区块链白皮书(2019年).pdf
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1、 区区 块块 链链 白白 皮皮 书书 (2019 年)年) 中国信息通信研究院中国信息通信研究院 可信区块链推进计划可信区块链推进计划 2019 年年 10 月月 前前 言言 2019 年 10 月 24 日下午, 中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋 势进行第十八次集体学习。中共中央总书记习近平在主持学习时强调,区 块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。 我们要 把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口,明确主攻方向,加大投入 力度, 着力攻克一批关键核心技术, 加快推动区块链技术和产业创新发展。 区块链开创了一种在不可信的竞争环境中低成本建立信任的新型计 算范式和协作
2、模式,凭借其独有的信任建立机制,实现了穿透式监管和信 任逐级传递。区块链源于加密数字货币,目前正在向垂直领域延伸,蕴含 着巨大的变革潜力,有望成为数字经济信息基础设施的重要组件,正在改 变诸多行业的发展图景。 为加快推动区块链技术和产业创新发展, 中国信息通信研究院于 2018 年发起可信区块链推进计划,组织编写了区块链白皮书 (2018) 。本白 皮书是在去年的基础上,结合习总书记中央政治局学习内容及要求,对国 内外行业发展状况重新进行了整理分析, 阐述了区块链技术近期的演变和 发展趋势,梳理了区块链的应用逻辑和落地实践,分析了当前国内外区块 链在产业、应用方面的最新形势和发展机遇,剖析了区
3、块链的监管挑战, 并提出相应政策建议。 目目 录录 一、区块链技术发展现状及趋势一、区块链技术发展现状及趋势 . 1 (一)技术架构现状 . 1 (二)技术发展热点 . 4 二、区块链产业发展状况二、区块链产业发展状况 . 8 (一)全球区块链产业现状 . 8 1.赋能领域应用,落地步伐加快 . 8 2.资本热度下降,企业增速放缓 . 10 3.技术创新活跃,产业生态初现 . 14 (二)我国产业现状分析 . 16 1.聚焦数字经济创新,实践特色应用场景 . 16 2.布局工程技术研发,深度赋能实体经济 . 21 三、区块链行业应用现状三、区块链行业应用现状 . 22 (一)赋能数字经济模式创
4、新 . 23 (二)金融服务领域成效显著 . 24 (三)产品溯源领域优先起步 . 26 (四)政务民生领域重点探索 . 28 (五)电子存证领域多点铺开 . 30 (六)数字身份领域备受关注 . 32 (七)供应链协同领域渐落地 . 33 四、区块链面临的监管问题四、区块链面临的监管问题 . 35 (一)分布式共享记录导致相关监管责任主体分散 . 36 (二)智能合约自动强制执行法律有效性仍待商榷 . 37 (三)上链数据难以篡改带来隐私及内容监管风险 . 39 (四)激励机制的数字资产特性引发金融监管问题 . 41 五、区块链发展的制约因素五、区块链发展的制约因素 . 42 (一)社会认知
5、层面,大众争议与行业疑虑蔓延 . 42 (二)监管环境层面,我国监管需增强政策弹性 . 43 (三)技术应用层面,大规模推广落地尚存难点 . 43 (四)人才培养层面,区块链专业人才相对稀缺 . 44 六、政策建议六、政策建议 . 44 (一)多方协同推进,加强关键技术研究 . 44 (二)以点带面探索,加速行业应用推进 . 45 (三)近期远期结合,开展审慎包容监管 . 45 图表目录图表目录 图 1 区块链系统架构图(2018) . 2 图 2 区块链即服务平台 BaaS 的总体架构 . 4 图 3 各国政府部门推动区块链项目数量 . 10 图 4 2018-2019 年国内互联网投融资金
6、额 . 11 图 5 全球区块链产业投融资金额 . 11 图 6 美、中、韩、瑞、加五国近年区块链融资金额对比 . 12 图 7 全球区块链企业增长趋势 . 13 图 8 全球区块链企业 Top10 国家 . 13 图 9 全球区块链企业分类 . 13 图 10 区块链专利全球主要国家申请趋势 . 14 图 11 全球区块链典型行业组织节点图 . 16 表 1 互操作性相关技术性能对比 . 7 表 2 全球区块链专利申请逐年新增地区 . 15 表 3 我国各地方区块链项目梳理 . 17 表 4 专栏一:金融服务细分领域典型案例 . 24 表 5 专栏二:产品溯源细分领域典型案例 . 26 表
7、6 专栏三:政务民生细分领域典型案例 . 28 表 7 专栏四:电子存证细分领域典型案例 . 31 表 8 专栏五:数字身份领域典型案例 . 33 表 9 专栏六:供应链协同领域典型案例 . 34 表 10 区块链技术特征与监管挑战 . 35 区块链白皮书(2019 年) 1 一、 一、 区块链技术发展现状及趋势 区块链(Blockchain)是一种由多方共同维护,使用密码学保证 传输和访问安全,能够实现数据一致存储、难以篡改、防止抵赖的记 账技术,也称为分布式账本技术(Distributed Ledger Technology) 。典 型的区块链以块-链结构存储数据。作为一种在不可信的竞争环
8、境中 低成本建立信任的新型计算范式和协作模式, 区块链凭借其独有的信 任建立机制,正在改变诸多行业的应用场景和运行规则,是未来发展 数字经济、构建新型信任体系不可或缺的技术之一。 各类区块链虽然在具体实现上各有不同, 但在功能架构存在共性。 本章在总结各种区块链系统实现方案的基础上, 将区块链的功能架构 划分为基础设施、基础组件、账本、共识、智能合约、接口、应用、 操作运维和系统管理等模块, 同时阐述了区块链即服务 (Blockchain as a Service, BaaS)1的架构。 (一) 技术架构现状(一) 技术架构现状 区块链功能架构保持稳定。2018 年,中国信通院发布的区块 链白
9、皮书(2018) 中给出了一种通用型的区块链系统技术架构,将 区块链系统划分为基础设施、基础组件、账本、共识、智能合约、接 口、应用、操作运维和系统管理九部分。其中,基础设施层为上层提 供物理资源和计算驱动,是区块链系统的基础支持;基础组件层为区 块链系统网络提供通信机制、数据库和密码库;账本层负责交易的收 1 区块链即服务(BaaS,Blockchain as a Service)是一种帮助用户创建、管理和维护企业级区块链网络及应 用,通常作为云服务的区块链设施租用平台。 区块链白皮书(2019 年) 2 集、打包成块、合法性验证以及将验证通过的区块上链;共识层负责 协调保证全网各节点数据记
10、录一致性; 智能合约层负责将区块链系统 的业务逻辑以代码的形式实现、编译并部署,完成既定规则的条件触 发和自动执行;接口层主要用于完成功能模块的封装,为应用层提供 简洁的调用方式; 系统管理层负责对区块链体系结构中其他部分进行 管理;操作运维层负责区块链系统的日常运维工作。2 资料来源: 区块链白皮书(2018) 图 1 区块链系统架构图(2018) 区块链实现技术持续演进。在功能架构保持稳定的同时,不同系 统的实现技术出现很多新的变化: 账本层:随着区块链系统存储总量的不断增加,区块链存储 及节点的可扩展性问题逐渐凸显。对于这一问题的解决方案 主要分为两个方向:1)通过弱化区块链的可追溯性来
11、降低单 链的存储负担,如归档功能通过删除部分冷数据来减少存储 量; 2) 通过多链融合和跨链互操作实现区块链系统的可扩展, 如同构多链和异构多链。 其中, 多链协同成为主要发展方向。 2 上述功能的详细描述见:中国信通院 区块链白皮书(2018) 区块链白皮书(2019 年) 3 新版架构图在账本层添加了这两类扩展方向。 共识层:区块链系统的共识机制在交易吞吐量与共识节点数 上同样存在可扩展性问题。 解决问题的三种探索方向分别是: 1)采用混合共识,通过组合不同共识机制来提升共识效率, 如 Ontology; 2) 采用分片并行共识, 将区块链网络进行分片, 多个网络分片中的共识机制并行,如
12、Ethereum2.0;3)采用 双层网络构造, 分担底层网络共识负载, 如闪电网络, Nervos。 新版架构图在共识层添加了这三类探索方向。 智能合约层:多样性竞争激烈,发展势头猛烈,应用场景也 大幅增加。智能合约不再仅仅作为区块链系统的一个技术组 件,而是成为了一个日益独立的新技术进行研究和应用。智 能合约的治理模式逐渐改善并被业内接受,公平治理成为新 趋势。新版架构图在智能合约层添加了这两类发展方向。多 种成熟虚拟机和解释器被引入智能合约应用,如 JVM 和 Python。 运维管理:区块链系统的管理水平逐步提升,运维成熟度显 著提高。随着区块链系统中的各个模块不断发展,区块链技 术架
13、构的模块化程度也变得越来越高。Devops 的运维理念被 引入区块链,多种成熟的运维工具开始被用于区块链。区块 链和云管理理念融合而生的区块链服务应用模式大幅提高了 区块链的可用性。 区块链即服务(BaaS)逐渐成熟。区块链即服务作为一种新的系 区块链白皮书(2019 年) 4 统交付形态, 与原有部署模式相比, 在系统扩展性、 易用性、 安全性、 运维管理等方面有很大优势。BaaS 把云计算与区块链结合起来,采 用容器、微服务以及可伸缩的分布式云存储技术等创新方案,往往也 提供多种不同底层链的技术选项,有助于简化区块链的开发、部署及 运维,降低区块链应用门槛,提高应用灵活性。主流云厂商和区块
14、链 技术公司在今年纷纷推出了 BaaS 服务。实现上,区块链即服务系统 可分为管理平台和运行态两个部分,如图 2 所示,详见可信区块链推 进计划区块链即服务平台 BaaS 白皮书 。 资料来源:可信区块链推进计划区块链即服务平台 BaaS 白皮书 ,2019 年 1 月 图 2 区块链即服务平台 BaaS 的总体架构 (二) 技术发展热点(二) 技术发展热点 区块链技术仍然处于高速发展阶段,各种创新方案不断涌现,发 展热点主要体现在以下几个方面: 一是多种技术措施保障区块链安全。 在账本数据、密码算法、网络通信、智能合约、硬件等方面采用技术 措施保障区块链安全。在账本数据方面,为满足账本数据的
15、一致性和 可用性等安全要求,业界普遍采用数据校验、数据容灾备份等技术方 区块链白皮书(2019 年) 5 案,以保证各节点数据在上链过程中的一致性,及链上数据因系统故 障导致丢失损毁后及时恢复, 同时国内已有多家区块链技术提供商采 用数据归档技术来应对账本数据日益增加带来的挑战。 在密码算法方 面,随着区块链技术在供应链金融、司法存证、政务数据共享等对数 据安全有强需求的领域推广落地,在签名验签、链上数据授权访问等 业务流程中,国密加密逐渐成为区块链应用的主流选择;在网络通信 方面,节点认证机制、账本隔离技术、数据分片技术等网络准入技术 及网络防护不断完善,攻击者利用网络协议漏洞进行日蚀攻击、
16、路由 攻击及 DDoS 攻击(分布式拒绝服务攻击)的威胁程度在不断降低; 在智能合约方面,智能合约问题主要集中在合约代码漏洞、业务逻辑 漏洞,合约运行环境问题及区块链系统自身源码存在的接口漏洞等, 随着形式化验证技术更加完善,代码审计手段日益丰富,由合约漏洞 导致的安全事件也有所降低;在硬件方面,为平衡安全性与性能之间 的矛盾,防止代码运行过程中被篡改,主流硬件供应商在近些年纷纷 推出了以可信执行环境(TEE)为代表的硬件安全防护解决方案,目 的是为链上数据及运行过程中产生的中间数据提供一个受保护的存 储和执行环境的安全策略。例如 Intel 的 SGX,ARM 的 TrustZone、 RI
17、SC-V 的 KeyStone、AMD 的 SME/SEV 等。可信执行环境结合区 块链技术,实现了一种可行的速度快、成本低的数据安全防护方案。 二是隐私保护手段日趋多样化。 在以比特币为代表的区块链系统 发展的早期阶段,隐私保护的主要手段通过“假名”来实现用户真实 身份的匿名化。但随着区块链技术的深入发展, “假名”的隐私方案 区块链白皮书(2019 年) 6 已经满足不了现实的需求,诸多公链、联盟链项目在积极探索隐私保 护方案。从保护的对象来看,隐私保护手段可以分为三类:一是交易 信息的隐私保护,对交易的发送者、交易接受者以及交易金额的隐私 保护,有混币、环签名、机密交易(Confiden
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