区块恋上链︱区块链重塑智慧城市的未来 (上)

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2020年 | 3月13日期

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原文/Arzu Tekir
翻译/ 林若然、陈舒逸、杨光、黄显婷、陈雅劼
编辑/众山小校核/邢博涵、林若然

  文献/ 梁雨文排版/ 胡亚光

一览导读

区块链，一个存储着一系列带时间戳记的数据与每一个具有独一无二标识符的节点或用户产生联系，这一技术在未来将成为智慧城市的基石。它的五个基本特征（分布式数据库、对等传输、透明性、记录不可逆性以及计算逻辑）以独特的方式为城市发展提供了潜在的解决方案。它的共享，不可变，独一无二和去中心化也正在改变或者提升现有政府和行政机构的管理系统。现阶段，区块链的应用主要集中在数据记录的存储，数据资产的交换和智能合约的记录和执行这三个领域。这些领域也正是区块链为优化，创新和推动智慧城市发展所能提供最大机遇的地方。

一览众山小为您奉上本文中文精翻版原文。

作者序

在撰写本文时，区块链技术刚开始进入预期指数增长初期。而今它已成为全球智慧城市应用的首选。但是城市领导人甚至企业家们对这项新技术的了解都远未触及大量现有信息。在此份报告中，我想弥补这一点，与您分享为什么我相信区块链可能是自互联网以来最具颠覆性的新技术之一。

尽管世界上许多城市、政府和公司都已经接受区块链，试行区块链计划，发展实用案例并为未来做规划，但仍有大量的人尚未探索区块链的可能性。尽管人们普遍对这项新技术感到兴奋不已，但我估计仍然有很大一部分城市领导人尚不清楚区块链的基本功能，也不了解它将能带来怎样的最佳解决方案。

随着区块链解决方案的普及，我预计许多全球城市领导者很快将需要寻找一些基本问题的答案：什么是区块链？它是程序还是代码？它与现有数字技术有何区别？涉及哪些安全风险，我们要如何做到风险最小化？谁来控制数据？这项技术是否能够适应城市不断增长的需求？对于未来的区块链开发，哪种商业模型是最佳的？费用是多少？

我们能从哪里开始理解这项新技术？

随着全球社会结构的变化以及城市的近期发展，当前的基础设施问题只会变得更加复杂。城市将面临新的挑战，过时老旧的系统让人在不同的领域交“智商税”，如住房、公用事业、就业、房地产、技术、医疗保健等。

近年来，思想领袖发起了一场全球运动，积极应对这些挑战，并利用技术来优化过时的服务，简化已都市化的世界，推动城市实现正向增长。尽管过去这通常是由当权者发起的，但在越来越多的改变中，我们看到了初创企业或公民共同创造的伙伴关系。

创新者们已经开始考虑在许多领域中寻求前瞻的解决方案，让政府、公民和企业共同参与变革，区块链就是能提供这样解决方案的技术之一。

Urbanite Venture的这份特别报告将帮助探索区块链的原因和方式，并在我们研究该技术改造城市和重新定义智慧城市应用的潜力时回答这些问题。

分区代码范例

试想一下，如果只需智能手机上的一个应用程序即可完成投票，或者通过几次对话和一个简单程序即可完成房产交易，验证买卖双方的身份，检查房产证明和全部相关记录，并通过家用计算机完成房产所有权的过户转移。如何通过一个单一系统追踪患者的完整医疗记录？怎样让患者和医疗服务提供方随处都能明了、安全地利用一张身份证读取重要的医学数据？这些不仅是个人的解决方案，更是企业家和智慧城市的解决方案。

这些场景听起来似乎有点不可思议、缺乏安全或不切实际，但就全球而言，许多城市的政府和公司已经开始测试类似的系统。而在全球已经进行的试验中，每一个示例实际上依赖被称之为“区块链”的数字技术---一种功能强大的数字数据库。这项技术已发展多年，但直到最近才获得国际认可和测试。

虽然仍有障碍需要克服，但到目前为止的成果是充满希望的，预计增长会出现指数型增长：根据世界经济论坛的一份报告预估，到2027年，全球GDP的10％将存储在区块链技术上。

据预测，2019年全球在区块链解决方案上的支出将近29亿美元。相比于2018年的15亿美元，增长了88.7％。此报告将探究这些统计数据背后的原因和其惊人增长的原因。

这种预期增长的部分原因是：到2020年，预计每1000美元的在线支付中有4美元可能面临欺诈风险，给企业造成的损失超过256亿美元。区块链最强大的功能之一是，它使用基于公钥密码学的数字签名，而非当前基于密码的脆弱系统，从而让跟踪和管理数字身份变得不可变更，变得更加安全。

缺乏认知是阻碍区块链被更广泛应用的最大挑战之一。如果您不清楚区块链背后的概念、确切的细节或它提供的解决方案，您绝对不是个例。

根据2018年Smart Cities World的调查，在大约200名受访者中有25％表示他们不知道如何使用区块链技术来改善公共服务和造福人民，对于在城市管理部门工作的受访者而言，这一比例上升到40％。

随着区块链增长潜力的释放，这些统计数据可能会发生变化：同一项调查中有77％的受访者认为，区块链是解决城市中都市挑战的希望而不只是炒作。

将区块链用于城市解决方案的城市和初创企业合作者的数量正在增加，这就要求更深入地了解该技术，了解这项技术能对为我们做些什么。在接下来的篇幅中，我们将一一揭晓这些问题。我们将解释区块链的详细信息以及使其适用于下一代基础设施项目的五种特质、这项新技术所面临的挑战、增长机会以及现实中区块链案例的潜力和缺陷。

继续阅读以了解”区块链如何成为下一代智慧城市的基石之一”，它是安全、精简的城市应用的基础。

一、区块链：未来智慧城市的基石

什么是区块链？

了解这项技术的工作原理，正是利用它为城市、企业家和最终用户提供的众多机会的关键。

《区块链革命》的作者父子Don and Alex Tapscott 表示：“区块链是一种廉洁的经济交易数字分账簿，不仅可以记录金融交易，还可以记录几乎所有有价值的交易。”

简而言之，区块链是一个数据库，其中包含一系列带时间戳记的数据，这些数据创建了一个不变的记录，该记录由不属于任何单个实体的计算机集群管理。每个“数据块”都使用加密原理进行保护并与其他数据绑定。

在区块链系统上，每个节点或用户都有一个唯一的30多个字符的字母数字地址来标识它们。用户可以选择保持匿名或向他人提供其身份证明。交易在区块链地址之间发生。

一旦有人请求交易，它会通过一个点对点连接的广播，并在多台计算机（称为节点）上进行处理。节点网络使用已知算法验证用户的状态和交易中涉及的信息。

然后，将经过验证的交易与先前交易中的信息组合在一起，以创建新的唯一的信息块。再将这个新的信息块以永久且不可更改的方式被添加到区块链上原先存在的信息块中。

区块链网络提供了高度的通用性----谁都可以访问其数据库中存储的信息。访问权限以多种不同的方式进行配置，可以通过公共、开源网络和私有区块链（需要读写权限）。您可以认为这些配置类似于Internet（大型的公共服务器集合）或Intranet（仅可以通过机密访问链接到的私有网络）。区块链网络可以以任何一种方式工作，从而提供满足多种需求的配置。

这对初创企业和城市规划者意味着什么？区块链允许对共享分类账号进行安全管理，在此交易被验证并存储在对等网络中。使用区块链进行的交易是去中心化的，没有单一的管理机构，并且对网络中的任何人都是透明的。区块链系统执行复杂的智能合约，而无需多余的媒介者，并且所有交易都会创建难以篡改的永久记录。

区块链的这五个基本特征使其成为未来智慧城市一项强有力的主张，它能够简化当前的基础设施系统，并为新的创新提供起点。请继续阅读以下关于这些特征以及它们各自如何对区块链的功能做出贡献的深入介绍。

二、区块链的五个基本特征

区块链的五个基本特征包括分布式数据库、对等传输、透明性、记录不可逆性以及计算逻辑。这些基本特征都以独特的方式为区块链提供了潜在的城市发展解决方案，使其成为智慧城市管理和发展的杰出解决方案。

1.分布式数据库

区块链上的每一方都能访问整个数据库及其完整的历史记录。不存在单一方控制数据或信息，这可以防止系统中的成员不道德地扣留或改变记录，也使寻找大量信息记录更加简单。

2.对等传输

在区块链的网络上，对话直接在对等体之间发生，而不是通过中心节点或服务器。每一个节点存储并转发信息给其他节点。每一方可以直接验证来自其事物同伴的记录，无需中间人，缩减了事务处理时间。

3.透明性

在区块链网络中，任何有权访问系统的用户都可以看到每个事务及其关联值。通过一个唯一的字母、数字组成的地址，区块链上的每个节点或用户都是可见、可验证和可识别的，同时用户也可以选择匿名。在区块链地址之间发生的事务对全网络来说都是可见的。

4.记录的不可逆性

一旦在数据库中输入事务并更新了帐户，则不能更改记录。它们链接到它们之前的每个交易记录，这样解释了为什么区块链被称为“链”。区块链采用各种不同的算法以确保数据库中的记录是永久的、按时间顺序排序的。

不可逆性保证了区块链的一个重要安全措施：记录很难被更改。

5.计算逻辑

分类账本的数字性质意味着区块链交易可以关联到具体的计算逻辑，而且本质上是可编程的。用户和开发者可以设置自动触发节点之间交易的不同复杂程度的算法和规则。

程序化计算逻辑的可实施性可能是区块链最重要的性能，这使智能合约可以对等地执行和记录事务，无需冗余的验证和过度的监管。

案例：新加坡数字认证数据库

我们以新加坡为例来理解区块链多方面的特征。自2019年开始，新加坡18个教育机构的毕业生从OpenCerts这一区块链系统中接收数字证书。

OpenCerts是一个由四个机构（SkillsFuture Singapore, Government Technology Agency, Ngee Ann Polytechnic, and the Ministry of Education）合作创立的开源、政联项目。据报道，这个项目目前是同类中最大型的区块链应用。当18个教育机构完全执行使用这个系统时，它在未来会生成千百万计的数字证书。

在OpenCerts系统中，每一个证书的细节信息都存储在防干扰的独立文件中。一旦一个证书被生成，它的数据会被转化成一串散列或者一串随机的字母和数字，并且被存储在通用的去中心化区块链以太坊来完成所有验证。

任何对认证数据（本质上是一个文本文件）的修改将会生成新的散列。通过对比新旧散列可以收获调整后的认证证书。以区块链为基础的应用就凭借此方法生成不可逆、安全的数字记录。在OpenCerts中，这一内置的安全系统将帮助雇佣方快速过滤被篡改过的证书。

OpenCerts分布式数据库意味着数据无需存储在一个地方，也举例说明维护一个区块链数字认证系统与搭建一个同等集中式数据库花费降低。

新加坡公民和永久居留毕业生可以通过一个线上政府资源库Skills Passport来访问他们的数字证书。

今天的交通挑战，例如减少拥堵与空气污染的同时提供个人与企业期待的无缝的用户为中心的服务，的应对依赖于做出正确政策决策。增加数据的连接使用会在未来更为重要。这是让我们反思如何利用数据规划、运营基础设施的契机。抛开基础设施不谈，私人小驾车的数量在增加—用户们已经在使用，但如果当地政府对此不可接受那么更广泛的社会福利还不明显。

OpenCerts对等传输的特点既让学校无需再签发纸质证书，也让验证证书真实性变得更加容易。不同于过去致电教育机构来验证每一位工作应聘者，雇佣方可以在OpenCerts网站上拖动并放置证书来快速验证。

网络透明性也保证了用户可以轻松验证所有相关团体，提高多方向的可问责性。

OpenCerts系统为我们展示了区块链数据库的巨大作用，它也为新加坡内外发展带来了诸多机会。大学联盟正在尝试使用这个系统实现已签发的证书的认证。同时，技术的开源性也意味着外部企业可以在其基础上构建代码并商业化，开发数据库编程的新方法，从而进一步使用数据库程序。

例如，OpenCerts证书认证系统现在仍依托人力，初创公司可以加入并直接整合现有技术和客户后端系统。一些外国的教育机构已经表达了对采用这个技术探讨教育证书以外更多使用案例的兴趣。

共享和不可变

因为区块链是可共享但不可变的分类账本，其中的信息对每个人开放、可见，但其链式结构能有效地防止更改和伪造。任何基于区块链的系统在本质上是透明的，同时创造了一个民主化的系统使得涉及其中的每个人必须为他们的行为负责。

这种可问责制、不可逆性和去中心化带来了巨大的好处。可以轻松想象这类数据库的诸多用途，这五大特征可以改变和提升政府和行政机构现有的系统。

现在我们对区块链如何工作和其独特性有了更好的认识，下一个章节将会探讨区块链在现实例子中最常见的应用。

三、区块链数据库使用的三个层次

（Eris Piscini，Gys Hyman和Wendy Henry，《区块链信任经济，2017年技术趋势》，德勤大学出版社，2017年2月7日）

区块链技术最常用于三项不同的、相互关联的任务：数字记录的存储，数字资产的交换以及智能合约的记录和执行。这些主要领域也正是区块链为优化，创新和推动智慧城市发展提供最大机遇的地方。

第一层：数字记录的存储

在第一个层次上，区块链数据库是功能强大且安全的分类账，可以存储各种数字信息，包括个人或组织的身份，以及代表实物财产或货币资产（例如土地，财产和银行帐户）的数字信息。

案例：新加坡航空电子钱包
除了OpenCerts项目，新加坡还一直在探索支持多种数据库和提供存储解决方案的区块链。新加坡航空公司新推出的电子钱包正是基于区块链提供的支持，这为我们展示了如何利用这项技术来存储各种类型的数字信息。

2018年，该航空公司的KrisFlyer常客奖励计划推出了基于里程数、采取区块链驱动的数字钱包KrisPay。该钱包是与科技巨头微软和毕马威数字村合作开发的。数字钱包使客户可以通过移动应用程序立即将常飞积分转化为支付积分，以便在新加坡境内任意合作伙伴所在点进行零售消费。区块链技术提供简单的数据库格式对积分进行安全的数字识别、存储和转移，从而简化了积分兑现过程，并鼓励客户使用该程序。

该计划的参与者可使用小至15个付款积分或约0.74美元的资金，在新加坡大约18个不同的地点进行支付。

第二层：数字资产的交换

在第二个层面上，区块链允许用户执行点对点交易以交换数字资产和实际资产的表征。这消解了中间机构，如银行、证券交易所和支付处理商，从而减少了清算和结算时间以及各类相关成本。

案例：瑞典的物业管理

目前，瑞典土地管理局Lantmteriet与区块链初创公司ChromaWay、瑞典电信巨头Telia公司和咨询公司Kairos Future合作，正在开发一种基于数字区块链的解决方案。

Lantmteriet提供了一个使用区块链简化点对点交易以进行资产（包括实物资产）交易的典范。经过两年的测试，他们将进行首次区块链技术产权交易。

他们的目标是把通过区块链技术认证的房产出售合同和抵押贷款进行数字化。Lantmteriet于2016年开始首次测试区块链技术，并于2017年3月完成了第二阶段的测试。据Mats Snall Lantmteriet的首席数字官介绍，2017年7月起，瑞典土地登记处已经开始使用区块链操作，并在瑞典区块链初创企业ChromaWay的私有区块链网络上注册土地和房产，尽管按照他的说法，这种应用还是“小范围内的”。

虽然该机构已经在一个“高度数字化和无纸化”的系统中运作，但从签署合同到登记销售，仍需要3至6个月的时间。ChromaWay的首席解决方案架构师Jrgen Modin告诉《华尔街日报》（WSJ.Modin），同样的交易，使用测试中的区块链“需数小时”即可完成，他补充道，买卖双方甚至不必在本国就可以达成交易。

第三层：智能合约的记录和执行

最后，记录和执行“智能合约”是区块链技术应用中最广泛也是最复杂的层次。“智能合约是指能自动执行指定操作的数码代码。“

案例：从曼谷到布鲁克林的能源交易解决方案

随着太阳能电池板、小型电网和智能电表的发展，世界各地的能源消费和生产方式发生了显著变化。虽然分散式能源目前只占市场的5%，但世界能源理事会（World energy Council）预测，到2025年，分散式能源的市场占比将达四分之一。

区块链技术在向去中心化的能源发展中至关重要，因为它提供了一种透明、去中心化的交易管理方式。世界最大的点对点可再生能源交易平台之一，就使用区块链技术促进廉价购电。这是一个复杂的处理流程，演示了记录资产，跟踪交易，执行智能合约的系统。

这个试点项目位于曼谷Sukhumvit地区，通过使用交易平台让居民之间可以相互买卖电力。这一电力系统发电能力为635千瓦；在本文撰写期间，一所学校、一栋公寓大楼、一家医院和一家商场之间正进行着电力交易。

未来更多类似的项目可能会鼓励更多消费者转向可再生能源，从而出售过剩能源以抵消成本。

该项目促使社区用比以往更可加持续的方式来满足自身的能源需求，价格也更低廉，同时还的能减少碳排放量，有利于实现泰国2030年可再生资源占总资源量30%的目标。他们还计划在2021年之前推出一个2兆瓦的交易系统。

世界其他地区已经开始以有限的方式进行这样的转换。2016年，由LO3、Consensys和Siemens联合推出的布鲁克林微电网（Brooklyn Microgrid）也以类似的方式运作，利用一个安全的区块链平台来管理小型能源系统，家庭住户可以在此系统中与邻居交换多余的可再生能源。

在该项目中，家庭住户拥有独立的可再生能源系统，如屋顶太阳能板，生产能源并通过现有的能源传输基础设施连接到微型网络。该网络配备LO3的交互网格（TransActive Grid）技术，可以计算系统内能源的产量和消耗，并将这些数据筛选到交易平台上。

微电网的参与者有机会使用LO3开发的名为Exergy的平台，使用区块链和智能合约在参与者之间建立点对点交易。区块链技术通过创造一个安全，自动化的过程为使用者节省成本，无需能源供应商或输电公司。

以上三个例子从不同方面展示了区块链技术数字数据库、安全的点对点交易和智能合约是如何为复杂计算系统和过时基础设施的城市提供解决方案的框架。

世界各地的人们已经在智慧城市和其他更广泛的领域中使用这项技术。下篇我们将探讨更多全球案例，包括他们的潜力和局限。

本文作者和机构
Urbanite Venture是一家发展咨询公司，拥有智慧城市、城市创新和资金筹款领域的资深专业人士团队。对于致力于解决城市问题的公司而言，Urbanite Venture是独立的顾问和业务合作伙伴，能带来新的市场机会，与城市行政部门更良好的关系，以及有效的商业发展计划和资本。我们通过咨询服务、能力培养和公共关系来帮助初创企业和投资者加速增长，为初创企业的当前状况和快速扩张的需求提供量身定制的服务。

Arzu Tekir是一位商业策略师，与城市和机构的领袖共同致力于创造积极的变化。她在战略规划、业务发展、战略伙伴关系发展方面拥有十八年的工作经验，并为大型公共项目，以及私营领域部门项目筹集数百万美元的资金。她一手创立Urbanite Venture，旨在帮助都市科技公司生成城市解决方案，让城市变得更加智慧、宜居和宜人。

许多媒体都报道过Arzu，包括《卫报》（The Guardian）、《国家地理能源挑战》的博客（National Geographic Energy Challenge Blog），《半岛杂志》（Jazeera Magazine），彭博HT TV和NTV-MSNBC。作为一位广受欢迎的演讲者，她就城市创新，智慧城市和可持续发展城市等主题进行演讲并主持讨论。想有关更多信息，请单击链接 www.arzutekir.com

特别感谢来自于以下几位的宝贵贡献：
Emre Elmas 研究助理
Phoenix Bunke 编辑
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未完待续

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《智慧城市区块链简述》

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