近年來，隨著經濟社會的不斷發展，新的問題也不斷催生。個人數據經常被曝光洩露，其中不乏谷歌、 Facebook、華住酒店等大型企業；文學、音樂等各類版權問題凸顯，網絡媒體上經常出現侵權事件，版權類的司法案件越來越多；跨境結算不通暢，涉及多邊貿易雙方結算流程複雜、交易緩慢，國際支付費用昂貴且時間較長。面對新時代新挑戰，如何解決這些新問題至關重要。區塊鏈具有防篡改、可追溯、隱私安全等特性，是解決上述新問題的關鍵之道，是數字經濟發展的重要抓手。諸如大數據、雲計算、人工智能等其它新一代信息技術將成為數字時代的關鍵技術。
2019年10月24日，在中央政治局第十八次集體學習時習總書記強調，區塊鏈技術的集成應用在新的技術革命和產業變革中起著關鍵作用，要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。 2020年4月20日，國家發改委將區塊鏈列為新基建中“信息基礎設施”。 2021年6月7日，工業和信息化部與中央網信辦聯合發布《關於加快推動區塊鏈技術應用和產業發展的指導意見》，提出要實現產業基礎高級化和產業鏈現代化，建設先進的區塊鏈產業體系，到2025年區塊鏈產業綜合實力達到世界先進水平，產業初具規模；到2030年，產業規模進一步壯大，形成若干具有國際領先水平的企業和產業集群。
本文將圍繞人類歷次技術革命，通過闡述數字時代的特徵、區塊鏈技術原理、架構和發展方向及區塊鏈的價值和意義，推出數字時代區塊鍊是信息基礎設施這一結論。
一、人類歷次工業技術革命
人類歷史上出現至今出現了四次工業技術革命。第一次從18世紀60年代到19世紀中期，人類進入以蒸汽機為代表的蒸汽時代；第二次革命從19世紀下半葉到20世紀初，以電的廣泛應用人類進入電氣時代；第三次從20世紀中期到21世紀初，人類進入以計算機為代表的信息技術革命；第四次工業革命是二十一世紀發起的全新技術革命，一般指工業4.0（第四次工業革命），這一概念最早出現在德國2013年漢諾威工業博覽會上，其核心目的是提高德國工業的競爭力，在新一輪工業革命中佔領先機。 2015年5月，國務院正式印發《中國製造2025》，部署全面推進實施製造強國戰略。
第四次技術革命是在第三次技術革命的以信息技術為核心形成的技術集群的基礎上，形成更大的技術集群。互聯網、雲計算、大數據、區塊鏈、物聯網等綜合集成技術等會形成更大的技術集群，另外，人工智能、納米技術、量子計算機、生物技術、3D打印、AR/VR、自動駕駛等技術都將會得到很大的進步和發展，向著普遍應用階段發展。 隨著經濟社會的不斷發展，人們越來越關注個人隱私數據，工廠越來越關注產品銷售數據，政府越來越關注社會民生數據，信息數據對於各行各業的發展意義重大，去年我國也將數據列為第五大生產要素。我們逐漸從信息時代跨入數字時代，信息的存儲和保護、分析和利用、價值和創造是對信息利用的三個重要方面，數字化、智能化和價值化是第四次技術革命的特徵，各個行業從信息化、數字化向智能化、價值化的轉型是社會進步、經濟發展的關鍵。
二、數字時代的四大特徵
（一）數據真實，溯源可信。信息將從“可獲得性”到“真實性”轉變，信息不但獲取及時，而且數據真實、準確、不可篡改。數據不再像以往的可以隨意刪除或修改，數據來源可追溯，農產品、工業用品和生活用品等大部分產品都可以溯源和驗證，產品假冒的現象將極大的減少。
（二）隱私安全，數據保護。如今谷歌、Facebook、Twitter等互聯網巨頭掌握著所有用戶的個人數據，通過大數據分析，推斷出個人興趣喜好、出行、飲食、健康等隱私數據，個人已無隱私。 “免費”不一定是未來每個人的“首選”，對個人數據隱私保護和管理將成為數字時代的重要研究方向。
（三）智能生活，舒適體驗。隨著社會數字化程度不斷加深，機器人逐漸成為工廠主力軍，車聯網和無人駕駛給人們出行帶來更大的方便，線上帶給人們極致體驗，足不出戶即可完成辦公和生活。線上生活化、生活線上化成為時代主流。
（四）虛擬現實，數字再造。通過虛擬化技術實現現實生活或者超現實場景的再造，達到以假亂真、身臨其境的感覺，這背後由AR/VR等技術做支撐，再加上區塊鏈技術對數據信息上鍊存儲，實現不可篡改、不可刪除、權屬可追溯，使得通過數字技術再造一個“真實世界”的想法成為可能。目前，區塊鏈行業中的“元宇宙”概念已經研發出落地應用，吸引了眾多遊戲玩家。
三、區塊鏈技術原理、架構和發展方向
根據ISO 22739《區塊鏈和分佈式賬本技術-詞彙》中定義，區塊鏈（Blockchain）是使用密碼技術將共識確認過的區塊按順序追加鏈接形成的分佈式賬本。在中國電子技術標準研究院發布的《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書（2016）》中，區塊鏈描述為是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一種鍊式數據結構，並以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分佈式賬本。
圖1 區塊鏈內部結構
簡要概況（如上圖1），區塊鏈本質是一種分佈式賬本，通過將數據打包成一個“區塊”，每若干分鐘形成一個“區塊”，並將“區塊”按照時間順序連接在一起，“區塊”之間通過密碼學算法保證數據不可篡改、不可刪除、全部節點通過共識機制數據得以統一的新型應用模式。這里區塊鏈用到了非對稱加密技術（橢圓曲線加密、哈希函數）、點對點網絡通訊、分佈式存儲、共識機制、智能合約等技術。
與傳統七層網絡通信模型OSI類似，區塊鏈目前市場上流行分為六層，分別是數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層。其中，數據層封裝了底層數據區塊以及相關的數據加密和時間戳等基礎數據和基本算法；網絡層包括分佈式組網機制、數據傳播機制和數據驗證機制等；共識層主要封裝網絡節點的各類共識算法；激勵層將經濟因素集成到區塊鏈技術體系中來，主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等；合約層主要封裝各類腳本、算法和智能合約，是區塊鏈可編程性的基礎；應用層則封裝了區塊鏈的各種應用場景和案例。
圖2 區塊鏈分層架構
在中國技術標準化研究院等單位起草的《區塊鏈參考架構》標準中（如圖2），對區塊鏈體系架構分4層以及一個跨越各層的跨層功能集合。這4層分別是用戶層、服務層、核心層、基礎層，跨越各層的功能稱為跨層功能。
通過簡化，可以把區塊鏈架構分層三層：協議層、擴展層和應用層。協議層主要負責底層分佈式網絡、存儲、計算、節點共識，保障數據安全、通訊、存儲、統一準確、不可篡改等；擴展層在協議層的基礎上對數據進行操作和利用，包括智能合約、側鏈擴展和其它數據服務接口和拓展；應用層負責用戶端的呈現展示和交互功能，例如錢包、遊戲入口界面、用戶管理、平台界面展示等等。
未來，在技術方面，公鏈的性能仍有較大的提升空間。由於要考慮節點的一致性，在共識算法的安全和高效上平衡，在性能方面，側鏈、分片等Layer2層技術以及原生Layer1層擴容有待突破，跨鏈技術、隱私計算、零知識證明、多方安全技術、鏈上鍊下協同等均是未來技術研究和發展方向。
四、區塊鏈的價值和意義
區塊鍊是數字時代的信息基礎設施，區塊鏈在數據安全技術、可信應用服務、社會誠信再造、商業創新機制等方面均體現出重要的基礎作用。
（一）區塊鍊為數據和信息提供安全、可信的技術基礎能力。區塊鏈本質是一個分佈式賬本（數據庫），但也不僅僅是一個賬本，這個賬本從存儲、網絡到計算、可編程、應用性有完整的體系架構，是集合了原有計算機體系結構、網絡通信原理、密碼學、互聯網技術、軟件工程、腳本開發等理論技術為一體的新型底層平台和計算範式。通過非對稱加密技術、共識機制、智能合約等技術，通過塊鍊式結構巧妙的將區塊鏈接起來構成了不可篡改、可追溯、數據多節點分佈且統一的新型信息基礎設施。
（二）區塊鍊為價值傳遞、構建可信商業環境提供應用服務能力。數據能成為第五大生產力要素最重要的因素是必須“真實”，只有“真數據”才有價值。而區塊鏈正是解決數據真實、不可篡改的最適合技術。目前區塊鏈已被應用與產品溯源、電子存證、防偽檢測、版權證明等領域，實現了數據的價值化，為構建可信商業環境提供應用服務能力。
（三）區塊鍊為社會誠信體系賦予隱形滲透能力。未來，例如個人的銀行金融信息、履約數據信息、學業學位信息、工作職業信息等都在區塊鏈登記，一旦有未完成或未履約等信息就會被上鍊登記，而且不可篡改、透明可查；同樣商業上，公司之間的業務往來、合同執行等也會在鏈上登記，可以溯源和查詢，社會誠信體係從技術角度得以構建和實現。
（四）區塊鍊為商業模式、社會協作方式提供創新機制能力。目前互聯網企業通過“免費”獲得和利用用戶數據通過流量實現商業變現，用戶個人信息毫無保留的被互聯網企業獲得。而通過區塊鏈可以將個人數據私有化，只有掌握私鑰的用戶才能“解鎖”信息數據，這樣實現個人信息隱私保護，用戶可以授權給需要的企業並得到相應的收益，從壟斷的商業模式可能會變成“共贏”的互利模式。同時，社會化分工越來越細，在現有協作的基礎上加入區塊鏈做價值傳遞和可信服務，分佈式商業模式或將為經濟社會發展注入更多活力。
作者：張潮
中國電子技術標準化研究院
