區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)過12年的發(fā)展，已經(jīng)在數(shù)字金融、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、供應(yīng)鏈管理、數(shù)字資產(chǎn)交易等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用嘗試。然而，區(qū)塊鏈技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用仍面臨計算、存儲負擔(dān)過重、51%算力攻擊等問題。先進計算技術(shù)作為當(dāng)今許多具有戰(zhàn)略意義的新興技術(shù)的基礎(chǔ)，能消除制約區(qū)塊鏈廣泛應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，給區(qū)塊鏈發(fā)展帶來新的機遇，但同時也給區(qū)塊鏈的安全性帶來新的挑戰(zhàn)。

區(qū)塊鏈發(fā)展面臨的技術(shù)問題

區(qū)塊鏈面臨存儲和運算瓶頸。區(qū)塊鏈技術(shù)要求每個節(jié)點都有一個完整的賬本，且在交易時需進行全網(wǎng)廣播。區(qū)塊鏈上述特點導(dǎo)致隨著節(jié)點數(shù)量的增加，每個節(jié)點存儲的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)體積會不斷擴大，存儲和計算負擔(dān)將越來越重，區(qū)塊鏈未來進一步發(fā)展面臨多種挑戰(zhàn)。一是節(jié)點存儲空間限制。以比特幣區(qū)塊鏈為例，2016年賬本數(shù)據(jù)為80G，2017年達到130G，2018年超過200G。未來，電腦等終端節(jié)點的存儲空間將無法滿足區(qū)塊鏈賬本數(shù)據(jù)的存儲，區(qū)塊鏈的進一步擴展面臨瓶頸。二是運算能力限制。節(jié)點計算能力不足影響了區(qū)塊鏈系統(tǒng)的性能。從交易驗證時間看，當(dāng)前比特幣交易的一次確認時間大約需要10分鐘，6次確認的情況下，需要等待約1小時，區(qū)塊鏈交易確認時間離理想的狀態(tài)還有很大距離。從交易效率看，區(qū)塊鏈每秒處理筆數(shù)的峰值一般小于7，而天貓在“雙十一”時，交易量就超過了10萬筆。

區(qū)塊鏈面臨內(nèi)生安全問題。區(qū)塊鏈目前面臨的最大風(fēng)險之一就是51%的算力攻擊。區(qū)塊鏈系統(tǒng)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，如果某個節(jié)點擁有全網(wǎng)51%以上的算力，就能夠支配交易的驗證流程，對整個區(qū)塊鏈形成控制，發(fā)生51%算力攻擊。一方面，比特幣快速發(fā)展帶來系統(tǒng)算力爆發(fā)式增長，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(qū)塊鏈應(yīng)用仍面臨51%攻擊的風(fēng)險。2019年曾出現(xiàn)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，攻擊時間持續(xù)3天，最終損失金額約110萬美金。

先進計算帶給區(qū)塊鏈的機遇與挑戰(zhàn)

當(dāng)前，面對各行業(yè)的海量數(shù)據(jù)處理需求，先進計算正沿著多個方向持續(xù)提升計算性能，帶來器件運算、存儲能力的大幅提高。超強的計算性能在增強區(qū)塊鏈節(jié)點存儲和計算能力的同時，也給區(qū)塊鏈的安全帶來新的隱患。

先進計算多路徑提升計算能力破解區(qū)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，臺積電已于近日實現(xiàn)了5nm量產(chǎn)，并計劃在2021年初步實現(xiàn)3nm工藝量產(chǎn)，芯片性能將得到進一步提升。另一方面，通過特定領(lǐng)域?qū)Ｓ眉軜?gòu)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(nèi)首款全鏈路智能合約處理器，計算效率提升50%以上。先進計算帶來的存儲、運算能力的增加將有效解決因區(qū)塊鏈節(jié)點快速擴展帶來的體積過大，存儲、計算負擔(dān)過重等問題。

超強算力導(dǎo)致區(qū)塊鏈安全風(fēng)險增加。近年來，以量子計算為典型代表的非馮諾依曼結(jié)構(gòu)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(quán)”，其研制的一個包含53個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(dāng)前全球最好的超級計算機需要約1萬年才能完成的計算任務(wù)。當(dāng)前，已有研究通過比對枚舉法破解區(qū)塊鏈所需要的算力，認為一臺具有4000個以上量子比特的量子計算機就能瓦解區(qū)塊鏈。此外，比特幣和以太坊等傳統(tǒng)區(qū)塊鏈，采用了經(jīng)典的公鑰加密技術(shù)來簽署交易，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(dāng)前，先進計算正通過多種途徑提升計算性能，這將有效解決區(qū)塊鏈面臨的計算和存儲能力不足等問題，為區(qū)塊鏈快速發(fā)展帶來新的機遇。但也要看到，算力的大幅提升將使區(qū)塊鏈面臨新的安全隱患，51%算力攻擊和傳統(tǒng)加密算法面臨新的威脅。面對先進計算給區(qū)塊鏈發(fā)展帶來的機遇，產(chǎn)學(xué)研各界應(yīng)積極布局，爭取區(qū)塊鏈早日大規(guī)模應(yīng)用。同時，應(yīng)加強區(qū)塊鏈安全前瞻性研究，克服傳統(tǒng)區(qū)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）