2018中国区块链技术和应用发展研究报告1中国区块链技术和应用发展研究报告（2018）2018年12月18日发布编写单位中国区块链技术和产业发展论坛22018中国区块链技术和应用发展研究报告3序当前，国内外形势正在发生深刻复杂变化，我国发展仍处于重要战略机遇期。与此同时，新一轮科技革命和产业变革正在重构全球创新版图、重塑全球经济结构，以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链为代表的新一代信息技术加速突破应用，与制造、数字经济等产业深度融合，加快促进实体经济高质量发展。区块链技术作为一种目前主流的分布式记账技术，利用巧妙的技术设计和数据治理方式，可以在多个领域为多方协作提供信任基础，有助于解决业务发展痛点，促进业务模式创新，推动供给侧改革和经济结构优化。近年来，联合国、国际货币基金组织加强对区块链技术的研究和探讨，ISO、IEEE-SA等国际标准组织通过标准化工作推动区块链技术的全球共识和规范化发展。全球主要国家加快布局区块链技术发展，产业界、学术界纷纷开展区块链技术创新和应用探索，取得了良好的发展成果。为推动区块链技术和产业发展，在工业和信息化部信息化和软件服务业司的指导下，中国电子技术标准化研究院联合万向区块链、微众银行、平安保险等骨干企业，成立了中国区块链技术和产业发展论坛，并于2016年10月发布了中国区块链技术和应用发展白皮书（2016），为行业技术、应用和标准化等工作提供了有益的方向指引。2016版白皮书发布至今已经两年，在此期间，国内国际上的产业环境不断发展演变，出现很多进展和成果，表现出新的发展特点，也面临新的发展挑战。因此，从目前的行业发展阶段和发展需求来看，有必要对行业发展进行阶段性总结，并且针对现有行业发展的重点问题进一步探讨。为此，编写组在2016版白皮书的基础上，研究形成了中国区块链技术和应用发展研究报告（2018），其中总结了2016年以来的区块链技术、应用和标准化发展情况，提出了应用场景选择、应用治理、应用评价等方法，并提供多个国内典4型应用案例。希望各界继续努力，积极把握区块链发展的历史性机遇，共同营造和维护良好的产业发展环境，持续推动我国区块链技术和产业发展。2018中国区块链技术和应用发展研究报告5内 容 摘 要近两年来，在全球产业持续演进的背景下，我国区块链技术和应用继续保持良好的发展势头。各级政府加大对区块链的关注和支持力度，更多企业机构加快投入到区块链技术研发和应用推广中。区块链技术和应用成果涌现，产业未来发展空间广阔。与此同时，区块链技术和应用发展仍然面临一系列风险和挑战。为了进一步推动区块链技术创新和应用落地，引导行业良性发展，我们在中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）的基础上，编写形成了本报告。其主要内容包括一、区块链技术和应用面临的机遇和挑战分析。分别从政策、产业和技术层面研究分析了当前发展面临的机遇，在此基础上重点总结了认识水平、概念炒作、技术和应用等方面的挑战。二、区块链技术发展情况研究。提出了从区块链到分布式记账技术的演进路径以及相关概念的内涵和关系。结合国内国际标准化成果，总结了区块链系统架构的发展演进特征。根据技术发展的最新进展和发展趋势，研究了跨链和分片技术进展，并总结了安全与隐私保护等其他区块链核心关键技术的发展现状。此外还分析了国内主要区块链开源社区的发展演进情况。三、区块链应用发展情况研究。首先，从技术、数据、业务和社会治理四个层面归纳形成了描述区块链核心应用价值的TD模型。其次，总结了金融服务和供应链管理等应用领域的最新应用进展，并分析了智慧城市和公共服务等新兴应用领域的典型应用场景。在此基础上，研究提出了从应用痛点出发分析选择应用场景的ASMI四步法以及区块链应用治理框架。最后，针对区块链应用评价，提出在技术、业务、社会效益3个维度下的14个评价指标体系。四、区块链标准化最新进展研究。结合两级标准化体系，总结了区块6链的标准化演进路径。分析了国内参考架构、数据格式等方面的重点标准研制情况，以及国家标准、行业标准、团体标准的总体进展。此外，盘点了ISO、IEEE-SA、W3C、ITU-T等国际标准化组织的区块链标准化工作情况。最后，作为本报告提供的区块链应用相关方法论的诠释和补充，提供了3个应用场景分析案例和6个具体应用案例。版权声明如需转载或引用，请注明出处。2018中国区块链技术和应用发展研究报告7中国区块链技术和应用发展研究报告（2018）编写单位 （排名不分先后）上海万向区块链股份公司深圳前海微众银行股份有限公司中国平安保险（集团）股份有限公司北京蚂蚁云金融信息服务有限公司众安信息技术服务有限公司海航科技集团有限公司三一集团有限公司用友网络科技股份有限公司北京瑞卓喜投科技发展有限公司上海金丘信息科技股份有限公司上海复星高科技（集团）有限公司厦门安妮股份有限公司北京京东尚科信息技术有限公司三六零科技有限公司普华永道中天会计师事务所（特殊普通合伙）永辉超市股份有限公司福建省海峡区块链研究院易见供应链管理股份有限公司江苏通付盾科技有限公司8特邀编写单位中汇信息技术（上海）有限公司中国移动通信集团有限公司中证机构间报价系统股份有限公司金拱门（中国）有限公司中华联合保险集团股份有限公司主要编写人员周 平陈家乐徐 磊王梦寒尹雪蓉李涛卫冰飞杜宇杨仁慧何 沉何永德张 屹廖娅伶莫楠夏 力刘天成殷悦郝玉琨赵阳杨文涛陈 锐陈鲁鑫陶 欣李 斌韩梅吴小川黄海泉高林挥陆一帆王守超郝振亚朱天阳齐源王晓颖汪德嘉李佳秾洪蜀宁蔡栋季宙栋许进赵达悦周海平朱明礼赵子龙周开宇孙 琳唐晓丹韩 根张 林孙海波郭燕飞杨胜宋文鹏杨波邓伟平柴庆朋龚海刚李永正张开翔郝汉冯承勇朱振博王珂张卫中李昊星郭文婧董 才颜爱军杨 阔谭智勇鞠 鹏陈 晓吕国新李鸣王招军黄浩刘江张 擎赵博然王 芳中国区块链技术和应用发展研究报告（2018）2018中国区块链技术和应用发展研究报告9一、概述 1二、面临的机遇和挑战 3三、区块链技术发展情况 73.1 技术发展路径 73.2 区块链系统架构 83.3 核心关键技术发展情况 103.3.1 安全与隐私保护技术 103.3.2 跨链技术 133.3.3 分片技术 143.3.4 其他核心关键技术改进情况 143.3.5 技术成熟度 153.4 底层技术平台发展情况 163.4.1 国内外主要区块链平台 163.4.2 开源社区发展情况 19四、区块链应用发展情况 224.1 区块链核心应用价值 224.2 区块链应用进展情况 234.2.1 金融服务应用进展 234.2.2 供应链管理应用进展 244.2.3 区块链与智慧城市 25 4.2.4 区块链与公共服务 274.3 区块链应用场景选择方法论 284.4 区块链应用治理 304.4.1 区块链应用治理概述 30目 录104.4.2 非许可链治理模式 314.4.3 许可链治理模式 324.5 区块链应用评价 344.5.1 业务评价维度 344.5.2 技术评价维度 35 4.5.3 社会效益评价维度 37五、区块链标准化发展情况 385.1 标准演进路径 385.2 国内标准化 40 5.2.1 团体标准 405.2.2 国家标准/行业标准 465.3 区块链标准化现状 465.3.1 国际标准化组织（ISO） 465.3.2 其他标准组织 49六、未来发展展望 50附录 A 术语和缩略语 53附录 B 术语和缩略语 5 6 B.1 数字版权场景 56B.2 供应链金融场景 60 B.3 冷链物流场景 64B.4 基于区块链的存证实践案例 67B.5 香港国际贸易融资网络应用 71B.6 京东区块链电子营业执照 73 目 录2018中国区块链技术和应用发展研究报告11B.7 可溯源供应链金融解决方案 76B.8 基于区块链的再保险交易系统（RIC） 79B.9 基于区块链的钻石溯源系统 83参考文献 87目 录122018中国区块链技术和应用发展研究报告1一、概述2016年10月，中国区块链技术和产业发展论坛成立以来，在工业和信息化部信息化和软件服务业司的指导下，先后发布了中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）以及区块链 参考架构区块链 数据格式规范两项团体标准，建立了分布式应用账本（DAppLedger）开源社区，组织了两届开发大赛，并积极参与区块链国际标准研制。在技术研发、标准研制、应用培育方面取得了一系列成果，为我国区块链技术和应用发展做出了积极贡献。在实际工作中，我们发现在区块链技术和应用快速发展的同时，业界对其认识还有待提高，底层技术平台架构和开放接口不统一，直接制约了不同应用之间的互联互通。另外，区块链应用面临场景选择和落地实施的困境，现有技术平台在可靠性和稳定性上依然面临很大的不确定性。与此同时，“首次代币发行（ICO）”及其变种，以及“空气币”、非法融资、传销等情况严重扰乱区块链行业健康发展。为了进一步推动我国区块链技术和应用发展，论坛理事会成员单位编写了本报告，目的是通过系统梳理现阶段区块链技术发展情况，明确分布式记账技术（DLT）概念，以及DLT技术与区块链、传统数据存储和处理技术之间的关系，提出区块链的应用路线图，并对未来的发展趋势做出研判。本报告的编写方法如下一是结合重点学术论文和技术专利情况，研究和总结了区块链技术的演进路径，介绍了核心关键技术及国外主流开源平台最新发展趋势。同时，分析了国内企业研发的区块链底层平台。二是收集和整理了百余项区块链应用案例，重点研究分析了金融服务、供应链、智慧城市、公共服务等领域的典型应用案例，明确了区块链2的核心价值，并创新性地提出了区块链应用的场景和技术选择方法、应用治理和评价方式。三是介绍了ISO、IEEE-SA、W3C、ITU-T等主要国际标准化组织区块链标准的研制情况，介绍了当前的成果及未来的工作计划。并结合国际进展介绍国内区块链标准化的现状。除论坛理事会成员单位外，本报告还邀请了外汇交易中心、中国移动、中证报价等国内区块链重点应用单位参与编写。需要说明的是，研究报告中所采用的数据仅供参考，最新数据的截至日期为2018年12月。最后需要特别声明的是，本报告旨在服务国内区块链技术和应用发展，其内容不构成任何投资决策或建议，对如代币发行融资与交易以及“虚拟代币”相关的非法金融活动等不构成任何推荐或投资建议。2018中国区块链技术和应用发展研究报告3二、面临的机遇和挑战当前，数字经济发展进入新时代，区块链对全球社会生产生活的影响逐渐扩大，我国区块链技术和应用在政策、产业和技术等方面面临良好的发展机遇。1、各类政策相继出台，营造良好发展环境。 2016年12月，国务院印发“十三五”国家信息化规划，将区块链纳入新技术范畴并作前沿布局，标志着党中央、国务院开始推动区块链技术和应用发展。2018年5月，习近平总书记在两院院士大会期间的讲话中明确提出区块链正在加速突破应用，这一重要论断标志着区块链技术和应用发展进入新阶段。各级地方政府积极推动区块链应用和产业发展。据不完全统计，2017年全国有9个省市出台了扶持区块链产业发展的相关政策措施；2018年以来，全国又有30余个省市两级政府颁布了40余项政策措施，重点扶持区块链应用，以带动地方区块链相关产业发展。党中央、国务院和各级政府的重视，为区块链技术和产业发展营造了良好的政策环境。2、数字经济发展加快推进，创造广阔市场空间。 2016年9月，G20杭州峰会发布G20数字经济发展与合作倡议，明确提出数字经济对加速经济发展、提高劳动生产率、培育新市场和产业新增长点、实现包容性增长和可持续增长具有重要作用。据相关研究估计，2017年我国数字经济规模已超过27.2万亿元，对国民经济的贡献显著增强，成为拉动经济增长的新引擎。2017年12月，习近平总书记在中央政治局集体学习会议上，再次强调加快形成以创新为主要引领和支撑的数字经济，推动实体经济和数字经济融合发展。总体来看，产业数字化和数字产业化两种数字经济发展的形态加速推进、融合发展，为区块链技术和应用创造了广阔的市4场发展空间。3、相关技术创新加快，提供坚实发展基础。 当前，各行业意识到区块链技术在创新业务模式、优化业务流程方面的巨大潜力，进一步加大区块链技术和应用研发。底层平台、共识算法、新型分布式存储机制、隐私保护机制、智能合约等技术和产品研究开发不断取得新突破，涌现出一批优秀的国内企业研发的底层平台（例如，微众银行、万向等联合推出的区块链开源平台BCOS/FISCO BCOS，众安科技推出的Annchain）及相关技术成果。在不断取得重要进展的同时，区块链由于其自身发展阶段以及其他外部原因，技术和应用发展还面临以下五个方面的挑战1、对区块链的认识水平有待提升。 首先，人们将区块链和以比特币、以太币为代表的形形色色的虚拟代币划等号，随着各类虚拟代币和ICO受到合法性质疑，区块链行业遭到连累和怀疑。其次，存在过度炒作和盲目夸大区块链功能的现象。区块链作为一种新兴的底层技术，普遍被认为能够适用于多种业务场景，从而创造丰富的价值，然而盲目夸大区块链功能的现象造成了一定的社会资源浪费，也不利于行业找到更优的发展方向。为规范区块链行业的健康发展，业界一方面要在技术研发和应用场景拓展上加大力度，另一方面也要面向社会各界加强知识普及宣传及相关政策引导，帮助人们正确认识区块链。2、对区块链的应用存在误解和担心。 当前，在全球范围内，区块链项目良莠不齐，虚假项目、夸大宣传和概念炒作等现象层出不穷，如何将区块链应用纳入有效监管已成为各国政府的共同关注点。基于区块链的ICO项目在近年来加速扩张，并以区块链具有的去中心化、防篡改、建立信任共识等特点作为项目卖点，大肆宣传吸引投资者，然而背后的技术风险以及监管缺失，常常使投资者承受难以弥补的损失。区块链作为新技术，在系统稳定性、应用安全性、业务模式等方面尚未成熟，现阶段其用2018中国区块链技术和应用发展研究报告5途和效果被夸大，有泡沫化的倾向。另一方面，参与项目门槛低，使得市场投机氛围严重。部分投资人不关心区块链项目方身份的真伪，也不在乎项目的虚实或项目前景，只关注能否通过区块链概念炒作创造升值空间，造成行业乱象。如果在做好风险控制的同时保护技术与业务创新，从外部监管和内部审计来看都具有很大的挑战性。区块链的商业应用与监管机制的有效结合，是未来需要重点考虑的问题。3、区块链技术成熟度有待进一步提升，理论研究力量有待加强。 区块链作为一种全新的计算机和网络技术的融合应用模式，在性能、安全、隐私保护、治理、跨链互操作等方面的技术仍不成熟，现有的应用多数仍处于研究和发展阶段。未来一段时期内，技术优化仍然是重要的课题。只有以共识机制、智能合约、跨链技术等为代表的核心技术不断创新演进和优化，区块链的适用范围才能得到不断拓展。此外，区块链是起源于实际应用的技术，长期以来以产业界的投入为主，高校、研究机构的参与程度总体不高，基础理论研究工作如何跟上产业发展的步伐，将是未来一段时期内的发展重点之一。4、现有应用场景有待丰富，认可度有待提高。 区块链虽然被达沃斯世界经济论坛列入“第四次工业革命”的技术范围，并被誉为能产生颠覆性革命的技术之一，但事实上目前其应用场景还不够丰富。目前，区块链主要应用于对账、清结算和存证等场景，应用范围有待进一步拓宽。同时，存在应用区块链改造传统中心化的基础设施的现象，这种应用往往成本高于收益，必要性不强。针对这些问题，业界需要在不断提升当前技术性能的同时，挖掘区块链的其他潜在优势，以持续拓展其应用场景。5、区块链行业迅速发展，对标准化的需求日益迫切。 当前区块链和分布式记账技术处于技术膨胀期，各行业缺乏核心的理念和基本技术共识，使得行业发展碎片化严重。同时，区块链应用的开发和部署缺乏标准化引导，更缺少安全性、可靠性和互操作性等评估方法，不利于区块链产6品和服务质量的提升。应对这些挑战，需要通过开展标准化工作来帮助各国家、各行业间达成共识，为产业共有的挑战提供解决方案，并能够进一步实现技术和经验的共享，为区块链大规模应用奠定基础。2018中国区块链技术和应用发展研究报告7三、区块链技术发展情况3.1 技术发展路径 20世纪80年代，随着会计信息化的推进，账本实现了计算机化，极大地提高了记账效率，账本本身演变为新型的事务记录方式，例如交易信息、财务往来、征信数据等，同时数据的一致性、防篡改面临新的挑战。2008年区块链出现以来，由于其分布式对等、防伪造、防篡改、可追溯等优势，引发了业界对传统记账技术的新思考，衍生出新型的记账方式即分布式记账，以及分布式记账技术的概念。通过对账本、分布式账本、区块链、分布式记账技术的研究，本报告提出了图3-1所示的关系图。其中，分布式账本是指以分布式的方式进行分享和同步的账本，分布图3-1 账本、分布式账本、区块链、分布式记账技术的关系8式记账技术是指赋能分布式账本运营和使用的技术。分布式记账技术所依赖的基础技术是文件系统和数据库系统，这与传统的集中式记账技术是相同的。但在账本的构建和应用方面更注重共识机制、智能合约、密码学等技术的应用，同时可按照去中心化或多中心化的技术架构实现账本的分享和同步。分布式记账技术可以有多种不同的技术路径。结合ISO 23257区块链和分布式记账技术 参考架构最新成果来看，区块链是一种分布式账本，其典型技术特征是通过块链式的数据结构实现分布式账本。具体而言，区块链技术将账本数据打包为区块，并采用密码学技术组织成链状数据结构、在全网进行确认和验证。通过这种手段，实现防伪造、防篡改和可追溯等特性。近几年来，区块链技术正处于不断的发展演变中，各种共识机制、隐私保护、跨链等新技术层出不穷，成熟度逐步提升。同时，受区块链应用的启发，陆续出现新的分布式记账技术，现阶段我们将之统称为类区块链技术。类区块链技术与区块链技术的主要区别是不依赖块链式数据结构，事务数据可以不打包为区块而直接记录在账本中，或采用新型的拓扑结构。类区块链技术在提升性能和吞吐量方面做了大量探索，但安全和应用成熟度等方面仍然面临较大挑战。3.2 区块链系统架构 中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）中将区块链的技术实现分为以数字代币为典型特征的区块链1.0和以智能合约为典型特征的区块链2.0。两年多以来，区块链技术和应用不断演进变化，但目前尚未产生能被广泛认可的区块链3.0形态。2017年5月，中国区块链技术和产业发展论坛发布区块链 参考架构团体标准，对统一区块链系统架构的认识发挥了重要作用。2017年2018中国区块链技术和应用发展研究报告911月，ISO/TC 307正式启动了国际标准ISO 23257区块链和分布式记账技术 参考架构项目，在区块链 参考架构团体标准的核心内容基础上构建了国际标准的区块链系统架构，目前已初步达成共识。随着对区块链系统及技术理解的逐渐深入，国内和国际上逐渐达成了以功能组件为基础的分层框架形式的系统架构，如图3-2所示。分层框架的五层分别是基础层、平台层、API层、用户层和外部交互层。跨越各层的功能称为跨层功能，包括开发、运营、安全，以及监管和审计。该系统架构在原区块链基础技术的架构上补充了区块链系统与外部程序、用户和数据等的交互和接口管理，并注重区块链系统全生命周期开发和运营的管理，进而强调了区块链系统各实现层级的安全、监管和审计管理，从架构层面提供了对区块链系统的理解以及实现上的框架指导。基础层包含计算资源、存储资源和网络资源。该层提供了区块链系统图3-2 区块链系统功能架构10所需要的运行环境，可以用云计算的形式提供，也可以用本地服务器设备等形式来提供。平台层支持的具体功能有安全的代码执行环境与智能合约、账本记录、事务系统、成员管理服务、状态管理、共识机制、事件分发、加密服务、安全的点对点通信机制等，该层通过基于基础设施层提供的硬件或网络基础设施连接到API层实现相应功能。API层通过调用平台层的功能组件为应用程序、用户和外部系统提供可靠、高效访问区块链的能力，同时提供统一的访问和节点管理功能。用户层包含用户应用和管理应用。该层是面向用户的入口。通过该入口，使用服务的用户可以与区块链功能、区块链系统运营者进行交互。用户层也可与其他层通信，提供对跨层区块链系统的支持。外部交互层包含三类服务预言机、非原生应用和链外数据（源）。该层是为了实现业务目标，需要与区块链系统进行通信的外部系统。3.3 核心关键技术发展情况 中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）中总结了共识机制、数据存储、网络协议、加密算法、隐私保护和智能合约等六类核心关键技术。2016年以来，产业界、学术界持续加大对区块链相关技术的研究力度，六类核心关键技术不断取得新的进展，尤其是数据存储结构、共识机制、智能合约，以及安全与隐私保护等技术发展活跃，同时跨链、分片等技术进展较快，已成为新的核心关键技术方向。3.3.1 安全与隐私保护技术3.3.1.1 安全技术安全技术在区块链中起着基础性作用，能保证区块链的数据一致性，并确保参与者身份的安全性。区块链涉及的安全技术主要包括数字摘要算2018中国区块链技术和应用发展研究报告11法、数字签名和加密算法。数字摘要（又称哈希、散列或杂凑）算法能将任意长度的二进制明文映射为较短的固定长度的二进制值，即生成摘要（又称哈希值）。数字摘要算法具有输入敏感、输出快速轻量、逆向困难的特性，在区块链中，可用于实现数据防篡改、链接区块、快速比对验证等功能。此外，数字摘要算法还应用在消息认证、数字签名及验签等场景中。目前主流的数字摘要算法包括SHA256、SM3等。数字签名算法主要包括数字签名和签名验签两个具体操作，数字签名操作指签名者用私钥对信息原文进行处理生成数字签名值；签名验签操作指验证者利用签名者公开的公钥针对数字签名值和信息原文验证签名。在区块链中，数字签名算法用以确认数据单元的完整性、不可伪造性和不可否认性。常用的数字签名算法包括RSA、ECDSA、SM2等。根据加密密钥和解密密钥是否相同，加密算法可以分为对称加密算法和非对称加密算法。对称加密算法中两个密钥相同，并且加解密操作速度相对较快，一般用于普通数据的加密保护，主流的对称加密算法包括AES、SM4等。非对称加密算法的解密密钥是由解密者持有，而加密密钥是公开可见的，几乎无法从加密密钥推导出解密密钥，能够节约系统中密钥存储，一般用于对称密钥的封装保护和短数据加密，主流的非对称加密算法包括RSA、SM2等。在区块链中，非对称密钥算法可用于数字签名、地址生成、交易回溯和交易验证等。此外，在区块链网络系统中，密钥的有效保护和受限使用对整个系统的安全亦有重要影响。在公有链场景，用户密钥通常通过区块链客户端程序来进行保存、管理和操作等。在联盟链或专有链场景，通常会有更复杂多层级的用户管理和密钥托管的需求，包括身份鉴别和权限管理等。此外，还应充分重视量子计算的技术演进对现有的密码学安全机制的影响。根据Shor算法，经典非对称算法（基于大数分解、离散对数等算12法，如RSA、ECDSA和SM2等）可以被稳定、可用的量子计算机攻破。虽然量子计算设备距离实际可用的通用计算机还有一定距离，但密码学术界和产业界对此广泛关注。例如，密码学家正积极探索能够抵抗量子计算机攻击的密码机制，如基于格的密码机制、基于纠错码的密码机制、多变量密码机制等；ISO、NIST等标准化组织也在进行抗量子密码的研讨和标准化工作。3.3.1.2 隐私保护技术区块链的数据组织采用了更为公开的分布式存储方式，在具体应用场景中隐私保护显得尤为重要。区块链系统中隐私保护的目标包含“身份的隐私性”和“数据的机密性”两个方面，前者主要是对区块链参与者身份的保护，后者主要是对记录内容、合约逻辑等数据的保护。隐私保护涉及的技术有环签名、同态加密、零知识证明和安全多方计算等。环签名允许一个成员代表一个群组进行签名而不泄漏签名者信息，可以实现签名者完全匿名。环签名在匿名电子选举、电子政务、电子现金系统、密钥管理中的密钥分配、匿名身份认证以及多方安全计算等领域都有广泛的应用。利用环签名技术，可以在一定范围内隐藏区块链交易发起者的签名公钥，来实现身份的隐私性保护。同态加密除了具有一般的加密操作之外，还能够实现直接对密文的计算操作，对密文的计算操作后获得的密文结果，解密后与对明文的计算操作获得的明文结果一致。同态加密在云计算和外包计算等场景中具有重要意义。在区块链智能合约中，可以借助同态加密，对密文直接进行处理，无需泄露真实明文，从而保证数据的机密性。同态加密算法通常分为加法同态、乘法同态、全同态等类型，其中加法同态已在一些区块链项目中落地实践，乘法同态、全同态在区块链中的应用还在研究中。零知识证明是指一方（证明者）向另一方（验证者）证明某个事实的论断，同时不透露该事实的其他信息的方法。在区块链中，零知识证明用2018中国区块链技术和应用发展研究报告13来保证交易发起者计算的密文等信息具有正确的数据结构，从而在提供密文中私密信息机密性保障的前提下，使验证者确定发起者确实拥有该私密信息。安全多方计算能够在保证输入数据隐私的前提下，为缺乏信任的参与方提供协同计算功能。在计算过程当中，操作逻辑是公开的，参与方无须泄露输入数据，通过正确执行操作逻辑即可得到最终结果。在计算正确性和去中心化方面，安全多方计算与区块链天然契合，安全多方计算具备的输入隐私性能为区块链中交易各方带来数据的机密性保护。3.3.2 跨链技术跨链泛指两个或多个不同区块链上资产和状态通过特定的可信机制互相转移、传递和交换的技术。随着区块链底层平台的多样化发展，区块链项目数量的快速增长，多链并行、多链互通逐渐成为未来发展趋势。跨链通信和数据交互日益重要，尤其是区块链网络间的数据传递以及智能合约的可移植性等方面技术亟待发展。如何提升可扩展性和执行效率，保证跨区块链网络间的数据一致性以及数据不一致时的共识成为跨链技术的发展重点。跨链分为同构链的跨链和异构链的跨链。相比较而言，同构链的跨链交互在实现上相对容易，异构链的跨链技术实现难度较大，目前还较不成熟。目前主流的跨链技术有公证人机制、侧链/中继、哈希锁定、分布式私钥控制等。总的来说，当前跨链技术成熟度还较低，现有的跨链技术主要致力于解决可用性问题，对于跨链易用性、可扩展性以及安全性的研究还有待发展。基于技术发展现状分析，未来跨链技术的重点发展方向包括加快交易速度，减轻主链负担，发展多链并行处理计算，支持海量交易，提升安全性和加强隐私保护等。143.3.3 分片技术分片技术本身是一种传统数据库技术，此前主要用于将大型数据库分成更小、更快、更容易管理的数据碎片。在区块链中，可将区块链网络分成很多更小的部分，即进行“分片”处理，每一个小网络只需要运行一个更小范围的共识协议，对交易或事务进行单独处理和验证，这样冗余计算量可大大减少，效率得到提升。目前正在探索中的分片技术主要有网络分片、交易分片和状态分片三类。网络分片是利用随机函数随机抽取节点形成分片，从而支持更海量的共识节点。交易分片分为同账本分片和跨账本分片，主要思想是确保双花交易在相同的分片中或在跨分片通信后得到验证。状态分片的技术关键是将整个存储区分开，让不同的碎片存储不同的部分，每个节点只负责托管自身的分片数据，而不是存储完整的区块链状态。3.3.4 其他核心关键技术改进情况除了安全与隐私保护技术、跨链技术、分片技术，本报告还梳理了数据存储、共识机制、智能合约等其他核心关键技术的改进情况，如表3-1所示。表3-1 核心关键技术改进情况技术类型 技术发展 改进的内容数据存储分布式文件系统链外数据的存储，除了传统集中的数据中心存储、云存储以外，产生了新的互联网点对点文件系统。其中代表性的有融合 Git、自证明文件系统（SFS）、BitTorrent 和 DHT 等技术的星际文件系统（IPFS），其提供全球统一的可寻址空间，可以用作区块链的底层协议，支持与区块链系统进行数据交互。2018中国区块链技术和应用发展研究报告153.3.5 技术成熟度从区块链核心关键技术现阶段的发展和应用情况来看，其重点方向是共识机制、智能合约等新兴技术，而P2P对等网络、密码学算法等基础组件技术已较为成熟。随着区块链应用的不断深入，未来对核心关键技术也将不断提出新的要求，包括抗量子、高性能共识算法等也将逐步走向成熟。针对区块链核心关键技术中的具体技术点，本报告采用专家评价法，从技术成熟度和技术适用度两个维度，以定量评价的方式，形成了针对具体技术点的具有数理统计特性的评价性结论，具体结果如图3-3所示。技术类型 技术发展 改进的内容新型网络拓扑结构随着区块链技术的发展，性能方面的需求不断演进，出现了以有向无环图（DAG）为数据存储结构的技术方案。在 DAG 模式下，每一个新增的数据单元发布时，需要引用多个（通常为 2 个）已存在的较新的父辈数据单元，随着时间的推移，所有包含交易的数据单元相互连接，形成有向无环图的图状结构。DAG 区块链在并行性、可扩展性上有较大改善，但此种结构对维持数据全局一致性提出一定挑战。共识机制 新型共识算法可验证随机函数算法（VRF）由 Silvio Micali 等在 1999年提出，被用于在部分共识机制中提供抽签功能。该算法可以与 BFT 等共识算法集成，使用基于密码学技术的加密抽签方法随机选择参与者来创建和验证区块（这种抽签方法基于前一个区块的签名，选择过程是自动且随机的）。该算法采用验证人集合、验证人排序和打分的方式处理分叉，确保链的一致性，可以提供快速的区块最终一致性确认。此外，该算法能够提供较好的可扩展的能力、安全性和处理速度，并且由于对计算的要求不高，还具有非常好的经济性。智能合约形式化验证框架与通用型语言安全性是智能合约的关键性问题，目前业内已开始探索利用形式化验证框架和方法解决智能合约安全和审计性问题。同时，智能合约编程语言逐渐从脚本型语言向通用型语言演变，大大丰富了智能合约的应用场景。此外，智能合约的执行逐渐从显式调用执行向由链上触发器（如预言机机制）自动触发执行的方向发展。16图3-3 区块链技术评价二维示意图需要注意的是，相关技术仍然处于发展演化中，同时技术成熟度对于不同的应用场景或应用实施主体也有所区别，本部分内容旨在提供一种描述区块链技术成熟度的方法，图3-3所示的具体分值仅供参考。3.4 底层技术平台发展情况3.4.1 国内外主要区块链平台目前国外市场上受关注和应用较多的区块链底层平台有以太坊、Hyperledger Fabric等。其中，以太坊项目由以太坊基金会于2013年启动，支持图灵完备特性智能合约，已有多种DAPP在以太坊网络上运行。Hyperledger（超级账本）由Linux基金会发起，目前孵化了包括Fabric、Iroha、Sawtooth在内的多个开源项目。2018中国区块链技术和应用发展研究报告17国内具代表性的开源社区是由中国区块链技术和产业发展论坛于2017年12月发起的分布式应用账本（DAppLedger）开源社区（如图3-4所示）。该社区以中国区块链技术和产业发展论坛成员自主开发的底层平台为基础，逐步建立多平台运营模式，在应用集成过程中探索最优架构，为国内区块链应用发展提供支持。其中重点孵化的开源项目有BCOS和Annchain等。其中，BCOS由微众银行、万向区块链、矩阵元联合开发建设，金融区块链合作联盟（简称金链盟）开源工作组在此基础上，聚焦金融行业需求，进一步深度定制发展为FISCO BCOS，BCOS和FISCO BCOS皆已开源并互通有无。Annchain是众安科技自主研发的企业级区块链平台，该平台具有较强扩展性，同时采用交易即共识的方法，能有效提高效率并使交易可并发，可提供快速链部署、中间件、审计浏览、系统监控等支撑工具或产品。典型的区块链开源底层平台的对比如表3-2所示。图3-4 DAppLedger的结构18注非开源平台由于缺乏技术评估手段，在本报告中不做介绍。表3-2 典型开源底层平台对比维度 以太坊Hyperledger FabricDAppLedgerBCOS/FISCO BCOSAnnchain平台类型 公有链 联盟链 联盟链 联盟链治理 基金会 基金会微众银行、万向区块链、金链盟开源工作组等众安科技权限管理 非授权 授权 授权 授权共识算法工作量证明（账本级）0.6版本支持实用拜占庭容错算法（交易 级），1.0 版 本后 支 持 Solo（ 单 节点共识）、kafka（分布式队列）和 SBFT（简单拜占庭容错）PBFT/RAFT PBFT智能合约 Solidity 语言 Go、Java 语言 Solidity Java、Go 可扩展性正在开发分片模型支持通道设计，区分不同的业务多链平行扩展设计，支持跨链调用扩展 DAG 账本，可验证分布式计算模型升级隐私保护 暂无用通道隔离不同的业 务，1.0 版 本 后引入了私有状态和零知识证明数据脱敏，分级隔离，并实现了零知识证明、群签名、环签名，同态加密等链上、链下、加密通道结合安全多方计算、同态加密多维一体方式