近年来，随着经济社会的不断发展，新的问题也不断催生。个人数据经常被曝光泄露，其中不乏谷歌、Facebook、华住酒店等大型企业；文学、音乐等各类版权问题凸显，网络媒体上经常出现侵权事件，版权类的司法案件越来越多；跨境结算不通畅，涉及多边贸易双方结算流程复杂、交易缓慢，国际支付费用昂贵且时间较长。面对新时代新挑战，如何解决这些新问题至关重要。区块链具有防篡改、可追溯、隐私安全等特性，是解决上述新问题的关键之道，是数字经济发展的重要抓手。诸如大数据、云计算、人工智能等其它新一代信息技术将成为数字时代的关键技术。
2019年10月24日，在中央政治局第十八次集体学习时习总书记强调，区块链技术的集成应用在新的技术革命和产业变革中起着关键作用，要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展。2020年4月20日，国家发改委将区块链列为新基建中“信息基础设施”。2021年6月7日，工业和信息化部与中央网信办联合发布《关于加快推动区块链技术应用和产业发展的指导意见》，提出要实现产业基础高级化和产业链现代化，建设先进的区块链产业体系，到2025年区块链产业综合实力达到世界先进水平，产业初具规模；到2030年，产业规模进一步壮大，形成若干具有国际领先水平的企业和产业集群。
本文将围绕人类历次技术革命，通过阐述数字时代的特征、区块链技术原理、架构和发展方向及区块链的价值和意义，推出数字时代区块链是信息基础设施这一结论。
一、人类历次工业技术革命
人类历史上出现至今出现了四次工业技术革命。第一次从18世纪60年代到19世纪中期，人类进入以蒸汽机为代表的蒸汽时代；第二次革命从19世纪下半叶到20世纪初，以电的广泛应用人类进入电气时代；第三次从20世纪中期到21世纪初，人类进入以计算机为代表的信息技术革命；第四次工业革命是二十一世纪发起的全新技术革命，一般指工业4.0（第四次工业革命），这一概念最早出现在德国2013年汉诺威工业博览会上，其核心目的是提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。2015年5月，国务院正式印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。
第四次技术革命是在第三次技术革命的以信息技术为核心形成的技术集群的基础上，形成更大的技术集群。互联网、云计算、大数据、区块链、物联网等综合集成技术等会形成更大的技术集群，另外，人工智能、纳米技术、量子计算机、生物技术、3D打印、AR/VR、自动驾驶等技术都将会得到很大的进步和发展，向着普遍应用阶段发展。 随着经济社会的不断发展，人们越来越关注个人隐私数据，工厂越来越关注产品销售数据，政府越来越关注社会民生数据，信息数据对于各行各业的发展意义重大，去年我国也将数据列为第五大生产要素。我们逐渐从信息时代跨入数字时代，信息的存储和保护、分析和利用、价值和创造是对信息利用的三个重要方面，数字化、智能化和价值化是第四次技术革命的特征，各个行业从信息化、数字化向智能化、价值化的转型是社会进步、经济发展的关键。
二、数字时代的四大特征
（一）数据真实，溯源可信。信息将从“可获得性”到“真实性”转变，信息不但获取及时，而且数据真实、准确、不可篡改。数据不再像以往的可以随意删除或修改，数据来源可追溯，农产品、工业用品和生活用品等大部分产品都可以溯源和验证，产品假冒的现象将极大的减少。
（二）隐私安全，数据保护。如今谷歌、Facebook、Twitter等互联网巨头掌握着所有用户的个人数据，通过大数据分析，推断出个人兴趣喜好、出行、饮食、健康等隐私数据，个人已无隐私。“免费”不一定是未来每个人的“首选”，对个人数据隐私保护和管理将成为数字时代的重要研究方向。
（三）智能生活，舒适体验。随着社会数字化程度不断加深，机器人逐渐成为工厂主力军，车联网和无人驾驶给人们出行带来更大的方便，线上带给人们极致体验，足不出户即可完成办公和生活。线上生活化、生活线上化成为时代主流。
（四）虚拟现实，数字再造。通过虚拟化技术实现现实生活或者超现实场景的再造，达到以假乱真、身临其境的感觉，这背后由AR/VR等技术做支撑，再加上区块链技术对数据信息上链存储，实现不可篡改、不可删除、权属可追溯，使得通过数字技术再造一个“真实世界”的想法成为可能。目前，区块链行业中的“元宇宙”概念已经研发出落地应用，吸引了众多游戏玩家。
三、区块链技术原理、架构和发展方向
根据ISO22739《区块链和分布式账本技术-词汇》中定义，区块链（Blockchain）是使用密码技术将共识确认过的区块按顺序追加链接形成的分布式账本。在中国电子技术标准研究院发布的《中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）》中，区块链描述为是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。
图1 区块链内部结构
简要概况（如上图1），区块链本质是一种分布式账本，通过将数据打包成一个“区块”，每若干分钟形成一个“区块”，并将“区块”按照时间顺序连接在一起，“区块”之间通过密码学算法保证数据不可篡改、不可删除、全部节点通过共识机制数据得以统一的新型应用模式。这里区块链用到了非对称加密技术（椭圆曲线加密、哈希函数）、点对点网络通讯、分布式存储、共识机制、智能合约等技术。
与传统七层网络通信模型OSI类似，区块链目前市场上流行分为六层，分别是数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层。其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法；网络层包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程性的基础；应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。
图2 区块链分层架构
在中国技术标准化研究院等单位起草的《区块链 参考架构》标准中（如图2），对区块链体系架构分4层以及一个跨越各层的跨层功能集合。这4层分别是用户层、服务层、核心层、基础层，跨越各层的功能称为跨层功能。
通过简化，可以把区块链架构分层三层：协议层、扩展层和应用层。协议层主要负责底层分布式网络、存储、计算、节点共识，保障数据安全、通讯、存储、统一准确、不可篡改等；扩展层在协议层的基础上对数据进行操作和利用，包括智能合约、侧链扩展和其它数据服务接口和拓展；应用层负责用户端的呈现展示和交互功能，例如钱包、游戏入口界面、用户管理、平台界面展示等等。
未来，在技术方面，公链的性能仍有较大的提升空间。由于要考虑节点的一致性，在共识算法的安全和高效上平衡，在性能方面，侧链、分片等Layer2层技术以及原生Layer1层扩容有待突破，跨链技术、隐私计算、零知识证明、多方安全技术、链上链下协同等均是未来技术研究和发展方向。
四、区块链的价值和意义
区块链是数字时代的信息基础设施，区块链在数据安全技术、可信应用服务、社会诚信再造、商业创新机制等方面均体现出重要的基础作用。
（一）区块链为数据和信息提供安全、可信的技术基础能力。区块链本质是一个分布式账本（数据库），但也不仅仅是一个账本，这个账本从存储、网络到计算、可编程、应用性有完整的体系架构，是集合了原有计算机体系结构、网络通信原理、密码学、互联网技术、软件工程、脚本开发等理论技术为一体的新型底层平台和计算范式。通过非对称加密技术、共识机制、智能合约等技术，通过块链式结构巧妙的将区块链接起来构成了不可篡改、可追溯、数据多节点分布且统一的新型信息基础设施。
（二）区块链为价值传递、构建可信商业环境提供应用服务能力。数据能成为第五大生产力要素最重要的因素是必须“真实”，只有“真数据”才有价值。而区块链正是解决数据真实、不可篡改的最适合技术。目前区块链已被应用与产品溯源、电子存证、防伪检测、版权证明等领域，实现了数据的价值化，为构建可信商业环境提供应用服务能力。
（三）区块链为社会诚信体系赋予隐形渗透能力。未来，例如个人的银行金融信息、履约数据信息、学业学位信息、工作职业信息等都在区块链登记，一旦有未完成或未履约等信息就会被上链登记，而且不可篡改、透明可查；同样商业上，公司之间的业务往来、合同执行等也会在链上登记，可以溯源和查询，社会诚信体系从技术角度得以构建和实现。
（四）区块链为商业模式、社会协作方式提供创新机制能力。目前互联网企业通过“免费”获得和利用用户数据通过流量实现商业变现，用户个人信息毫无保留的被互联网企业获得。而通过区块链可以将个人数据私有化，只有掌握私钥的用户才能“解锁”信息数据，这样实现个人信息隐私保护，用户可以授权给需要的企业并得到相应的收益，从垄断的商业模式可能会变成“共赢”的互利模式。同时，社会化分工越来越细，在现有协作的基础上加入区块链做价值传递和可信服务，分布式商业模式或将为经济社会发展注入更多活力。
作者：张潮
中国电子技术标准化研究院
