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區塊鏈存在的問題與對策建議
為了深入貫徹落實習近平總書記在中央政治局第十八次集體學習時強調的“關于區塊鏈技術要強化基礎研究，提升原始創新能力”的重要講話精神，國家自然科學基金委員會信息科學部二處分別于2019年11月1日、11月22日召開了區塊鏈基礎理論與關鍵技術研討會。本文根據這兩次會議研討的情況，分析了區塊鏈技術的現狀與發展趨勢，提出了促進區塊鏈技術發展的對策建議。
1 區塊鏈技術存在的問題及關鍵技術
區塊鏈具有數據透明、防篡改、多方可驗證等優點，這些優點使其具有廣闊的應用前景。但是，目前區塊鏈技術還存在以下問題亟待解決：
1.1 可擴展性問題
區塊鏈的可擴展性是區塊鏈領域的重要研究問題。以比特幣為例，可以通過增大系統的區塊大小，或者是縮短出塊時間，來提高系統的吞吐率。然而，這樣的擴展方案是有上限的，其上限受到網絡延遲等因素的制約[1]。如果通過簡單地提升某一個指標以提高區塊鏈系統的吞吐率，即使是在實驗環境下，其吞吐率的提升也遠遠無法滿足需求，因而比特幣系統的可擴展性較差。目前主流的區塊鏈系統中，能夠做到無限擴展的幾乎沒有[2]。未來要想讓區塊鏈系統承擔起大量的交易和去中心化應用，就必須在兼顧去中心化、安全性的同時，實現可擴展、高性能的區塊鏈系統[3]，其關鍵技術包括：
（1）區塊鏈共識機制。區塊鏈的本質特點是在多方協同環境中達成共識，現有共識機制在大規模網絡節點下難以滿足高吞吐、低延遲的需求，需要研究創新的區塊鏈共識機制。
（2）區塊鏈分片技術。分片是解決區塊鏈擴容問題的主要技術手段，它由傳統數據庫延伸而來，包括網絡分片、交易分片和狀態分片等。
（3）區塊鏈跨鏈交易技術。在多個區塊鏈項目之間研究跨區塊鏈交易技術，比如公證人機制、哈希鎖定、分布式私鑰控制、跨鏈智能合約框架等，可提高區塊鏈系統間的互通性。
（4）松耦合數據結構設計。解耦區塊鏈應用場景與底層事務結構與類型，實現不同應用場景下事務統一高效處理；對區塊鏈底層默克爾樹進行優化，實現系統賬戶、事務及狀態的高效組織和更新；改進區塊鏈組織與存儲結構，方便追溯和高效查詢。
（5）區塊鏈密碼算法更新。在存在敵手的現實環境中，通過對同一個消息的密文在新老密鑰下的周期性更新，實現加密與更新的不可區分性，從而在安全可靠的前提下，達到高效擴展區塊鏈的目的。
（6）鏈下擴容技術。區塊鏈鏈上容量是較為有限的，通過將部分鏈上動作移出到鏈外可以提高區塊鏈的效率，例如狀態通道、閃電網絡等技術。一般而言，這些技術通過犧牲一定的可用性以提高計算與存儲的可擴展性。
1.2 安全與隱私保護問題
區塊鏈的安全性包括系統安全和信息安全兩個方面。區塊鏈系統的安全問題可能發生在三個不同的層次：一是網絡層，即底層點對點網絡的安全，在公有鏈系統中，通過“女巫攻擊”（即偽造多個節點與特定節點通訊的方式），可以使特定節點不能正常工作[4,5]。二是共識層，即共識機制本身的安全，如采用工作量證明的區塊鏈中存在的51%算力攻擊，可通過獲取大量算力控制特定時段網絡區塊的打包[6]。三是智能合約層，即區塊鏈上智能合約代碼的漏洞，比如以太坊The DAO事件，該合約漏洞當時造成了價值數千萬美金的加密貨幣損失[7]。區塊鏈的信息安全的核心是確保系統中用戶的各種隱私得到有效保護。區塊鏈隱私保護的關鍵在于保證不影響去中心化的同時，確保用戶的隱私不會因交易公開而暴露?，F有的公有鏈系統中，隱私問題是一個重要挑戰，以比特幣為例，盡管地址是匿名的，但是在與其他實體的交互過程中容易被反匿名，從而導致用戶交易記錄的隱私泄露[8]。為實現區塊鏈的安全與隱私保護，須攻關的關鍵技術包括：
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