区块链是当今金融科技领域广泛讨论的热点话题。近年来，对该技术的关注和研究呈现爆发式增长。有学者认为，这是继大型机、个人电脑、互联网、移动互联网之后计算范式的第五次颠覆性创新。区块链有望像互联网一样彻底重塑人类社会活动形态，实现从现在的信息互联网到价值互联网的转变。
一、区块链技术的概念、优缺点
区块链技术是以比特币为代表的数字加密货币系统的核心支撑技术。区块链技术的核心优势在于它不再需要传统的中心化机构。它仅利用加密算法、共识机制、时间戳等技术手段，在不依赖某个信用中心的分布式系统中实现点对点交易。协调协作，从而避免中心化机构中常见的数据安全、协作效率和风险控制等问题。
区块链技术起源于2008年。狭义上的区块链技术是一种按照时间顺序将链上的数据块组合成特定数据结构的去中心化系统，并以密码学方式保证不可篡改、不可伪造。共享总账可以安全地存储可在系统内验证的简单、连续的数据。广义上讲，区块链技术利用加密技术来验证和存储数据，利用分布式共识算法来添加和更新数据，利用运行在区块链上的代码，即智能合约，来保证业务逻辑的自动执行。实施了新的去中心化基础设施和分布式计算范式。
与传统技术相比，区块链具有以下四大优势：
首先，难以篡改，更安全。传统的信息系统安全解决方案中，安全依赖于层层访问控制。通过区块链技术，任何人都可以访问记录交易的数据库。然而，由于巧妙的设计并辅以密码学和共识机制，区块链的数据记录方式使得修改某个数据需要更改所有后续数据记录。极其困难。实践证明，这样的数据库可以保证市值数千亿美元的比特币在全球黑客的攻击下稳定运行。
其次，异构、多活、高可靠。区块链中的每个系统参与者都是一个远程多活节点，这是一个天然的多活系统。如果某个节点遇到网络问题、硬件故障、软件错误或者被黑客控制，不会影响系统和其他参与节点。区块链中的节点通过点对点通信协议进行交互。只要通信协议一致，不同的开发者可以使用不同的编程语言和不同版本的全节点来处理不同节点上的交易。由此产生的软件异构环境保证了即使某个版本的软件出现问题，整个区块链网络也不会受到影响，这也是其高可用性的基石。
三是要有智能合约，自动执行。智能合约具有透明、可信、自动执行、强制履行等优点。尽管如此，智能合约自1993 年Nick Szabo 提出以来一直停留在概念层面，重要原因是长期以来没有支持可信代码运行的环境，无法实现自动执行。区块链第一次让智能合约的想法成为现实。
四是更加透明的网络化直接协作机制。区块链提供了与传统不同的方法，以点对点的方式连接参与者，参与者共同维护一个系统。参与者职责明确，无需向第三方机构转让权利，有利于各方获得更好的结果。的合作。区块链作为信任机器，有望成为一种低成本、高效率的新型协作模式，形成范围更大、成本更低的新型协作机制。
区块链虽然具有上述优点，但也很好地实现了比特币的预期设计目标，支撑了比特币系统的正常运行。但正是由于区块链技术早期主要服务于比特币，所以在某些方面存在着明显的缺点和不足。
首先，性能和可扩展性无法满足要求。从目前的情况来看，区块链的性能问题主要表现在吞吐量和存储带宽远远不能满足整个社会的支付需求。同时，随着时间的推移，比特币积累的交易数据越来越大，这对于普通计算机的存储来说是一个很大的负担。如果简单地增加区块大小来提高吞吐量，比特币很快就会成为只有少数大公司才能运行的系统，这违背了去中心化的初衷。在比特币、以太坊等公链系统中，上述矛盾是系统设计面临的最大挑战。
在联盟链中，由于参与记账的节点是可选的、可控的，最弱节点的能力上限不会太低，可以通过资源投入来提升，进而更换共识算法等组件有针对性地最终获得充分的绩效。方向性有所改善。然而，联盟链作为智能合约的基础支撑，还有另一个挑战：智能合约在运行时会互相调用、读写区块数据，因此交易的处理时机就显得尤为重要。如果只能一项一项地完成，这将严重限制节点的处理能力。
其次，数据隐私和访问控制需要完善。在现有公链中，所有参与者都可以获得完整的数据备份。所有数据对参与者都是透明的，参与者不能只获取特定信息。比特币通过隔离交易地址与地址持有者真实身份之间的联系来实现匿名性。因此，虽然你可以看到每条转账记录的发送者和接收者地址，但你无法对应现实世界中的特定人。对于比特币来说，这样的解决方案可能就足够了。但如果区块链需要承载更多的业务，比如实名登记资产，或者通过智能合约执行具体的借贷合约，这些合约信息将如何存储在区块链上呢？验证节点怎么会不知道具体的合约信息呢？合同如何执行等，目前业内还没有成熟的解决方案。这些问题在传统的信息系统中并不存在。
三是治理机制有待完善。公链社区已经探索了“硬分叉”、“软分叉”等升级机制，但剩下的问题还有待观察。由于公链无法“关闭”，其错误修复也极其困难。一旦出现问题，尤其是安全漏洞，将是非常致命的。
事实上，很多问题都可以通过放宽去中心化的限制来解决。例如，在联盟链这样的多中心系统中，关闭系统以升级区块链底层，或者紧急干预、回滚数据等都是必要时可用的手段。这些手段可以帮助控制风险、纠正错误。对于常规的代码升级，通过代码与数据分离，结合多层智能合约结构，实现可控的智能合约替换。
近年来互联网的快速发展及其与物理世界的深度耦合和强反馈，从根本上改变了现代社会的生产、生活和管理决策模式。可以预见，未来，中心化和去中心化两极之间将会出现新的领域。各种区块链系统都有不同程度的去中心化，以满足不同场景的具体需求。
2.区块链技术最新理论和实践进展
随着社区的繁荣、研究的深入以及不同应用的蓬勃发展，人们对区块链技术的局限性有了更深入的认识。在此基础上，针对区块链的一些缺点，人们提出了很多解决方案，主要集中在共识机制、性能、隐私和安全、治理机制和跨链技术等方面。
我们先看一下共识机制。共识是各方就某种声明达成一致的过程或结果。在博弈论中，所有人都知道的信息被称为公共知识，这只是公共知识的一个层次。常识还要求每个人都知道其他人也知道的信息，以便每个人都知道其他人都知道并彼此同意。以安徒生童话《皇帝的新装》为例，每个人都知道皇帝是赤身裸体的，直到一个孩子揭露了真相。但这是共享知识，而不是共同知识。
区块链技术可以通过信息广播、交易签名、投票等方式，巧妙地将共享知识转化为高级共同知识。其中，节点签名和广播起到了让别人知道我认识并认可该区块的作用，从而达成共识，获得共同知识。在比特币中，它的规则“最长的链是全网有效的链”是一种常识。作为经济上理性的人，矿工利用这些常识来支持高阶信念，猜测其他矿工的决策，最终形成纳什均衡。
随后的一些研究认为，中本聪原论文中51%安全算力的假设是有问题的。自私挖矿策略的存在降低了比特币的理论安全门槛。简单来说，自私挖矿就是挖出一个区块后，不发布，继续挖矿。如果您开采第二个区块，您将在此时发布它。如果在开采第二个区块的过程中，广播了其他人开采的其他区块，则将立即广播之前开采的区块。经过理论计算，如果一个矿工拥有1/3的算力，自私挖矿对自己是有利的。因此，根据算力份额的大小，大小矿工的影响力是不同的，需要采用新的计算模型来解决博弈平衡点。
分布式系统共识算法的研究有着悠久的历史。研究始于20 世纪80 年代。 Lamport提出的Paxos以及后来在此基础上发展起来的各种BFT拜占庭容错算法都属于这一类。核心是通过节点投票实现分配。系统状态的一致性。比特币则采取了不同的做法，将经济激励叠加在技术之上，并利用共识机制来保证系统状态的整体一致性。
经典共识机制的问题在于，一旦参与投票节点数量增多，其共识效率就会大幅下降，变得无法使用；中本聪共识机制的问题在于它浪费大量能源并且需要很长时间来确认交易。
来自康奈尔大学和麻省理工学院的研究人员提出了一种混合共识解决方案，将中本聪共识和BFT 共识有机结合起来。它可以结合两者的优点，避免各自的缺点，是一个新的突破方向。该领域的研究仍在进行中。
技术改进的第二个领域是隐私和安全。在公链中，需要保护交易数据、地址、身份等敏感信息，同时让记账节点验证交易的合法性；针对联盟链，同时构建隐私保护解决方案、监管/授权追踪。通过使用高效的零知识证明、承诺、证据不可区分等密码学原语和方案，可以实现交易身份和内容隐私保护；基于环签名、群签名等密码方案的隐私保护机制以及分层证书机制。隐私保护机制也是一种选择；还可以采用高效的同态加密方案或者安全多方计算方案来实现交易内容的隐私保护；还可以利用货币混合机制来实现简单的隐私保护。
以太坊自正式运行以来经历了多次安全事件，其中最大的一次是TheDAO 的黑客攻击。 TheDAO 是一个由程序代码管理的自治风险投资基金，已筹集了总计1200 万枚ETH。黑客利用TheDAO 智能合约的安全漏洞从该合约管理的ETH 中提取了360 万枚ETH。最终以太坊基金会不得不分叉来解决这个问题。由于社区对于如何处理分叉存在不同意见，此次事件后出现了两条以太坊区块链ETH和ETC。坚持私有财产不能以任何理由被剥夺的人们选择了留在ETC。
DAO事件反映出两个问题：第一，智能合约尤其是公链上智能合约的安全问题非常重要。出现漏洞或错误后，无法像中心化系统一样通过关闭系统并集中升级来修复。智能合约通常直接管理资金。一旦出现漏洞，将直接导致经济损失，因此需要更强的安全措施。目前该领域的研究热点是将芯片设计或军事控制系统中已经使用的形式化验证方法应用到智能合约中，利用数学证明尽可能避免人为错误。
DAO事件还反映出另一个问题，那就是现有的区块链缺乏一套完整的治理机制。当社区面临重大决策事件时，如何通过某种机制让社区参与并形成社区意见，并最终在区块链上表达出来。这些决定可能是不同的技术升级建议、TheDAO等突发事件的处理，或者是区块链一些基本规则的调整。如果缺乏治理机制，问题只能通过软分叉或硬分叉来解决，最终会导致混乱和分裂。
最近更有趣的趋势之一是链上治理机制的复兴，其中代币持有者投票作为多目标决策机制。代币持有者的投票有时被用来决定谁将运行运行网络的超级节点，例如EOS、NEO、Lisk等系统中的委托权益证明（DPOS）机制；有时它们被用来对协议参数进行投票，例如（如以太坊的Gas limit）；有时用于投票或直接实现批量协议升级，例如Tezos。在这些示例中，投票是自动完成的，也就是说，协议本身包含更改验证程序集或更新其自身规则所需的所有逻辑，并且是根据投票结果自动完成的。
链上治理通常被认为具有以下主要优势。首先，与比特币所倡导的高度保守的理念不同，它可以快速发展并接受必要的技术改进。其次，通过建立一个明确的去中心化框架，可以避免非正式治理的已知缺点，即被认为太不稳定、容易出现链分裂或事实上变得过于中心化。最后，链上治理有助于确保流程实施，从而提高协调性和公平性，并加快决策速度。
但代币投票机制受到批评的一件事是，无论在何处尝试这些机制，选民的参与度往往都非常低。投票参与率低引发了两个问题。首先，投票仅反映少数人的意见，难以获得法律认可。其次，仅持有一小部分代币的攻击者可能会影响投票。
此外，一些人认为链上治理存在风险，因为元系统一旦设定就很难改变。与直接编写的代码一样，缺陷更快、更容易被利用。同时，链上治理使得普通节点运营者无需参与治理。这消除了普通节点运营商做出任何决策的需要，而仅遵循链上流程做出的决策。那么当出现少数人财阀式的链上治理时，普通用户的利益就会不相容，这与公链的价值观是背道而驰的。区块链属于公众，服务于公众利益。这并不是为了让大型加密货币玩家变得更富有。区块链不应该属于任何人，更不应该属于一小群超级富豪。因此，链上治理也遭到反对。
总体而言，链上治理机制仍处于争议和探索过程中，尚未形成统一意见，需要进一步关注和研究。
最后我们来说说跨链技术。跨链技术可以理解为连接各个区块链的桥梁，满足不同区块链之间的资产转移、信息交换、应用协作等需求。目前，区块链技术复杂且分成不同派别，彼此之间仍然无法交换价值和数据。随着行业的发展，链间的互操作性变得越来越重要。如果跨链不解决，各大区块链都将成为孤岛，这必将降低区块链社区的活力，从而限制整个区块链网络和生态系统的发展。
跨链技术可应用于跨链资产转移、跨链原子交易、跨链数据共享、跨链合约执行、去中心化交易所等广泛场景。目前有三种技术模式：
一是公证计划。这是一种集中式或基于多重签名的见证模型。其主要特点是不关注跨链的结构和共识特征，而是引入可信第三方作为公证人，作为跨链操作的中介。代表性的解决方案是Interledger。
第二个是侧链/中继。侧链是锚定原链的链结构，但不是原链的分叉。而是从原链的数据流中提取特定信息，形成新的链结构，而中继则是跨链结构。链上信息交互和传递的渠道。无论是侧链还是中继，其作用都是从原链上收集数据，扮演监听者的角色。侧链和原链无法直接验证对方区块的状态，因为这会形成环路，但彼此只包含轻节点是可行的，相应的验证逻辑可以由链协议本身实现或申请合同。一般来说，主链不知道侧链的存在，但侧链必须知道主链的存在。代表性解决方案有BTC Relay、RootStock、Polkadot等。
第三是哈希锁定技术。它设置不同链之间互操作的触发器，通常是要公开的随机数的哈希值。哈希值相当于传输码。只有获得代码的人才能拿到钱。同时，还构建了两份退款（Redeem）合约。这两份合同需要双重签名，并且有时间限制。对方签字，你不签字。当您签字后，资产将返回原处。关键的技术设计之一是创建转账哈希码的人的退款合约的时间周期必须长于对方，从而保护其权益。具有代表性的解决方案是比特币闪电网络。
值得一提的是，跨链技术也受到了一些央行的关注。例如，日本央行和欧洲央行联合开展的Stella央行数字货币试点项目第二阶段重点关注单链和跨链DVP解决方案。
三、总结
区块链技术的进展还有很多方面可以阐述。由于时间有限，我做一个简短的报告。如有不当之处，敬请批评指正。应该说，监管层目前面临的任务并不轻松。面对不断发展的区块链技术，需要同时考虑相应的法律法规和技术标准，以加强监管、防范风险。
综上所述，区块链是一项可能成为未来金融基础设施的新兴技术，对其进行深入研究才是我国金融科技工作的应有之义。区块链技术有优点也有缺点，并且仍在不断发展。目前，区块链要想真正落地并支撑实际业务，在技术层面还需要做大量的改进工作。
在刚刚召开的全国网络和信息化工作会议上，习近平总书记发表了非常重要的讲话。他指出：“核心技术是立国之本，我们必须下定决心，保持恒心，找准重点，加快推进信息领域核心技术。要实现突破，必须着力建设信息化核心技术。”统筹产业体系，共同制定技术产业政策，遵循技术发展规律，进行系统技术布局，优中选优，重点突破。”习总书记的讲话可以说是很有意义的，我们应该清醒地认识到区块链应用在我国走过了弯路，因此易纲主席也指出，要充分发挥区块链技术的正能量，更好地发挥区块链技术的作用。我们要认真贯彻落实习总书记重要讲话精神，在核心关键技术上下功夫，同时要推动整个市场和生态环境的健康发展。的区块链技术。
（作者为中国人民银行数字货币研究所所长）
