随着政府部门、金融机构、科技企业和资本市场的不断投入， 加速了区块链技术在实际应用中的落地，同时加剧了区块链技术 需要突破的技术瓶颈，具体表现在以下几个研究方向： 

1.共识算法与性能

共识算法是区块链系统中最为关键的模块，主要用于确保分布式系统中消息的一致性，其核心指标包括可扩展性、安全性以 及去中心化。其中，可扩展性，通常是指系统收敛速度，也既系 统达到一致性或者“稳态”的速度；安全性，能有效防止数据伪 造的可能，且系统永久性处在协议抽象理论模型的安全边界内；去中心化，是指整个系统是分散的，参与节点数目越多越好。如 何构建可扩展性好、安全性高且满足足够去中心化的区块链系统， 一直是学术界尝试突破解决的问题。这也是人们常说的区块链系 统“不可能三角”问题。

目前已有的主流区块链系统中常用的共识算法包括有工作量 证明 POW、权益证明 POS 以及拜占庭共识算法 BFT 等。其中，比特 币使用基于 SHA-256 及最长链技术构建工作量证明算法 POW，出块 的时间平均为 10 分钟，处理交易的速度每秒钟约 7~13 笔，跟现 实的交易系统相比，相差甚远；针对比特币扩展性不足的问题， 以太坊改进了比特币共识算法，采用叔块的技术代理最长链，同 时改进了 hash 算法，将出块的时间缩短到了 15 秒左右，大幅度的提升链的扩展性。针对采用工作量证明算法存在计算量大、资 源浪费的问题，研究者们尝试利用其他一些新颖的技术来提升区 块链的系统的扩展性，最有代表性的共识算法是基于权益的共识 算法 POS，该方法采用类似股权证明的方式，来计算具备出块的节 点资格，该方法可以大幅度提升链的扩展性。这一类链以 EOS 为 代表，在交易处理速度上，相比采用工作量证明算法的链，性能 提升了上百倍。除此之外，大量新型的算法也被应用到区块链系 统中，例如基于有向无环图技术的共识算法，基于拜占庭容错的 共识算法、基于 HashGraph 图算法的共识算法等。

2.安全增强技术 

区块链系统是一个非常复杂的系统，各个层都可能遭受攻击 的风险，需要从账本数据、密码算法、网络通信、智能合约、应 用等各个方面采用技术措施保障区块链链上数据安全。在账本数 据方面，特别针对出块节点较为集中的区块链系统，例如 Neo，EOS 等公链，为了满足账本数据的一致性和可用性，需要采用数据纠 删码技术、数据容灾备份等技术手段确保数据安全。在密码算法 方面，大部分公链系统采用的加密算法存在不可预知的漏洞风险， 需要采用经过安全验证的国密算法进行替代，确保核心加密算法 安全；在智能合约监测方面，合约的代码逻辑、运行环境以及区 块链系统本身存在的机制问题，都需要在合约设计过程中加以考 虑，例如采用安全编程架构，聘请专业安全团队进行代码审计等等，确保代码逻辑和业务层面的安全；在应用层，交易所、数字 货币钱包是区块链系统连接用户的通道，也是安全风险重灾区， 需要防止代码运行过程中被篡改，个人安全数据被窥视等用户数 字资产部丢失的问题，利用移动端硬件安全特性对应用进行加密 是一个好的办法，例如基于 Arm 的 TrustZone 硬件隔离技术、基 于 Intel 的 SGX 硬件隔离技术等，都能有效确保应用在可信的环 境中执行。

3.跨链技术 

基于区块链系统面临的“不可能三角”问题，人们尝试着考 虑采用水平扩展的方式增加区块链系统的扩展性，那就是跨链技 术。通过设计多条满足不同应用场景的区块链系统，然后利用跨 链技术实现链与链之间的价值自由流动，带来更大程度上的链间 协同工作。目前已有的跨链技术包括：公证人机制、侧链/中继及 哈希锁定等技术。其中，公证人机制，选择可信的第三方节点作 为证明人，实现多条区块链系统之间的价值互换，以瑞波的 Interledger 协议为代表；侧链/中继技术，利用智能合约技术将 两条公链锚定起来，实现两条公链之间的价值互换，该技术以 BTC Relay 为代表；哈希锁定技术，主要用于解决比特币系统可扩展性 不足的问题，基于哈希锁定技术，构建闪电网络基础设施，为链 上比特币支付提供了一个可扩展的微支付通道网络，极大提升了 比特币网络链外的交易处理能力.

4.隐私保护技术 

随着区块链技术的普及，人们发现公开透明的特性虽然可以 确保公平公正，但有可能泄露用户隐私的风险。例如，比特币交 易链式的数据结构，能轻而易举知道资金流的流向，利用大数据 分析技术，可以实现交易者身份和现实身份的有效关联，从而获 取用户隐私。因此，面向区块链系统的数据隐私保护技术也是学 术界重点研究的领域之一。针对数据隐私方面，出现了以达世、 门罗及 Zcash 为代表不同技术路径的公链系统。其中，达世采用 数据混淆算法，将交易拆分成众多个小的交易，再利用主节点系 统进行混币，达到交易不可追踪的目的。门罗利用环签名和混淆 地址技术达到保护数据隐私的目的，具体原理是，在交易发生时， 系统会同时伪造多个交易有效的隐藏交易者的数据信息，同时利 用混淆地址技术隐藏发送者地址信息。相比达世公链系统，门罗 具有更强的隐私保护能力。以上两种公链系统，仍有可能通过技 术手段获取详细的交易信息。为此，研究者利用零知识证明算法 设计了 Zcash 公链系统，该系统分别设计两类地址，一类用于常 规交易，一类用于隐私保护交易，有效的兼顾效率和隐私两个方面。

5.自主身份管理技术 

区块链使自主身份（Self-sovereign Identity）成为可能。它本身可以作为去中心化公钥基础设施（PKI）来使得公钥体更有用和更安全。区块链可被视为去中心化的证书颁发机构，将身份 维护映射到公钥。智能合约还可以增加复杂的逻辑，实现撤销和 恢复，减轻终端用户的密钥管理负担。这些技术将身份的所有权 从集中式服务推向个体之间端到端服务，并使身份本身可控。这 被称为自主身份。这种方法分散了数据和计算，并将其推向了每 个个体，对于黑客来说经济上的价值较低，因为需要大量的努力 才能一个接一个地攻击许多个人身份。在联盟链中，需要对不同 节点分配不同的权限，并满足一定的可监管性，为此，需要构建 安全高效的身份认证与权限管理机制。可采用基于生物特征识别 技术的认证机制，或是高效的、生物特征与密码技术有机结合的 认证方案；也可采用高效实用的基于身份/属性的密码方案，实现 对节点/用户的细粒度访问控制/权限管理。

6.智能合约与自组织商业模式 

智能合约具有透明可信、自动执行、强制履约的优点。它一 旦被部署到区块链上，程序的代码和数据就是公开透明的，无法 被篡改，并且一定会按照预先定义的逻辑去执行，产生预期中的 结果，且契约的执行情况将被记录下来。应该说，区块链技术与 其商业应用是相辅相成、相互促进的关系。建立在智能合约的自 组织商业应用，有助于提升区块链技术的价值，使加密经济模式 的适用范围和领域不断扩大。虽然从技术角度看，智能合约只是 一段编码，但它实质上承载了许多商业逻辑，甚至一个智能合约就代表一个商业模式，具有无限的想象空间。而反过来，自组织 商业模式的实现，也需要智能合约的精巧设计，同时还需要性能 提升、安全增强、隐私保护等配套相关技术安排。换言之，这既 是一个商业模型的创造，又是一个技术系统的设计。智能合约的 安全性至关重要。由于智能合约的开放性，其代码和内容均可通 过公开方法获得，在很大程度上可以让黑客进行合约分析并针对 弱点进行攻击；一旦攻击成功，将造成重大损失。所以，迫切需 要完善的智能合约检测技术，在合约上链之前进行检测，定位并 排除漏洞。当前已经出现了不少智能合约检测工具或在线检测站 点，但这些检测仍基于经验总结，对于未知合约漏洞则无能为力。形式化验证方法是一个可能的解决思路，通过建立恰当的模型， 精确判断程序是否能按照开发者的预期运行。但对于智能合约的 形式化验证，难度较大，目前还没有找到合适的解决方案，需要 进一步深入研究。在智能合约的应用方面，一方面需要从法律层 面明确智能合约的可执行性；另一方面，由于智能合约具备天然 的确定性，不具有普通合同的灵活性和可选择性，因此在特定场 景中，需要建立允许代码暂停或终止执行的干预机制。

7.面对量子计算机的挑战 

量子计算对区块链以及加密货币的直接威胁，主要表现在巨 量算力攻击和密码学体系两个方面。不同设计理念的量子计算机， 在计算速度上能带来质的变换，例如，一台操纵 50 个微观粒子的量子计算机，对特定问题的处理能力可超过目前最快的“神威·太 湖之光”超级计算机。强大的计算能力，让量子计算机可以轻松 破解目前多数区块链项目使用的椭圆曲线加密算法，从而通过逆 向工程从公钥推算出用户的私钥。私钥被破解，也就意味着我们 拥有的加密资产将面临到随时被盗的危险。因此，需要研究抗量 子计算机加密算法，例如基于格的加密机制，利用多维空间“最 短向量问题”构建密码学基础等，有效抵御量子攻击。8.与其他科技的融合 常说的云计算、大数据、人工智能、区块链技术等，实质上 均是“算法+数据”的体现，无非侧重点各有不同。既然本质相通， 那么相互之间的融合就是必然了。例如，在资产证券化的场景中， 需要对多个业务系统的信息进行持续的披露，同时还需要实现大 规模分布式文件存储。

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