国外区块链技术融合现状:从基础学科到前沿信息技术

文│中国信息安全测评中心 穆琳

区块链被誉为通向未来的融合技术,集成 创新和融合应用将更加充分释放其真正价值。当前,国外区块链技术与基础学科、前沿信息技术的融合发展初露头角,成为科技创新与产业变革的潜在动力,相关情况值得关注。

一、区块链融合基础学科为科学研究和经济发展提供新思路

作为新一代底层基础技术,区块链与不同学科领域的交叉主要集中在分布式数据存储、信息追踪溯源等外围应用。近年来,国外研究人员在探索区块链交叉融合自然科学、社会科学相关基础学科方面取得一定进展,以区块链生物学、区块链计算科学、区块链经济学为典型代表。

(一)区块链融合生物学、计算科学,为基础研究提供巨大推动力

一直以来,区块链在生物医学领域主要应用于基因测序数据安全存储、临床试验数据防篡改等方面。2020 年,美国研究人员首次将区块链直接用于生物学建模和机制研究,探索癌症和合成生物学问题。一方面,研究人员发现区块链记账过程与癌细胞的生长和复制惊人相似,可利用区块链建模进行癌症谱系发展研究。虽然不同癌症细胞之间存在差异,但它们在记录癌症演变历史信息方面的能力是一致的。因此可建立区块链模型,将每个癌细胞看作区块链的一个节点,新产生一个癌细胞相当于添加一个新区块、向癌症演变历史分类账添加一个更新的癌症状态快照,从而借助区块链加密哈希和工作量证明机制高保真记录癌症演变轨迹和历史信息,进行癌症谱系追踪。另一方面,可利用区块链建立智能合约模型,集成众多基于不同生物布尔逻辑门的生物化学反应、运行复杂的生物合成过程。布尔逻辑门作为一种数字电路的基础逻辑,被广泛应用于生物传感、生物制药和生物燃料等领域,是合成生物学的核心。一个复杂的生物合成过程往往涉及多个不同类型的基于生物布尔逻辑门的生物化学反应,以及与之一一对应的独立验证报告。利用区块链建模可消除第三方确认的过程,借助智能合约对生物合成过程中众多生物化学反应进行全局验证报告,这种简化对研究动态和复杂的生物合成具有重要价值。

针对计算化学、谐波分析、神经科学等领域的计算科学实验可重复性较差的问题,区块链被证实可用于模拟运行能够精确复制的计算科学实验。2020 年,英国研究人员发现,利用区块链模拟相关计算科学实验,通过提供一个有效不变的计算环境记录,包括所使用软件、相关计算步骤的准确完整记录以及用于审查和复制的开放访问,可提高计算科学的可重复性、透明度和可访问性,解决物理仿真中讨论的许多问题。研究人员通过在区块链虚拟机上对一氧化碳分子进行全原子分子动力学模拟,首次实现利用区块链进行计算化学实验。未来,随着区块链容量不断扩大,可模拟实验的复杂性和持续时间将随之升高。

(二)区块链融合经济学推动社会变革,数字货币热度攀升

近年来,区块链融合经济学在促进全球数字化转型和经济发展方面表现出巨大潜力。普华永道研究认为,区块链技术有潜力在未来十年内将全球国内生产总值(GDP)提高 1.76 万亿美元;预计 2025 年将成为一个转折点,届时区块链技术将在全球经济中被大规模采用。在全球数字化发展不可逆的大趋势下,区块链所蕴含的经济学内核不断渗透现有经济和社会体系,带来数字货币、基于智能合约的可信经济以及共享经济新模式等,形成区块链经济这一全新领域。2016 年起,在墨尔本皇家理工大学成立的全球第一个专门研究区块链技术的社会科学研究中心——区块链创新中心(BIH)牵头下,澳大利亚率先进行区块链经济学研究并取得先发优势和领先地位,且近年来持续发力,致力于不断提升该国塑造区块链经济的能力。

值得注意的是,数字货币作为区块链在经济领域最重要的延伸应用,吸引全球超过 70% 的央行关注。2020 年 7 月,欧盟国家立陶宛成为全球首个央行发行数字货币的国家。2020 年 12 月,瑞典在实行电子克朗试点测试半年后,宣布开始研究国家金融系统使用数字货币运行的可行性,或将成为全球首个无现金国家。俄罗斯、卡塔尔等国亦表示正在考虑发行央行数字货币。未来,越来越多的国家加速央行数字货币开发与落地,或伴随带来国际数字货币主导权之争的升温。

二、区块链与前沿信息技术融合催生新应用价值

若将人工智能、物联网、量子技术、隐私计算等前沿信息技术看作推动社会发展的生产力革命,区块链则作为一种生产关系革命,能通过与前者的融合催生出新的应用价值与商业模式。当前,国外区块链与前沿信息技术融合渐入佳境。

(一)区块链与人工智能创新互补,大幅提升数据安全应用价值

区块链与人工智能作为当下最热门的技术,两者的融合发展潜力巨大,并受到越来越多的关注。区块链能解决人工智能数据安全、算法透明度以及应用中的数据可信度问题,人工智能则赋予区块链更加智能的自动化处理和决策能力。一些国外私营企业敏锐抓住区块链人工智能融合发展先机,依托自身技术实力率先布局实践,极大提升了数据安全应用价值。例如,Neureal、Cindicator 等平台利用区块链分布式构架面向公众提供人工智能预测分析服务,扩展数据开放性应用的同时有效保障数据隐私安全;新加坡职场社交网站 Indorse 被誉为“区块链版领英”,通过激励机制、共识机制邀请其他匿名用户或人工智能系统验证求职者信息、为其“背书”,有效提升人才库数据真实性与可用性;美国公司 Blackbird.AI则利用区块链和人工智能技术优势辨别、过滤和验证真假信息,协助国防机构、私营企业维护互联网内容安全等。随着这些国外私营企业在全球范围内不断扩张市场,越来越多的组织机构加入区块链人工智能融合领域。美国市场调查与咨询公司 Marketsand Markets 发布的报告显示,区块链人工智能市场预计将从 2020 年的 2.28 亿美元增长到 2025 年的 7.03亿美元,在预测期内的复合年增长率为 25.3%。

(二)区块链于物联网“对症下药”,全球区块链物联网市场在美国领跑下加速发展

物联网利用数字技术极大地提升了生产效率,但存在集中化构架易引发系统性网络安全问题,数据安全性和可信度无法保障,数据处理成本高、效率低等诸多问题。区块链的分布式计算、共识机制等天然属性能“对症下药”,降低物联网数据计算和存储成本并提升安全性,解决数据源身份确认、数据确权等痛点,使物联网的运转更加高效、安全,更大限度实现其真正价值。信息安全业内普遍认为,物联网将是与区块链擦出最多火花的领域,两者融合是“天作之合”。当前,在 5G、边缘计算等技术的加持下,国外区块链物联网融合部署步伐加快。根据市场调查与咨询公司 Market Research Future、Marketsand Markets、Aftrex Market Research 的研究数据,在全球区块链物联网市场中,北美市场占据最大份额,亚太地区市场增速可观。在英特尔、IBM、亚马逊、微软、 思科等美国科技巨头的领跑下,区块链物联网在供应链和物流、零售、汽车、医疗保健、制造、建筑、能源和公用事业等领域应用广泛落地。预计 2020 年至 2025 年,全球区块链物联网市场将以 40%的复合年增长率增长,其规模将在 2026 年达到 2543.1 亿美元。

(三)区块链通过不同方式融合量子技术,为区块链安全应用带来颠覆性变革

当前,国外区块链与量子技术的融合主要体现在两个方面。一是区块链融合量子加密通信抵御量子霸权。一直以来,量子计算破解区块链现行共识方式和加密算法,是备受人们关注的网络安全威胁之一。研究人员“以其人之道,还治其人之身”,利用量子加密通信赋能区块链,构建出能抵御量子霸权的量子区块链。2017 年,全球首个此类量子区块链系统由俄罗斯国家量子研究中心测试成功。近年来,基于量子密码学的量子区块链被用于研发更加安全可靠的加密货币系统、彩票和拍卖系统等,为区块链在量子时代的安全应用奠定坚实基础。二是利用量子系统替代经典区块链数据结构,极大提升区块链对破解或操纵攻击的敏感性。当经典区块链遭受篡改等攻击时,只有被攻击块之后的块会被破坏。2019 年,新西兰研究人员创新性提出建立基于量子纠缠的全量子区块链,即利用量子网络替代区块链现有经典网络,制造出“量子网络时间机器”效应,攻击者一旦对区块链实施篡改等破解或操纵攻击,区块链即全链被破坏失效,极大提升区块链对攻击的敏感性。随着经典区块链的兴盛和全球量子网络的发展,全量子区块链将逐步从理论研究走入现实。

(四)区块链融合隐私计算共同解决信任问题,磨合发展未来可期

源于区块链数据开放、透明、共享的特点,在区块链上层应用场景中,越来越多的用户对商业隐私保护和操作权限控制等问题提出更高要求。隐私计算作为数据处理和使用领域的前沿发展方向,能在释放数据价值的同时保障数据安全,但难以实现多方平等参与,计算过程和结果也缺乏可验证性。随着区块链技术应用广泛落地,隐私计算产业布局加速,国外开发者对两者互补融合发展的讨论不断升温。一方面,在全球保卫数据隐私之战不断升级的背景下,越来越多的区块链应用面临“隐私中毒”困境,隐私数据无法上链或一旦上链即违反隐私法。对此,国外针对区块链的前沿基础研究逐步加入隐私保护视角,从源头牵引,利用隐私计算保障链上数据隐私安全。另一方面,区块链融合隐私计算能够同时实现隐私性、安全性、可靠性,吸引区块链业界发力,催生出隐私加密货币、比特币的隐私基础设施、隐私智能合约、公链隐私方案、隐私计算公链、现有公链的隐私自我升级、针对现有公链的隐私工具和协议等。虽然区块链与隐私计算的协同应用场景十分广阔,但由于隐私计算技术尚处于持续研发和工程化实现阶段,当前隐私计算的加入使得链上计算成本高、效率低、可扩展性差、协同兼容能力不足等痛点“痛上加痛”,区块链融合隐私计算仍需度过一个磨合期,通过不断演化和改进,才能真正产生社会价值。

三、结语

区块链既是一种新型应用模式,也是孕育其他新型应用的母体,在与基础学科、前沿信息技术的融合中,产生一加一大于二的效果,释放出巨大应用价值和发展潜力。我国应在将区块链正式升级为国家战略的基础上,密切关注和把握区块链融合发展风口,加强相关理论基础研究与技术应用研发,前瞻性布局监管,鼓励融合应用落地,加速构建产业生态,为我国新基建高质量发展注入新活力,为正在转型升级的中国经济带来强劲新引擎。

(本文刊登于《中国信息安全》杂志2021年第3期)

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