数研所副所长狄刚谈区块链2+2+1=1,最实用易懂的技术剖析

《数研所副所长狄刚谈区块链2+2+1=1,最实用易懂的技术剖析》

​11月8日,由中国信息通信研究院、中国通信标准化协会、可信区块链推进计划共同主办的“2019可信区块链峰会”在北京举办。央行数字货币研究所副所长狄刚出席会议并发表讲话,他多次提到“技术”、“应用”、“生态”。

那么区块链技术作为应用和生态搭建的底层基础,意义如何?根据狄刚的讲话,我们慢慢分析。

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​客观看待,不神话不跟风

狄刚谈到:

“区块链以大量冗余数据的同步存储和共同计算为代价,牺牲了系统处理效能和部分隐私,并不适合零售支付等高并发的支付场景,也要注意对商业信息和个人数据的隐私保护;但借助集体维护、多方协作、可证可溯、可信共享的技术优势,有望在存证、确权、贸易金融等公共服务领域,探索多方共建系统,打破信息孤岛,加速数据的可信共享,重塑多方的协作机制。

因此,需要我们找对应用场景,不能为了区块链而区块链而去追赶技术时髦,要正确认识区块链技术的适用场景。区块链技术本身具有中性特征,采用什么技术,首先考虑的是要解决什么问题,利用区块链技术会带来新的好处,现在很多案例并不单一采用一种技术,区块链往往结合其他技术混合使用、或者用于局部场景,针对不同的问题。 实践证明,混合采用不同技术可以达到综合效果最优。”

这段话从区块链技术本身出发,可以总结为3点:

1、区块链牺牲性能和链上隐私用于分布式存储计算;

2、利用区块链去中心化、共识机制、可溯源等特点实现信息价值共享,加强合作;

3、能最优解决问题的技术就是好技术,区块链技术不是万能药水,只是解决方案中的一环。

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​区块链不是洪水猛兽,区块链技术也不是灵丹妙药。没有什么生来就能改变世界的,东西只有用到合适的地方才算好东西,技术也不例外,即使有再华丽的外衣。

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​深挖技术,勇于发展创新

要素过多,内容过长,你品,你细品。

“2019年,区块链技术在社会各界凝聚力量、联合创新、共同努力下,正围绕“性能提升”、“可扩展性”和“安全可控”三个方面,不断促进技术的迭代更新。

关于性能提升方面,区块链从网络和计算两个方面来探索改进。

首先谈谈网络优化。

大家知道,区块链使用端到端网络通信机制,网络的时延抖动会显著影响消息传递和数据更新,是影响区块链性能的关键指标。因此,业界从消息压缩、降低消息广播范围等方面,实现网络通信的“降本增效”,提升区块链的性能水平。

其次讲一下计算改进。

一方面,区块链的性能主要受限于交易的执行效率,交易执行效率低,与智能合约按顺序串行排队执行、计算能效受限是息息相关的。同时,现在的CPU都是多核CPU,智能合约并没有充分发挥多核CPU的计算优势。因此,业界正在研究智能合约的并行执行框架,充分发挥多核CPU和集群架构的计算效能优势,提升交易的执行效率。另一方面,业界从选择精简指令集、设计新的智能合约语言、采用兼容高效的字节码格式来进一步提升区块链平台的交易处理性能和普适性。

关于提高可扩展性方面,区块链主要从架构设计和跨链互操作两个方面来探索改进。

架构设计层面,一方面,通过将节点功能的微服务化,除了可以实现对密码模块、共识算法、虚拟机等功能模块的灵活组合和替换,还可针对性能瓶颈进行水平扩展,从而为节点的功能和性能提供可扩展性的优势。另一方面,集合中心化和分布式的混合式架构,愈发引起业界的重视,融合随机验证函数等特点,逐步衍生出分层网络、混合共识的研究方向;

跨链互操作层面,多链之间的互联互通是2019年的关注重点。目前,主流的跨链平台大多采用中继的方式,主要面向同构链的接入互通。异构的联盟链之间的跨链互操作进展缓慢,毕竟编程语言、系统接口、智能合约执行逻辑都不一致。相比同构联盟链的跨链互操作,异构联盟链的跨链还充满挑战,未来期待有更多的突破。

关于安全可控方面,现在的隐私保护算法、未来的抗量子密码成为应用落地的关键因素。

区块链通过数据的高度冗余,规避了单点故障的问题。任何节点都是平等的,如果出现故障,可以通过重新接入系统,进行数据同步,不用担心数据的丢失。但是,高度的信息冗余,会给个人隐私和商业机密的保护带来很大挑战。一方面,通过零知识证明和多方安全计算解决数据的交叉比对和聚合利用问题,使得商业应用能够得到真正的落地使用;另一方面,随着谷歌量子计算机的问世,如何研制可商用的抗量子密码体系也是我们关注的重点。”

字太多,看得累?没关系,其实很简单,我们来梳理一下。

区块链技术目前有三大难点,一个是去年和前年各种项目方疯狂鼓吹的交易处理速度有多快,即TPS,说白了就是性能,再说白了就是在某个区块链网络上1秒能处理多少笔转账;第二个是可扩展性;第三个是安全可控问题。根据狄刚所长的发言,我们一个个分析。

一、性能提升

性能分为网络和计算能力:

1、网络

区块链是端到端通信网络,端到端通信是针对传输层来说的,传输层为网络中的主机提供端到端的通信。发送端发送到接收端不需要经过中间交换设备的转发存储,但是直到接收端收到数据为止,发送端的设备一直要参与传输。如果整个传输的延迟很长,那么对发送端的设备造成很大的浪费。

在区块链中就是两个节点之间通信,比如钱包转账的时候要确认,确认数达到指定数量才算完成交易。

我们可以通过压缩传输数据、降低广播范围(减少确认数)来提升性能,发送的内容体积小了、参与节点少了,传输速度自然就快了。

2、计算能力

1)充分利用硬件性能:当前的智能合约是单线程的,所谓单线程就是单向车道,不插队不并行,一条道走到黑。但是现在的电脑手机都是多核多线程的,对加载智能合约来说性能过剩,所以要研究多线程智能合约,提高处理效率。

2)充分优化软件性能:从智能合约的编程语言入手,精简指令、优化字节码,有兴趣的可以深入学习,抬走下一个。

二、可扩展性

可扩展性从架构设计和跨链互操说起:

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​1、架构设计

1)提升节点性能:区块链网络一般都是由N个节点组成,想要提升区块链的处理速度就要保证所有节点的性能最优。因为每次交易要广播所有节点,如果有一个节点拖后腿,那么这笔交易就会延迟,这是区块链可扩展性差的重要原因。所以只有参与记账的所有节点性能都提高,才能更好地提高区块链的可扩展性。

2)使用混合架构:单一的区块链技术短时间内难以支撑高并发和复杂的业务逻辑,可以使用中心化+区块链技术的混合架构,底层中心化,结算层使用区块链技术,既保证了性能,又利用了区块链公开透明、可溯源等优势。

2、跨链互操

多链互通,取长补短,但跨链技术难度大,未来充满挑战。

三、安全可控

1、区块链多节点带来了数据冗余和链上个人隐私及商业机密问题,零知识证明就是专门用来解决隐私问题的。

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​零知识证明简单解释就是:通过与命题无关的信息证明一个命题的正确性。

比特币和以太坊网络都使用公共地址来代替验证者和证明者的真实身份,使得交易部分匿名;只有发送和接收地址,以及交易数量是公众知道的。但是,通过区块链上提供的各种信息,如交互记录等,可以发现地址的真实身份,存在隐私暴露的隐患。

用了零知识证明之后,发送方、接收方和第三方的细节信息可以保持匿名,同时保证交易有效。当然还有其他的隐私加密方式,这里不一一列举。

2、量子计算也是未来不可忽视的攻击力量,如果量子计算机正式商用,将对所有密码学领域造成威胁,无论是哈希算法、对称加密算法还是其他算法都会被量子计算暴力破解,那时不光是区块链,整个互联网都不会安全。

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​所以要防患于未然,有矛就需要盾,重视抗量子技术的研究和应用。

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​服务实体,打造区块链新生态

咱继续品:

“以央行贸金区块链平台为例,贸易金融是一个中低频交易,涉及多个主体、多个环节,彼此之间还要互信共享,尤其面向跨境业务,它的需求和区块链的特性是天然匹配的。贸易金融也是不断推陈出新。

1.0阶段是个系统化、数字化阶段,业务流程线上化,是一个“手工搬家”的过程,风险主要靠线下防控;

2.0阶段是平台化阶段,围绕单一应用场景,以区块链为基础搭平台,同时线上做到了风险防控。目前,很多企业都处于2.0阶段。但是,2.0阶段遇到了新问题,每个场景都有区块链,缺乏标准化,各个链的内部解决了信息孤岛,但是链与链之间又形成了新的信息孤岛。

因此,需要我们共同打造一个3.0的生态,央行数字货币研究所正在国家的支持下,联合有关各方,打造一个“2+2+1=1”的生态体系。什么是“2+2+1=1”呢?

第一个“2”代表两套软的体系,构建一套数字经济理论体系和一套标准规范,理论体系主要研究技术供给与业务产出的因果与相关模型,通过标准体系,可以对业务进行抽象并形成最大公约数,实现业务的真正优化和流程再造,充分享受数字化红利。

第二个“2”代表,形成两套硬的突破。 一个硬突破是,深入贯彻落实,把区块链作为核心技术自主创新的突破口,围绕高通量、跨链互操作、数字身份、隐私安全保护等关键技术,进行技术攻坚和原始创新突破; 另一个硬实力突破是围绕多源异构公共数据的安全整合和交叉验证,打造公共数据服务总线,综合应用多方安全计算、零知识证明、同态加密提升公共数据的高效利用。

以两个“2”为基础,叠加一个“1”,即构建一个开放平台,支持不同的应用开发,最后共同作用形成一个”1”,即共同打造一个完整生态。 围绕“信息可穿透”、“信任可传递”、“信用可共享”三大目标,从技术上支持监管植入和风险预警,将贸易融资业务的核心单据、关键流程上链,使得贸易双方以及任何一个中间参与者都能快速获取真实信息,具有贸易数据交叉验证、数据不可篡改、业务全生命周期管理的特点。实现“包容性对接”、“可控性共享”、“对等性互联”三大能力,打造一个集开放贸易金融生态、可穿透式监管的、有公信力的金融基础设施。

总结一下,就是研究一套理论体系、制定一套业务标准、突破区块链关键技术、解决数据可控共享问题、打造一个共生应用平台,以共建、共管、共治的模式最后形成一个生态体系。前天,我们和香港金管局的贸易联动平台签订了合作备忘录,正式开启央行贸金平台的国际化对接工作,共同向3.0生态化迈进。”

区块链技术已经成为国家战略,加快推进区块链技术与产业的创新发展,需要各行业共同努力。机会就在眼前,抓住机遇,下一个风口在等你。​

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