區塊鏈技術最新發展態勢——基于區塊鏈技術前沿報告2020整理

最近在整理區塊鏈方面的東西，剛看完一份中國通信學會的報告《區塊鏈技術前沿報告2020》，發現里面的東西寫得還是挺全的，所以這里對這份報告的內容做一個梳理，至于原報告，需要的小伙伴兒可以去我的公眾號私信我，我把下載鏈接發給你們！

區塊鏈

在面向貨幣的區塊鏈應用場景中，數字貨幣三強格局初具雛形，

• Facebook主導的Libra
• 中國人民銀行牽頭的數字貨幣電子支付DC/EP
• 瑞典、法國等歐洲各國央行推動的CBDC

區塊鏈和機器學習結合的實體：

• 美國能源部DOE資助佛羅里達國際集成區塊鏈和機器學習技術研發新型平臺，用于化石燃料發電網路中安全資料記錄和處理，

在區塊鏈標準和體系建設方面：

• 國際化標準組織ISO于2016年設立了TC307技術委員會，開始定義區塊鏈參考架構、分類和本體，截止目前為止，公開發布了一個區塊鏈領域標準，另有10個標準正在制定中，
• 電氣電子工程師學會IEEE作為在160多個國家擁有42萬多名會員的全球最大的專業組織，于2018年啟動了IEEE區塊鏈計劃和設立了IEEE消費電子協會區塊鏈標準委員會，截止目前為止，在區塊鏈領域，IEEE共公開發布了3個正式標準，1個標準草案，另有52個標準正在制定中，
• 美國國土安全部DHS正在探索在海關與邊境保護等業內實施區塊鏈的最佳實踐以及全球可用的規范
• 認證標準委員會X9區塊鏈研究小組正在開發美國區塊鏈技術的通用語言
• 區塊鏈貨運聯盟BiTA正在促進區塊鏈在運輸和物流行業的應用，并希望在這些領域建立全行業的區塊鏈使用標準
• 全球金融區塊鏈聯盟R3意在通過行業內標準的確立，打造良好的生態系統

發展趨勢：

• 人工智能與區塊鏈的結合可以實作區塊鏈智能合約業務的自動驗證
• 大資料與區塊鏈技術的結合可實作區塊鏈資料的有效利用和可視化呈現
• 物聯網技術與區塊鏈的結合可實作區塊鏈虛實世界的有效結合

區塊鏈技術在我國的最新發展現狀：

金融領域：

• 2020年4月3日，中國人民銀行召開了2020年全國貨幣金銀和安全保衛作業電視電話會議，堅定不移推進法定數字貨幣頂層設計、標準制定、功能研發、聯調測驗等作業，

能源領域：

• 國家電網公司建成“國網鏈”，探索“區塊鏈+能源、金融、政務”等面向社會多領域的服務新模式，
  政務領域：
• 各地政府積極探索區塊鏈技術與電子政務服務的場景融合，

司法領域：

• 2018年6月，杭州互聯網法院首次采納應用區塊鏈技術存證的電子證據，在電子存證、著作權保護、立案審查等應用中，區塊鏈技術從源頭上保證上傳資料的真實性，提高證據的可信度，保證區塊鏈電子證據的合法性和客觀性，

醫療健康領域：

• 通過區塊鏈技術建立互信共享機制，規范醫療行為，提升健康醫療服務效率和質量，推動健康醫療大資料應用新發展；利用匿名性、去中心化等特征保護病人隱私；推動“醫聯體”、“醫共體”中的醫療資訊互認互信，不可抵賴，患者隱私資訊共享，推進醫療改革，

產品溯源領域：

• 區塊鏈技術對產品供應鏈的生產、運輸、加工流程中的資訊進行整合并寫入區塊鏈，實作了一物一碼的全流程溯源，建立了對于農產品、食品、藥品從生產、加工、流通到消費的全程序溯源體系，

我國在區塊鏈標準體系的建設方面的作業：

• 2019年10月，中國信通院、深圳稅務局等聯合代表中國在國際電信聯盟ITU-T SG16 Q22會議上首次提出《基于區塊鏈分布式賬本的電子發票通用框架》標準順利通過新標準立項，
• 2020年4月，工業部資訊化和軟體服務公司指導組建全國區塊鏈和分布式記賬技術標準化委員會，
• 2020年6月，中國通信學會區塊鏈委員會與電氣電子工程師學會IEEE合作，在IEEE消費電子協會區塊鏈標準委員會、IEEE醫學與生物工程協會標準委員會和IEEE技術的社會影響協會標準委員會的聯合支持下，發起制定IEEE P2677.1等10項基于區塊鏈的全方位疫情防控標準，是新冠疫情期間全球第一批立項的針對疫情防控的國際標準，
• 2020年6月，我國區塊鏈企業“趣鏈科技”在IEEE數字金融與經濟標準委員會的支持下牽頭發起制定《IEEE P3801基于區塊鏈的電子合同標準》、《IEEE P3802基于區塊鏈的電子商務交易證據收集應用技術規范標準》兩項區塊鏈標準，是新成立的IEEE數字金融與經濟標準委員會立項的第一批國際標準，
• 2020年6月12日，IEEE正式發布了《IEEE 2143.1-2020加密貨幣支付的通用流程標準》，該標準由我國企業牽頭發起，制定程序中也有多家我國企業參與，不但是IEEE正式發布的第一個區塊鏈標準，同時也是全球范圍內加密貨幣領域的第一個正式發布的國際標準，

我國在行業標準方面的作業：

目前已經發布的團體標準包括：

• 《區塊鏈和分布式賬本技術參考架構》
• 《區塊鏈平臺基礎技術要求》
• 《區塊鏈隱私保護規范》
• 《區塊鏈智能合約實施規范》
• 《區塊鏈技術安全通用規范》
• 《區塊鏈跨鏈實施指南》
• 《區塊鏈隱私計算服務指南》
• 《區塊鏈基礎技術規范》

具體行業的標準規范：

• 《基于區塊鏈技術的疫情防控資訊服務平臺建設指南》
• 《金融分布式賬本技術安全規范》
• 《區塊鏈防偽追溯資料格式通用要求》
• 《基于區塊鏈的資料資產交易實施指南》
• 《基于移動互聯網的防偽溯源驗證通用技術條件》
• 《區塊鏈電子合同平臺服務規范》
• 《區塊鏈電子合同平臺標準》
• 《電子商務商品交易資訊區塊鏈存取證平臺服務規范》

針對區塊鏈底層的國家標準：

• 《資訊技術 區塊鏈和分布式記賬技術 智能合約實施規范》（起草階段）
• 《資訊技術 區塊鏈和分布式記賬技術 存證應用指南》（起草階段）
• 《資訊技術 區塊鏈和分布式記賬技術 參考架構》（征求意見階段）

對于區塊鏈技術發展的阻礙：

量子計算將顛覆區塊鏈技術，量子計算機的強大力量將很容易破解區塊鏈系統

面對這些挑戰，北航牽頭是我研發團隊已經研發出新型密碼演算法庫SMPQLIB，這是全球首個融合國密全體系、抗量子計算密碼以及隱私保護密碼工具的實用演算法庫，屬于世界領先的第四代抗量子計算安全的公鑰密碼體系，

北航該合作研發團隊在此基礎上首創了結合區塊鏈軟硬體協同的緊耦合可信一體化技術，并用于雄安新區區塊鏈的整體架構，

技術預見

1. 區塊鏈底層技術，DAG-chain，首次把DAG網路從 區塊打包這樣的粗粒度提升到了交易層面
2. 區塊鏈跨鏈技術
3. 區塊鏈鏈上鏈下資料交換技術

TPS指系統每秒處理的事務數，是衡量一個區塊鏈系統性能最重要的指標之一，TPS決定區塊鏈系統能夠承擔的業務量，影響一個區塊鏈的性能內在因素包括共識機制、資料結構、加密演算法等，以及開發時區塊大小和出塊時間等引數設定、系統運維中的系統優化和升級等，

目前開源區塊鏈的TPS如下：

隨著區塊鏈技術與物聯網，5G，大資料等技術結合，高頻海量資料對于區塊鏈自身的TPS要求越來越高，

• Hyperledge Fabric通過使用多鏈多通道技術實作在業務上對資料進行分片，在解決資料隱私的同時提高系統TPS
• 基于有向無環圖DAG的拓撲結構在區塊鏈中的應用，2015年9月，Sergio Demian Lerner發表了《DagCoin:a cryptocurrency without blocks》一文，提出了DAG-chain的概念，首次把DAG網路從區塊打包這樣粗粒度提升到了交易層面
• 哈希圖是一個2016年提出的基于DAG的協議，該共識協議使用了一個基于gossip的演算法，可以提供可證明的拜占庭容錯共識

跨鏈技術：

目前有代表性的跨鏈技術包括：

• ripple公司主導設計發起的實作跨鏈交易轉賬的互聯賬目協議ILP
• 以錨定某種原鏈（主要是位元幣區塊鏈）為基礎的新型區塊鏈的側鏈技術
• 為了解決轉賬速度慢和網路擁堵的問題而采取的鏈下支付技術，包括閃電網路和雷電網路，其中，閃電網路針對位元幣，雷電網路針對以太坊

區塊鏈鏈上鏈下資料交換技術

鏈上鏈下資料交換技術確定的在分布式環境下的語言機軟體，作為可復用的，為各鏈上/下行資料交換提供了具體的實作，支持的HTTPS、基于TLS的自定義協議、gRPC介面、FTPS等功能，為現有的業務系統的資料上鏈以及獲取鏈上的資料提供了具體方法，支持的現行非可信環境的增強，以及對于信創平臺的支持，為構建資料協同業務提供了滿足安全等級要求的系統平臺，資料安全以及資料治理方案對于形成資料的可信可靠的多方審計提供了基礎平臺，

工程難題：

如何安全使用區塊鏈技術的工程難題：

1、基于新型資料結構的可控高性能區塊鏈基礎平臺關鍵技術

• 研究基于有向無環圖的支撐大規模高頻次交易的共識演算法、通信協議和分布式高可信存盤機制等關鍵技術，
• 研究區塊鏈高擴展分片及多鏈技術，提升區塊鏈可擴展性
• 研究賬戶身份、交易資料、內容資料分離及資料隱私保護技術
• 研究跨鏈技術，實作不同鏈之間的無縫連接和高互操作性
• 研究宣告式和圖靈完備智能合約技術，實作業務和流程的自動化處理
• 構建可支撐資料獲取傳遞分析處理、資料隱蔽傳輸、資料隱私保護、資料高可信存盤共享等多應用場景業務生態的區塊鏈技術平臺，開展典型示范應用，

2、支持異構多鏈互通的新型跨鏈體系關鍵技術

• 研究新型區塊鏈跨鏈架構，支持多條同構（異構）區塊鏈間的資料（資產）流通與合約呼叫
• 研究應用層跨鏈互操作、鏈下資料跨鏈互操作機制
• 設計跨鏈架構編程介面，屏蔽底層各條區塊鏈的技術細節，支持開發人員快速構建跨鏈應用
• 研究安全高效的跨鏈資料傳輸與驗證機制，定義跨鏈資料的格式規范，保證資料在區塊鏈間的可信傳遞
• 研究跨鏈事務處理機制，設計無單點依賴的跨鏈資料（資產）流通與合約呼叫協議，保證在例外情況下資料（資產）流通與合約呼叫的原子性
• 研究跨鏈治理機制，設計跨鏈體系準入機制、權限機制、獎懲機制與監管審計方案
• 對跨鏈體系進行安全性分析，研究針對該體系的各類攻擊及其防范措施
• 在網路空間對抗等場景下開展實驗測驗

3、基于區塊鏈的國家關鍵基礎設施人機物多域智能對抗技術

• 面向國家關鍵基礎設施的社會、資訊、物理融合特點，開展人機物融合的多域智能對抗技術研究，針對機器學習和區塊鏈技術的脆弱性，形成人機物多域的智能對抗模型
• 面向國家關鍵基礎設施各使用環節，研究工業控制系統的惡意資料注入與遠程操縱方法
• 針對關鍵基礎設施的智能感知、智能控制、現有安全檢測系統的機器學習方法和大資料利用機理的脆弱性，研究對抗樣本的生成方法和深度學習神經網路應用系統的操縱技術
• 針對基于區塊鏈的關鍵基礎設施智能合約應用的脆弱性，研究女巫攻擊、DDoS攻擊、Eclipse攻擊等威脅模型和特定方法
• 面向關鍵基礎設施控制環路的人在環口、人在環上、人在環內三個脆弱性入口，研究新型的社會網路工程模型、人員輔助自動控制系統的新型威脅模型、以人為主決策控制系統的人員操縱模型以及針對關鍵基礎設施操作員的非理性博弈對抗機理與致勝機制，

4、區塊鏈軟硬體協同可信一體化技術

• 研究基于可信環境的區塊鏈可信一體機技術，支持以可信一體機為載體的一站式節點創建、節點組網
• 研究區塊鏈技術的可信執行環境，構建融合可信硬體基礎設施、可信作業系統以及可信區塊鏈軟體的可信鏈體系，保障執行環境的全程可信化
• 研究區塊鏈軟硬體一體化協同和適配技術，構建可信硬體基礎設施、可信作業系統以及可信區塊鏈軟體的緊耦合架構，實作三者的一體化強系結機制
• 基于身份即標識的密碼系統構建區塊鏈一體化管理平臺，實作對可信硬體基礎設施、可信作業系統以及可信區塊鏈軟體的統一管理
  區塊鏈底層關鍵密碼技術
  如何感知區塊鏈應用

如何感知區塊鏈應用

1、公有鏈安全檢測及溯源服務關鍵技術研究

• 針對現有公有鏈種類多樣、檢測溯源復雜的問題，構建公有鏈通用檢測即溯源服務模型，研究公有鏈檢測分析維度
• 針對公有鏈網路拓撲復雜、網路節點探測難的問題，研究共有鏈網路拓撲分析技術，構建公有鏈網路拓撲分析方法
• 針對公有鏈自組織、分布式，網路協議加密混淆的問題，研究網路加密資料流量精細化分類技術，研究區塊鏈協議、節點服務識別與檢測方法
• 針對公有鏈節點動態變化難以全面有效檢測的問題，研究公有鏈網路行為分析和例外行為檢測技術
• 針對公有鏈交易匿名隱私保護強、難溯源的問題，研究公有鏈交易溯源及身份識別分析方法，設計匿名物體特征集關聯及聚合方法
• 針對公有鏈業務多種多樣、監測分析預警難的問題，研究公有鏈業務分析及預警方法、區塊鏈資料例外監測技術，設計多型別用戶的交易模式特征提取技術

2、聯盟鏈監管關鍵技術

• 面向聯盟鏈的監管需求，以安全多方計算、零知識證明和跨鏈技術為基礎，以隱私保護為前提，研究面向聯盟鏈的分布式、穿透式全維度監管技術體系架構
• 研究智能合約的資料痕跡追蹤技術，實作智能合約資料與區塊鏈交易關聯關系分析，實作智能合約內容的安全驗證
• 研究基于多方門限簽名的分布式鏈上監管決策體系，實作對鏈上違法違規資訊的取證、認定與處理
• 研究多方隱私交易技術，實作對監管方友好并兼顧隱私保護的區塊鏈賬本交易技術
• 研究新型區塊鏈結構，實作異構聯盟鏈自適應監管技術，根據不同區塊結構，自適應調整資料監測與資料屏蔽演算法策略
• 研究新型區塊結構，在區塊內容不被篡改、可追溯、可復原的前提下，實作關鍵資訊的智能屏蔽

3、以鏈治鏈監管架構與關鍵技術研究

• 針對區塊鏈目前的發展趨勢和面臨的監管挑戰，研究區塊鏈“以鏈治鏈”監管體系架構和關鍵技術
• 研究區塊鏈平臺的安全監測方法和介入標準，評估接入鏈的安全強度和準入許可
• 研究跨鏈監管體系設計，包括跨鏈監管的安全需求、安全機制和跨監管機構協同技術等
• 研究支持“以鏈治鏈”監管架構的共性關鍵技術，包括跨鏈監管技術、分布式監管機制、節點權限分級機制和智能合約自動化監管技術等
• 研究支持“以鏈治鏈”監管架構地核心演算法，包括監管鏈的共識演算法、密態內容審計方法、匿名可追蹤方法、鏈上資料的受限回滾和可信擦除的證明等
• 研究監管鏈與接入鏈的一致性要求，包括接入鏈資訊巡查、資料處理結果的正確性和完整性證明等

4、區塊鏈系統脆弱性分析關鍵技術

• 針對關鍵性系統中，應用區塊鏈技術的安全風險，從區塊鏈本身的系統架構安全、通信協議與共識演算法安全及其以上運行的應用安全等多個角度，結合密碼學、網路通信和軟體開發等相關技術，展開研究，
• 針對各種區塊鏈的核心代碼（包括公有鏈和聯盟鏈），研究和衡量各個系統的脆弱性和安全性，并深入進行漏洞挖掘
• 針對多種區塊鏈平臺的周邊工具（例如錢包），研究分析其中可能存在的安全漏洞，測評安全風險
• 研究針對區塊鏈網路通信協議層次的攻擊（如日蝕攻擊）和防護機制
• 研究分析多種區塊鏈（包括公有鏈和聯盟鏈）的共識演算法所存在的協議漏洞和防護機制
• 研究分析運行于各類區塊鏈平臺（公有鏈的以太坊、聯盟鏈的Fabric等）上的智能合約可能存在的漏洞，評估安全風險總結漏洞型別和防范方法
• 研究目前智能合約獲取鏈外資料的方案，分析其中所存在的安全風險，給出評價指標，并研究降低風險的方案

5、基于區塊鏈的隱私保護和資料共享關鍵技術

• 針對鏈上資料共享和隱私保護協同問題，突破多用戶的公鑰密文搜索技術，搭建基于區塊鏈的多關鍵字隱私保護搜索平臺，實作安全的復雜邏輯組合的關鍵字搜索，提升了密文處理下在區塊鏈環境中的資料共享和隱私保護能力，
• 設計支持復雜邏輯的多關鍵字檢索方案
• 面向軍事資料共享檢索顆粒粗的問題，結合多關鍵字檢索和公鑰加密技術，實作細粒度檢索
• 面向共享程序不可信的問題，結合零知識證明和區塊鏈技術，實作檢索結果可驗證，實作多關鍵字可信檢索和共享的可信性，

政策建議

• 培育自主可控區塊鏈系統，確立區塊鏈生態優勢
• 平衡各方利益，推動產業改革
• 鼓勵開源社區，促進技術發展
• 加強監管力度，防范金融風險
• 協調法規標準，建立符合國情的區塊鏈系統
• 設立專項資金，促進區塊鏈基礎理論與核心技術研發
• 加快人才儲備，加速專利布局

參考文獻

《區塊鏈技術前沿報告2020》

基本上把報告中說到的比較重要的點都覆寫到了，有興趣的小伙伴兒可以再看看原報告的PDF，到公眾號私信領取即可！