区块链技术前沿报告（2020年）

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1、CIC中国通信学会 区块链技术区块链技术前沿报告前沿报告 （20202020年年） 中国通信学会中国通信学会 2020年年12月月 CIC中国通信学会 版权声明版权声明 本前沿报告本前沿报告/ /白皮书白皮书版权属于版权属于中国通信学会中国通信学会，并受法律，并受法律 保护保护。转载、摘编或利用其它方式使用转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点本报告文字或者观点 的，应的，应注明注明“来源：来源：中国通信学会中国通信学会” 。违反上述声明者，本。违反上述声明者，本学学 会会将追究其相关法律责任。将追究其相关法律责任。 CIC中国通信学会 专家组和撰写组名单专家组和撰写组名单 顾问顾问(。

2、 (以姓氏笔划为序以姓氏笔划为序) )： 邬江兴 中国工程院院士 张 平 中国工程院院士 陈世卿 美国国家工程院院士、美国艺术与科学院院士 陈清泉 中国工程院院士、英国皇家工程院院士、匈牙利工程院荣誉 院士、乌克兰工程科学院院士、香港工程科学院院士 郑纬民 中国工程院院士 周孝信 中国科学院院士 倪光南 中国工程院院士 董家鸿 中国工程院院士、法国国家外科科学院外籍院士 专家组：专家组： 组长：组长： 郑志明 中国科学院院士，中国通信学会区块链委员会主任委员 成员成员( (以姓氏笔划为序以姓氏笔划为序) )： 姓名 单位 职务 王向东 中国通信学会区块链委员会 副主任委员 王栋 国网区块链科技。

3、公司 总经理 王焕然 深圳众联数字科技有限公司 董事长 亓峰 北京邮电大学 正教授 朱皞罡 北京航空航天大学 正教授 陈晓禾 中科院苏州医工所电子研究室 主任、正教授 CIC中国通信学会 邱望洁 广州大学人工智能与区块链研究院 副教授 杨斌 清华大学网络行为研究所 副所长、研究员 金键 中国信息通信研究院工业互联网与物联 网研究所 所长、正高工 侯锐 中科院信息工程研究所信息安全国家重 点实验室 副主任、研究员 袁昱 深圳清华大学研究院 主任研究员 黄河燕 北京理工大学计算机科学与技术学院 院长、正教授 曹源 湖南兆物信链科技集团有限公司 董事长 褚晓文 香港浸会大学区块链与金融科技实验室 主。

4、任、正教授 魏丽红 中国移动通信集团有限公司信网部 总经理、正高工 撰写组撰写组（按单位排名）（按单位排名） ： 单位 姓名 湖南兆物信链科技集团有限公司 葛力行，陈伯彬，邓辉 湖南宸瀚信息科技有限责任公司 谢超良，邓罡 苏州鸿链信息科技有限公司 章天乙 深识全球创新科技（北京）有限公司 林道庄，王奇 CIC中国通信学会 前前 言言 近年来，中国经济发展面临的内外部挑战不断增加，中国经济由 高速增长向中高速增长转换，社会生活、生产方式向数字化转型。区 块链技术的创新发展和广泛应用是这一转型过程中非常重要的核心。 党中央、国务院高度重视数字经济发展及区块链技术的应用，习近平 总书记近期针对区块链。

5、技术发展多次明确指示。国际上，将区块链与 人工智能、自动驾驶等一并列入“第四次工业革命” ，显示出区块链 技术的重大意义和极为广阔的发展空间。机会与挑战并存，如今，区 块链技术应用已延伸到疫情管控、智能健康医疗、数字金融、能源区 块链、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等多个领域， 区块链的分布式共享账本、密码算法、共识机制、激励层、合约层、 数据层、网络层、以及可追溯、可证明性、永恒性、权威性保证等主 要功能也是关键技术和挑战所在。 根据中国通信学会组织各专业委员会展开前沿报告的工作安排， 区块链委员会汇集委员会专家委员近年实际科研、工作经验、成果， 由部分专家执笔撰写了本“2020。

6、 年区块链技术前沿报告” 。 本报告分析了区块链全球发展态势、国内发展现状，国内外区块 链技术预见、 工程难题、 标准制定， 涵盖区块链底层技术、 跨链技术、 交换技术、软硬协同技术、关键密码学技术以及相关监管架构、系统 脆弱性分析和政策建议等。报告内容丰富、真实、深厚，有覆盖全面 和关键侧重，可作为高校、研究机构以及金融、能源、政务服务、司 法、医疗健康、产品溯源、智慧城市、物流等区块链应用行业发展和 政府部门政策制定的参考。 中国通信学会区块链委员会 主任委员： 2020 年 12 月 CIC中国通信学会 目目 录录 一、一、 研究概述研究概述 . 1 二、二、 全球发展态势全球发展态势 。

7、. 1 (一) 政策方面 . 1 (二) 实际应用开展方面 . 2 (三) 标准和体系建设方面 . 4 (四) 全球区块链技术应用发展主要趋势 . 5 （1）区块链技术融合正在持续推进 . 5 （2）区块链信任基础设施建设正在规划起步 . 5 （3）区块链应用试点正在蓬勃发展 . 6 三、三、 我国发展现状我国发展现状 . 6 四、四、 技术预见技术预见 . 14 (一) 区块链底层技术 . 14 (二) 区块链跨链技术 . 16 (三) 区块链链上链下数据交换技术 . 17 五、五、 工程难题工程难题 . 18 (一) 如何安全使用区块链技术的工程难题 . 18 1. 基于新型数据结构的可控。

8、高性能区块链基础平台关键技术 . 18 2. 支持异构多链互通的新型跨链体系关键技术 . 18 3. 基于区块链的国家关键基础设施人机物多域智能对抗技术 . 19 4. 区块链软硬件协同可信一体化技术 . 20 5. 区块链底层关键密码技术 . 20 (二) 如何感知区块链应用 . 21 1. 公有链安全监测及溯源服务关键技术研究 . 21 2. 联盟链监管关键技术 . 21 3. 以链治链监管架构与关键技术研究 . 22 4. 区块链系统脆弱性分析关键技术 . 22 5. 基于区块链的隐私保护和数据共享关键技术 . 23 六、六、 政策建议政策建议 . 23 CIC中国通信学会 1 一、 研。

9、究概述 区块链(Blockchain)是分布式数据存储、 点对点传输、 共识机制、 加密算法等计算机技术的新型应用模式。 自 2008 年区块链技术诞生以来，已走过 12 个年头。2016 年，国 务院发布 “十三五”国家信息化规划首次将区块链纳入新技术范 畴并作前沿布局，标志着我国开始推动区块链技术和应用发展。2020 年，区块链技术作为新一代的信息技术，上升为中国的国家战略。中 国通信学会是中国通信界学术交流的主渠道、科学普及的主力军、国 际民间科学技术交流的主要代表，是全国通信科技工作者之家，站在 当前时间节点，十分有必要研究区块链的发展现状，并对未来发展趋 势给出建议。 二、 全球发展。

10、态势 目前，区块链技术应用已延伸到数字金融、物联网、智能制造、 供应链管理、数字资产交易等多个领域，全球主要国家都在加快布局 区块链技术发展， 各国的政府及监管机构对区块链技术及其研发应用 的态度逐渐从观望转向鼓励，并且积极进行了更多的尝试。 (一一) 政策方面政策方面 2016 年 1 月 19 日，英国政府发布分布式账本技术：超越区块 链白皮书，积极探索区块链未来在减少金融诈骗、降低交易成本的 潜力；2016 年 6 月，新加坡金融管理局推出“沙盒计划”(Sandbox)， 在可控范围内允许金融科技公司测试基于区块链等技术的创新金融 产品；2017 年 4 月 1 日，日本正式实施支付服务。

11、法案 ，承认比特 CIC中国通信学会 2 币的合法地位； 2018 年， 美国各州政府也采取措施学习与探索区块链 技术，并尝试通过区块链提高政府工作的透明度和效率，美国国会、 商务部国家标准和技术研究院（NIST）等部门先后发布了2018 年 联合经济报告 区块链：背景和政策问题 区块链和在政府应用中 的适用性 区块链技术概述等报告，初步阐明了美国政府的监管 和发展思路；2018 年 6 月，日本推出了沙盒制度，以加快推出新的商 业模式和创新技术，如区块链、人工智能和物联网；2018 年 12 月， 欧洲议会呼吁采取措施促进贸易和商业区块链的采用； 2019 年 1 月， 韩国政府将区块链技术。

12、纳入其“研究与开发税收减免的 16 个领域” 之一，以促进其创新；2019 年 7 月，美国参议院商业、科学和运输委 员会批准了区块链促进法案 ；2020 年以来，新加坡出台新法案允 许全球加密公司在新加坡当地扩展业务；2020 年 3 月，日本金融监 管机构宣布启动其全球区块链治理倡议网络，旨在促进“区块链社区 的可持续发展” 。 (二二) 实际应用开展方面实际应用开展方面 在面向货币的区块链应用场景中，数字货币三强格局初具雏形。 Facebook 2019 年 5 月发布 Libra 白皮书以来，全球数字货币出现 加速发展趋势。 目前逐渐形成 1） 美国企业 Facebook 主导的 Li。

13、bra， 2） 中国人民银行牵头的 DC/EP(Digital Currency Electronic Payment)， 3）瑞典、法国等欧洲各国央行推动的 CBDC 的三强格局。 纵观全球应用趋势， 区块链已经从金融应用全面迈向了全行业应 用。2019 年 9 月 18 日，德国经济与能源部和财政部联合发布了德 CIC中国通信学会 3 国国家区块链战略 （Blockchain-Strategie der Bundesregierung） ，全面 推进区块链在能源、物流和供应链、医疗保健、 教育/培训证书的验证 等场景的应用。2019 年 10 月 8 日，欧盟委员会联合研究中心（Joint。

14、 Research Centre, JRC）发布报告区块链的当下和未来：评估分 布式账本技术的多维影响 ，深入分析了分布式账本技术对多个应用 领域所带来的机会和挑战。 美国国土安全部 （Department of Homeland Security， DHS） 一直在探索区块链和分布式账本技术的应用， DHS 科 学技术局设立了区块链项目，资助区块链安全性、隐私、互操作性和 标准等方面的研发工作。DHS 科学技术局也在致力于将区块链整合 到 DHS 下属的美国海关边境保护局、公民移民服务局以及运输安全 管理局等机构的任务中。例如，2019 年 11 月，DHS 科学技术局资助 Mavennet。

15、 公司 182,700 美元， 用于在海关边境保护局中使用区块链进 行跨境石油进口跟踪。美国能源部（Department of Energy，DOE）通 过支持的区块链研发项目促进区块链在能源行业的应用。2019 年， DOE 主要支持的项目有：1）资助佛罗里达国际大学集成区块链和机 器学习技术研发新型平台， 用于化石燃料发电网络中的安全数据记录 和处理（40 万美元） ；2）资助欧道明大学开发基于区块链的平台，用 于保护化石燃料发电网络传感器身份管理和数据流安全 （40万美元） ； 3）资助北达科他大学建立基于区块链的化石燃料发电网络安全保护 系统（39.9778 万美元） ；4）资助小企业。

16、开展“用于基础设施保护的 区块链安全结构” 项目。 DOE 的基础能源科学办公室、 地热技术办公 室、化石能源办公室和电力办公室均已经开展了区块链的研发部署， CIC中国通信学会 4 研发支持领域主要集中于利用区块链保护基础设施安全等。 美国国家 科学基金会（National Science Foundation，NSF）在制造、环保、医 疗、 交通、 能源等领域通过项目资助推进区块链在各行业的广泛应用。 (三三) 标准和体系建设方面标准和体系建设方面 在标准体系的建设上， 为确保区块链生态系统不会因为标准的不 同而产生分裂， 很多国际标准开发组织都在积极布局和开发区块链相 关的国际标准。国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）于 2016 年设立了 TC307 技术委员会，开始定 义区块链参考架构、分类和本体。制定标准的过程最初由澳大利亚发 起。 截至目前为止， TC307 技术委员会已经有 35 个成员国 （P 成员） 、 13 个观察成员国（O 成员） ，公开发布了 1 个区块链领域标准，另有 10 个。