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區塊鏈技術(shù)經(jīng)過(guò)12年的發(fā)展，已經(jīng)在數字金融、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、供應鏈管理、數字資產(chǎn)交易等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注和應用嘗試。然而，區塊鏈技術(shù)大規模應用仍面臨計算、存儲負擔過(guò)重、51%算力攻擊等問(wèn)題。先進(jìn)計算技術(shù)作為當今許多具有戰略意義的新興技術(shù)的基礎，能消除制約區塊鏈廣泛應用的技術(shù)瓶頸，給區塊鏈發(fā)展帶來(lái)新的機遇，但同時(shí)也給區塊鏈的安全性帶來(lái)新的挑戰。

區塊鏈發(fā)展面臨的技術(shù)問(wèn)題

區塊鏈面臨存儲和運算瓶頸。區塊鏈技術(shù)要求每個(gè)節點(diǎn)都有一個(gè)完整的賬本，且在交易時(shí)需進(jìn)行全網(wǎng)廣播。區塊鏈上述特點(diǎn)導致隨著(zhù)節點(diǎn)數量的增加，每個(gè)節點(diǎn)存儲的區塊鏈數據體積會(huì )不斷擴大，存儲和計算負擔將越來(lái)越重，區塊鏈未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展面臨多種挑戰。一是節點(diǎn)存儲空間限制。以比特幣區塊鏈為例，2016年賬本數據為80G，2017年達到130G，2018年超過(guò)200G。未來(lái)，電腦等終端節點(diǎn)的存儲空間將無(wú)法滿(mǎn)足區塊鏈賬本數據的存儲，區塊鏈的進(jìn)一步擴展面臨瓶頸。二是運算能力限制。節點(diǎn)計算能力不足影響了區塊鏈系統的性能。從交易驗證時(shí)間看，當前比特幣交易的一次確認時(shí)間大約需要10分鐘，6次確認的情況下，需要等待約1小時(shí)，區塊鏈交易確認時(shí)間離理想的狀態(tài)還有很大距離。從交易效率看，區塊鏈每秒處理筆數的峰值一般小于7，而天貓在“雙十一”時(shí)，交易量就超過(guò)了10萬(wàn)筆。

區塊鏈面臨內生安全問(wèn)題。區塊鏈目前面臨的最大風(fēng)險之一就是51%的算力攻擊。區塊鏈系統中，使用最廣泛和成熟的共識機制是工作量證明（POW）。在POW機制下，如果某個(gè)節點(diǎn)擁有全網(wǎng)51%以上的算力，就能夠支配交易的驗證流程，對整個(gè)區塊鏈形成控制，發(fā)生51%算力攻擊。一方面，比特幣快速發(fā)展帶來(lái)系統算力爆發(fā)式增長(cháng)，面臨51%攻擊的概率極低。2013年，比特幣全網(wǎng)算力已經(jīng)達到世界前500強超級計算機算力之和的20倍。另一方面，部分區塊鏈應用仍面臨51%攻擊的風(fēng)險。2019年曾出現多起51%算力攻擊案件，如，2019年1月5日以太坊遭遇51%算力攻擊，攻擊時(shí)間持續3天，最終損失金額約110萬(wàn)美金。

先進(jìn)計算帶給區塊鏈的機遇與挑戰

當前，面對各行業(yè)的海量數據處理需求，先進(jìn)計算正沿著(zhù)多個(gè)方向持續提升計算性能，帶來(lái)器件運算、存儲能力的大幅提高。超強的計算性能在增強區塊鏈節點(diǎn)存儲和計算能力的同時(shí)，也給區塊鏈的安全帶來(lái)新的隱患。

先進(jìn)計算多路徑提升計算能力破解區塊鏈存儲、運算難題。一方面，產(chǎn)業(yè)界仍在不斷提升縮小芯片制造工藝，提高芯片性能。如，臺積電在2018年4月量產(chǎn)7nm工藝，相比上一代工藝，芯片功耗降低40%，性能提升15%。此外，臺積電已于近日實(shí)現了5nm量產(chǎn)，并計劃在2021年初步實(shí)現3nm工藝量產(chǎn)，芯片性能將得到進(jìn)一步提升。另一方面，通過(guò)特定領(lǐng)域專(zhuān)用架構提升計算能力。如，阿里巴巴下屬芯片公司平頭哥2019年7月推出國內首款全鏈路智能合約處理器，計算效率提升50%以上。先進(jìn)計算帶來(lái)的存儲、運算能力的增加將有效解決因區塊鏈節點(diǎn)快速擴展帶來(lái)的體積過(guò)大，存儲、計算負擔過(guò)重等問(wèn)題。

超強算力導致區塊鏈安全風(fēng)險增加。近年來(lái)，以量子計算為典型代表的非馮諾依曼結構技術(shù)不斷取得新的突破，計算性能得到極大提高。2019年10月，谷歌團隊成功演示“量子霸權”，其研制的一個(gè)包含53個(gè)有效量子比特的處理器“西克莫”，在測試中僅用了約200秒就完成當前全球最好的超級計算機需要約1萬(wàn)年才能完成的計算任務(wù)。當前，已有研究通過(guò)比對枚舉法破解區塊鏈所需要的算力，認為一臺具有4000個(gè)以上量子比特的量子計算機就能瓦解區塊鏈。此外，比特幣和以太坊等傳統區塊鏈，采用了經(jīng)典的公鑰加密技術(shù)來(lái)簽署交易，密碼的安全性也容易受到量子計算的暴力攻擊。

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當前，先進(jìn)計算正通過(guò)多種途徑提升計算性能，這將有效解決區塊鏈面臨的計算和存儲能力不足等問(wèn)題，為區塊鏈快速發(fā)展帶來(lái)新的機遇。但也要看到，算力的大幅提升將使區塊鏈面臨新的安全隱患，51%算力攻擊和傳統加密算法面臨新的威脅。面對先進(jìn)計算給區塊鏈發(fā)展帶來(lái)的機遇，產(chǎn)學(xué)研各界應積極布局，爭取區塊鏈早日大規模應用。同時(shí)，應加強區塊鏈安全前瞻性研究，克服傳統區塊鏈共識機制和加密技術(shù)的不足。

（作者：中國信息通信研究院政策與經(jīng)濟研究所 邢宇龍）