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1 区块链的发展与数据共享 魏凯 / 中国信息通信研究院 2017 年 12 月 9 日

2 目录 1 区块链及其发展概况 2 区块链促进信息与数据资源共享 3 区块链的问题和挑战

3 比特币的出现 2008 年 11 月 1 日, 一个自称中本聪 (Satoshi Nakamoto) 的人贴出比特币的白皮书 比特币系统从 09 年运行至今, 没有出现重大安全事故 The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks 2009 年 1 月 3 日首相第二次对处于崩溃边缘的银行进行紧急救助 比特币创世区块 ( genesis block )

4 不可思议的比特币 一年 : 13.7X 总市值 1760 亿美元约等于苹果市值的 1/5 比特币背后的技术很牛 全部开源 全球分布 没有负责主体 无需外部信用背书 稳定运行 8 年

5 备忘录第三页第四页第五页 什么是区块链? 区块 (Block) + 链 (Chain) = 区块链 (Blockchain) A 记录 A 链 B 记录 B 链 C 记录 C 汇聚 区块链 (Blockchain) 是一种分布式数据库技术, 也称为分布式账本技术 在典型的区块链系统中, 数据以区块 (block) 为单位产生和存储, 并按照时间顺序连成链式 (chain) 数据结构 所有节点共同参与区块链系统的数据验证 存储和维护 新区块的创建需得到全网超过半数节点的确认, 并向各节点广播实现全网同步, 之后就不能更改或删除

6 区块头SHA256 2 区块链的块与链 区块 N 版本号 新区块 版本号 上一区块哈希值 Merkle 根节点 SHA256 2 上一区块哈希值 Merkle 根节点 时间戳 时间戳 难度值 难度值 随机数 随机数 交易数据 交易数据

7 交易 0 的哈希值 交易 01 的哈希值 区块链结构 区块 N Merkle 树的根节点哈希值 交易 1 的哈希值 串联后哈希 串联后哈希 交易 2 的哈希值 版本号 上一区块哈希值 Merkle 根节点 时间戳 难度值 随机数交易数据 交易 22 的哈希与值 交易 2 的哈希值 Merkle 区块头SHA256 2 构区块链的原理树结网络结构 新区块版本号上一区块哈希值 SHA256 2 Merkle 根节点时间戳难度值随机数区块体交易数据从 A 到 B 的交易交易内容节点 B 的地址 SHA256 2 哈希值节点 A 的数字签名节点 A 的公钥 必须匹配 验证 钱包区块链挖矿路由 从 B 到 C 的交易 交易内容 节点 C 的地址 哈希值 节点 B 的数字签名 节点 B 的公钥 验证 交易记录结构SHA256 2 交易 0 交易 1 交易 2 交易 2 签名 节点 A 的私钥 签名 节点 B 的私钥

8 区块链的特点 区块链是一种分布式账本, 是多种技术 的集成创新, 代表了新的架构设计范式 Create Update 创建更新 CRUD 读取删除 Read Delete Create 创建 CR 读取 Read 透明可信 防篡改可追溯隐私安全保障系统高可靠 对等网络模型, 节点间互 通实现信息共享和交换 数据交易记录透明 互信 时间轴链式记账 共识算法保证多节点间消 息可信传递 哈希 非对称加密算法 衍生出的环签名 零知识 证明和同态加密 对等网络, 异地分布 去中心化架构

9 区块链技术创新活跃 平台准入机制数据模型共识算法智能合约代币 / 激励 Bitcoin 公有链基于交易 PoW 基于栈的脚本 比特币 Ethereum 公有链 基于账户 PoW/PoS Solidity/ Serpent 以太币 Ripple 公有链 基于账户 RPCA - 瑞波币 Hyperledger Sawtooth Hyperledger Fabric 公有链 / 联盟链 联盟链 基于账户 PoET Python - 基于账户 CITA 联盟链基于交易 BigchainDB 联盟链基于交易 TrustSQL 联盟链 基于账户 + 交易的混合 SBFT/Pacific A Tendermint/ RAFT Quorum Voting Go/Java - Solidity/Jav a Crypto- Conditions BFT-Raft JavaScript - - -

10 区块链正从加密货币走向实体经济 年区块链专利在各行业的分布 区块链技术作为一种通用性技术, 从数字货币领域加速渗透至其他领域, 和各行各业创新融合 金融数字资产交易 身份认证 算法 防伪溯源电子商务物联网版权可穿戴智能合同检索 / 搜索安全防御医疗云 / 大数据域名管理游戏 / 保险能源 / 充电投票社交图像保护视频证券税务人工智能教学教育机器人工程工业 货币资产信用 加密货币阵营 IT 阵营 信息 IT 阵营 : 从信息共享着手, 以低成本建立信用为核心, 逐步覆盖数字资产等领域 加密货币阵营 : 从货币出发, 衍生至资金 资产端, 并向征信 信息类应用扩散

11 寄托着构建分布式商业体系的美好憧憬 过去 30 年的互联网经济 集中信息不透明依赖强背书数据寡头交易成持续上升 未来 30 年的互联网经济 分布数字经济分享经济 如果能够点对点的建立信任关系,

12 目录 1 区块链及其发展概况 2 区块链促进信息与数据资源共享 3 区块链的问题和挑战

13 区块链促进数据资源流通共享 掌握横向或者纵向场景 多场景联盟上链 控制客户 & 数据资源 多技术整合后台数据 形成垄断封闭生态 资源共享数据资源

14 数据共享的痛点 数据采集不能主动全面展开 数据加工权属不明没有积极性 数据整合缺乏完整必要数据 数据交易难以做到方便可信 数据服务不能实时精确结算 数据隐私得不到规范化保护

15 数据共享的痛点 数据资产确权难 数据资产权属涉及所有权 处置权 交易权 使用权 收益权, 在目前的数据流通领域难以公平 透明 按照统一标准的实现产权明晰 数据流通监管难 数据流通多个环节均存在合规性 隐私信息保护等问题, 监管成本高 ; 同时监管过度会造成 数据寡头 扼杀创新等问题, 需要探索新的监管路径 数据交易定价难 目前数据交易多为供需双方直接对接型, 数据交易频率小, 流动性差, 无法形成真正的数据资产市场, 很难通过市场定价 数据源头追溯难 目前数据流通领域的数据登记体系不完备, 数据交易主体信息割裂, 导致数据的来源 流转过程 交易信息不透明, 造成数据流通后的历史追溯难

16 阳光透明的数据流通 政府指导 政府引导柔性监管 第三方监督 利益协调外部监督 数据源流通平台数据使用者 来源合法保障质量负面清单 平台安全运营透明外部审计 用途限定遵守约定安全防护 个人 投诉申诉积极维权 媒体 公众教育正确引导

17 思路 : 数据使用权 Tokenization 图片来源 : 丁江, 太一云

18 区块链带来的价值 数据安全可信 区块链的冗余存储 多种加密机制和多方维护的联盟链方式可以使得数据存储和流转环节更安全, 区块链的签名验证机制可以使得数据在交易时更为可信可验证 数据认证确权 区块链可以实现数据资产链上登记, 通过非对称加密和多重签名技术实现数据认证, 认证结果记录在区块链上, 可查询 不可篡改, 从而达到确权的目的 数据交易变现 数据存证溯源 数据可管可控 通过区块链技术可将数据资产化, 并通过区块链技术建立全球性数据资产交易平台, 交易记录上链, 可实现实时结算 保障了数据资产交易的可信性 可靠性 便利性和不可抵赖性 区块链是一种不可篡改的 可溯源 全历史的的数据库存储技术 利用区块链技术将数据资产登记 认证确权, 数据交易等记录在链上, 可方便快捷地实现数据资产和数据交易的溯源 区块链的去中心化 共识算法和智能合约等技术可使大数据生态系统中的多个参与方能更合理地分配数据的所有权 收益权 访问权 使用权等, 并更高效 透明地制定规则和治理机制 来源 : 丁江, 太一云

19 案例 - 政务数据共享 信息中心 & 大数据中心节点 各委办局节点 节点 1. 牵头实现数据共享组网 2. 牵头制定目录体系 3. 牵头制定隐私权限的智能合约 4. 分析数据 归集数据 5. 管理网络 6. 建立标准规范 公安节点 1. 根据部门的目录体系归集内容 2. 查询证照索引 民政节点 信息中心节点 政务部门节点 商业机构节点 信息中心 & 大数据中心 共享账本 : 1. 公民信息 2. 归集记录 智能合约 : 1. 目录规则 2. 隐私规则 社保节点 跨区域索引节点 账户 节点账户 数据共享组网 1. 形成城市内数据共享网络, 准入的节点可根据智能合约完善公民信息, 也可通过获得授权的证照查验服务 2. 实现跨区域索引链到城市信息链的路由功能, 用于从索引信息到全量详细信息的跨区域传输 卫生节点 共享账本 税务节点 1. 建立所有法人 公民信息的目录体系 2. 记录信息归集的过程 3. 共享全量信息到城市内所有节点 4. 抽取索引信息共享到全国索引链 索引节点 跨区域索引节点 1. 实现城市信息的索引化, 并共享到跨区域索引链 2. 根据跨区域索引链的检索需求检索全量信息 法人账户 公民账户

20 目录 1 区块链技术原理的通俗化解析 2 区块链在 ICT 领域的应用 3 区块链的问题和挑战 4 区块链的趋势展望

21 可信区块链的经验 : 问题和挑战 技术方面的挑战 非技术方面的挑战 性能隐私安全升级 合规审计商业模式的冲突链上链下资产对应

22 性能的问题 交易 : 一对一转账 公有链重视的是防篡改和系统安全性, 性能并不是其关注重点 比特币最高性能是每秒 7 笔交易, 以太坊最高性能是每秒 笔交易 公有链往往以牺牲性能来换取区块链系统的安全性, 每 笔交易的签名与验证 每个区块的哈希运算以及复杂的共识过程等都涉及大量的系统开销 联盟链更多地强调商业场景落地, 重视性能, 但也根据业务场景的具体需求 联盟链通过共识算法的改进 串行处理变并行处理 分区划片等技术, 将性能提升 2 万笔每秒的吞吐量 (4 个节点 ), 比较适用于事务性交易的场景 在一些存证溯源类的场景, 例如票据业务, 如果性能达到 TPS, 足够应付日常的业务处理峰值

23 隐私的问题 公有链天生 抗审查, 但信息收集到一定程度, 相当于形同虚设 比特币 以太坊都是用公钥的哈希值来映射用户, 有一定的匿名性 但是, 数字货币交易所的实名认证 同笔交易中多个输入间的关联关系 网络 IP 地址和手机 IMEI 号与比特币地址的对应关系等都可能泄露用户真实身份 因此, 逐渐衍生出混币 环签名 零知识证明 同态加密等隐私保护技术 联盟链更重视保护个人隐私和商业机密的保护 主要通过多个命名空间 多个通道 多 个分区划片等技术进行逻辑隔离, 确保只有交易的利益相关方才能看到相关信息 Ethereum Fabric Corda

24 安全的问题需要技术和管理全局考虑 防 DDoS 攻击 标识唯一 可靠加密 无法篡改 区块链系统, 从数学上来讲, 是近乎完美的, 具有公开透明 无法篡改 可靠加密 标识唯一 防 DDoS 攻击等优点 论上上公开透明 补强技术短板 理基础设施 共识机制只能在限定范围保证安全 系统设计 系统漏洞被加以利用 技术更新迭代 量子计算机的持续演进 隐私保护 交易双方并非不可追踪 操作管理 私钥的安全持有 但是, 它仍然受到基础设施 系统设计 操作管理 隐私保护和技术更新迭代等诸多挑战, 需要从技术和管理上全局考

25 跨境网间结算升级的问题 在公有链中, 没有升级这一说, 只有软分叉和硬分叉的概念 同一时间段内全网不止一个节点能获取记账权, 因此, 就有了 ( 软 ) 分叉 当涉及源代码的修改, 就会引发核心代码开发团队和权益相关方 ( 例如矿池主 ) 的争论, 例如比特币要不要采取隔离见证, 区块要不要扩容, 以太坊修复智能合约漏洞等, 都是通过硬分叉解决 在联盟链中, 不仅仅要支持离线升级, 更要支持在线升级 原生态的 PBFT 算法并不支持网络规模的动态扩容, 需要进一步的定制研发 目前大部分厂商的节点升级都是支持离线的大版本升级和在线的小版本升级, 但是在实际应用中, 很难将网络中的所有节点宕机并进行系统升级割接, 相应功能应该在后续研发中进行完善 BLOCK 1 BLOCK 2 BLOCK 3 BLOCK 4 BLOCK 5 BLOCK 6 用户 a( 国内 ) 用户 b( 国外 ) 运营商 A 用户 a( 国外 ) 用户 b( 国内 ) 运营商 B 用户 a( 国外 ) 用户 b( 国外 )

26 非技术的问题 合规 非许可链在物理访问控制 网络安全保障 服务性能要求 系统可靠运行等方面不能满足 等保标准 的要求 审计 代码即法律 虽然现实合约用代码表示更加透明和易懂, 但是, 利益相关方仍然会因为对智能合约的理解存在歧义而导致纠纷, 谁来审计智能合约? 商业模式 目前的很多商业模式更多地是为个人带来了利益, 提升了效率, 并没有给企业带来实质上的好处, 甚至是亏损, 商业模式难以为继 链上链下资产对应 链上的资产如何与链下资产唯一对应, 并保证不可替代, 是一个亟待解决的棘手问题

27 可信区块链的成果和测试流程 目前, 国内首个可信区块链标准已经编写完成! 可信区块链第 1 部分 : 区块链技术参考框架 可信区块链第 2 部分 : 总体要求和评价指标 可信区块链第 3 部分 : 评测方法 ( 企业 ) 信息披露 ( 测试机构 ) 测试验证 ( 专家 ) 公证评审 ( 联盟 ) 大会颁证 严格按照 可信区块链 系列标准进行测试 全国 4 个城市,9 家企业开展实地测试 邀请行业专家 科研机构和参与厂商组成评审团队

28 可信区块链的国际化脚步 ITU-T FG DLT 焦点组自 2017 年 5 月份成立 2017 年 5 月 2017 年 7 月 -9 月 各国央行 电信监管部门 联合国机构 标准化组织 区块链技术公司 咨询公司和开源社区等各个方面积极响应, 分布式账本焦点组共收到 35 份提案 ITU-T FG DLT 焦点组第一次会议在瑞士日内瓦召开 2017 年 10 月 17 日 2018 年 2 月 第二次会议将在俄罗斯召开 中国信息通信研究院云计算与大数据研究所副所长何宝宏带领中国代表团参会, 数字货币研究所 腾讯公司 FiT 部门 博晨 华为 中兴 太一云等国内机构和公司派出专家参加了会议 会上, 中国信息通信研究院魏凯主任当选该组副主席, 由中国信息通信研究院和人民银行数字货币研究所, 代表我国产业界联合提交了 可信区块链 : 一个分布式账本技术评估框架的技术提案, 得到各方的热烈响应

29 目录 1 区块链及其发展概况 2 区块链促进信息与数据资源共享 3 区块链的问题和挑战

30 厚德實學 興業致遠 政府高端专业智库 行业创新发展平台

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