（IT）行业的巨头，也包括多国的央行及金融监管部门。

区块链是伴随比特币诞生的，是比特币的基础架构。可以将区块链理解为一个基于互联网的去中心化记账系统——类似比特币这样的去中心化数字货币系统，要求在没有中心节点的情况下，保证各个节点记账的一致性——而区块链，完成的就是这项工作。这也是比特币最为重要的一个创新。

简而言之，区块链就是一个总账本，上面记录了比特币自诞生以来的每一笔交易，这个账本保存在全球成千上万个不同的节点上，不可伪造，也难以篡改与销毁。人类第一次实现了在没有中心控制的情况下，在互相没有信任基础的个体之间，就交易的合法性等达成共识。

在区块链技术中，共识机制是一个核心问题。比特币区块链采用的是工作量证明机制（POW），即节点间通过计算机运算能力的竞争，来公开决定一段时间内（约10分钟）记账权的归属，以此保证各节点记账的一致性；同时，赢得记账权的节点，将会获得一定量（新产生的）比特币，以及其所记录的所有交易的手续费作为奖励。这个过程就是俗称的“挖矿”。

目前，投入“挖矿”竞争的总算力已经接近1300P，“挖矿”也因此成了能源密集型的行业。由于存在对工作量证明机制消耗能源的担忧，一些人也在探索和实践新共识机制，比如，很多竞争币（Altcoin）就采用了权益证明机制（POS）来构建它们的区块链，还有一些竞争币采用工作量证明机制和权益证明机制的变种。不过目前这些探索本质上并没有改变“需要消耗资源”的实质，同时又引入了更多不确定性。因此，从目前的实践及市场发展看，工作量证明机制仍然是最为有效和可靠的去中心化共识机制。

『区块链技术的潜力』在于价值载体

共识机制使得一个完全去中心化的记账系统—区块链—成为可能，而其发展潜力，则体现在这个系统上所能承载的各种价值形式。显然，区块链作为一个记账系统，区块链上面不仅可以记录数字形式的货币，也可以记录能用数字定义的其他任何资产，甚至，由于区块链上的价值转移可以通过脚本语言来完成，这意味着区块链上还可以定义更为复杂的交易逻辑（如智能合约）。比特币的多重签名技术就是一个例子：简单来说，就是可以在系统里创建一个由多个人共同管理的账户，只有达到事先约定数量的人的同意，才能动用该账户的钱（比如5个人中的3个人同意并签名），并且这个过程是由系统本身保障执行的，不需要任何第三方介入。

也就是说，除了数字货币，区块链还可以承载股权、债权、产权、版权、公证、合约、投票等任何与价值存储及传输有关的东西。也正因为如此，区块链技术吸引了越来越多精英人士和顶级机构的关注。特别是最近一年，业界对于区块链技术的关注已经超过了对比特币的关注。这也很容易理解，正如《经济学人》的封面文章所谈到的，区块链是一台制造信任的机器。在任何需要信任的领域，区块链都可以有用武之地。

『区块链技术的发展』在于侧链技术

很多人说比特币是目前区块链最成功的应用，这么说有他的道理，但是，如果将目光放在比特币区块链上，你会发现它并不容易进行扩展：第一，比特币区块链的设计只考虑了比特币的交易，本身并不支持定义其他资产，或是定义复杂的交易逻辑，如果要添加新功能，就要对系统进行升级；第二，类似比特币这样的完全去中心化的系统，任何改变都需要获得社区的一致同意，以至于快速改变是不可能的。读者只要关注一下旷日持久的关于比特币扩容的争论就会知道改变的难度了；第三，大多数改变本身是不必要的甚至是无法达成的，更多的灵活性，往往意味着复杂度的上升及随之导致的稳定性下降。考虑到现实需求的多样性，甚至有些需求是相互冲突的，一条区块链注定无法同时满足所有的需求。

扩展性的问题直接导致了部分竞争币的诞生，这些竞争币采用了不同的区块链，有着各自的特点和创新。但是，由于缺乏广泛的共识与信任，这些基于新的区块链的竞争币，并不拥有类似比特币区块链这样在强大的算力保护下的稳定与安全，同时币值的稳定性也普遍较差。更重要的是，数字资产不能在不同的区块链间直接转移，这导致了价值的孤岛，正如同一个个不能互联互通的“局域网”一样。此外，由于不同的区块链都要从底层重新构建自己的共识机制并消耗资源，而这些资源消耗本身都是为了增加信任，这显然也造成了资源的浪费。

于是，为方便数字资产在不同区块链间互相转移，侧链（side chains）技术应运而生。简单来说，侧链就像是一条条通路，将不同的区块链互相连接在一起，以实现区块链的扩展。在侧链的研究中，Blockstream是较为领先的一家公司。该公司已经发布了自己的侧链白皮书并且发布了首个商业侧链。理论上，几乎所有竞争币的特点和功能都可以通过侧链的开发来实现。侧链技术的发展，将会为区块链向分层结构演化奠定坚实的基础。

区块链技术的未来趋势

1.零知识证明（ZKP）

零知识证明，允许一方向另一方证明他们知道一个值，除了他们知道该值的事实外，无需传达任何信息。考虑一个新的贷款申请人，他需要让银行相信他们在一段时间内保持了足够的账户余额。传统上，这将涉及共享该时期的银行对账单，这会向银行透露比必要的更多的个人信息，例如确切的余额和交易细节使用零知识证明，仅共享与它们是否满足要求相关的信息。在区块链，尤其是公有链的背景下，零知识证明保证了用户信息的隐私和安全。有几种不同类型的零知识证明，其中 zk-SNARKs（zeroknowledge 简洁的非交互式知识论证）是最受欢迎的。

2.人工智能（AI）

区块链和人工智能的融合被认为是不可避免的，因为两者都以不同的方式处理数据。人工智能分析数据并从中产生洞察，而区块链可实现安全存储和数据共享。人工智能面临的主要挑战与其模型如何做出决策有关。近年来，出现了许多引人注目的案例，其中人工智能助长了偏见和歧视。使用区块链，可以跟踪用于人工智能模型的训练数据的来源，并查看从数据输入到结论的所有步骤的踪迹。如果通过增加信任将决策和相关数据点记录在区块链上，那么审核人工智能模型的决策过程将变得更加容易。区块链和人工智能还可以结合用于数据保护、创建不同的数据集和数据货币化。

3.物联网(IoT)

区块链可以为物联网数据增加一层问责制和安全性，并成为物联网效率、可扩展性和标准化的未来推动者。它还可以作为物联网应用的促进者，例如供应链跟踪和追溯。例如，在医疗保健领域，支持区块链的物联网设备将允许患者控制对这些设备收集的数据的访问。该技术将使设备更能抵御网络攻击，并提供有关另一方何时访问数据的详细记录。在供应链中，基于区块链的系统在智能合约的支持下，可以根据物联网传感器测量的特定条件自动支付。

4.一体化

区块链公司已在应用程序编程接口 (API) 级别启用集成，以减少开发人员的编码要求并邀请业务用户快速创建区块链应用程序。区块链功能越来越多地集成到核心技术中，包括业务应用程序、数据库以及混合和多云产品，以进一步采用区块链。大型“区块链即服务”参与者，如IBM和微软，正在推动发展。使用区块链的复杂性往往会让企业望而却步。将该技术集成到核心技术中可以提高易用性，使其成为数字化转型工作的一个有吸引力的替代方案。