区块链技术发展的真正裉节儿在哪？.docx

区块链被认为是构建未来“信任互联网”“价值互联网”的支撑性技术，已成为全球创新领域最受关注的话题，受到投资界、学术界、工业界及政府部门的热烈追捧。

据数字市场漫记（DMR）估计，到2024年，区块链产业规模有望达到200亿美元。

但是，犹如当年互联网发展初期一样，现阶段的众多项目只是披着区块链的“外衣”，真真是鱼龙混杂。

根据技术成熟度曲线，任何一项技术的发展必经过5个阶段：最初的兴起期，热炒的膨胀期，幻灭的低谷期，稳步的爬升期，以及成熟的实质产业期。云计算、大数据、虚拟现实等是这样，区块链技术也不例外。经过这两年热炒之后的区块链技术，必须经过各方面扎实的技术研发、准备和铺垫，才可能大规模形成产业，影响社会进步、经济发展，以及人们的生产生活。

那么在这场热潮之下，区块链技术发展的真正裉节儿在哪？

比特币是区块链技术的第一个成功应用。截至目前，比特币区块链系统已经运行了8年多，除了有限的几次分叉，没有出现重大安全事故，充分显示了其强大的稳定性和安全性。

区块链技术目前的应用大多仍集中在金融领域，但要在金融领域做大规模推广应用还需要攻克很多问题，如性能问题、可监管性问题等。在供应链领域、制造业领域和能源领域也都有着诸多的应用难题。

而在基础研究领域，国内外相关研究工作仍处于初步阶段，区块链体系结构、共识算法、隐私保护、智能合约、跨链交易等方面的技术挑战越来越制约着区块链技术及行业的发展。

尽快寻找有效方案，实现关键技术突破，增强完善区块链领域的理论基础与关键技术是当前区块链发展浪潮中的关键点与“杀手锏”。

（一）区块链体系结构研究

区块链体系结构是区块链系统运行的基础，但随着用户数量、系统规模的不断增加，其吞吐量低、交易确认时间长、共识节点接入速度慢、存储资源浪费等问题愈发突出，严重影响用户使用与行业拓展。

近几年，工业界和学术界从区块链结构设计等方面开展了一些初步的研究工作。

并行化架构：区块链分片技术（Sharding）采用并行化思想，将用户划分到不同的网络分片内，并行处理不相交的交易集合，进而提升整体性能，但处理涉及不同分片的交易时，需要经过复杂的跨分片通信，开销很大。Plasma则通过利用侧链层次树划分整个网络，用“分治”来扩大交易规模。

链上、链下协同架构：闪电网络（LightningNetwork）以类比特币区块链为基础，提出将交易过程尽可能放在链下，进行链下快速交易，而链上交易仅用于担保与结算。本质上，闪电网络并没有提升链上交易性能，并且链下交易环节未存储到区块链中，会影响交易的可追溯性。雷电网络（RaidenNetwork）作为“以太坊版本”的闪电网络，可与Sharding、Plasma结合，进一步提升交易处理能力。

并行化、链上链下协同等新型架构为解决区块链的性能和资源占用问题提供了新的研究方向，但是这些研究工作目前还处于相对早期的阶段，很多具体的问题如并行化架构的合理分片、跨片通信、链上链下协同的去中心化、可追溯等问题还缺少高效的算法和机制。

（二）区块链共识算法研究

区块链共识算法保证了区块链系统中各节点可以维护相同的交易内容和顺序，是区块链系统的核心机制。

目前应用比较广泛的、常见的共识算法包括工作量证明算法（PoW）、权益证明算法（PoS）、股份授权证明算法（DPoS）以及拜占庭容错算法（PBFT），这些算法各有优势但也都存在自身的问题。

为了适应实际应用的需求，一些新型共识算法被提出，包括Algorand、Bitcoin-NG、Casper等。

然而，无论是PoW、PBFT这些经典共识算法还是Algorand、Bitcoin-NG这些新型算法都面临“三难困境”问题，即区块链系统最多只能同时优化去中心化、高性能以及安全性三种目标中的两个，寻求“三难困境”的最优解将是未来的主要研究方向和技术挑战。

（三）区块链隐私保护研究

区块链隐私保护是为了解决公开的交易信息带来的账户隐私泄漏问题。

目前主要通过直接或间接隐藏用户关键信息来实现，典型的隐私保护技术包括：混币技术（CoinJoin）、隐秘地址（StealthAddress）、环签名技术（RingSignature）以及zk-SNARKs零知识证明算法。

这些技术与算法在安全性、效率、抗量子攻击能力等方面都或多或少存在不足。

新提出的zk-STARKs零知识证明算法完全依赖散列和信息理论，解决了zk-SNARK“可信赖的设置”问题并具备抗量子攻击的能力，但是该研究处于早期阶段，技术还不成熟且存在证据过大等缺点。因此，设计既能保证高效安全，还能保证交易关键信息隐藏与交易有效性验证的技术方案依然是未来区块链研究面临的主要技术挑战。

（四）区块链智能合约研究

于1996年首次提出了智能合约的概念：一个智能合约是一套以数字形式定义的约定，