转自:碳链价值

作者:李健(北京工业大学区块链研究中心主任 );来源:学术前沿2020年3月上

【摘要】区块链技术能够起到促进数据共享、优化业务流程、降低运营成本、提升协同效率、建设可信体系等作用,其应用目前已延伸到数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等多个领域。在公共事业领域,区块链技术具有巨大应用潜力。文章通过梳理区块链发展历程及技术特点,以教育、医疗、公共卫生、文化、电力、政府基本社会保障、交通等公共事业具体领域为例,分析区块链技术如何缓解当前相关领域的困境,介绍区块链技术在这些领域的应用现状以及一些实际案例。但由于区块链技术还未成熟,需适时关注其发展动态,把握发展机遇,谨慎对待在研发与应用中仍然存在的一些风险。

当今世界,国家的科技实力是大国力量的重要体现。作为下一代互联网的关键技术,区块链技术的战略地位举足轻重,其发展能够从国际和国内两个角度塑造国家竞争力,成为综合国力和科技实力的一个象征。因此,区块链技术的研发成为各国的必争之地。不少国家和地区纷纷出台规划和具体措施,推动区块链技术的进一步发展。

区块链的定义

区块链分为公有区块链(公有链),行业区块链(联盟链)和私有区块链(私有链)三类,分别针对不同的现实需要。

区块链(公有链/联盟链/私有链)是由若干个有时间顺序、包含交易信息的区块从后向前有序链接起来的数据结构。由多方(任意节点/预选节点/特定节点)共同维护,使用密码学保证传输和访问安全,能够实现一致存储、难以篡改、防止抵赖的记账技术,也称分布式账本技术。

区块链本质上是分布式总账,基于少数服从多数的原则,采用算法(共识模型)提供一个可信任的环境,确保节点的交换数据过程和交换历史记录不被篡改;节点的数据会同步到经过共识的最新数据;整体节点维护的数据本身客观反映了交换历史。

区块链的起源、发展与技术特点

上个世纪80年代,数字货币开始出现并逐步发展。2008年,《比特币:点对点的电子现金系统》,又称《比特币白皮书》,作者匿名“中本聪”将其发表在密码学网站。中文翻译版最早将原文中的“chain of blocks”译为区块链。至此比特币现世,区块链也开始逐渐走进大家的视野。区块链与比特币关系密切,但起初人们更加关注比特币这一数字货币的发展状况。2013年,人们逐渐意识到比特币在没有中心化运营和管理的情况下运转良好,大家才开始关注支撑比特币系统的关键要素——区块链技术。作为区块链的首例应用,比特币系统的良好发展态势,使专家人士看到作为比特币底层技术和基础架构的区块链的无限可能,或可将其应用到更广阔的空间。

区块链技术可以应用在不同领域。区块链与产业结合的应用模式,克服了原行业的发展劣势,将行业特色与区块链技术优势紧密联系在一起,形成新的特点及行业优势,以崭新的面貌出现并参与到社会行业的发展进程中来。

区块链有以下几个显著特点:去中心化、开放性、自治性、匿名性、信息可溯源、信息不可篡改。以下结合联盟链描述其具体特点:

去中心化。区块链使用分布式核算和存储,不存在中心化的硬件或管理机构,预选节点的权利和义务均等。

开放性。交易各方的私有信息被加密外,行业区块链的数据由预选节点写入,其他节点可以通过公开的接口限定查询区块链数据。

自治性。区块链采用基于协商一致的规范和协议(比如一套公开透明的算法)使得整个系统中的节点能够在去信任的环境中自由安全地交换数据。

匿名性。由于节点之间的交换遵循固定的算法,由算法保证实现,其数据交互是无需信任的(区块链中的程序规则会自行判断活动是否有效)。

信息可追溯。区块链是保存历史交易数据的分布式数据库,通过调动节点的参与积极性,实现多节点无差别记录,从而确保数据的安全性、可靠性和可追溯。其机制就是设定后面一个区块关联前面一个区块的一个哈希值,仅当识别了前面的哈希值才能连接,以此形成一条完整的链。

信息不可篡改。信息一旦经过验证并添加至区块链将会永久存储,因此区块链的数据稳定性极高。

各行业可以依照客观情况,切实结合行业自身发展特点,适当引入区块链技术,克服自身行业当前发展的桎梏与不足,探索基于区块技术下的应用模式,努力为市场注入新鲜活力,为相关行业带来新的发展机会,进而促进科技与社会的进步。

我国对区块链的态度及政策发展

各国政府对区块链发展持不同态度,多数国家重视区块链技术在实体经济中的应用,少数国家对区块链技术及加密货币持“积极拥抱”的态度,部分国家对加密货币明确了监管政策。例如,澳大利亚、韩国、德国、塞浦路斯、阿联酋、马耳他等国家发展区块链产业,并制定了产业总体发展战略;美国、中国、韩国、英国、澳大利亚、法国、瑞士、芬兰等国家陆续制定了区块链监管方面的法规。

我国对区块链技术表现出浓厚兴趣并显现出积极发展的态势。从2008年比特币诞生以来,我国政府就密切关注区块链领域,期间也颁布了相关的政策法规,对区块链的发展起到了相当程度的推动作用。

2019年10月24日,习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习时对区块链作出四点指示:一要把区块链作为核心技术自主创新重要突破口;二要加强区块链标准化研究,提升国际话语权和规则制定权;三要推动区块链和实体经济深度融合;四要把依法治网落实到区块链管理中,推动区块链安全有序发展。

科学技术深刻影响着一个国家的前途命运。区块链作为一项高新技术,对于未来中国保持经济增长和增强国际影响力起着不可估量的作用,从习近平总书记的指示来看,区块链技术已经获得了国家的认可。伴随国家对区块链的高度重视和科学技术技术的迅猛发展,“区块链”将会成为社会的关注焦点,并逐步渗透至生产生活的方方面面。

区块链技术在公共事业领域的应用场景

公共事业是由公共组织的行为主体进行的,面对全民、面向社会以满足社会需求为基本目标,提供特定的公共产品的事业领域的相关行业综合,包含教育、医疗、公共卫生突发事件应急处理、文化、电力、政府基本社会保障、交通、环保等诸多领域。公共事业是城市经济和社会发展的载体,直接关系到社会公共利益,关系到人民群众的生活质量,关系到城市经济和社会的可持续发展。公共事业具有公共性、非营利性、规模性、服务性、整体性、公益性等特点,同时大多公共事业需要跨主体合作,需要各主体之间建立低成本的信任。

区块链技术能够起到促进数据共享、优化业务流程、降低运营成本、提升协同效率、建设可信体系等作用。区块链技术的特点使得其在公共事业领域具有巨大应用潜力。下面我们以教育、医疗、公共卫生突发事件应急处理、文化、电力、政府基本社会保障、交通等公共事业具体领域为例,分析区块技术如何缓解当前相关领域的困境,并介绍区块链技术在这些领域的应用现状以及一些实际案例。

教育领域。近些年,随着素质教育的推广,学生培养不再只看重学生的成绩好坏,而更注重学生优秀习惯、素质和品质的养成。学生素质与成绩的表现形式、评价方式不同,而当前教育系统*****的记录不能满足对学生素质的评估要求,一定程度上依然存在着*****管理难、学生接受的专业教育与应具备的职业能力不协调等问题。*****是学校关于学生的培养、教育、考察情况向学生和社会交出的答卷,是高校基于学生管理至关重要的证明材料。当前,*****大多采用纸质版形式存放,容易造成许多管理上的问题:1)在存放过程中容易发生非人为自然损坏、丢失;2)人为保管无法确保档案的真实性、有效性;3)中心化数据成果和资料容易受到攻击或篡改,无法有效保障学生的档案隐私安全;4)在档案管理过程中,难以最大化利用*****数据信息。

教育系统管理引入区块链技术将会有效改善*****资料不当管理的现象。第一,区块链不可篡改特性能够保证上链的*****信息真实可靠;第二,区块链的信任机制使得*****信息能够得到保护。总的来说,将*****与教育信息(包含学生入学以来学习状况、研究状况、参与项目、学习表现、上课表现等)上链,可验证学生和学校的有关信息,具有较高的可信度,准确记录学生成长历程表现,使学生学习记录、学校管理过程可追溯,实现高效化管理学生系统,全面化评估素质教育,可量化学生成长进度。以区块链技术为基础,构建起学生、高校与社会之间有高度可信的信息体系,降低专业素质与技术能力之间的不匹配度,大力促进学生的成长、社会的进步、国家的发展。

医疗领域。现在的社会是一个高速发展的社会,云时代的来临、科技的发展带来了数据爆炸式增长,2012年后大数据开始走入大众视野,经由大数据运算的结论也更能得到大家的信赖。由于个人的数据信息关系到个人隐私,数据收集成为大数据处理运算的新难点。而医疗领域中患者的个人信息更为私密,隐私保护也更为重要。一旦犯罪分子攻击医疗领域医院数据源,通过不法手段窃取并泄露患者的敏感信息,将会给患者的生活带来巨大影响,严重可能会危及患者生命,同时医院运营也会受到巨大影响。

2006年5月,齐齐哈尔第二制药有限公司生产的亮菌甲素注射液,误将二甘醇当作辅料丙二醇使用;2007年5月,河北省涿州市食品药品监督管理局查获假冒“人用狂犬病疫苗”;2011年8月,药监局发布药品不良反应监测信息,通报上半年药品不良反应2698例……此类医药安全事件的发生,表明我国药品管理机制有待改革。同时医疗行业依然存在医疗信息安全性低、医疗数据难共享、信息易被篡改等诸多问题亟待解决。

区块链技术可保证全程追溯药品的生产、物流、销售、使用及影响,实现了医疗药品,耗材从生产到使用的全过程管理,有效监管医药卫生安全;可对每一次药品流转、医疗耗材、电子病例进行登记,帮助专业医师提高诊断的速度和准确性,促进医疗领域的职能转化与行业发展。医疗行业引入区块链技术后,有效提高患者的敏感信息的私密性;即使在中心数据源损坏的情况下不会对其他节点产生影响,提高了医疗数据的安全性、可靠性。

医疗数据是医疗领域非常宝贵的资源,包括病人身份、过往病史以及医疗支付情况等,但这些都是患者的隐私数据。“区块链电子病例”的使用可以在以下方面起到重要作用:1)缩减医院、医生、病人之间的沟通成本,提升手术治疗及程序调度过程效率,解决数据丢失问题;2)用户利用加密技术和匿名化处理对自己的数据有选择地进行加密或者公开处理,保护了患者的隐私;3)区块链技术可以让医院安全的储存数据——包括医疗文书、病人病历、诊断结果等,与外界医院实现医疗资源信息共享。

公共卫生。在公共事业组织结构当中,问题发生后的反馈顺序是由下到上,问题的解决顺序正好相反,自问题出现到解决方案作用至相关问题层面需要双倍的中间流程传递时间,这种解决问题的形式可能会延误最优的反应时间。区块链技术可保证信息公证上链后,点对点机制直接作用至初始问题节点,高效处理问题;各节点同时对同一事件进行反馈,有利于集思广益、博取众长。在突发性公共卫生事件当中,区块链技术有助于提高事件处理速度,为突发事件应急处理争取反应时间,最大化保障广大人民群众的生命财产安全。

2019年底,湖北武汉地区开始爆发新型冠状病毒肺炎疫情,疫情爆发后,国家宏观管控,各省份接连启动重大公共医疗卫生事件一级响应。之后由爆发疫情引发的一系列问题开始显现:第一,疫情在爆发初期没有得到足够重视延误最佳反应时间,医疗物资、医护人员无法及时满足救治需求,医院收治进程一度陷入混乱;第二,相关部门不作为,社会公众捐助的物资善款无法及时到位,导致出现医院网络求助、民众人心惶惶的局面。

目前,针对防疫物资捐赠过程中存在的信息不对称、不透明和公信力不足等问题,由中国互联网金融协会指导发起,北京大学信息科学技术学院区块链研究中心、博雅正链(北京)科技有限公司开发建设了“博雅医链”战“疫”医疗物资捐赠存证公益平台。平台免费为捐赠与受赠双方提供物资确认、可信存证,信息查询等服务,区块链技术的分布式、防篡改、可溯源等特性提高了平台捐赠信息的透明度与公信力,为社会各界提供了公开透明、可追溯、可反馈的监督途径,这是用区块链技术保证信任的又一力证。

文化领域。互联网、大数据等科学技术的兴起促进了文化产业的数字化进程。互联网为文化和文艺作品提供了多样化的推广平台,提升了作品的传播速度,扩展了作品的影响范围。但在数字文化产业迅猛发展的同时,一些平台和人员在没有经过授权的情况下肆意流转非原创作品,这种侵权行为损害了原创作者的权利和相关利益,扰乱了文化产品发展传播的网络市场秩序。

专利版权确权在一定程度上保护了创作者的经济利益和法律权益,具有重要的现实意义。在专利版权确认过程中,区块链技术保障申请者和专利的具体信息在时间和内容上是加密且不可篡改的。具体表现:1)在专利确权过程中区块链技术能够为作者的相关工作留下合理、可靠、精确的证明,有效限制造假情况的发生;2)作品确权上链后,每次有效下载操作都将被记录,保障创作者的合法收益,同时也可以为版权转让提供便利;3)利用区块链技术来声明所有权,针对任何数字形式类型的艺术作品,发行可编号的限量版作品。

区块链技术在数字文化产品确权中的应用提高了认证的效率,降低了认证的成本,保障了原创作者及作品的合法利益,可扩展应用在专利、合约、遗嘱、学历证明等相关领域。类似地,可推广至公民信息确认领域。可以建立公民信息数据库,沿着生命成长历程将公民的个人信息进行验证上链,确认公民有关权益,在处理社会事件时将简化政府工作流程,提高行政效率。区块链信息数据库可为个人信用系统提供充分而有力的史料支撑,有助于建成完整、合理、有序的信用体系。例如,农民工子女入学需要的一系列证明;国家各银行对于公民的信用评估等。

电力(能源)领域。2019年12月7日,北京市人民政府和国务院发展研究中心主办的“2019全球能源转型高层论坛”在北京举行,此次大会“区块链技术在能源领域的应用”成为一大新话题、新亮点。通过区块链技术,能源交易将向世界各地的所有消费者开放,以加密货币支付作为安全保障,而合同将仅仅是数字——智能合约。所有的交易都被数千个“证人”验证,每笔交易都将以防篡改的方式被永久记录。

以电力系统为例。在交易和供电模模式上:传统的电力能源交易依赖第三方银行机构,交易环节多、流程耗时长、效率低;电力系统供电时需从中心的发电厂输送至个人用户处,中间流程造成电力损耗,交易成本较大。在数据存储方式上:电力系统的所以相关用户信息和交易记录采用中心化存储方式,数据安全系数低;数据库受到攻击时,无法保障数据安全、交易安全和用户隐私。

在区块链模式下,电力生产者,售电部门和消费者三者之间的关系通过“智能合同”约束各方。“区块链+电力”模式中,数据存储方式是分布式管理用户数据信息及相关交易记录,安全共享数据。在交易和供电模式上电力系统各节点相互独立且平等的,分别进行决策,点对点进行能源交易,减少电力损耗,降低资源成本和交易成本。所有交易公开,交易节点可以匿名,保证用户隐私及交易安全。交易数据可溯源,增强了交易各方的相互信任,提升网络安全,促使区块链电力系统生态良性循环发展。

政府基本社会保障。政府部门在运行过程中会出现工作效率低下,不够透明,滋生腐败等现象。区块链技术可以助力政府系统,抑制管理系统中的官僚作风,提高政务透明度及政府运行过程中的效率;确保数据真实性,推动政府数据开放;促进跨部门的数据交换和共享,推进政府治理、公共服务、社会治理、城市管理等领域的发展。

例如,在雄安新区,从建设的每一栋楼、种下的每一棵树到每一位建设者的工资,都有区块链的影子。区块链技术让劳务工人的劳务工资实现了透明拨付。截止至2019年10月,区块链资金管理平台累计为11万人次建设者按时发放工资;推出首例“区块链+订单融资”产品,合作银行成功授信400万元;实现项目工程、租地补偿一键拨付;上链企业约1700多家,管理资金近30亿元。

社会爱心人士会自发组织募捐帮扶活动,以协同宏观政策完善社会救助体系。但目前社会上一些求助信息真假难辨、善款流向不明、捐赠监管体制不够完善,进展状况信息披露不足、信任机制不可靠等现象也时有发生。爱心捐款迟迟无法作用至弱势群体,一面是社会公众慷慨解囊、守望相助献出自己的爱心,一面是善款流程不清、去向不明。这些问题亟需解决,且问题解决速度将决定社会健康发展的程度。

区块链技术“去中心化、可追溯、不可篡改”的特点,可以帮助大家建立信任机制。分布式账户技术保证信息安全可信,追溯过程确保爱心捐款精准到达受捐者手中,让每一份捐赠真实、有据可查,保护隐私的同时增强了互联网公益的可信度、真实度。

2016年7月31日,蚂蚁金服首席技术官程立在2016互联网金融外滩峰会上宣布,蚂蚁金服尝试将区块链应用于公益场景,与中华社会救助基金会合作,在支付宝爱心捐赠平台上线区块链公益筹款项目“听障儿童重获新声”,让很多人第一次明白区块链技术在公益场景中,能发挥何种作用。另外,一些国际援助基金会等慈善机构,现已采用了区块链技术。安全的、透明的分布式账户技术,切实保证公益事业精准、透明、高效作用至需要人群。

交通领域。2019年3月,杭州地铁联合支付宝推出了基于区块链技术的电子发票。乘坐杭州地铁的顾客通过杭州地铁App、支付宝即可一键完成扫码、过闸支付、开票和报销的全流程。整个流程实现无纸化、无人化,更为便捷、环保,减少了高峰期间乘客滞留车站、排队领取发票,影响通行效率等情况。未来,“基于区块链的电子发票系统”将会进一步研究应用于全国公交、出租车、机场大巴等各大交通网络中,让全国人民出行更绿色、更高效。

结语

技术限制。虽然区块链技术正在快速发展,且在公共事业中应用潜力巨大,部分应用已比较成熟,但还有其他应用仍需进一步研发和推进。受时代发展制约和科技的限制,区块链的发展仍有不足之处,如区块技术不够灵活、扩展性不足等。当下应着眼于解决阻碍区块链发展的主要矛盾,寻求新的发展。如区块链系统的加密算法是安全哈希算法,亟须结合现实情况整合当前零知识证明、全同态加密等前沿技术,落实更新符合现实情况的区块链技术;区块链本身的性能问题导致吞吐量和存储带宽的矛盾;比特币区块链网络每秒3~7笔的处理能力无法满足整个金融体系的支付结算需求,应当匹配与之相适应的硬件设施并研究其内在冲突,积极研究并寻找适用的解决方法等。

风险。区块链技术的发展依然面临着一些风险。“去中心化”的特点将会带来一定的监管难题,如果全然没有国家把控方向,一旦失去监管,别有用心之人便可趁虚而入。分布式账本导致数据存储量激增,也是一定程度上的信息冗余,造成严重的资源浪费。“信息不可篡改”,在原生数据出错的情况下,由于其不可更改的特性,使得错误信息无法及时被修改。“信息公开通明”,区块链技术的首要特征是不可逆转,不可捏造,但条件是“私钥安全”。在区块链上,所有信息公开透明,每个节点都有一份完整的数据备份,但数据保密技术完全由私钥决定,私钥一旦泄露或者丢失,将会有不可预知的风险。故而我们在关注区块链良好发展前景的同时,应注意其在发展过程中的不足及可能造成的风险。

宏观建议。区块链是一项具有战略意义的新兴前沿技术,我国应当把握时机,发挥优势、适宜发展、加速发力,抢占技术制高点。我国拥有良好的社会市场秩序,社会与经济发展环境稳定,能为区块链技术的创新研发提供较好的开发环境;巨大的市场潜力也有利于形成规模效应,形成领先优势。在充分发挥优势之余,我国还应当首先建立健全区块链技术研发与应用相关政策与法律体系,明确区块链的技术范围与可接受程度。其次,要培养区块链专业人才,把握好技术与人的关系。要大力发展技术,更要匹配高水准的技术人才。最后,区块链技术应用范围很广,存在与许多行业结合的可能性,但是由于区块链的技术限制,我们应注重强化区块链基础理论研究,提升原始创新能力,努力走在区块链领域的前沿。

在可编程数字化经济崛起的时代,要激发区块链技术的发展潜力,一方面应切实解决当前数据加密技术、存储和吞吐量等技术问题,同时考虑制订整套与之相适应的监管准则和技术标准。区块链技术是一把双刃剑,并非是处理问题的“万能钥匙”,带来机遇的同时会伴随一定的风险和挑战,不能不顾实际情况生搬硬套。除了区块链所依赖的技术,研究者更应该综合关注区块链以外的点和面,注重解决现下的技术难点,克服研究发展瓶颈,扬长避短、趋利避害,促进区块链技术在全社会范围内的可持续发展。

(本文系国家自科基金重点项目“基于网络生态的智慧供应链金融模式研究”的成果,项目编号:71932002;北京工业大学经济与管理学院博士研究生王欢对本文亦有贡献)

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