區(qū)塊鏈具有數(shù)據(jù)透明、防篡改、多方可驗證等優(yōu)點，這些優(yōu)點使其具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，目前區(qū)塊鏈技術(shù)還存在以下問題亟待解決：

1.1 可擴展性問題

區(qū)塊鏈的可擴展性是區(qū)塊鏈領(lǐng)域的重要研究問題。以比特幣為例，可以通過增大系統(tǒng)的區(qū)塊大小，或者是縮短出塊時間，來提高系統(tǒng)的吞吐率。然而，這樣的擴展方案是有上限的，其上限受到網(wǎng)絡(luò)延遲等因素的制約[1]。如果通過簡單地提升某一個指標(biāo)以提高區(qū)塊鏈系統(tǒng)的吞吐率，即使是在實驗環(huán)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(tǒng)的可擴展性較差。目前主流的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，能夠做到無限擴展的幾乎沒有[2]。未來要想讓區(qū)塊鏈系統(tǒng)承擔(dān)起大量的交易和去中心化應(yīng)用，就必須在兼顧去中心化、安全性的同時，實現(xiàn)可擴展、高性能的區(qū)塊鏈系統(tǒng)[3]，其關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)區(qū)塊鏈共識機制。區(qū)塊鏈的本質(zhì)特點是在多方協(xié)同環(huán)境中達成共識，現(xiàn)有共識機制在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)節(jié)點下難以滿足高吞吐、低延遲的需求，需要研究創(chuàng)新的區(qū)塊鏈共識機制。

(2)區(qū)塊鏈分片技術(shù)。分片是解決區(qū)塊鏈擴容問題的主要技術(shù)手段，它由傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫延伸而來，包括網(wǎng)絡(luò)分片、交易分片和狀態(tài)分片等。

(3)區(qū)塊鏈跨鏈交易技術(shù)。在多個區(qū)塊鏈項目之間研究跨區(qū)塊鏈交易技術(shù)，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(qū)塊鏈系統(tǒng)間的互通性。

(4)松耦合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。解耦區(qū)塊鏈應(yīng)用場景與底層事務(wù)結(jié)構(gòu)與類型，實現(xiàn)不同應(yīng)用場景下事務(wù)統(tǒng)一高效處理;對區(qū)塊鏈底層默克爾樹進行優(yōu)化，實現(xiàn)系統(tǒng)賬戶、事務(wù)及狀態(tài)的高效組織和更新;改進區(qū)塊鏈組織與存儲結(jié)構(gòu)，方便追溯和高效查詢。

(5)區(qū)塊鏈密碼算法更新。在存在敵手的現(xiàn)實環(huán)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(xiàn)加密與更新的不可區(qū)分性，從而在安全可靠的前提下，達到高效擴展區(qū)塊鏈的目的。

(6)鏈下擴容技術(shù)。區(qū)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(qū)塊鏈的效率，例如狀態(tài)通道、閃電網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。一般而言，這些技術(shù)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(qū)塊鏈的安全性包括系統(tǒng)安全和信息安全兩個方面。區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全問題可能發(fā)生在三個不同的層次：一是網(wǎng)絡(luò)層，即底層點對點網(wǎng)絡(luò)的安全，在公有鏈系統(tǒng)中，通過“女巫攻擊”(即偽造多個節(jié)點與特定節(jié)點通訊的方式)，可以使特定節(jié)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(qū)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(wǎng)絡(luò)區(qū)塊的打包[6]。三是智能合約層，即區(qū)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(dāng)時造成了價值數(shù)千萬美金的加密貨幣損失[7]。區(qū)塊鏈的信息安全的核心是確保系統(tǒng)中用戶的各種隱私得到有效保護。區(qū)塊鏈隱私保護的關(guān)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。現(xiàn)有的公有鏈系統(tǒng)中，隱私問題是一個重要挑戰(zhàn)，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(dǎo)致用戶交易記錄的隱私泄露[8]。為實現(xiàn)區(qū)塊鏈的安全與隱私保護，須攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)密碼算法與安全協(xié)議。密碼算法是區(qū)塊鏈系統(tǒng)的基石，研究點包括滿足區(qū)塊鏈系統(tǒng)需求的密鑰安全存儲與防護技術(shù)、數(shù)字簽名、零知識證明、安全多方計算等。

(2)可信身份協(xié)同管理技術(shù)。區(qū)塊鏈身份協(xié)同管理技術(shù)包括跨區(qū)塊鏈、鏈上鏈下用戶身份的信用評估、認證、檢測及管理機制，通過這些機制來保障交易的安全性。

(3)數(shù)據(jù)隱私保護技術(shù)。包括不同形態(tài)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)隱私保護方法、交易層數(shù)據(jù)隱私保護機制等，確保區(qū)塊鏈節(jié)點數(shù)據(jù)安全的同時保證數(shù)據(jù)便于維護。

(4)用戶身份隱私保護技術(shù)。區(qū)塊鏈用戶的個人數(shù)據(jù)隱私保護機制是區(qū)塊鏈廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵，可避免用戶身份泄露而造成用戶的損失。

1.3 區(qū)塊鏈的監(jiān)管審計問題

由于區(qū)塊鏈上用戶匿名、信息不可篡改，因而如何“審計”鏈上行為和數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)良性發(fā)展是區(qū)塊鏈技術(shù)存在的重要問題。區(qū)塊鏈的監(jiān)管與審計，可以通過分析區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，及時識別用戶行為，并預(yù)警非法行為，如欺詐行為、鏈上數(shù)據(jù)的異常行為等[9,10]。以比特幣為代表的區(qū)塊鏈采用了一種新的隱私模型，即交易細節(jié)全部公開，而用戶匿名。此外，比特幣區(qū)塊鏈系統(tǒng)中包含大量的用戶數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)公開可查，為研究人員對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)進行挖掘分析提供了前所未有的機會。然而，由于用戶匿名和去中心化組織導(dǎo)致系統(tǒng)中用戶行為不可控，且目前區(qū)塊鏈生態(tài)中尚缺乏有效的監(jiān)管，區(qū)塊鏈平臺成為各種網(wǎng)絡(luò)犯罪高發(fā)地[11-13]。因此，做好非法行為的預(yù)警是進一步完善區(qū)塊鏈生態(tài)的必要條件。區(qū)塊鏈的監(jiān)管與審計關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)交易追溯技術(shù)。對區(qū)塊鏈的交易行為進行追溯，針對惡意或異常交易進行溯源和可視化展示，確保交易行為的健康可持續(xù)發(fā)展。

(2)異常交易檢測技術(shù)。針對區(qū)塊鏈上的異常或非法交易行為進行檢測，提供及時預(yù)警，實現(xiàn)區(qū)塊鏈的風(fēng)險控制和安全管理。

(3)非法行為識別技術(shù)。識別區(qū)塊鏈交易欺詐、合約欺詐、賭博詐騙等非法行為，實現(xiàn)實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)惡意用戶或節(jié)點，保障區(qū)塊鏈的安全運行。

(4)用戶身份推測與追蹤技術(shù)。針對具有異?；蚍欠ㄐ袨榈挠脩?，推測其身份并追蹤其軌跡，為打擊網(wǎng)絡(luò)犯罪提供追蹤信息，減少利用區(qū)塊鏈進行違法犯罪的行為。

1.4 區(qū)塊鏈智能合約開發(fā)與保障問題

一般來說，區(qū)塊鏈智能合約的出現(xiàn)標(biāo)志著區(qū)塊鏈2.0時代的到來。憑借著區(qū)塊鏈的去中心化、難以篡改等特性，區(qū)塊鏈智能合約可以被用于承載去中心化的應(yīng)用。然而，當(dāng)前智能合約的發(fā)展面臨許多問題，如缺乏統(tǒng)一的平臺語言、合約可能存在漏洞導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失等[14,15]。因而，高效地開發(fā)安全、可靠的智能合約是促進區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的重要因素[16]，其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)合約一致性證明。保證智能合約與用戶期望的一致性，確保合約按用戶要求準(zhǔn)確執(zhí)行。

(2)合約設(shè)計開發(fā)。在智能合約開發(fā)過程中，優(yōu)化其開發(fā)、編譯及部署運行等問題，設(shè)計高效的智能合約，降低計算消耗，節(jié)省合約資源開銷。

(3)合約漏洞檢測技術(shù)。對智能合約在部署前進行安全漏洞檢測，包括驗證技術(shù)、測試技術(shù)等，防止合約受到惡意攻擊。

(4)合約可靠性保障技術(shù)。提升智能合約軟件代碼的可靠性，保障合約在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中穩(wěn)定運行。

2 發(fā)展趨勢與影響分析

區(qū)塊鏈當(dāng)前處于發(fā)展初期，具有以下發(fā)展趨勢及影響：

(1)打造全新信息化基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)價值互聯(lián)。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)在各個行業(yè)的應(yīng)用落地，區(qū)塊鏈技術(shù)將成為個人與企業(yè)信息上鏈、資產(chǎn)上鏈、交易上鏈、各類服務(wù)上鏈的重要支撐，進而發(fā)展成一種重要的社會信息化基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)基于區(qū)塊鏈的價值互聯(lián)與流轉(zhuǎn)。

(2)打通數(shù)據(jù)孤島，提升社會效率。在大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)成為重要的資產(chǎn)。然而，數(shù)據(jù)孤島問題成為數(shù)據(jù)發(fā)揮價值的攔路虎。區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合分布式機器學(xué)習(xí)、隱私計算等技術(shù)手段，有望成為打通數(shù)據(jù)孤島、實現(xiàn)數(shù)據(jù)在保護用戶隱私前提下進行融合計算的重要支撐工具。數(shù)據(jù)孤島的打通，將極大地釋放數(shù)據(jù)的價值、實現(xiàn)社會效率的提升。

(3)重構(gòu)信任格局，重塑行業(yè)形象。當(dāng)前，在某些領(lǐng)域存在公眾對企業(yè)、行業(yè)信任不足的問題，制約行業(yè)的發(fā)展。區(qū)塊鏈技術(shù)具有方便追溯、不可篡改等特征，結(jié)合其他輔助手段，能夠重構(gòu)社會信任關(guān)系格局，將公眾對企業(yè)的信任轉(zhuǎn)變?yōu)閷φ杀O(jiān)管、群眾可參與的區(qū)塊鏈技術(shù)的信任，重塑行業(yè)形象。

(4)應(yīng)用金融領(lǐng)域，促進科技發(fā)展。區(qū)塊鏈具有的不可篡改和解決信任問題的特點使其擁有在金融領(lǐng)域應(yīng)用的天然優(yōu)勢，可以很好地解決多方協(xié)同的記賬問題，能夠為數(shù)字貨幣和數(shù)字資產(chǎn)提供底層技術(shù)支撐，也能促進金融產(chǎn)品交易、保險、普惠金融、金融監(jiān)管等方向的發(fā)展。

(5)服務(wù)政府部門，提升管理能力。除了在商業(yè)上的應(yīng)用，在政府部門的流程優(yōu)化上，區(qū)塊鏈也擁有較大的應(yīng)用空間。對政府部門來說，安全保障是政務(wù)執(zhí)行和各項工作正常運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)條件，其中包括通信安全、數(shù)據(jù)安全、信息安全等。而區(qū)塊鏈技術(shù)可以對鏈上信息提供溯源依據(jù)，從而確保網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)和信息的可信及可靠。區(qū)塊鏈有望成為推進國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的一項有力抓手。

(6)變革中介行業(yè)，推動新業(yè)態(tài)誕生。部分中介行業(yè)存在的主要原因是打造中心化平臺，利用信息不對稱賺取利潤。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展和民眾對技術(shù)的理解、接受，區(qū)塊鏈技術(shù)憑借去中介化的特點，結(jié)合人工智能等技術(shù)，將首先取代部分低價值中介行業(yè)，進而實現(xiàn)對中介行業(yè)的變革。而圍繞區(qū)塊鏈平臺，將可能誕生新的業(yè)務(wù)場景和服務(wù)模式。

(7)革新法律行業(yè)，更新監(jiān)管模式。區(qū)塊鏈因具有分布式、防篡改、可追溯等特點已被成功應(yīng)用于司法存證，隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展和行業(yè)應(yīng)用的推廣，未來法律行業(yè)將面臨全新的證據(jù)形式，圍繞區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的法律服務(wù)將成為法律行業(yè)的重要組成部分。此外，隨著鏈上數(shù)據(jù)的積累，基于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的各類監(jiān)管、取證將成為未來國家監(jiān)管的重要一環(huán)?，F(xiàn)有監(jiān)管體系結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)將誕生全新監(jiān)管模式，促進社會進步。發(fā)展基于區(qū)塊鏈技術(shù)的監(jiān)管手段，創(chuàng)新監(jiān)管模式將成為重要研究課題。