区块链技术演进及产业应用展望.pdf

信息安全研究信息安全研究 Journal of Information Security Research V 1 3 N 3 M a 2017 区块链技术演进及产业应用展望 董 宁1 朱轩彤2 1 IBM 中国 有 限 公 司 北 京100193 2 国 家 能 源 局 国 际 合 作 司 北 京100824 matrixhill aliyun com Blockchain Technology and Its Prospect of Industrial Application Dong Ning1 and Zhu Xuantong2 1 CIBMChina Company Limited f Beijing 100193 2 Department o f International Cooperation National Energy Administration 9 Beijing 100824 Abstract The Blockchain industry is current developing rapidly globally with a clearer picture of the whole industry chain The underlying infrastructure and platform Blockchain applications in different industry segments 9 and venture capital investment all have sound foundations The paper introduces the basic concept and work principle of Blockchain describes the design philosophy technological application and security issues of the three mainstream Blockchain platforms nowadays Bitcoin Ethernet and Hyperledger and then puts forward a number of potential Blockchain application scenarios in the world With great attention on Blockchain in terms of industry application it s helpful for Blockchain practices with Design Thinking and IBM Garage Both in China and around the world the paper summarizes the status quo of the Blockchain industry development and outlines its future in general Key words Blockchain Bitcoin Hyperledger contract digital currency digital assets design thinking IBM garage FinTech 摘要当前全球区块链产业生态发展迅猛 产业链层次逐渐清晰 无论从底层基础架构和平台 还 是细分产业板块的区块链应用 以及风险资本投资都已初具规模 通过介绍区块链的基本概念和工 作 原 理 详细阐述了目前区块链技术的三大主流平台 比特币 以太坊和超级账本 的 设 计 思 想 技 术应用和安全问题 进 而 提 出 了 目 前 区 块 链 在 全 球 最 具 潜 力 的 若 干 应 用 场 景 在 产 业 应 用 实 践 方 面 设 计 思 维 方 法 和IBM车库式创新可以有助于区块链场景落地 当前区块链在全球和中国都受到 了高度的关注 总结了目前区块链产业的发展现状 并对未来加以展望 关 键 词区块链 比特币 超级账本 智能合约 数字货币 数字资产 设计思维 IBM车库式创新 金融 科技 中 图 法 分 类 号 TP309 7 收稿日期 收稿日期 2017 02 25 200 1区块链概念 区块链是一种共享账本技术 实现了在分布 式商业网络里多方参与的双边交易中的去中介 化 最 早 关 于 区 块 链 的 描 述 出 现 在 2008年由 Nakamoto 1 所 撰 写 Bitcoin A peer to peer electronic cash system 中 重点讨论了比特币系 统 区块链被描述为用于记录比特币交易的账目 历史 在比特币系统成功运行多年后 部分金融机 构开始意识到 作为比特币运行的底层支撑技 术 区块链 实际上是一种极其巧妙的分布 式共享账本技术 对金融乃至各行各业带来的潜 在影响甚至可能不亚于复式记账法的发明 2014 年前后 业界开始认识到区块链技术的重要价值 并通过智能合约技术将其用于数字货币外的分布 式应用领域 2015年 经济学人KEconomist 杂 志在封面介绍区块链为创造信任的机器 即区块 链可以在没有中央权威机构的情况下 为交易双 方建立起信任关系 1 1 区块链本质 区块链实质是由多方参与共同维护一个持续 增长的分布式数据库 也被称为分布式共享账本 distributed shared ledger 其核心在于通过分 布式网络 时序不可篡改的密码学账本及分布式 共识机制建立彼此之间的信任关系 利用由自动 化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据 最终实现由信息互联向价值互联的进化 如 图 1 所示 1 2 区块链工作原理 以交易场景为例 区块链工作原理如下 首先 客户端将发起的1 笔交易经数字签名后广播给网 络上其他节点并等待确认 网络中的节点对收到 的数据记录信息进行校验 通过校验后数据记录 被记录到一个区块中 全网所有接收节点对区块 执行共识算法 区块通过共识算法过程后被正式 纳入区块链中存储 全网节点均表示接受该区块 而表示接受的方法就是将该区块的随机散列值视 为最新的区块散列值 新区块将提供永久和透明 的交易记录并以该区块链为基础进行延长 实现 资金转移 1 3 区块链技术特点 具体来说 区块链技术作为创造信任的机器 主要有以下特点 1 分布式结构 区块链构建在分布式网络基 础之上 账本并不是集中存放在某个服务器或数 据中心 也不是由第三方权威机构来负责记录和 管理 而是分散在网络中的每一个节点 每一节点 都有一个该账本的副本 所有副本同步更新 2 信任机制 区块链技术通过数学原理和程 序算法 使系统运作规则公开透明 实现交易双方 在不需要借助第三方权威机构信用背书下通过达 成共识建立信任关系 3 公开透明 区块链对其上的节点可以做到 开放 透明 任何人都可以加入区块链 也能查询 区块链上的区块记录 同时所有用户看到的是同 一个账本 能看到这一账本所发生和记录的每一 笔交易 4 时序且不可篡改 区块链采用带有时间戳 的链式区块结构存储数据 具有极强的可追溯性 和可验证性 同时由密码学算法和共识机制保证 了区块链的不可篡改性 1 4 区块链演进趋势 Swan 2 所著的 区块链 新经济蓝图及导读 一书在业界引起了巨大的反响 她在书中提出了 对区块链的版本划分的方法 即按照区块链已经 完成的以及将要完成的功能划分成区块链1 2 0 和 3 0 三个阶段 这种版本划分的方式基本上 反映了区块链技术成熟发展的大脉络 目前也得 到了业界广泛的认可 区块链1 基本上代表了比特币的前世今 生 这一阶段带给人们关于数字货币的概念及其 市场影响的思考 区块链2 0 更关注智能合约 smart contract 所体现的业务价值 智能合约通 过在区块链上增加应用功能拓展了区块链的适用 网址 201 信息安全研究信息安全研究 Journal of Information Security Research V 1 3 N 3 M a 2017 范围和生存空间 像以太坊和IBM 早 期 的Open Blockchain项目便着眼于此 区块链3 0 要把区块 链的应用范围拓展到政府 医疗 金融 文化等各 个领域 支持广义的资产交互和登记 当前 技术和产业从区块链2 0 向 3 0 迈进 也就是走向万物互联的 区块链 时代 2区块链技术平台比较 目前 全球有数个区块链技术平台 其中比特 币 Bitcoin 以太坊 Ethereum 和 Linux 基金会 的开源项目超级账本 Hyperledger Fabric 比较 有代表性 2 1比特市 比特币是区块链最早 也是截至目前数字货 币方面最大的应用 比特币提出了一个不需要信用中介的数字货 币系统 通过数字签名 digital signatures 使得在 线支付能够直接由一方发起并支付给另外一方 中间不需要通过任何的金融机构 同时为了防止 双重支付 double spending 的问题 3 提出了一 种采用工作量证明机制的点对点网络来记录交易 的公开信息 该网络通过随机散列 Hashing 对全 部交易加上时间戳 time stamps 将它们合并人 一个不断延伸的基于随机散列的工作量证明 proof of work 的链条作为交易记录 形成的交 易记录将不可更改 只要诚实的节点能够控制绝 大多数的CPU计算能力 就能使得攻击者事实上 难以改变交易记录 节点之间的工作大部分是彼 此独立的 只需要很少的协同 每个节点都不需要 明确自己的身份 可以随时离开网络 而想重新加 人网络也非常容易 节点通过自己的计算力进行 投票 表决他们对有效区块的确认 他们不断延长 有效的区块链来表达自己的确认 并拒绝在无效 的区块之后延长区块以表示拒绝 可以说 比特币 包含了一个点对点数字货币系统所需要的全部规 则和激励措施 所谓区块链 就是由一个个区块组成的链状 数据结构及存储方式 每个区块分为区块头和区 块体 区块头主要用来实现区块链接的前一区块 散列值 Hash value 而区块体主要包括交易账 本 如图2 所示 图2区块链的账本 在比特币这种去中心化的公有区块链系统 中 需要一种在相互间没有信任基础的前提下完 成点对点交易的共识机制 比特币发行的共识机 制基于工作量证明算法 挖矿 使用过程基于点 对点支付和全局记账 货币有效性基于追溯验证 算法 挖矿 过程就是通过把系统中没有记录的 现有交易打包到区块里 通过系统提供的计算 挖 矿 难度的随机数不断遍历 最先达到条件的即获 得记录区块的权力 随后节点将该区块记录通过 网络进行发布广播 全网其他节点在验证该区块 满足条件 同时区块记录的交易符合规定后 分别 把该区块记录的信息更新到自己节点的区块链 上 从而形成全网账本的共识 比特币的发行以及运行到现在 说明了区块 202 链技术在数字货币领域的可行性 但其并不能完 全代表区块链技术 它只有唯一的数字资产 比特 币 而且没有图灵完备的编程语言平台 允许开 发人员建立更广泛的分布式账本系统应用 2 2 以太坊 智能合约的引入对于区块链2 0 有着极大的 推动作用 而作为早期推动智能合约的区块链平 台以太坊一度为广大区块链社区所看好 以太坊是一个通用的数字代币平台M 如 图 3 所示 它通过一套图灵完备的脚本语言 Ethereum Virtual Machine Code 简称 EVM 语言 建立应 用 同时编程并不需要直接使用EVM语言 而是 类 似C Python Lisp等高级语言 再通过编译器 转成EVM语言 以太坊的核心价值目标是智能合 约 它可以看作是一个以太坊系统里的自动代理 人 它有1 个自己的以太币地址 当用户向合约的 地址里发送1 笔交易后该合约就被激活 然后根 据交易中的额外信息合约会运行自身的代码 最 后返回1 个结果 这个结果可能是从合约的地址 发出另外1 笔交易 需要指出的是 以太坊中的交 易不单只是发送以太币而已 它还可以嵌人相当 多的额外信息 如果一笔交易是发送给合约的 那 么这些信息就非常重要 因为合约将根据这些信 息来完成自身的业务逻辑 图3以太坊架构图 以太坊合并了很多对比特币用户来说十分熟 悉的特征和技术 同时自己也进行了很多修正和 创新 比特币区块链纯粹是一个关于交易的列表 而以太坊的基础单元是账户 以太坊区块链跟踪 每个账户的状态 所有以太坊区块链上的状态转 换都是账户之间价值和信息的转移 账户分为2 类 1 外部账户 由私人密码控制 2 合约账户 由它们的合约编码控制 只能由 外部账户 激活 对于大部分用户来说 两者基本的区别在于 外部账户是由人类用户掌控 因为他们能够控 制私钥 进而控制外部账户 而合约账户则是由内 部编码管控 如果他们是被人类用户 控制 的 那 也是因为程序设定他们被具有特定地址的外部账 户控制 进而被持有私钥控制外部账户的人控制 着 智能合约 这个流行的术语指的是在合约账 户中编码 交易被发送给该账户时所运行的程 序 用户可以通过在区块链中部署编码来创建新 的合约 2 3 区块链商用平台 超级账本 超级账本 Hyperledger Fabric 是 Linux 基金 会的区块链项目 致力于发展跨行业的商用区块 链平台技术 5 超级账本项目自创立伊始便吸引 了众多行业的领头羊 包括金融业 银行 互联网 行业 运输业 制作业等等 目前 超级账本项目全 球拥有超过1 个成员 包 括CiSC IBM Intel J P Morgan 荷兰银行 SWIFT等 基于区块链技 术 智能合约及其他相关技术 超级账本项目致力 于建立新一代的分布式账本交易应用平台 在简 化商业流程法律事务的同时 建立商业中的信任 透明 审查能力 利用超级账本平台用户可以轻松地搭建起私 有的区块链网络 在这个网络中每名成员都可以 访问实时更新的加密过的账簿 并能查询及发起 交易 一旦交易经过共识流程的验证 它就会被立 即加人到网络所有的账本中 并且不能被更改 交 易结果迅速 私有 保密且易于审计 另外 超级账 本 定 义 了 协 议 规 范 Open Blockchain Protocol Specification 并 以 此 建 立 了 区 块 链 平 台Hy perledger Fabric 并可 以用于一系列 B2B 和 B2C 交易相关的行业案例中 为了满足这些功能及要 求 Hyperledger Fabric的实现利用了下述概念 1 智能合约 smart contracts 2 数字资产 digital assets 3 记录存储系统 system of record reposito ries stores 4 基于共识的去中心化网络 decentralized consensus based network 5 可插拔的共识算法及共识模型 pluggable consensus algorithms models 网址 203 信息安全研究信息安全研究 Journal of Information Security Research V 1 3 N 3 M a 2017 6 加密安全机制 cryptographic security 这些概念和功能让Hyperledger Fabric架构 结合了 3 个范畴 成员管理 区块链和智能合约 chain code 这 3 个范畴是逻辑划分 而不是物 理上X 独立过程 地址空间或 虚拟 机器的组件 分割 具体体系架构如图4 所示 2 3 1 成员管理服务 成员管理提供了诸多服务 包括身份管理 网 络隐私 保密及审查 对于非准人型区块链 参与 者不需要提供认证许可 所有的节点都平等地发 起交易 验证交易及累积账簿 也就是说 在非准 入型区块链中没有身份的区别 成员管理服务结 合PKI技术和去中心化 共识 将非准入型区块链 转变为准人型区块链 在准人型区块链中 参与者 通过注册获取身份认证许可 注册证书 并且可 以通过参与类型区分类别 通过使用身份认证许 可 用户可以向交易认证中心 TCA 申请伪匿名 认证许可 只有通过使用这样的许可信息即交易 证书用户才可以发起交易 此外 交易证书在区块 链上永久存在 审查人员可以以此追溯交易 2 3 2 区块链服务 通过建立在HTTP 2上 的P2P协议 区块链 服务管理分布式的账本 账本上的数据结构被高 度优化 从而支持对世界状态复制的高效哈希算 法 此外 在部署智能合约时还可以指定不同的共 识算法 如 PBFT RAFT PoW PoS 等等 2 3 3 智能合约 智 能 合 约 在Fabric中被称为 链 码 chain code 链码服务为链码在验证节点上的执行提 供了安全轻量级的沙箱 执行环境是一个 锁定 且安全的容器及一组签名镜像 包含安全操作系 统和链码语言 运行时 SDK层 链码语言包括 Go Java和Node js 此外 可以根据需求来启用 其他语言 在网络中 验证节点与链码可以发出事 件 应用程序可以监控并响应这些事件 目前已经 预置了一些事件类型 链码还可以发出用户自定 义事件 2 4 区块链的安全问题 现代信息的应用越来越趋于全球化 对于信 息安全的要求除了防篡改 抗抵赖 可信等基础安 全之外 更需要加强隐私保护 身份认证等方面的 安全 从某种意义上看 区块链技术是因为现代密 码学的发展才产生的 但今天区块链技术所用的 密码学主要是20年前的密码学成果 还存在很多 问题需要解决 将区块链技术应用于更多分布式 的 多元身份参与的应用场景 现有的加密技术是 否满足需求还需要更多的应用验证 同时更需要 深人整合密码学前沿技术 包括目前国际国内在 零知识证明 多方保密计算 群签名 基于格的密 码体制 全同态密码学等最新前沿技术 6 区块链技术有助于推动信息化沟通模式从多 对多沟通发展到物联网沟通模式 密码学需要不 断创新才能满足趋于复杂的通信方式的安全需 求 从某种程度上说 区块链技术在推动密码体系 2 0 4丨 创新的同时 也给现代密码学带来新的发展契机 同时在区块链治理过程中 身份认证系统是第一 要务 数字证书对于区块链技术也是极其重要的 区块链技术的发展对数字证书的发展和应用也有 极大的促进作用 以超级账本为例 为了实现在商业上的广泛 应用 超级账本应用了复杂的安全机制 成员管理 基础架构 其中涉及对成员的身份验证 成员注册 机制 证书 密钥的产生与发放 智能合约的部署与 调用机制等等 复杂的安全机制保障了成员身份 的隐私性 交易内容的保密性及对交易纪录的审 查能力 3区块链应用探索 区块链的技术特点有望解决金融行业当前所 面临的效率瓶颈 成本代价 交易时滞 欺诈和操 作风险等痛点问题 帮助优化金融体系结构 3 1数字货币 国家发行数字货币已经具备可能性 各国央 行均认识到数字货币能够替代实物现金 降低传 统纸币发行 流通的成本 提高支付结算的便利 性 并增加经济交易透明度 减少洗钱 逃漏税等 违法犯罪行为 提升央行对货币供给和货币流通 的控制力 然而 数字货币要成为广泛使用的支付 货币需具备区别于电子货币 虚拟货币的显著特 点 包括安全性 可控匿名性 周期性 不可重复 性 系统无关性 并且要在开放互联环境中达到很 高的交易性能 高并发交易量和海量数据处理效 率 区块链的技术特性为我国数字货币发行可能 性提供一种可选的底层技术支撑 3 2 数字资产 传统的资产服务如资产所有者证明 真实性 公证等 均需要第三方的介人才可以完成 只有通 过资产发行方 资产接收方 流通平台的三方介 入 资产才可以完成整个流通过程 当前资产流通 渠道有限 导致资产服务流通成本增加 此外当资 产进人流通后 需要依赖资产发行方完成使用和 转移 从而限制了资产流通只能在发行方系统用 户群内 基于区块链技术能提高数字资产流通效率 降低流通成本 扩大流通范围 资产发行方均可在 区块链上登记 发行任何可数字化的资产 一旦数 字资产进入区块链流通 便不再依赖于资产发行 方 扩大了流通范围 流通渠道由原来的中心控制 变为分布式流通 降低了流通成本 区块链的交易 即结算功能使得实时清算成为可能 大幅提高数 字资产流通效率 相比传统的交易中心 区块链交 易平台具有可信力和安全性的特点 不仅能够实 现商品的自由流通 还可以为客户提供在线金融 服务 3 3 证券 股权等金融交易 目前证券的登记 清算和结算涉及中央结算 机构 银行 第三方支付平台 证券和交易所等多 个机构 交易过程需要层层中介传递以及权威机 构公证 效率低 成本髙 限制了全国市场的整体 发展 区块链有望为证券市场交易带来新变革 分 布式的数字化登记省略了中间人和后台 高度透 明完整的交易记录使得所有权无可争议 基于智 能合约实现自动化清算与结算 g I 交易即结算 据估算 如果将 T 3 天缩短为 T 2 天 每年 将节省费用27亿美元W 而区块链上的结算与清 算的完成仅需要1 min 区块链技术在股权登记管理 股权转让流通 智能合约等方面为融资众筹带来了深刻的变化 使用数字货币进行众筹 采用区块链协议发起和 管理众筹项目 费率低 易流通 透明 稳定 可审 计 智能合约还可以保证未达到预定目标时资金 自动退回 3 4 供应链 从供应链金融1 0的 1 iV 商业模式发展 至今的供应链金融3 0 iV JV 历经了十几年 在 目前贸易融资市场迅猛发展的背后 仍然面临诸 多瓶颈 供应链上信息不对称导致授信对象局限 链上的采购信息与销售信息透明性可信赖性差导 致的科技整合局限等 区块链技术开放性 多方确认 账户透明 真 实验证 不可篡改等特性 成为突破瓶颈的最佳选 择 在供应链溯源方面 区块链可以实现从原材料 生产 采购到商品的加工 包装 运输 销售 真实 信息分布式记录 删改可查 包装数据源真实有效 可追踪查验 在供应链金融数字化方面 区块链将 能大幅减少人工的介人 将目前通过纸质作业的 网址 205 信息安全研究信息安全研究 Journal of Information Security Research V 1 3 N 3 M a 2017 程序数字化 透明化 极大提高效率及减少人工交 易可能造成的失误 4区块链 颠覆式创新 4 1 设计思维方法 设计思维 design thinking 是一种方法论 8 用于为寻求未来改进结果的问题或事件提供实用 和富有创造性的解决方案 在这方面 它是一种以 解决方案为基础的 或者说以解决方案为导向的 思维形式 它不是从某个问题人手 而是从目标或 者要达成的成果着手 然后 通过对当前和未来的 关注 同时探索问题中的各项参数变量及解决方 案 作为一种思维的方式 它被普遍认为具有综合 处理能力的性质 能够理解问题产生的背景 能够 催生洞察力及解决方法 并能够理性地分析和找 出最合适的解决方案 IBM设计思维方法作为IBM 区块链创新方 法的重要组成部分 贯 穿 IBM 创新项目的始终 区块链的产业创新也更详细地接受IBM 设计思 维方法及其在生态建设中的应用 那么 如何使用 IBM 设计思维来指导团队挖掘创新解决方案 定 义最小可行的产品 M VP 呢 IBM设计思维方法 通过观察 反思 构建的持续迭代 推进创新 1 观察 IBM设计思维强调以用户为中心 使用同理 心地图 当前场景映射等方法 对用户进行深入研 究和理解 分析目前现状及面临的挑战 并从中挖 掘改进的机会 2 反思 IBM设计思维强调协作 由产品管理 设计和 工程人员组成一个统一的跨职能的团队 所有人 员共同参与 形成团队决策 团队决策反映为一个或多个 Hill Hill 词 来源于军事术语 意为山头 形象地表达了 一个需 要攻克的挑战或需要达到的目标 3 构建 IBM设计思维强调产出 IBM Design Think ing Workshop 研讨会在形成 团队共识后直接与后 续的敏捷开发流程对接 进人快速构建阶段 IBM Design Thinking Workshop 研讨会通 常由团队决策选取1 3 个 Hill 形成下一个迭代 206 开发周期的 MVP minimum viable product MVP即最小可行的产品 这一概念来自精益创业 理论 强调快速构建 快速失败 持续改进 作 为 从 设 计 到 构 建 的 对 接 IBM Design Thinking Workshop 研讨会在定义MVP后以团 队协作形式 识别假设与风险 确定下一阶段开发 的目标与非目标 形成下一步行动的初步计划 综合上述理念 IBM设计思维通常采用2 3d的研讨会形式 综合由产品管理 设计 工程人 员组成的跨职能团队全程参与 通过上述方法分 析理解用户痛点 挖掘创意 定 义MVP 形成下一 步工作计划 4 2 区块链车库式创新 区块链作为一个蓬勃发展的新兴领域 其本 身由涉及多个学科的一系列技术发展推动 也带 来业务变革的无限可能 想要在这样一个领域进 行创新 最终实现新的业务价值 需要一个全新的 方法指导 IBM区 块 链 车 库 式 创 新 方 法 即IBM Bluemix Garage for Blockchain 是 ffiM 从大量实 践和行业经验中总结的用于加速区块链创新和区 块链应用研发的方法 它将IBM车库式创新方法 IBM Bluemix Garage 应用到区块链领域 通过 将行业知识 区块链技术与经过验证的设计思维 和敏捷开发方法的结合 帮助企业开启从想法一 直到商用的区块链创新与转型之旅 区块链车库创新方法建议企业的区块链创新 分以下4 步来走 1 学习了解 区块链是否适合我的业务 这种热点技术到 底能给我带来什么 什么时候才能有一些看得见 的成果 刚接触区块链的人往往会有很多的问题 这 时可以和一些有经验的专家进行交流 例如到 IBM区块链车库创新中心参观 初步了解区块链 能做什么 不能做什么 区块链是否适合用来解决 特定的业务挑战 同时可以通过案例介绍 现场演 示等对区块链的具体应用进行了解 2 动手实践 经过初步的交流学习后 如果有机会您应该 亲自动手试一试区块链 加深对相关技术的理解 和认识 例如参加IBM组织的区块链技术体验日 BlockchainPoT 活动 在专家指导下亲自动手 深人了解区块链系统的总体架构 包含的组件以 及共识算法 智能合约等核心概念 3 创新试点 经过这些学习和准备 您可以开始尝试选择一 个合适的应用场景开始探索自己的区块链应用 这个阶段的目标是探索和验证 一方面 您应 该采用创新的方法 尽可能地发挥想象 挖掘新的 创意 另一方面 应该选择成熟的友好的平台 尽 可能地简化复杂度 从而专注于核心应用价值 以 最小的成本最快的速度验证您的区块链应用在业 务以及技术上的假设 以下几点对试点能否达成预期目标至关重要 业务场景选择 业务场景的选择 既要考虑 业务价值和创新性也要考虑可行性和实现的复杂 性 最重要的 是否适合使用区块链技术 应用产品与用户体验设计 从创意到产品 这中间还有一个不小的距离 IBM 设计思维方法 可以为团队提供系统的指导 应用产品构建 以快速试错和假设验证为 目的的产品构建 需要敏捷的方法和技术应对各 方面的不确定性 9 4 投产推广 经过上述验证证明切实可行的产品可以进人 规模化投产 这一阶段仍然需要对产品进行持续 的监控获取反馈以实现持续优化 1 此外 在上述试点中积累的技术和方法上的 经验也可以推广到其他场景和应用 实现持续 创新 4 3 业务创新实例 本节展示了基于超级账本区块链技术构建的 汽车租赁系统 该系统提供了各参与者依据自身 权限围绕车辆进行创建 修改 交易的功能 汽车 租赁是指在约定时间内 租赁经营人将租赁汽车 交付承租人使用 但不提供驾驶劳务的经营方式 它具有无需办理保险 无需年检维修 车型可随意 更换等优点 汽车租赁业的核心思想是资源共享 服务社会 因此 汽车租赁业的繁荣对于无论是国 家还是企业抑或是个人用户来说 都具有极大的 意义 尽管当前汽车行业已经努力使得租赁过程变 得简单 但实际上整个过程仍然非常复杂 即使整 个汽车供应链在物理上越来越紧密 由于各参与 方后台信息系统的分散 导致整个过程依然不安 全 不可信且效率低下 如何解决这一问题 如果无论汽车当前处于 其租赁生命周期的哪个阶段 所有参与者都可以 监控 访问 共享 分析与之相关的所有信息 且 该信息对于所有参与者来说都是最新的 一致的 那么 当前汽车租赁行业所面临的上述难题就可以 迎刃而解了 同时服务质量也相应地提高了 通过 使用Hyperledger区块链技术可以实现上述目标 该系统既提供了统一接口供各参与方完成整 个交易过程 又对不同参与者进行了安全访问控 制 它允许监管者查看所有车辆的所有交易信息 而仅允许其他参与者访问与其相关的车辆信息 见 图 5 所示 图5用超级账本实现汽车租赁系统 由于整个过程中的所有信息都会存储在区块 链上 并且在存储之前需要经过所有参与者的共 识 从而保证了信息是可信的 也保证了参与者看 到的信息是一致的 同时 区块链上的交易都是通 过触发智能合约 chain code 完成 这样整个系统 的运行效率得到了极大提高 尤其是涉及到纠纷 解决时处理时间可以从原来的几天变成现在的几 分钟 5区块链产业发展现状及展望 5 1 全球区块链发展概况 当前国外区块链产业生态发展迅猛 产业链 层次逐渐清晰 无论从底层基础架构和平台 还是 细分产业板块的区块链应用 以及风险资本投资 都已初具规模 综合来看 全球区块链在金融行业 网址 207 信息安全研究信息安全研究 Journal of Information Security Research V 1 3 N 3 M a 2017 发展具有三大趋势 1 全球区块链生态日益丰富 参与方开始出 现明显的产业分工 从全球的视角来看 随着参与者越来越多 区 块链形成了不同技术平台 行业以及发展路径的 产业生态 对全球的区块链从业者来说 更看重区 块链作为未来金融科技 FinTech 的一个领域而 提前布局 大胆尝试实践区块链在金融及其他行 业中的各类业务场景 同时 高科技龙头企业也希 望在区块链技术框架的建立上尽早发力 通过支 持全球开源社区建立更扎实的底层区块链平台和 更广泛的应用场景 百年老店IBM 在区块链投人 重金以来 陆续尝试开启若干世界级规模的商业 领域区块链应用 提供全球九大区块链创新车库 作为基地 旨在帮助研发者 产品经理和设计者设 计并开发出优秀的区块链应用 区块链的热潮带动了更多创业者的热情 众 多初创公司如雨后春笋般地应运而生 从应用领 域场景来看 从支付汇兑 电子商务 移动社交 众 筹 慈善 互助保险等面向终端用户的应用 到数 字资产 IP版权和交易 金融清算和结算 商品溯 源等企业应用 陆续出现了不少相应的区块链新 公司 从行业角度来看 区块链初创公司覆盖了银 行和保险服务 供应链 医疗 物联网 外贸等众多 行业背景 可谓是百花齐放 2 从比特币向更丰富的应用场景发展 区块链之所以被称之为一种 颠覆性 的新兴 技术 主要是因为尽管其成名于比特币 但其分布 式共享账本这一技术本质能够在商业网络中使更 多的参与方得以更加广泛的参与 并为商业网络 或行业业务带来更低的沟通或整合成本 以及更 高的业务效率 因此 作为一个独立的技术板块 区块链当下不再依赖数字货币或资产这一类的单 一场景 这里的区块链代表了一种分布式多节点 共识 实现技术 通过区块链可以完整 不可篡 改 地记录价值转移 交易 的全过程 长久以来 使用银行卡购物可以获得相应积 分都是银行吸引并维护客户忠诚度的重要手段 使用传统技术实现银行奖励积分系统的整合和共 享会非常具有挑战性 且成本很高 为了解决这一 问题 IBM 和中国银联电子支付研究院使用超级 账本创建了一个业务创新平台 成功打造出一个 奖励积分交换的许可网络 3 全球投资正在快速注人 重点关注企业级 应用落地 区块链项目融资正呈现井喷式增长 从 2012 年到2015年 区块链领域吸引的风险投资从200 万美元增长到4 69亿美元 增长超过了 200倍 累计投资已达10亿美元左右 12 2016年仅在金 融领域 区块链技术投资额就占整体投资的7 成 以上 从全球的投资情况来看 由于越来越多的行 业已经开始实践区块链 使得更多的投资人开始 关注在行业内的区块链应用场景 投资上趋于理 性 但更注重利用投资者自身资源帮助投资标的 进行深度的行业孵化 5 2 我国区块链关注热度持续增加 2016年是全球区块链产业深化发展和全面加 速前行的一年 从国家战略 产业界到学术界 区 块链技术都受到高度广泛关注 5 2 1国家战略层面加快区块链技术和应用布局 2016年 中国人民银行提出争取早日推出央 行发行的数字货币 并给出了央行数字货币原型 的构想 作为一项可选的技术 中国人民银行部署 了重要力量研究探讨区块链应用技术 同年 工信 部大力推动区块链发展 包括组织召开区块链技 术和产业发展论坛筹备会 发布 中国区块链技术 和应用发展白皮书 2016版 等 白皮书分析了区 块链为信息产业发展带来的机遇和挑战 分享区 块链开源最新发展趋势 区块链应用现状和趋势 以及区块链技术开发最佳实践 还探讨了我国区 块链技术和产业发展路线图 标准化路线图 5 2 2 各地相继成立区块链研究机构 为了促进区块链技术的发展 推进区块链核 心技术的研发和应用 我国自2016年初至今相继 成立了各种区块链研究机构 其中包括中国区块 链研究联盟 中关村区块链产业联盟 中国分布式 总账基础协议联盟 中国互联网金融协会区块链 研究工作组 以及银行间市场技术标准工作组区 块链技术研究组等 5 3 区块链技术应用大有可为 全球领先的信息技术研究和顾问公司Gart nerCW公布了 2016年新兴科技技术成熟度曲线 Hype Cycle for Emerging Technologies 2016 如 图 6 所示 2016年区块链正处于期望膨胀期 距离 生成成熟期需要5 10年 可 见 2017年全球区块 链技术仍然会保持比较高的发展趋势 208 Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies 2016 r a c Q GmCui Corlrei D vioo Q IcT PtotfOffnQ COflWWClAl JAV Q AJ div Computviig Q Stnv Data Dwoo ry Q irtuai Personal AA stAnl Q kori Corriputcr IrMiHiice C a m w B a d io n i fokwmrtik Displa lia r IrttariaCK Snwt Warfapac Q 卜 rsoo 1 Anat tic Human ilum Com pirtixi 0 Au nwetotnfii PlA taau w d l b N tach A d a 1 9 Io m 9 t n y to rt 0 2 to s y m 5tet0y rt Q nvr than 10 ynra C o n e w i OftOG Iliuc G raM j po MiicMni Inmwatian T riffp r Peak al lrtR M d Expoc til Ilona T n su gh o t illluak nm nl S4 fi ol EnltghMnmvnl Plnlemi o4 Produclrvtty Gartner 图6 2016年新兴科技技术成熟度曲线 整体而言 当前区块链企业概念探索得较多 而真正落地产品有限 而未来区块链的发展前景 会受到技术发展水平 产业发展规模 金融监管以 及政策环境等因素的影响 总体而言 从战略层面 到落地应用 区块链技术及应用可能将朝着以下 趋势发展 1 政府主管部门支持将不断深化 政府部门和监管机构的态度与政策在区块链 技术的发展与落地中发挥着重要的作用 虽然各 国政府对比特币等数字货币的政策各执己见 但 鉴于区块链技术可以改善后端流程效率 降低运 作成本的特性普遍采取较为支持的积极态度 中 国人民银行和工信部对区块链技术给予了大力关 注和支持 已部署了重要力量研究探讨区块链应 用技术 政府主管部门的支持将促进区块链技术 进入一个全新的发展周期 2 资金投人将持续增加 新兴应用场景有望 进一步拓宽 根据 区块链技术市场按照供应商 应用程 序 组织规模 领域和区域划分一2021年前全球 预测 报告 区块链技术市场份额预计从2016年 的 2 102亿美元到2021年 的 23 125亿美元 其 中银行业 金融服务 保险将是主导最大市场份额 的领域 各大企业和金融机构将区块链技术应用 到战略发展结构中 全球各银行开始建立沙箱 测 试区块链技术与核心业务的结合 我国工行 平 安 招行 银联等也纷纷探索区块链领域的创新 金融机构将担当起应用研发的主力 3 区块链技术仍处于发展阶段 距大规模应 用还需要和产业结合 目前区块链技术还需要在共识机制 智能合 约 安全算法 隐私保护 扩容和速度优化等相关 技术领域实现持续创新和突破 随着区块链技术 在各个领域的探索 未来将形成一个多链互联的 价值网络 如何实现跨链交互与跨链交易 如何实 现快速查询 如何支持多资产的发行等也是其大 规模落地和商用面临的问题 此外 区块链与大数据 云计算 物联网技术 网址 209 信息安全研究信息安全研究 Journal of Information Security Research V 1 3 N 3 M a 2017 紧密结合将推动信息升级和产业变革 大数据具 备海量数据存储技术和灵活高效的分析技术 将 极大提升区块链数据的价值和使用空间 区块链 以其可信任性 安全性和不可篡改性 让更多数据 被解放出来 推进数据的海量增长 借助云计算服 务资源弹性伸缩 快速调整 低成本 高可靠性等 特质 可以实现快速低成本的区块链开发部署 物 联网结合区块链可以实现自我治理和分布式控制 技术发展离不开专利保护 国外金融机构开 始大量提交区块链专利 而我国尚未形成围绕区 块链技术的专利热潮 未来如何更好地开展我国 区块链专利布局不容忽视 针对区块链底层技术 扩容和速度优化技术 安全与隐私保护技术 创新 商业应用模式等