CCBN2021 | 蔡亮教授:区块链关键技术与监管

2021年5月27日下午,全国区块链和分布式记账技术标准化技术委员会副秘书长、浙江大学区块链研究中心常务副主任蔡亮教授在北京国际会议中心举办的第二十八届中国国际广播电视信息网络展览会(CCBN)上做了题为《区块链关键技术与监管》的主题报告。

CCBN2021 | 蔡亮教授:区块链关键技术与监管-DVBCN

CCBN2021 | 蔡亮教授:区块链关键技术与监管-DVBCN

以下为演讲全文:

尊敬的各位领导、各位专家:

感谢大家给我这个机会,我代表浙江大学的区块链研究团队给各位汇报一下我们在区块链领域的一些思考。

大家知道,区块链已经成为世界主要发达国家的国家战略,美国、德国、澳大利亚纷纷出台了国家级的区块链顶层规划,特别是美国在去年已经把区块链列入国家关键技术清单。这就意味着在这个核心技术领域,最先进的技术是不会出口给我们的,剩下给我们的只有一条路,我们一定要下定决心,撸袖子加油自己干。与此同时,我们国家对区块链是高度重视。2019年10月份,中央政治局对区块链展开了专门的主题学习,当时我们区块链研究中心的主任陈院士做了讲解和汇报。去年4月份,国家发改委正式把区块链列入新基建的范围。今年3月份正式发布的国家“十四五”规划里面明确提出了要以联盟链作为重点,发展区块链的服务平台和金融科技、供应链管理、政务服务等等应用方案,完善监管机制。下面我想围绕“十四五”规划里面有关区块链的两个重点领域,联盟链和监管展开一些汇报。

首先我想简单汇报一下联盟区块链的关键技术及其发展趋势是什么。

一是要突破区块链网络协同的关键技术,实现复杂网络环境下信息仍然能协同高效传输。二是探索新型的共识机制,构建动态的、自调整的,具有鲁棒性、高效性及安全性要求的区块链共识的体制机制。三是突破区块链安全的关键技术,提升区块链系统的安全分析和自身的态势感知能力。四是研究隐私保护关键技术,支持区块链网络的复杂密态环境下的计算任务,构建分布式、可证安全性的可信协同环境。五是研究区块链新型存储技术,打造高效、高可用的区块链存储基础设施。最后还要突破跨链互联技术与架构关键技术,构建一个全方位、高安全、自适应的跨链体系。

我们认为海量的终端设备、复杂网络环境、异构的平台互联会是今后相当一段时间区块链技术主流的发展趋势。这里面要解决很多关键技术,包括软硬件的一体化技术,点对点的分布式应用的技术,特殊和高效的开发技术,区块链不同类型的异构节点之间的混合部署和互联的模型,包括区块链自身的安全态势感知和密态数据的可信计算技术等等。

但是比较重要的是,近一年以来,全球的区块链技术出现了很重要的转变,就是从基于传统的计算平台来构建区块链转变成为区块链来研发合适的底层支撑技术。我们知道早期的区块链以能用作为标准,当时的技术思想就是搭积木,把现有的CPU、服务器、互联网和数据库管理系统搭建成一个可以用的区块链系统。但是现在我们的要求提高了,我们的要求是好用,开始深入思考区块链这样的系统,到底需要什么样的底层计算平台,需要什么样的存储,需要什么样的网络。

举一个例子来讲,互联网真的最适合区块链了。大家知道今天大家用的区块链都是基于互联网的技术,但是我认为从本质角度,互联网不一定很适合。区块链是大量节点之间需要相互同步的技术,就意味着任何一个节点发出的消息,都要一个一个发给所有的节点,等待他的回复。这个效率是很低的,真正广域网的互联网是没有真正的广播机制。比如说在我们国家的先进制造、航空航天,乃至国防军工的领域,根本就没有互联网。难道你为了上一套区块链,还要先上一套互联网?是不是有完全适用于区块链的新型的网络技术,能够直接在数据链路层,甚至在物理广播的支撑下来开展区块链高效的共识呢?这其实是完全有可能的。

我再举一个例子:存储。大家都知道是区块链一个非常非常大的弱项。因为传统的中心化系统只要存一份,那么区块链系统每一个节点都要存一份。这个存储量是巨大的,尤其是在广电领域。我们知道像字节系的视频,每天新增的内容量超过了1亿条。如此庞大的内容,就算是只存数据指纹和数据的描述,上链的数据量也是无比庞大。而传统的区块链是怎么解决存储呢?就是用一个数据库管理系统来管理,但是实际上数据库是非常重的技术,我们为什么需要数据库?就是因为进来的数据格式五花八门,将来我怎么样利用它呢?我也不知道,所以我得搞一个非常全功能的、通用的数据库放在这儿。它也导致了存储的效率非常低,存储的成本很高。但是区块链是什么样的数据系统?它的数据是非常规整的,就是一个标准的方块,再套一个方块,再套一个方块,而且区块链当中的每一个数据,交易的次序都是排好了次序才放进去的,对于这样一个标准的数据格式,这么有次序的存储系统,我们真的有必要用一个如此重的数据库来管理他吗?其实是没有必要的。我们就专门为区块链的数据存储设置了专用的存储引擎,从右边的测试曲线就能看到,它的读取的速度比传统数据库的视线提高了14倍,写入速度比传统数据库的速度提高了8倍,随着数据量的增长,倍数还会不断拓展。这就说明,如果我们愿意为区块链设计全新的计算引擎、网络引擎和存储引擎,区块链的性能还有很大的提升空间,从而可能焕发出全新的生命力。

另外,应对链上海量数据处理,还有一个很重要的技术,就是冷热数据的分离。大家知道,传统的区块链上所有的数据是只增不减的,随着时间的增长,链上存储的数据越来越大,存储和计算的代价,包括查询的效率都会变得非常差。有没有办法进行数据的冷热分离呢?在区块链上,这是挺麻烦的技术,因为有这么多节点,必须让所有的节点同步知道,0-100个区块已经是冷数据了,绝对不能出现有些节点认为0-50是冷数据,另外一些节点认为从0-100才是冷数据。而且在你查询的时候,有可能会出现,有一部分节点他的冷热数据的归档已经完成了,而还有一些节点正在归档过程中,所以这里面需要解决很多关键技术的问题。

我们把相关的技术在全国公积金互联这个案例系统中做了一些实验,这是目前中国最大的联盟链,491个城市的公积金中心都连在这个链上,年均3.6T的数据要上链,我们知道传统的上链方式,会用昂贵的企业级的SSD硬盘做链上的存储,如果这个存储不能有效冷热分离的话,随着时间的增长,成本是非常非常可怕的。我们采用定期的归档策略以后,可以稳定的把链上数据控制在1T左右的规模,把大量的冷的链的数据保存在廉价的普通硬盘里面,可以大大降低系统的存储成本。另外,通过我们研发一款专用的调度引擎,提高冷热数据综合的访问效率。

另外,我们发现区块链在近些年,特别是总书记做出重要指示以后,已经慢慢从金融领域越来越关系国计民生的工业制造、航空航天、国防,包括广电领域。在这些特殊的领域开始应用区块链以后,我们发现很多创新的技术的关键问题涌现出来了,比如说海量设备的接入问题。我前面说过,普通行业用的区块链,最多也就是491个节点,但是一旦区块链用到工业制造,产品溯源、物流,包括广电的融媒体领域,会看到这个节点的数量可能是几万个,十几万个,几百万个,普通的区块链技术都挂了。这个时候要研究适配海量设备接入的分层的区块链技术,包括复杂网络结构下的共识机制,普通的区块链技术,我们要求的是点对点的全连接通信,但是在一些很重要的场合,我们的工业生产,我们的政务领域,不能够使得这个网络全部是连通的,我们要研究不是全联通的网络上,包括网络比较弱的情况下,我们国家大力在建的天地一体化网络情况下,怎样照样进行区块链的共识。

三是还要研究跟很多传统网络安全技术的融合,共存的问题。我前面也说过,区块链最好是全连通的,但是在政务服务里面,相信在广电系统很多要害的网络中,存在大量的防火墙,甚至是网闸这样的安全保护设备。怎样使得这种传统网络的阻断性设备跟区块链要求互联的技术能够相互融通发展也是一个很重要的要研究的问题。

还有一个是超低时延,我们知道天下武功,唯快不破,在高铁控制,航空航天,国防军工的领域,我们追求的是能不能提高他的交易数,现在普通的民用区块链技术,在最好的局域网条件下,只有四个节点的情况下,差不多要300毫秒以上才能完成一笔交易。但是在要害的领域,显然速度太慢,我们能不能把三百降成两百,降成一百,降成五十毫秒,这是很硬的科技。

最后还要研究共识保障机制,今天大家在商业领域看到的区块链技术,全部叫最佳努力性,什么意思呢?我接到一个命令,用CPUU最快的速度算算完扔给网络,网络接到以后,用他最快的速度传出去,但是500个节点构成的网络,到底这笔交易什么时候完成,谁都不知道。但是很多要害的控制系统,我们要求的不是这个,我们要求的是叫保障性,我要求你500毫秒一定要给我完成,哪怕没有全节点完成,也必须跳出来告诉我,500毫秒之内,我完成了百分之多少的共识,这种全新的技术,未来还有很大的发展和应用的空间。

比如说面对超大规模组网下的高效共识问题,我们就发明了一种NoxBFT的算法,可以把网络的复杂度从平方和立方的复杂度下降到线性的复杂度。另外,通过流水线作业,聚合签名、动态扩展等等技术,我们就可以使得整个系统在超大规模节点组网下得到效率的很大提高。从右边的曲线能够看出,这个提高的效果是非常明显的,而且随着节点数的扩张,尤其是超过1000个节点以上普通的区块链技术完全是不能开展工作的,在这种新的组网算法下,能够很好地平滑地应对超大规模的节点。从这个案例可以看出,如果我们愿意为一些特定的场景深入地研究区块链的底层技术的突破,我们就很好地能解决这些特殊场景的上链难的问题,从而使得区块链在这个场景下的应用,能够覆盖面更广。

我们把相关的研究做成了100%国产自主可控的底层技术平台,叫趣链区块链平台,是高安全、高性能,可以协作的大规模的联盟链的平台。这个平台我参加国国内的很多很多测试和比赛,取得了非常好的成绩,也已经完成了麒麟、鲲鹏等等系统的适配,确保了100%国产化的深度适配。

第二,区块链技术是一把非常锋刃的双刃剑,赋能经济社会的同时,也会给我们党和国家带来巨大的风险和挑战,这方面我简单汇报一下我对风险挑战的认识,以及目前我们帮助中央做的一些应对。

区块链至少会给我们国家带来三大方面的挑战。首先是侠义的,区块链是一个信息技术,自身也会有不少传统的信息技术的安全挑战,包括区块链自身算法与漏洞,区块链所在的系统有漏洞,智能合约安全漏洞等等等等,我们要想办法克服它。除了这个狭义的技术安全的挑战,区块链还会带来很多宏观方面的安全挑战,比如说金融安全的挑战,我们知道早期除了一些比较低端的,打着区块链的旗号进行非法集资和诈骗的空气币等形式以外,近一两年来,全球涌现了很多基于区块链技术跨境的金融基础设施,对于这种跨境的金融基础设施,如果没有好的监管手段,监管政策应对,任由这种技术涌入我们国家境内,我们国家的反洗钱,地下钱庄的管制,外汇的管制政策统统都会被它绕过,对我们国家人民币的国际化,乃至于货币的发行权都会产生根本性的挑战,这个我们要提前做好应对。第三个方面,区块链还会带来我们国家内容和意识形态安全的挑战。这跟广电就息息相关了。我们知道,我们国家在内容安全领域最传统的应对手段是我们可以下架,我们可以回撤,但是区块链最根本的特点是上链信息几乎是难以删除,这就意味着传统的内容安全的应对手段受到了根本性的挑战,而且在我们帮助中央网信办构建内容安全、意识形态安全监管系统的同时,就在疫情期间,已经出现了一些利用公有区块链来传播对于国家不利的网络谣言和煽动性信息的挑战,甚至出现了利用智能合约这种动态的程序来写入这些有害的内容。就是静态扫描完全发现不了的,这就意味着区块链上的内容和意识形态安全的监管,将来一定是一个猫和老鼠永恒的过程,难度是很大的。

西方国家在区块链监管方面特别关注区块链的金融属性,主要开展金融监管,尤其是反洗钱和金融风险控制方面的监管。而我们国家对于区块链的监管,除了金融属性,还特别关注互联网属性,我们国家特别关注在区块链这个新型的网络空间怎样确保我国的可管可控,总体的思路就是一定要装好刹车再上路。我们国家特别重视区块链这个新的网络空间,它上面发布的内容,我们的音视频,文本内容,包括舆论场,评论有没有内容和意识形态的风险。目前我们国家对于区块链安全总体的监管要求就是三点,实名制,备案制和设置监管节点。我们知道目前公有链很难满足这方面的要求,所以你看我们国家“十四五”规划里面写得非常清楚,不是以区块链为重点,而是以联盟链。
我国区块链的监管机制已经初步成型了,人民银行、中央网信办,公安部纷纷出台了关于区块链的监管规定,截至目前,中央网信办已收到区块链备案申请近四千项,已公布四批共1015个备案号,与此同时,中央网信办委托我们团队为国家建设了一套境内区块链应用链上监管系统,这个系统已经投入,移交给中央网信办正式使用,已经完成首批40几条链的实时监管。与此同时,我国区块链的监管标准也在同步推进,去年2月、7月,我们协助人民银行出台了两个金融的行业标准。去年的8月份,我们协助中央网信办立项了区块链监管的国家标准,这个标准比较重要,将来可能会围绕着这个标准做相关的认证、认可、准入、评估,甚至分级等相关的工作。

与此同时,我国的区块链监管科技也在不断创新,浙江大学的团队主持了我国很多区块链监管的顶级的研究任务,包括2019年科技部《区块链技术发展总体战略规划》,包括教育部的新型监管体系关键技术研究等等。

我们主要研究什么呢?包括四个方面的内容,一是全球有哪些链?每一条链有哪些节点,每个节点和其他节点之间是什么关系,这肯定是国家希望掌握的。第二,对于积极配合监管来备案的这些链,我们要研究嵌入式监管技术,把监管节点嵌进去,使党和国家看到链上所有的有害交易,或者是内容。第三,对于就是不配合监管的,就是想黑在那里的那些链应该怎么办,我们要研究主动的探测发现,以及相应的处置技术。当然我们最后要研究以链治链,全链监管的国家区块链协同监管体系,我想我们国家在区块链监管方面的总体目标,要构建一个内容监管、行业监管、金融监管一起的国家区块链协同监管体系。

第三,我想简单地谈一谈我对区块链在咱们广电领域的应用,有一些初步的思考。广电领域的区块链还是很有发展前途的,至少在三大方面,首先我们在广电领域,大家知道,收视率的造假,流量的虚判问题还是比较多的,利用区块链难以篡改可信时间戳的特性,就能实现收视率、播放量等关键的传播数据,能够非常可信的上链,可以追溯。基于上链以后的可信数据,完全可以建立一套可信的传播效果的评估体系,为将来舆情的应对和引导提供可信的数据支撑。这个我作为广电总局的科技专家参与了前期几个广电系统区块链项目的论证,比如说广电视听融合传播基础信息平台在这方面做了很好的探索,以后的发展和应用是非常不错的。

二是区块链技术在数字产品的版权保护、交易和激励方面会很有用,现在的网络视听,融媒体是广电领域很重要的发展方向,但是短视频这种作品它的数量呈指数性增加,时效性很强,只有很短的时间,传播的速度极快,传统的版权的确权的方式是完全无法应对这种新的趋势和挑战的。如果我们用区块链构建一个连通内容的制作方,分发传播方,内容的消费方,利用智能合约来实现超低成本的,而且是非常快速透明的,可信的版权交易,前途应该是很大的,而且可以形成一个C2C的交易的新形态。

另外,版权工作我感觉总体的思路应该是宜疏不宜堵,传统的广电领域比较强调利用密码学的DRM技术保护我的内容,把我的内容拢得非常死,一定要交了钱才能看,但是拢得越死,看得人越少,区块链的思维完全是开放式的,最好你看,看得越多越好,但是构建了一个正向的激励系统,可以不断追踪到底哪些视频被点播得多,是谁点播的,付的钱,有一个很好的回溯的激励体制,从而使得优秀的内容不断得到激励和强化,这是一个正向的发展过程,可能比螺旋封闭型的生态会更有发展空间。这里面包括我们帮人民网的人民链做了很多探索,包括广电自身在视听链方面也做了很好的探索,相信将来的前景是很不错的。

最后一个案例,区块链非常有助于监管部门实现多个部门的协同监管,减少重复监管和多头监管。我们知道现在广播电视视频内容的审核,多头审核,重复审核,审核标准不一致的问题非常突出。用区块链的话,就可以非常清晰地记录,到底是谁审核的,什么时候审核的,按照什么标准审核的,这样的话,任何其他要用内容的部门,不用自己再去审核一遍了,因为责任很清楚,终身要负责,没办法篡改,没办法删除,所以责任很清楚。另外,我们可以利用区块链实现监管的要求和监管执行分离,传统我们的监管是这样做的,你的这个东西我怕有问题,你把所有的内容发给我,我建一个监管中心,我雇人,用我的计算设备来监管。随着5G和短视频时代的到来,这个量太大了,监管部门根本没这么大的财力设置这么大的审查中心,雇佣这么多人来做这个事。而利用区块链就可以实现一点,我可以把监管的行为放到被监管方,你自己花钱建一个监管的数据中心,自己去检查所有的内容,但是监管的标准是我给你的。传统技术实现这种模式最大的障碍是什么呢?他向你报告,领导,我都检查过了,但是你根本不知道他有没有检查,区块链就可以确保这一点,你到底有没有检查,哪些视频经过检查了,全部记录在区块链上,所以可以很好地实现创新的监管模式,降低我们监管自身的成本。这方面的内容我们帮中央网信办建了类似的系统,已经得到很好的体现,他的监管的量和数据的范围比广电还要大,也面临这个问题,如果用传统的监管模式,所有的监管都由我们自己来干,“十四五”都撑不过去。

最后我做一个简单的总结,一定要深入认识到区块链的价值,绝不仅仅是技术层面的创新和颠覆,更要看到分布式的信任机制一定会慢慢带来组织管理模式的创新,组织结构的变革。第二,我们要清醒认识到,区块链目前还处于技术发展的早期阶段,我们要加大力度,踏踏实实做好区块链的关键技术的研究,特别是100%国产自主可控的底层技术的研究,不能拿开源的东西改头换面,就说是国产自主可控。你看华为的手机,用的是安卓的操作系统,开源了十几年,美国人说不让你用,马上就不让你用,所谓的开源软件,专利陷阱,关键服务的依赖陷阱是非常非常多的,我们国家已经把区块链定在这么高的高度,一定是100%国产自主可控。

最后,作为我们的应用单位,我觉得主动了解和拥抱监管是很重要的。只有把监管做好了,让党和国家放心了,区块链的产业才有健康和可持续发展的未来。

今天的时间很有限,讲的过程当中不准确、不清晰的地方还希望各位谅解,谢谢!

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