区块链关键技术与应用

中国计算机学会

摘要—本期专题从理论基础、关键技术研究、产业应用等多方面对区块链技术进行探讨，介绍了目前区块链一些关键技术领域的最新研究现状，对区块链性能的扩展和测量方法提供了多角度的解决思路，同时介绍了如何利用区块链技术解决产业发展中的痛点问题。

   

特邀编辑：
陈 晶（武汉大学）
孙 毅（中国科学院计算技术研究所）
关键词 ：区块链 去中心化 安全可信

背景

       区块链技术作为一种去中心化、安全可信的分布式账本技术，近年来备受关注并在多个领域掀起了革命性的变革。相较于传统的中心化数据库系统，区块链中的每个节点都包含完整的账本副本，对账本的任何修改都需要网络中多数节点的共识。区块链独特的设计理念和共识算法保证了数据的安全性和不可篡改性，使传统中心化机构的中间环节得以削减，降低了交易成本，提高了交易效率。近年来，随着区块链技术的不断发展和创新，其在各个领域的应用也愈加广泛。例如，金融领域的瑞波（Ripple）区块链提供了一种更便捷、低成本的跨境支付解决方案，实现了实时清算和结算，大大提升了跨境支付的效率和便利性。在供应链管理和零售领域，知名零售巨头沃尔玛（Walmart）利用区块链技术实现了对食品供应链的溯源管理，可以追溯食品从产地到销售端的全过程，确保食品安全。

       在国内，区块链技术也得到了广泛关注和积极探索。众多高校、科研院所纷纷投入到区块链技术的研究和应用中，涌现出一大批优秀的科研人员和创业团队。同时，国内的科技公司也在积极推动区块链技术在各个领域的落地应用，例如蚂蚁金服、腾讯、趣链科技、北京微芯研究院等，它们在技术创新、行业应用和生态建设方面发挥着重要作用，推动着中国区块链产业的快速发展。从金融到物流，从工业制造到智慧城市，区块链技术正在为中国的数字化转型提供强大的支撑和推动力。

        尽管区块链技术在诸多领域已经取得了显著成就，但与传统的中心化系统相比，区块链技术仍面临诸多挑战，如性能扩展、隐私保护、产业落地等。因此，有必要对区块链技术进行深入的探讨和研究，全面梳理、分析和总结其在各个领域的应用现状、面临的挑战以及未来的发展方向，为推动区块链技术的创新与应用提供理论支持和实践指导。

文章导读

        如何应对区块链在性能、可信交互、产业落地等方面面临的日益凸显的挑战，对于推动其在金融、供应链管理、智能合约等领域的更广泛应用，助力数字经济的健康发展至关重要。本期专题邀请了五个团队的专家学者撰稿，结合各自研究领域，分享他们关于区块链关键技术与产业应用方面的研究经验与体会，内容涉及跨链技术的基础理论与创新方法、链上链下可信交互的关键技术体系、图式区块链的存储新模式、区块链通用性能测量框架，以及利用区块链解决产业发展中痛点问题的应用示范。

       区块链应用场景的多样化和各类区块链系统的涌现，带来了数据孤岛问题。跨链技术能够实现不同区块链间的互通和互操作。天津大学教授刘秀龙等人撰写的文章《跨链系统的定义、技术与应用》对区块链跨链技术进行了重新定义，探讨了跨链系统架构和协议的深层次结构，并在信创测试和数据流通等方面提出了创新技术，不仅有效克服了现有区块链系统的跨链交互性能瓶颈问题，还推动了区块链技术在更广泛领域的应用。

       链上链下可信交互是指在区块链系统内外，以及不同区块链之间实现安全可靠的信息传递和交换。可信交互的实现意味着不同数据源、不同网络之间的数据交互具有高度的可信度和安全性。清华大学北京信息科学与技术国家研究中心研究员尹浩等人的文章《区块链链上链下可信交互关键技术研究》从区块链链上链下可信交互的概念出发，指出了链上链下可信交互面临的技术难点与科学问题，从通用体系结构、可信性评估、可靠网络通信与隐私保护四个方面介绍了支撑链上链下可信交互的关键技术体系，并展望了链上链下可信交互技术在能源、医疗等多个行业的应用前景。

       图式区块链存储是一种近年来新兴的区块链数据存储结构，旨在解决传统链式区块链存储结构中存在的可扩展性和性能瓶颈问题。华中科技大学教授肖江等人撰写的文章《图式区块链存储可扩展性浅谈》介绍了图式区块链的存储新模式，结合国内外研究现状，指出图式区块链的存储可扩展性是制约其发展的关键科学问题，并介绍了一种可扩展的图式区块链存储系统。

       随着区块链应用场景的不断拓展以及复杂化，可靠、高效、持续的性能评估成为一个关键问题。北京航空航天大学教授朱皞罡等人撰写的文章《通用松耦合区块链性能测量框架与区块链“性能结构”》介绍了一种通用松耦合区块链性能测量框架，将性能度量实现为开放、可扩展的测量函数库，并对指标间的准因果关系图进行了建模，旨在解决现有性能测试工具的局限性和复杂性问题。

        在全球碳达峰碳中和的背景下，碳数据成为企业的一种新型数据资产，然而在碳数据的采集、处理和利用、交易等生命周期的各阶段仍面临诸多挑战。区块链技术因其去中心化、不可篡改的特性，被视为可能解决碳数据可信管理难题的利器。中国信息通信研究院云计算与大数据研究所工程师程阳等人撰写的文章《区块链在碳数据管理中的应用与探索》分析了碳数据可信管理面临的挑战，介绍了区块链在碳数据管理中的应用模型和基于区块链的碳管理平台体系架构设计，并根据当前区块链技术在碳管理应用中的不足对未来区块链发展趋势进行了展望。

总结

        本期专题邀请五个专家学者团队从各自研究领域出发，围绕基础理论、算法框架、产业应用等角度对区块链的关键技术研究以及应用给出了专业的阐释，提出了一系列创新设计与解决方案，并对区块链技术和产业的未来发展进行了展望。希望本期专题能够给区块链相关领域的同行提供研究思路，启发灵感，共同推进区块链产业生态的健康发展。　■

（本期专题责任编委：陈 晶 李 涛）

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