区块链研究综述.pdf

引用格式 王元地, 李粒, 胡谍．区块链研究综述[J]．中国矿业大学学报 社会科学版 ,２０１８３ ７４-８６． Citation atWANG Yuandi,LI Li,HU Die． A Literature Review of Block Chain[J]． Journal of China University of Mining 交易流程; 基础架构; 优势及问题; 理论来源; 技术支撑; 应用及发展 [ 基金项目] 国家自然基金青年基金项目“ 企业外部技术搜寻的平衡机制及其对绩效的影响 研究” 项目编号７１３０２１３３ [ 中图分类号]F４９ [ 文献标识码]A [ 文章编号]１００９-１０５X２０１８０３-００７４-１３ DOI１０． ３９６９/j． issn． １００９-１０５x． ２０１８． ０３． ００６ 区块链Block Chain 自２０１３年来逐渐获得国内外实业界的广泛关注, ２０１５年 迎来了井喷式的发展, 以区块链技术为关键词的检索记录持续高居榜首。因此, ２０１５年被称为区块链元年①, 随后迅速进入了政府部门和学术界的视线。２０１６年 １月２０日中国人民银行数字货币研讨会在北京召开, 会议要求进一步明确央行发 行数字货币的战略目标, 做好关键技术攻关, 研究数字货币的多场景应用, 争取早 日推出央行发行的数字货币②。同年１２月, 央行数字货币研究所正式成立③。与此 ４７ ① ② ③ 马昂, 潘晓, 吴雷, 等．区块链技术基础及应用研究综述[J]．信息安全研究,２０１７１１ ９６８-９８０． 中国人 民 银 行．中 国 人 民 银 行 数 字 货 币 研 讨 会 在 京 召 开 [EB/OL]． http∥ www． pbc． gov． cn/ goutongjiaoliu/１１３４５６/１１３４６９/３００８０７０/index． html． 闫斌．关于 央行法定数字货币研究取得阶段性成果 [EB/OL]． http∥www． eeo． com． cn/２０１７/０１０５/ ２９５９９２． shtml． 万方数据 同时, 国务院印发的 “ 十三五” 国家信息化规划 首次将区块链技术纳入其中①。 ２０１７年中国工业和信息化部已经成立了“ 可信区块链开放实验室” 的研究机构, 以 支持区块链技术在中国的持续发展。２０１８年２月２６日 人民日报１７版“ 经济周 刊” 用 三问区块链 做数字经济领跑者 和 抓住区块链这个机遇 三篇文章整版 报道了区块链。同时, 学术界对区块链的关注也与日俱增。２０１５年, 曹磊发表在 首席财务官 上的 区块链金融的另一种可能 一文成为国内区块链学术研究的 开端②。此后, 我国区块链研究论文数量呈井喷式增长, 表现出强劲的发展势头。 以“ 区块链” 为主题在知网中进行搜索,２０１５至２０１８年依次出现 ３５篇、９８８篇、 ２２０１篇、６５３篇文章。但总的来说, 国内外的区块链研究仍处在起步阶段, 现有的 研究大多集中在一些简单的概念性问题, 对区块链尚未形成一个系统的认知体系, 学术研究也有待进一步展开。基于此, 本文拟从区块链的概念、 交易流程、 基础架 构、 优势及问题、 理论来源、 技术支撑、 发展及应用等多个角度对已有研究进行文献 综述, 形成一个区块链的整体认知框架, 希冀对相关研究提供有益的参考和借鉴。 一、区块链的概念、 交易流程及基础架构 全面理解区块链首先要深刻认识到区块链的概念、 交易流程以及基础架构。 下面将从这三个角度综合现有研究对区块链进行详细阐述。 一区块链的概念 作为比特币底层支撑技术之一的区块链概念源于２００８年中本聪Satoshi Nakamoto 在比特币论坛发表的一篇奠基性论文BitcoinA peer-to-peer electronic cash system , 即 比特币一种点对点的电子现金系统 ③。此后, 不同的学者基于 不同的学科背景或视角对区块链的概念进行了阐述。但就现有文献对区块链的多 种解释来看, 目前尚未形成统一、 公认的区块链定义。主要的定义集中在以下几个 视角 第一, 从数据视角看, 一些学者认为区块链是一种数据结构。比如, 邹均等指 出, 区块链即由区块组成的链, 区块是一个结构数据单元, 把数据区块按时间顺序 连接组成的链式数据结构④。另一些学者则认为区块链是一种数据库。例如, 美国 学者Melanie Swan在其著作 区块链新经济蓝图及导读 中指出区块链技术是一 种公开透明的、 去中心化的数据库⑤。国内学者梅海涛等认为, 区块链本质上是一 种去掉了删除和更新操作的分布式数据库⑥。董慧等认为, 区块链的本质就是兼具 ５７ 经济与管理 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 中华人民共和国国务院．国务院关于印发“ 十三五” 国家信息化规划的通知[EB/OL]． http∥www． gov． cn/zhengce/content/２０１６-１２/２７/content_５１５３４１１． html． 曹磊．区块链 金融的另一种可能[J]．首席财务官,２０１５２４ １２-１３． Satoshi N． BitcoinA peer-to-peer electronic cash system[J]． Consulted,２００８１-３０． 邹均, 张海宁．区块链技术指南[M]．北京 机械工业出版社,２０１６． Melanie S． BlockchainBlueprint for a new economy[M]． O ＇ Reilly Media,Inc．,２０１５． 梅海涛, 刘洁．区块链的产业现状、 存在问题和政策建议[J]．电信科学,２０１６１１ １３４-１３８． 万方数据 去中心化、 安全、 可信等特点的, 分布式记录着全部交易信息的数据库①。秦谊认 为, 区块链可以被理解为一个基于计算机程序的公开的总账数据库②。孙国茂也认 为区块链技术的本质是一种分布式的可靠数据库③。而林小驰等在其研究综述中 则较为全面地指出, 区块链是一种把区块以链的方式组合在一起的数据结构, 具有 去中心化、 按时序记录数据、 集体维护、 可编程和安全可信等特点。同时, 也指出区 块链是一种几乎不可能被更改的分布式数据库或称为分布式共享总账。他们还认 为区块链是一种去中心化、 去信任的集体维护数据库技术④。因此, 从数据的角度 来看, 区块链是一种数据结构或分布式数据库, 更是一种数据技术。 第二, 从记账视角看, 区块链是一种分布式记账技术或账本系统。例如, 张锐 认为, 作为比特币底层技术的区块链, 实际上就是一种分布式记账技术, 即区块链 就是一个账本, 而区块就是账本的每一页, 区块上的每一个节点就是记账之人⑤。 何蒲等也将区块链比作由一个个不可修改的区块组成的, 从首页依次“ 链接” 至下 一页的电子账簿, 每个区块都记录着发生在相应时段的全部交易数据⑥。同时, 尹 冠乔指出区块链本质上是一种基于非对称加密算法的分布式账本技术⑦。张健认 为区块链的本质是一种去中心化的记账系统, 是一个由信用记录以及信用记录的 清算构成的体系⑧。 第三, 从协议视角看, 区块链本质是一种类似于HTTP协议的互联网协议。 在美国著名杂志The Economist 上发表的文章 The promise of the blockchain The trust machine 里, 认为区块链是一种可以在无第三方监督的状态下建立彼此 信任的技术手段, 从而可作为第二代互联网“ 价值互联网” 的基础协议, 其地位可比 目前的HTTP协议⑨。而国内学者林小驰等也明确指出区块链技术实际上是互联 网上出现的一种技术, 类似于互联网上的一项应用协议, 其本质是一种互联网协 议, 而且区块链技术所达成的协议与这两种协议类似 ⑩ 。此外, 陈龙强也指出区块 链技术的本质是能够实现价值传递的新的互联网协议 ⑩⑪。 第四, 从经济学视角看, 区块链是一个满足共享经济的价值互联网 ⑩⑫。于博认 为, 区块链技术的不断成熟, 将带动互联网由信息互联网向价值互联网转变, 而共 ６７ 中国矿业大学学报 社会科学版 Vol． ２０ |No． ０３ |May ２０１８ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑩⑪ ⑩⑫ 董慧, 张成岩, 严斌峰．区块链技术应用研究与展望[J]．互联网天地,２０１６１１ １４-１９． 秦谊．区块链冲击全球金融业[J]．当代金融家,２０１６２ ４３-４６． 孙国茂．区块链技术的本质特征及在证券业的应用[N]．上海证券报,２０１７８ １． 林小驰, 胡叶倩雯．关于区块链技术的研究综述[J]．金融市场研究,２０１６２ ９７-１０９． 张锐．基于区块链的传统金融变革与创新 下 [J]．求知,２０１６１０ １８-２３． 何蒲, 于戈, 张岩峰, 等．区块链技术与应用前瞻综述[J]．计算机科学,２０１７４ １-７． 尹冠乔．区块链技术发展现状及其潜在问题文献综述[J]．时代金融,２０１７６ ２９９-３０１． 张健．区块链[M]．北京 机械工业出版社,２０１７． Economist． The promise of the blockchainThe trust machine[J]． The Economist,２０１６１-６． 林小驰, 胡叶倩雯．关于区块链技术的研究综述[J]．金融市场研究,２０１６２ ９７-１０９． 陈龙强．区块链技术 数字化时代的战略选择[J]．中国战略新兴产业,２０１６６ ５６-５８． 马昂, 潘晓, 吴雷, 等．区块链技术基础及应用研究综述[J]．信息安全研究,２０１７１１ ９６８-９８０． 万方数据 享经济正是基于价值的经济新模式①。邵奇峰等也认为, 区块链在互不了解的交易 双方间建立了可靠的信任, 去中心化地实现了可信的价值传输, 因此区块链被称为 价值互联网②。 第五, 从技术视角看, 区块链是一种技术方案或一种由多种技术组合集成的新 技术。例如, 穆启国指出, 区块链是指通过去中心化和去信任的方式共同维护一个 可靠数据库的技术方案③。谌麟艳认为, 区块链就是一种不依赖第三方、 通过自身 分布式节点进行网络数据的存储、 验证、 传递和交流的一种技术方案④。董慧等指 出, 区块链是一种融合数学、 密码学、 计算机科学等学科知识而形成的新技术, 相关 的基础技术主要包括 时间戳服务、 共识机制、 非对称加密技术等⑤。颜拥也认为, 区块链是通过安全散列算法、 非对称加密等密码学原理、 共识机制等一系列技术巧 妙配合所形成的技术集合⑥。 此外, 学术研究领域对区块链的概念还有一些较为综合的阐述。例如, 国外学 者Decker等早在２０１３年就指出, 区块链衍生于比特币的分布式技术, 是一种基于 比特币协议、 由不同节点共同参与的开放式账簿系统, 是海量数据存储、 去中心化 终端传输以及隐秘密码学等计算机技术的新型应用模式⑦。而在我国工信部发布 的 中国区块链技术和应用发展白皮书２０１６ 中, 区块链被定位为分布式数据存 储、 点对点传输、 共识机制、 加密算法等计算机技术的新型应用模式, 是一种去中心 化、 去信任的基础构架与分布式计算范式⑧。 综上所述, 区块链是一种计算机技术在价值互联网时代的创新应用模式, 是数 据库、 密码学、 网络技术等多种技术整合集成的结果, 具有去中心化、 去信任化、 集 体维护、 不可篡改等特点。虽然不同的角度对区块链有不同的理解, 但单一的视角 不能完全解读区块链, 因此我们需要一个综合的、 全面的概念对区块链进行定义 如图１所示 。 二区块链的交易流程 区块链主要经历流程 “ 新交易创建通过P２P网络传播交易验证验证结 果通过P２P网络传播交易写入账本” , 即从生成到在网络中传播, 再到通过工作 量证明、 整个网络节点验证, 最终记录到区块链⑨, 具体如图２所示。区块链的交易 ７７ 经济与管理 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 于博．区块链技术创造共享经济模式新变革[J]．理论探讨,２０１７２ １０３-１０７． 邵奇峰, 金澈清, 张召, 等．区块链技术 架构及进展[J]．计算机学报,２０１７４０ １-２０． 穆启国．区块链技术调研报告之一 具有颠覆所有行业的可能性 区块链技术解析和应用场景畅想[J]． 川财研究,２０１６６ ２３-４０． 谌麒艳．区块链 金融业即将面临的一场革命 [J]．银行家,２０１６７ １４-１６． 董慧, 张成岩, 严斌峰．区块链技术应用研究与展望[J]．互联网天地,２０１６１１ １４-１９． 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,２０１７２ １２-２０． Christian D,Roger W．Ination propagation in the bitcoin network[C]∥IEEE Thirteenth International Conference on Peer-To-Peer Computing IEEE,２０１３１-１０． 周平, 杜宇, 李斌, 等．中国区块链技术和应用发展白皮书２０１６ [M]．北京 工业和信息化部,２０１６． 张健．区块链[M]．北京 机械工业出版社,２０１７． 万方数据 图１ 区块链的概念 流程如下 第一, 创建新交易, 制作交易单; 第二, 发送节点将新的数据记录向全网 进行广播; 第三, 接受节点对收到的数据进行记录和检验; 第四, 全网所有接受节点 对区块执行共识算法; 第五, 区块通过共识算法过程后被正式纳入区块链中储存。 以比特币为例, 区块链的交易流程主要为五大步骤① 第一步, 所有者A利用他的 私钥对前一次交易 比特货来源 和下一位所有者B签署一个数字签名, 并将这个 签名附加在这枚货币的末尾, 制作出交易单, 此时B是以公钥作为接收方地址; 第 二步,A将交易单广播至全网, 比特币就发送给了 B, 每个节点都将收到交易信息纳 入一个区块中; 第三步, 每个节点通过解一道数学难题, 从而去获得创建新区块的 权利, 并争取得到比特币的奖励 新比特币会在此过程中产生 ; 第四步, 当一个节 点找到解时, 它就向全国广播该区块记录的所有盖时间戳交易, 并由全网其他节点 核对; 第五步, 全网其他节点核对该区块记账的正确性, 没有错误后他们将在该合 法区块之后竞争下一个区块, 这样就形成了一个合法记账区块链。 图２ 区块链的交易流程 三区块链的基础架构 一般来说, 区块链基础架构由六个层次组成 数据层、 网络层、 共识层、 激励 层、 合约层、 应用层②, 具体如图３所示。它们相互独立, 但又不可分割。第一, 数据 层包含数据区块和相关的非对称加密和时间戳等技术, 主要目的是达到数据的去 中心分布式储存、 校验区块数据的存在性和完整性、 保证数据的可追溯以及不可篡 改性; 第二, 网络层则包括分布式组网机制、 数据传播机制和数据验证机制, 网络层 ８７ 中国矿业大学学报 社会科学版 Vol． ２０ |No． ０３ |May ２０１８ ① ② 马昂, 潘晓, 吴雷, 等．区块链技术基础及应用研究综述[J]．信息安全研究,２０１７１１ ９６８-９８０． 袁勇, 王飞跃．区块链技术发展现状与展望[J]．自动化学报,２０１６４ ４８１-４９４． 万方数据 构建了网络环境、 搭建了交易通道、 制定了节点奖励规则①; 第三, 共识层包括网络 节点的各类共识算法, 主要有工作量证明机制PoW共识机制 、 权益证明机制 PoS共识机制 、 授权股份证明机制DPoS共识机制 等, 能够在决策权高度分散 的去中心化系统中使得各节点高效地针对区块数据的有效性达成共识, 这是区块 链核心技术之一②; 第四, 激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来, 主要包括 经济激励的发行机制和分配机制, 例如比特币中的区块链采用了“ 挖矿” 机制, 激励 参与者不断提供算力来获得奖励; 第五, 合约层主要包括各类脚本、 算法和智能合 约, 是建立在区块链虚拟机之上的商业逻辑和算法, 是实现区块链系统灵活编程和 操作数据的基础; 第六, 应用层则是区块链的各种应用场景和案例, 主要包括可编 程货币、 可编程金融和可编程社会, 在该架构中, 基于时间戳的链式区块结构、 分布 式节点的共识机制、 基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约区块链技 术最具代表性的创新点③。 图３ 区块链的基础架构 二、区块链的优势及问题 任何一种能够获得高度关注的、 广泛应用的、 对社会经济产生深远影响的新技 术, 必然有其独特的优势, 当然, 也会存在一些问题。在综合诸多研究文献的基础上, 本文归纳总结了区块链的主要优势和存在的问题, 并进行具体阐述, 如图４所示。 ９７ 经济与管理 ① ② ③ 张健．区块链[M]．北京 机械工业出版社,２０１７． 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,２０１７２ １２-２０． 袁勇, 王飞跃．区块链技术发展现状与展望[J]．自动化学报,２０１６４ ４８１-４９４． 万方数据 图４ 区块链的主要优势及存在的问题 区块链具有去中心化、 去信任化、 可追溯性、 集体维护性、 安全性和不可篡改 性、 开放性、 匿名性等主要优势。第一, 去中心化是核心优势。去中心化即去中心 化的分布式结构, 整个网络无中心化硬件或机构, 没有中心核心系统, 在现实中节 约大量的中介成本, 这也是区块链得以广泛应用的最重要的原因之一①。第二, 去 信任化。其实质是指该系统将以往的“ 信任人” 转换为“ 信任机器” , 即区块链用技 术规则加持信用, 实现的信任不源于第三方的背书而是所有参与者对共识机制的 认同, 因此区块链改变了以往的契约和信任机制, 实现可信任价值的交换, 将大大 减少契约中的失信行为②。第三, 可追溯性。即区块链采用了时间戳技术, 给数据 增加时间维度, 记录交易的先后顺序, 使得数据具有可追溯性, 便于监管和追踪③。 第四, 集体维护性。指系统中的数据由所有具有维护功能的参与节点集体维护, 任 何人都可以参与, 同时任一节点的过失也不会影响整个系统的运作, 保证整个系统 稳定运行④。第五, 安全性。其表现在多方面 首先, 非对称加密技术对数据进行加 密保证数据的安全性; 其次, 共识算法形成的强大算力来抵御外部攻击保证区块链 数据不可篡改和不可伪造; 最后, 时间戳技术保证数据可追溯和完整性及不可篡改 ０８ 中国矿业大学学报 社会科学版 Vol． ２０ |No． ０３ |May ２０１８ ① ② ③ ④ 王发明, 朱美娟．国内区块链研究热点的文献计量分析[J]．情报杂志,２０１７１２ ６９-７４． 张锐．基于区块链的传统金融变革与创新 下 [J]．求知,２０１６１０ １８-２３． 林小驰, 胡叶倩雯．关于区块链技术的研究综述[J]．金融市场研究,２０１６２ ９７-１０９． 马昂, 潘晓, 吴雷等．区块链技术基础及应用研究综述[J]．信息安全研究,２０１７１１ ９６８-９８０． 万方数据 等①。第六, 开放性。即区块链系统是开放的, 除了账户和交易各方的私密信息外, 区块链的数据对所有人开放, 可以通过公开接口查询数据记录, 保证信息高度透 明。第七, 匿名性。即节点与节点之间无需公开身份, 信息传递可以匿名进行, 极 大保护了用户的隐私②。因此, 区块链的众多优势使其受到各个领域的广泛关注和 应用, 并有望成为继蒸汽机、 电力、 信息、 互联网科技后又一项改变人类社会和经济 发展方式的技术。 区块链作为一种新兴技术, 也会存在一系列的问题, 如新技术的风险、 “ 三元悖 论” 、 安全问题、 资源浪费问题、 数据库空间存储问题、 效率问题、 处理大规模交易时 的抗压能力问题、 交易延迟问题、 存在中心化现象问题、 智能合约的责任主体缺失 问题以及法律和监管不完善等③。以下内容对这些问题进行依次阐述。 第一, 新技术的风险问题。区块链是数据库、 密码学、 网络技术等多种技术整 合集成的结果, 是一种组合集成的新兴技术。因此, 技术开发难度大, 投入成本高。 而且, 区块链正值初级阶段, 技术和应用均不成熟, 这些不确定性都是现阶段面临 的高风险问题④。 第二, “ 三元悖论” 问题。即区块链像传统货币银行学存在“ 不可能三角” 现象, 区块链也无法同时满足“ 去中心化” “ 高效低耗” 与“ 安全” 这三个要求。因此, 区块 链若对某个要求进行妥协, 可能会更符合实际, 更容易进入实际应用领域⑤⑥。 第三, 安全问题。区块链的安全问题主要体现在 “５１％攻击” 问题、 对非对称加 密机制的担忧等。理论上, 任一拥有５１％及以上算力的节点都具有操纵整个区块 链的能力。虽然实际系统中为掌握全网５１％算力所需的成本投入远超成功实施 攻击后的收益, 但５１％攻击的安全性威胁始终存在⑦⑧。同时, 随着数学、 密码学、 计算机技术的发展, 非对称加密技术可能越来越不能保证绝对的安全⑨。此外, 目 前区块链系统无法追踪丢失的私钥, 即该系统无法确保用户的身份信息不被 盗用 ⑩ 。 第四, 资源浪费问题。重复的数据存储会造成严重的存储资源浪费、 过高的电 １８ 经济与管理 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 王发明, 朱美娟．国内区块链研究热点的文献计量分析[J]．情报杂志,２０１７１２ ６９-７４． 林小驰, 胡叶倩雯．关于区块链技术的研究综述[J]．金融市场研究,２０１６２ ９７-１０９． Jesse Y,Deokyoon K,Choi S． Where is current research on blockchain technologyA systematic review[J]． Plos One,２０１６１０ e０１６３４７７． 谌麒艳．区块链 金融业即将面临的一场革命 [J]．银行家,２０１６７ １４-１６． 陈一稀．区块链技术的“ 不可能三角” 及需要注意的问题研究[J]．浙江金融,２０１６２ １７-２０． 杨涛．区块链技术创新发展数字货币的研究综述[J]．时代金融,２０１７１１ ３０５-３０７． Buterin V． A next-generation smart contract and decentralized application plat[J]． Etherum,２０１４１ １- ３６． Alireza B,Joo S S． Trend of centralization in Bitcoin ＇ s distributed network[C]∥ leee/acis International ConferenceonSoftwareEngineering,ArtificialIntelligence,NetworkingandParallel/Distributed Computing． IEEE,２０１５１-６． 陈一稀．区块链技术的“ 不可能三角” 及需要注意的问题研究[J]．浙江金融,２０１６２ １７-２０． 沈鑫, 裴庆祺, 刘雪峰．区块链技术综述[J]．网络与信息安全学报,２０１６１１ １１-２０． 万方数据 能耗费, 相对中心结构的应用具有明显的算力资源浪费等①。比如, 对于比特币一 年的耗电量, 外媒Digiconomist公布了一个天文数字 ３００亿度电, 占全球耗电 量的０． １３％, 超过数十个国家的全国年用电量。 第五, 数据库空间存储问题, 即区块膨胀带来的存储空间容量要求。区块链要 求系统内每个节点保存一份数据备份, 日益增长的海量数据存储对存储空间的要 求不断提升, 这是制约区块链发展的关键问题②。以比特币为例, 完全同步自创世 区块至今的区块数据需要约６０GB存储空间。 第六, 效率问题。区块链的交易速率由于受到工作量证明机制的限制无法与 目前支付系统的高效率同步。比如, 以目前最成熟的区块链应用 比特币为例, 目前每秒仅能处理７笔交易, 这极大地限制了区块链在大多数金融系统高频交易 场景中的应用③。 第七, 处理大规模交易时的抗压能力问题。目前区块链还未真正处理过大规 模的交易问题, 极大的数据空间要求、 较低的交易效率、 交易延迟等问题都限制了 区块链在大规模交易环境下的应用④。 第八, 交易延迟问题。P２P网络的天然缺陷以及交易的确认需要全网客户端 参与, 使其具有较高的交易延迟性。以目前区块链应用最成熟的比特币为例, 交易 确认存在至少１０分钟的延迟时间⑤。 第九, 存在中心化现象问题。目前, 区块链并达到完全的“ 去中心” , 实际上更 多的是一种多中心或者弱中心。比如, 比特币虽然实现了运行时的“ 去中心” , 但是 比特币区块链的实际控制权掌握在少数程序员手中, 其“ 中心化” 的过程从运行时 转换到了系统设计时。此外, 算力资源也已经有了中心化的发展趋势⑥。 第十, 智能合约的责任主体缺失问题。区块链智能合约的签订主体往往是虚 拟账户而非自然人, 由此会产生合同授权、 违约责任方的追责等一系列伦理问题⑦。 第十一, 法律和监管不完善等问题。由于区块链是一种新兴事物, 相关法律法 规仍不完善, 缺乏一个统一的标准规范。同时, 相关监管者缺乏深刻的认识和理 解, 相关的监管制度和监管手段严重滞后。此外, 区块链的匿名性等特征, 为犯罪 组织提供了洗钱的备择手段⑧。 尽管如此, 区块链技术不会因为上述问题的存在而停滞不前或消失。随着人 ２８ 中国矿业大学学报 社会科学版 Vol． ２０ |No． ０３ |May ２０１８ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 骆慧勇．区块链技术原理与应用价值[J]．金融纵横,２０１６７ ３３-３７． 袁勇, 王飞跃．区块链技术发展现状与展望[J]．自动化学报,２０１６４ ４８１-４９４． 梅海涛, 刘洁．区块链的产业现状、 存在问题和政策建议[J]．电信科学,２０１６１１ １３４-１３８． Andreas M A． Mastering bitcoinunlocking digital crypto-currencies[M]． O ＇ Reilly Media,Inc．,２０１４． 沈鑫, 裴庆祺, 刘雪峰．区块链技术综述[J]．网络与信息安全学报,２０１６１１ １１-２０． 杨涛．区块链技术创新发展数字货币的研究综述[J]．时代金融,２０１７１１ ３０５-３０７． 张宁, 王毅, 康重庆, 等．能源互联网中的区块链技术 研究框架与典型应用初探[J]．中国电机工程学报, ２０１６１５ ４０１１-４０２２． 乔海曙, 谢姗珊．区块链驱动金融创新的理论与实践分析[J]．新金融,２０１７１ ４５-５０． 万方数据 们对区块链认识的不断加深, 越来越多的资源会投入到区块链相关技术的研究中, 克服上述缺陷只是时间问题, 而区块链技术会越来越成熟, 应用也会越来越广泛。 三、区块链的理论来源及技术支撑 综合现有文献, 本文认为区块链有三大理论来源 信息不对称理论、 自由货币 理论和拜占庭容错理论 以及五大技术支撑P２P网络技术、 时间戳技术、 非对称加 密、 智能合约和数据库技术 , 具体如图５所示。 图５ 区块链的理论来源及技术支撑 一理论来源 自由货币理论为区块链的产生提供了精神指南, 信息不对称理论为区块链的 出现提供了动力来源, 拜占庭容错理论为区块链的诞生提供了理论可行性。因此, 自由货币理论、 信息不对称理论、 拜占庭容错理论为区块链奠定了理论基础。首 先, 自由货币理论来源于Hayek于１９７６年出版的经济学方面的专著 货币的非国 家化 , 他提出了去中心化货币的精神指南, 认为货币体系应该去中心化和非国家 化, 而且货币体系的竞争将会带来更加稳定的货币①。例如, 在区块链经济中, 任一 人可发行数字货币, 且各种数字货币可以自由兑换。其次, 信息不对称是指在交易 活动中, 由于信息掌握存在差异, 拥有优势信息的一方会利用此获取更多的利益, 信用问题随之而产生②。而在社会经济生活中, 信息不对称问题一直无法得到很好 的解决。区块链通过建立全民参与的去中心化的信用来保证信息的高度透明与安 全可信, 极大程度地消除交易过程中的信息不对称。同时, 市场参与者无需中介, 极大地节约了中介成本。因此, 一定程度上来说, 区块链是为解决信息不对称问题 而产生的新技术。最后, 拜占庭容错理论是为了解决拜占庭问题而产生的, 指在缺 少可信任的中央节点和可信任的通道的情况下, 即使部分节点失效仍可确保系统 正常运行, 可让多个基于零信任基础的节点达成共识, 并确保信息传递的一致 ３８ 经济与管理 ① ② Hayek F A． Denationalization of money[M]． LondonInstitute of Economic Affairs,１９７６． Akerlof G． The market for“lemons” Quality uncertainty and the market mechanism[M]． Macmillan Education UK,１９９５４８８-５００． 万方数据 性①②。以区块链为例, 区块链通过数字加密技术和分布式共识算法, 实现了在无需 信任单个节点的情况下构建一个去中心化的可信任系统③④。 二技术支撑 区块链以P２P网络技术、 时间戳技术、 非对称加密、 智能合约和数据库技术等 五大技术作为技术支撑。第一,P２P网络技术, 亦被称为对等网络、 “ 点对点” 或“ 端 对端” 网络, 是区块链系统连接各对等节点的组网技术。不同于中心化网络模式, P２P网络中各节点的计算机地位平等, 每个节点有相同的网络权力, 不存在中心化 的服务器⑤。P２P网络技术是区块链技术达到去中心化、 分布式记录与存储的核心 技术支撑。第二, 时间戳技术, 即区块链数据库让全网的记录者在每一个区块中都 盖上一个时间戳来记账, 表明区块数据的写入时间, 为区块链加入了时间维度, 形 成了一个不可篡改、 不可伪造的数据库。时间戳技术是区块链技术的最大创新点 之一⑥。第三, 非对称加密技术由对应的一对唯一性密钥 即公开密钥和私有密钥 组成的加密方法。公钥可公开发布, 用于发送方加密要发送的信息, 私钥用于接收 方解密接收到的加密内容。区块链正是使用非对称加密的公私钥对来构建节点间 信任的⑦。第四, 智能合约, 可视作一段部署在区块链上可自动运行的程序, 其涵盖 的范围包括编程语言、 编译器、 虚拟机、 事件、 状态机、 容错机制等。签署合约的各 参与方就合约内容达成一致, 以智能合约的形式部署在区块链上, 即可不依赖任何 中心机构自动化地代表各签署方执行合约。智能合约具有自治、 去中心化等特点, 一旦启动就会自动运行, 不需要任何合约签署方的干预。智能合约是区块链可编 程性的基础, 也推动了区块链向区块链２． ０和３． ０发展。第五, 数据库技术是区块 链的基础性技术, 支撑着区块链技术的产生、 发展和应用。从某种意义上来说, 区 块链的本质就是一种可靠的分布式数据库。 四、区块链的发展及应用 美国学者Melanie Swan在其著作 区块链 新经济蓝图及导读 中将区块链技 术带来的对各个应用领域的颠覆影响分为三个时代 区块链１． ０ 可编程货币 、 区 块链２． ０ 可编程金融 和区块链３． ０ 可编程社会 ⑧ 如图 ６所示 。区块链１． ０时 代主要是数字货币时代, 是加密货币的应用, 它构建了去中心化的数字支付系统, ４８ 中国矿业大学学报 社会科学版 Vol． ２０ |No． ０３ |May ２０１８ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ Miguel C,Barbara L． Practical byzantine fault tolerance and proactive recovery[J]．Acm Transactions on Computer Systems,２００２４ ３９８-４６１． Temudo D C． Practical byzantine fault tolerance[M]． Massachusetts Institute of Technology,２０００． Marco P,Daniel O,Thomas T． On choosing server-or client-side solutions for BFT[J]．Acm Computing Surveys,２０１６４ １-３０． Schwartz D,Youngs N,A Britto．The ripple protocol consensus algorithm[J]．２０１４１-８． 沈鑫, 裴庆祺, 刘雪峰．区块链技术综述[J]．网络与信息安全学报,２０１６１１ １１-２０． 袁勇, 王飞跃．区块链技术发展现状与展望[J]．自动化学报,２０１６４ ４８１-４９４． 马昂, 潘晓, 吴雷等．区块链技术基础及应用研究综述[J]．信息安全研究,２０１７１１ ９６８-９８０． Melanie S． BlockchainBlueprint for a new economy[M]． O ＇ Reilly Media,Inc．,２０１５． 万方数据 实现了快捷的货币交易、 跨国支付等多样化的金融服务, 它的主要代表是比特币。 区块链２． ０时代主要是智能合约的应用, 主要领域扩展到金融领域, 是智能资产、 智能合约市场的去中心化, 可作货币之外的数字资产转移, 区块链在市场和金融的 应用中更加广泛。区块链３． ０主要是区块链的全面应用时代, 区块链技术以去中 心化的方式配置全球资源, 进一步延拓到货币、 金融和市场以外的领域, 其潜在的 应用领域包括选举、 医疗、 公证、 公益、 版权以及网络安全、 汽车租赁和学历鉴定等。 目前, 区块链已经历了区块链１． ０时代, 正处于区块链２． ０时代, 正在向区块链３． ０ 时代稳步迈进。有学者预言２０１８年将完全进入区块链３． ０时代①。 图６ 区块链的发展历程 目前, 区块链技术正处于区块链２． ０到３． ０的过渡阶段, 其应用领域也从最初 的数字货币扩展到更广泛的金融领域, 并且逐渐向其他众多领域延伸, 其中金融领 域应用最为广泛和成熟。本文在综合现有文献的基础上, 归纳整理了区块链的一 些典型的应用领域, 主要包括 金融、 教育、 医疗、 物联网、 物流供应链、 通信、 社会公 益、 共享经济、 大数据、 人工智能、 投票、 审计、 拍卖和彩票等② 如图７所示 。由于 篇幅有限, 这里不做详细阐述。总之, 区块链以其去中心化、 去信任化、 可追溯性、 集体维护性、 安全性和