【连载】2020网信自主创新调研报告-自主可控区块链
2020网信自主创新调研报告
专家委员
主 任：倪光南
副主任：严 明、霍 炜、胡伟武、窦 强
委 员（按拼音排序）：曹 冬、陈晓桦、邓小四、杜 胜、杜跃进、冯燕春、冯裕才、郭守祥、韩乃平、胡红升、黄志刚、姜海舟、李 斌、李璐瑶、梁育刚、刘龙庚、刘闻欢、刘 毅、陆宝华、罗东平、潘凤岩、唐 彬、汤学军、田俊峰、肖新光、杨纪文、翟起滨、张焕国、张 强、张 彦、张宇翔、张岳公、赵 波、赵战生、郑静清、祝国邦
自主可控区块链
随着我国区块链产业政策体系逐步构建，产业发展环境持续优化，各地政府正在积极从产业高度定位区块链技术。区块链领域从底层核心技术到链上应用，再到各类场景落地，从不同层面开展了探索，相关产业正在高速发展。
01 区块链快速发展
开创了新的价值空间
区块链技术标准
正在逐步建立
2017 年 3 月，国家标准化管理委员会批准中国电子技术标准化研究院担任国际标准化组织（ISO）区块链与分布式记账技术委员会（TC307）的国内技术对口单位，加快推动我国参与区块链国际标准制定。2019 年 10 月，中国信通院、深圳税务局等联合代表中国在国际电信联盟 ITU-TSG16Q22 会议上首次提出《基于区块链分布式账本的电子发票通用框架》标准顺利通过新标准立项。2020 年 4 月，工业部信息化和软件服务业司指导组建全国区块链和分布式记账技术标准化技术委员会。2020 年 6 月，我国企业在 IEEE 数字金融与经济标准委员会的支持下牵头发起制定《IEEEP3801 基于区块链的电子合同标准》、《IEEEP3802 基于区块链的电子商务交易证据收集应用技术规范标准》两项区块链标准。同时，IEEE 正式发布了《IEEE2143.1-2020 加密货币支付的通用流程标准》，该标准由我国企业牵头发起，制定过程中也有多家我国企业参与，不但是 IEEE 正式发布的第一个区块链标准，同时也是全球范围内加密货币领域的第一个正式发布的国际标准。
在行业标准上，我国的区块链底层技术框架标准化工作积极有序开展。同时针对区块链的性能测试、安全测试规范也在陆续推出。
国内厂商积极探索
区块链技术和产品
为满足多行业多场景区块链技术应用需求，针对现有区块链基础设施普遍存在的问题，国内区块链技术企业进行了积极探索。
湖南兆物信链科技集团有限公司自主研发并突破了一批具有完全自主知识产权的区块链关键技术及产品，自主研发的国产高性能自主可控区块链基础平台基于安全可靠系统理念，采用自行设计研发的基于 DAG 的分层分片Gossip 共识机制 HashNet、中继链、图灵完备智能合约、支持国密算法等区块链技术，能够支撑数千共识节点参与共识、数百万用户同时使用系统，通过了工信部泰尔实验室性能测试，并且完成了飞腾、鲲鹏、麒麟等平台适配认证，可在 X86 架构、PK 架构和麒麟架构部署实施。基于上述技术自主研发的区块链隐私计算安全服务平台，入选了国家工信部 2020 网络安全技术应用试点示范项目。
沈阳东软系统集成工程有限公司自主研发了一系列区块链政务应用，主要有基于区块链的电子证照共享平台、基于区块链的一网通办系统、基于区块链的政务资源共享系统等。
区块链技术开始得到应用
金融领域，区块链技术已在供应链金融、信贷融资、跨境支付、资产证券化、电子签章等细分领域得到了应用。区块链分布式账本、块链式结构、共识机制、时间戳等技术的应用，有效提升了链上信息的篡改难度和可追溯性，缓解了信息不对称的现象。智能合约的引入则有助于实现业务流程的自动化执行，并可用于融资、支付结算、信息存证及流通、资产证券化等场景，以增加信息可信度，缓解重复交易，提高相关参与方信息交流积极性和业务处理效率。
能源领域，国内能源企业积极探索基于区块链的面向社会多领域的服务新模式。如自主研发区块链底层技术服务平台，全面强化区块链在能源电力领域的应用落地，在新能源云、电力交易、优质服务、综合能源、物资采购、智慧财务、智慧法律、数据共享、安全生产、金融科技等场景构建区块链技术解决方案；开展区块链原油进口交易试点，大幅提升原油交易执行效率；成立区块链合作创新平台，整合技术、人才、场景等优势资源，推动关键核心技术创新，构建产业融合生态。
政务领域，各地政府联合企业积极探索区块链技术与电子政务服务的场景融合。司法领域，区块链技术从源头上保证上传数据的真实性，提高证据的可信度，保证区块链上电子证据的合法性和客观性。医疗健康领域，通过区块链技术建立互信共享机制，推动健康医疗大数据应用新发展，保护病人隐私，推进医疗改革。
02 区块链技术距离
大规模实用还有较大差距
当前区块链技术主要存在性能低、使用门槛高、使用成本高、平台依赖性强、应用范围较窄等问题。现阶段我国区块链技术离大规模实用化还有较大差距，尤其是自主创新的区块链底层核心技术还存在许多关键难题有待攻克。
随着区块链技术与物联网、5G、大数据等技术结合，高频海量数据对于区块链自身的 TPS（每秒交易数量）要求越来越高。目前，许多国外区块链技术平台采用分片技术提高 TPS。例如 ,Hyperledger Fabric 通过使用多链多通道技术实现在业务上对数据进行分片，在解决数据隐私的同时提高系统TPS。以太坊 2.0 将共识机制从目前 1.0 的工作量证明（PoW）转变为权证明（PoS），并结合了分片技术。同时，基于有向无环图 (Directed Acyclic Graph，简称 DAG) 的拓扑结构在区块链中的应用也引起了广泛的关注。从宏观的图论拓扑模型看，DAG 从单链进化到树状和网状、从区块粒度细化到交易粒度、从单点跃迁到并发写入，是区块链从容量到速度的一次革新。
在建设基于区块链的应用时，如果采用了不同技术的底层链，将导致各区块链之间产生价值孤岛现象。跨链技术是区块链实现互联互通、提升可扩展性的重要技术手段，它既是区块链向外拓展和连接的桥梁，也是实现价值网络的关键。
随着智能合约这种新的信任模式的产生，出现了一个新的技术挑战，那就是连接性。大多数有价值的智能合约应用都需要获取来自关键数据源的链下数据，特别是实时互联网数据和 API 数据，这些数据都不保存在区块链上。由于区块链受自身特殊的共识机制限制，无法直接获取这些关键的链下数据，阻碍了智能合约的广泛应用和大规模去中心化商业应用的出现。
03 以技术创新推动
区块链产业融合创新
推动高性能数据
上链技术攻关
现有区块链在共识机制和交易分散处理技术方面的欠缺，导致了无法支撑高并发、高吞吐交易，无法有效支持应用弹性扩展的问题。因此，需要开展高性能共识架构设计、支持高并发的异步共识算法和动态自适应共识速率调整机制等方面的研究。在共识架构的基础上保证共识算法的高效运行，利用异步方式从根本上提升共识 TPS（每秒交易数量），并针对不同的应用景自适应地权衡共识性能与存储性能，突破面向高并发的异步拜占庭容错共识算法等关键技术，从根本上提升区块链底层性能。
推动区块链平台承载
与兼容技术攻关
针对现有的智能合约在安全性、高效运行方面的问题，开展高效的虚拟机引擎设计。支持高效的程序编译，并支持智能合约的高效运行；同时增强安全性的智能合约编程语言，提高智能合约的安全性。针对目前区块链在多链耦合性方面存在欠缺，以及由此导致的不能有效实现热插拔链协议的问题，开展面向热插拔的多链接口标准模型、共识协议、组件化技术和多账本优化存储技术等方面的研究。针对当前区块链在异构跨链方面的欠缺，以及由此导致的无法与其他链互联互通的问题，开展基于公证人技术的跨链通信机制、基于中继的跨链通信机制，以及代码耦合的跨链通信机制研究，从不同需求层面满足跨链需求，实现异构区块链互联互通。
推动区块链安全与
隐私技术攻关
针对区块链中交易数据的泄露问题，研究基于零知识证明或 Pederson 承诺的多方计算隐私保护技术，实现在交易数据保持密文的情况下多方计算的关联关系验证。针对主流多方计算隐私保护方案效率不高，不支持浮点型交易数据等问题，研究优化的零知识证明技术，改造现有零知识证明方案的代数结构，实现高效且支持浮点型交易数据的隐私保护方案。针对智能合约的隐私保护问题，研究适用于智能合约平台的基于椭圆曲线的环保密交易（Ring Confifidential Transaction）方案，实现多个交易发起者和接受者的隐私保护，同时保证其使用的零知识证明所占空间和交易匿名集合大小的对数成正比。针对区块链数据保护多方计算隐私问题，研究利用分布式公钥加密方案加密用户身份及交易数据，通过智能合约定义用户身份及交易数据在何种条件下匿名，启用门限解密方案解密交易隐私信息，实现可审计的可控匿名多方计算隐私保护。
推动区块链软硬件
协同可信一体化技术攻关
针对区块链的快速部署和接入需求、数据隔离的安全需求以及运行环境的自主可控需求，研究基于可信环境的区块链可信一体机技术，支持以可信一体机为载体的一站式节点创建、节点组网。研究区块链技术的可信执行环境，构建融合可信硬件基础设施、可信操作系统以及可信区块链软件的可信 链体系，保障执行环境的全程可信化。研究区块链软硬件一体化协同和适配技术，构建可信硬件基础设施、可信操作系统以及可信区块链软件的紧耦合架构，实现三者的一体化强绑定机制。基于身份即标识的密码系统构建区块链一体化管理平台，实现对可信硬件基础设施、可信操作系统以及可信区块 链软件的统一管理。
本报告版权属于关键信息基础设施技术创新联盟所有，受法律保护。未经许可，任何单位及个人不得以任何方式或理由对报告内容进行使用、复制、修改或与其它产品捆绑使用、销售。
转载、摘编或引用本报告内容和观点应注明“来源于关键信息基础设施技术创新联盟《 2020 网信自主创新调研报告》”，并书面知会联盟秘书处。
凡侵犯版权等知识产权的，联盟必依法追究其法律责任。
邮箱 | cii_zgc@163.com
地址 | 北京市海淀区奥北科技园
20号楼5层
关键信息基础设施技术
创新联盟