区块链技术与理论解析

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区块链技术本质上是一种分布式可信系统，下一代区块链核心技术研究包括共识算法优化平衡、安全与隐私保护、合约可信性、可扩展性和跨链技术等五个方向，分别对应分布式计算理论、密码学理论、软件可信性理论、异构系统交互理论和运筹和并行理论体系。只有从基础理论开始原始创新我国自主安全可控的区块链平台，我们才能掌握全球范围内区块链技术和标准的话语权，实现理论—技术—工程—平台—标准一体化的区块链分布式可信主权体系。

1 共识优化平衡

区块链共识机制的目标是使所有的诚实节点保存一致的区块链视图，同时满足两个性质：一是一致性，所有诚实节点保存的区块链的存量部分完全相同；二是有效性，由某诚实节点发布的增量信息终将被其他所有诚实节点记录在自己的区块链中。区块链上采用不同的共识机制，在满足一致性和有效性的同时会对系统整体性能产生不同影响。我们可以从以下3个维度来评价各共识机制的技术水平：（1）安全性，是否有能力抵御住来自于拥有一定资源和影响力的参与者的攻击；（2）可扩展性，即节点越多，整个系统处理事务的能力越大；（3）分布式程度，即节点的接入门槛和权利。共识机制存在三元悖论，即：在一个区块链系统中，可扩展性、分布式程度和安全性三者不可兼得，最多得其二。因此，如何在三元问题中找到平衡是设计下一代共识机制的关键。

2 安全与隐私保护

在公有链中，需要对交易数据、地址、身份等敏感信息进行保护，同时又能让记账节点验证交易的合法性；对于联盟链，在构建隐私保护方案的同时，需考虑可监管性/授权追踪。我们可以通过采用高效的零知识证明、承诺、证据不可区分等密码学原语与方案来实现交易身份及内容隐私保护；基于环签名、群签名等密码学方案的隐私保护机制、基于分级证书机制的隐私保护机制也是可选方案；也可通过采用高效的同态加密方案或安全多方计算方案来实现交易内容的隐私保护；还可采用混币机制实现简单的隐私保护。

3 合约可信性

智能合约是区块链描述业务场景核心逻辑的预言，合约可信性已成为区块链技术发展和应用的重要趋势和必然选择，而合约可信性建模已成为构造可信区块链的先决条件和必要手段。为了探讨和阐明合约可信性的基本科学问题、建立合约可信性度量的理论基础，可以结合动力系统的基本思想探讨合约可信性及其演化规律，研究在各种内部和外部因素作用下合约可信性演化的动力学机制，并建立相应的动力学模型，从而可以认为智能合约系统的可信性是区块链在动态开放环境下其行为的统计特性。通过建模分析，可以说明合约可信属性的极限演化行为与动力系统特征的对应关系，从而诠释智能合约的动力学特征及其演化复杂性。另一方面，我们可以利用动力学统计分析方法给出合约可信性统计指标的不变测度评测方法和合约不可信的动力学判据。

4 可扩展性

区块链（特别是公链）想要真正做到深度的应用和普及，关键要解决交易的吞吐率和交易速率问题，我们称之为“可扩展性”。可扩展性旨在分布式账本协议的基础上，对整体进行性能效率的提升、扩容或功能性上的扩充，主要包括分片扩展和分层扩展技术：（1）分片扩展。区块链网络由主链和分片链组成，分片链上交易处于自身的独立空间中，其核心思路是每个节点只需要处理片区内的交易，而不是全网交易；（2）分层扩展。状态通道是一种分层技术，其核心思想是：允许执行脱链交易，在一个状态通道内发生的事情仍然保持着非常高的安全性和最终性，如果出现任何问题，仍然可以选择回溯到主链上进行仲裁。

5 跨链技术

区块链是一类分布式总账。一条区块链就是一个独立的账本，两条不同的链如同两个账本没有关联，因此本质上价值没有办法在账本间转移，但是对于具体的某个用户，用户在一条区块链上存储的价值，要求能够转移为另一条链上的价值，这就是跨链资产流通。跨链资产流通能让价值跨越链与链之间的障碍，进行直接的流通。跨链本质上和货币兑换是一样的，跨链并没有改变每条链上的价值总额，只是在不同的持有人之间进行了一个兑换而已。进一步地，跨链分布式事务是指，事务的多个步骤分散在不同的区块链上执行且要求保证事务的一致性。这是对跨链资产流通的一种扩展，将资产交换的行为扩展成任意行为。而跨链分布式事务使得跨链智能合约成为了可能，一个智能合约可以在多个不同的区块链上执行，或者全部执行完毕，或者全部退回执行前的状态。跨链智能合约将打破链之间的信息孤岛效应，大幅扩张区块链的应用场景。

[h1]图文来源：【网络】

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