中国区块链技术和应用发展白皮书

(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书中国区块链技术和应用开展白皮书2021指导单位：工业和信息化部信息化和软件效劳业司编写单位：中国区块链技术和产业开展论坛2021年10月18日发布12(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书序当前，全球新一轮科 技革命和产业变革持续深入，国际产业格局加速重塑，创新成为引领开展的第一动力。在这一轮变革中，信息技术是全球研发投入最集中、创新最活泼、应用最广泛、辐射带动作用最大的领域，是全球技术创新的竞争高地，是引领新一轮变革的主导力量。区块链作为分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术的集成应用，近年来已成为联合国、国际货币基金组织等国际组织以及许多国家政府研究讨论的热点，产业界也纷纷加大投入力度。目前，区块链的应用已延伸到物联网、智能制造、供给链管理、数字资产交易等多个领域，将为云计算、大数据、移动互联网等新一代信息技术的开展带来新的机遇，有能力引发新一轮的技术创新和产业变革。为推动区块链技术和产业开展，信息化 和软件效劳业司指导中国电子技术标 准化研究院，联合蚂蚁金融云、万向控 股、微 众银行、乐视、万达网络、平安科技等骨干企业，开展区块链技术和应用开展趋势专题研究，编撰形成了?中国区块链技术和应用开展白皮书2021?。白皮书总结了区块链开展现状和趋势，分析了核心关键技术及典型应用场景，提出了我国区块链技术开展路线图和标准化路线图等相关建议。白皮书内容详实、分析透彻，具有 较 好的参考价 值。希望各界共同努力，积极把握区块链开展 趋势和规律，营造良好的开展环境，加速推动我国区块链技术和产业开展。工业和信息化部信息化和软件效劳业司 司长2021年10月34(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书内 容 摘 要近两年来，联合国、国际货币基金组织和多个兴旺国家政府先后发布了有关区块链的系列报告，探索区块链技术及其应用。在国内，金融企业、互联网企业、IT企业和制造企业积极投入区块链技术研发和应用推广，开展势头迅猛。为了积极引导我国区块链技术和应用开展，我们编写了本白皮书。其主要内容包括：一、国内外区块链开展现状的研究分析。首先研究了区块链技术和应用开展的演进路径，提出了区块链的开展生态结构，盘点了7类典型参与者：开源社区、产业联盟、骨干企业、初创公司、投资机构、金融机构和监管机构的区块链实践进程。梳理了英国、美国、俄罗斯等国家的相关机构对区块链的态度，分析了区块链与云计算、大数据、物联网、下一代网络、加密技术和人工智能等6大类新一代信息技术的关系。二、区块链典型应用场景及典型应用分析。通过分析全球200多个应用案例，提出了区块链的典型应用场景。列举了6个应用相对成熟、应用前景广阔或具有潜在应用价值的应用场景，并对区块链的应用价值进行了展望。三、提 出 我 国 区 块 链 技 术 发 展 路 线 图 的 建 议。分 析 提 出 了 由7 个 主要技术特征构成的区块链通用技术需求，结合国内外开展现状和应用场景，提出典型的区块链技术架构，并分析了共识机制、数据存储、网络协议、加密算法、隐私保护和智能合约等6类核心关键技术，以及区块链治理和平安。最后，结合国内外开展趋势，提出了我国区块链技术开展路线图建议。四、首次提出我国区块链标准化路线图。结合区块链应用场景和技术架构，提出了区块链标准体系框架建议。通过分析国际标准化开展趋势，以及区块链技术和应用开展需求，提出了根底、业务和应用、过程和方56法、可信和互操作、信息平安等5类标准，并初步明确了21个标准化重点方向和未来一段时间内的标准化实施方案。最后，基于对全球区块链开展趋势的研判，以及我国区块链技术和应用开展现状和趋势，围绕扶持政策、技术攻关和平台建设、应用示范等方面提出了相关建议。版权声明：如需转载或引用，请注明出处。(2021)7中国区块链技术和应用开展白皮书中国区块链技术和应用开展白皮书2021指导单位工业和信息化部信息化和软件效劳业司编写单位 排名不分先后中国电子技术标准化研究院北京蚂蚁云金融信息效劳中国万向控股深圳前海微众银行股份中国平安保险集团股份乐视联服信息技术万达网络科技编写人员季宙栋华正皓范瑞彬梁平然金平巍周平平苏小康卢道和陈家乐冯庆磊宋文鹏杜平宇余文波黄宇翔单平旭姚辉亚胡平玮李平斌陈家乐高林挥段平玺张开翔韩平梅李平奕唐晓丹蔡平栋任重远陆一帆李佳李升林李仓良赵尊奎喻学才汪东艳李平璐8(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书目 录一、概述 11.1 背景 11.2 编写方法 21.3 术语和缩略语 3二、国内外区块链开展现状 52.1 区块链开展演进路径 52.1.1 技术来源 62.1.2 区块链1.0数字货币 82.1.3 区块链2.0智能合约 102.1.4 区块链类型 112.2 区块链开展生态 122.2.1 开源社区 122.2.2 产业联盟 132.2.3 骨干企业 132.2.4 初创公司 142.2.5 投资机构 142.2.6 金融机构 152.2.7 监管机构 162.3 局部国家和地区对区块链的态度 162.3.1 英国政府：区块链及分布式账本技术有着颠覆性潜力 162.3.2 美国特拉华州：区块链技术简化企业注册本钱 172.3.3 俄罗斯央行：研究区块链在金融领域的潜在应用 172.3.4 欧洲证券及市场管理局：区块链技术可改进交易后流程 182.3.5 新加坡政府：银行应持续关注技术变革 18910三、区块链典型应用场景25目录2.3.6 香港特区政府：希望推动金融科技在香港金融效劳业的开展 192.4 区块链与新一代信息技术 202.4.1 区块链与云计算 212.4.2 区块链与大数据 212.4.3 区块链与物联网 222.4.4 区块链与下一代移动通讯网络 222.4.5 区块链与加密技术 232.4.6 区块链与人工智能 233.1区块链应用场景概览253.2区块链与金融效劳263.2.1行业痛点263.2.2基于区块链的解决思路263.2.3应用场景273.3区块链与供给链管理283.3.1行业痛点283.3.2基于区块链的解决思路293.3.3应用场景293.4区块链与文化娱乐303.4.1行业痛点303.4.2基于区块链的解决思路303.4.3应用场景313.5区块链与智能制造323.5.1行业痛点323.5.2基于区块链的解决思路32(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书目 录3.5.3 应用场景 333.6 区块链与社会公益 343.6.1 行业痛点 343.6.2 基于区块链的解决思路 343.6.3 应用场景 353.7 区块链与教育就业 353.7.1 行业痛点 363.7.2 基于区块链的解决思路 363.7.3 应用场景 363.8 区块链应用展望 37四、我国区块链技术开展路线图 394.1 区块链通用技术需求 394.2 区块链技术架构 394.2.1 核心技术组件 404.2.2 核心应用组件 414.2.3 配套设施 414.3 区块链核心关键技术 414.3.1 共识机制 414.3.2 数据存储 424.3.3 网络协议 434.3.4 加密算法 444.3.5 隐私保护 454.3.6 智能合约 454.4 区块链治理 464.4.1 区块链治理规那么 464.4.2 区块链治理模式 461112五、我国区块链标准化路线图53六、推动区块链开展的相关建议67目录4.5区块链平安474.5.1区块链技术特有的平安特性484.5.2区块链技术面临的平安挑战与应对策略484.5.3区块链的平安体系构建494.6区块链技术开展路线504.6.1区块链技术开展趋势504.6.2区块链技术开展路线图525.1区块链标准化需求分析535.2区块链标准体系建议545.3区块链标准化重点方向565.3.1根底标准565.3.2业务和应用标准575.3.3过程和方法标准575.3.4可信和互操作标准595.3.5信息平安标准605.4区块链标准化实施方案615.5区块链国际标准化635.5.1国际标准化进程635.5.2国际标准化策略65参考文献70(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书一、概述1.1 背景区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术在互联网时代的创新应用模式。区块链技术被认为是继大型机、个人电脑、互联网之后计算模式的颠覆式创新，很可能在全球范围引起一场新的技术革新和产业变革。联合国、国际货币基金组织，以及美国、英国、日本等国家对区块链的开展给予高度关注，积极探索推动区块链的应用。目前，区块链的应用已延伸到物联网、智能制造、供给链管理、数字资产交易等多个领域。近年来，区块链技术和应用在我国引起了多个行业的广泛关注，北京、上海、深圳等城市先后成立了不同形式的联盟，区块链的应用开发实践在以金融科技为代表的领域逐渐展开，同时在媒体的推动下不断掀起讨论热潮。总的来看，在多重力量和因素的催化下，区块链或许已经开启一个快速开展的时期。另外，我们也要清醒地看到，区块链技术是从比特币这一应用中衍生出来的技术，是否成熟可用，需要投入新的技术研发和应用实践来进行证明。因此，区块链的大开展并非万事俱备，而是机遇与风险并存，动力与障碍共同作用，特别是缺乏金融领域以外的成熟应用，至今仍是区块链的一个现实缺乏。更重要的是，近期发生的一系列平安事件，透露出区块链技术仍然面临平安风险和挑战。为系统研究分析区块链技术和应用的开展趋势，梳理我国推动区块链技术和应用开展的路径，提出区块链技术和应用开展的相关建议，2021年7月，工业和信息化部信息化和软件效劳业司印发了?关于组织开展区块链技术和应用开展趋势研究的函?工信软函2021840号，委托中12国电子技术标准化研究院联合蚂蚁金服、万向控股、微众银行、平安科技、乐视金融、万达网络科技等单位开展区块链技术和应用开展趋势研究。为有效贯彻落实工信软函2021840号文的要求，推动我国区块链技术和产业开展，我们联合编写了本白皮书，目的是为各级产业主管部门、从业机构提供指导和参考。1.2编写方法一是收集和分析国外最新文献资料。收集了联合国、国际货币基金组织，以及美国、英国、日本等国际政府间组织和主要国家政府发布的区块链相关报告，比特币、以太坊、超级账本等区块链开源技术平台的白皮书。例如联合国的?数字货币和区块链技术在构建社会团结金融中如何扮演角色?How Can Cryptocurrency and Blockchain Technology Play aRole in Building Social and Solidarity Finance?、英国政府首席科学参谋报告?分布式账本技术：超越区块链?Distributed Ledger Technology:Beyond Blockchain、日本产业经济省的?区块链技术及相关效劳的调查报告2021?Survey on Blockchain Technologies and RelatedServices FY2021 Report等，累计研究分析了20多项最新的文献资料，系统掌握了国外区块链技术和应用开展最新动向。二是研究分析国外典型应用案例。累计研究分析了金融效劳、供给链管理、文化娱乐等领域的200多个应用案例，包括所采用的底层根底设施、应用架构、效劳内容和应用价值等方面。例如全球开发者共同开发和维护的比特币和以太坊、美国区块链创业公司Skuchain的区块链供给链解决方案、美国Blockai公司的数字作品知识产权保护方案，初步掌握了区块链技术在全球的总体应用情况以及存在的问题。三是系统梳理国内区块链研发和应用实践。重点分析了蚂蚁金服、万向控股、微众银行、平安科技、乐视金融、万达网络科技、钜真金融等术语定义/解释区块链分布式数据存储、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。分布式相对于集中式而言。在白皮书中，分布式是区块链的典型特征之一，对应的英文是Decentralized，完整的表达形式是不依赖于中心服务器（集群）、利用分布的计算机资源进行计算的模式。金融科技通过科技让金融服务更高效，通常简称为FinTech。普惠金融立足机会平等要求和商业可持续原则，以可负担的成本为有金融服务需求的社会各阶层和群体提供适当、有效的金融服务。数字货币货币的数字化，通过数据交易并发挥交易媒介、记账单位及价值存储的功能，但它并不是任何国家和地区的法定货币。(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书数十家企业在区块链底层技术平台研发、区块链即效劳Blockchain as aService，简称BaaS实践和行业应用推广。例如，万向区块链实验室的BaaS平台、微众银行的银行间联合贷款清算工程、蚂蚁金服的社会公益工程、钜真金融的区块链底层架构平台等，全面掌握了区块链技术在国内的研发和应用最新进展以及未来的开展趋势。四是联合开展研究。共同开展“十问区块链专题研究，研究分析区块链的关键技术、区块链架构、应用全景等。例如，在“十问区块链专题研究中涉及了区块链是技术还是模式、区块链平安等问题；在区块链架构方面，提出了3层结构的方案，分析了区块链与新一代信息技术的关系，并初步规划了我国区块链标准体系建设和标准化实施方案。另外，需要特别说明的是，在编写白皮书的过程中，所采用的数据仅供参考，同时最新数据的截至日期为2021年9月中旬。1.3 术语和缩略语本白皮书中涉及的重点术语及其所表达的意义如表1-1所示。表1-1 术语3缩略语原始术语PoW工作量证明（ProofofWork）PoS权益证明（ProofofStake）DPoS股份授权证明（DelegateProofofStake）PBFT实用拜占庭容错（PracticalByzantineFaultTolerance）P2P点对点（PeertoPeer）DAPP分布式应用（DecentralizedApplication）KYC客户识别（KnowYourCustomer）RSARSA加密算法（RSAAlgorithm）ECC椭圆加密算法（EllipticCurveCryptography）BaaS区块链即服务（BlockchainasaService）术语定义/解释共识机制区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。智能合约一种用计算机语言取代法律语言去记录条款的合约。挖矿比特币系统中争取记账权从而获得奖励的活动。分布式账本一个可以在多个站点、不同地理位置或者多个机构组成的网络中分享的资产数据库。其中，资产可以是货币以及法律定义的、实体的或是电子的资产。4本白皮书中涉及的缩略语如表1-2所示。表1-2缩略语(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书二、国内外区块链开展现状2.1 区块链开展演进路径区块链技术起源于化名为“中本聪Satoshi Nakamoto的学者在2021年发表的奠基性论文?比特币:一种点对点电子现金系统?。狭义来讲,区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构,并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的平安、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式根底架构与计算范式。目前，区块链技术被很多大型机构称为是彻底改变业务乃至机构运作方式的重大突破性技术。同时，就像云计算、大数据、物联网等新一代信息技术一样，区块链技术并不是单一信息技术，而是依托于现有技术，加以独创性的组合及创新，从而实现以前未实现的功能。至今为止，区块链技术大致经历了3个开展阶段，如图2-1所示。区块链2.0智能合约虚拟机去中心化应用图2-1区块链的演进路径5区块链1.0分布式账本块链式数据梅克尔树工作量证明技术起源P2P网络加密数据库技术电子现金2.1.1 技术来源1、P2P网络技术是区块链系统连接各对等节点的组网技术，学术界将其翻译为对等网络，在多数媒体上那么被称为“点对点或“端对端网络，是建构在互联网上的一种连接网络。图2-2a)所示为一种P2P网络模式，图2-2b)为典型中心化网络模式。不同于中心化网络模式，P2P网络中各节点的计算机地位平等，每个节点有相同的网络权力，不存在中心化的效劳器。所有节点间通过特定的软件协议共享局部计算资源、软件或者信息内容。在比特币出现之前，P2P网络计算技术已被广泛用于开发各种应用，如即时通讯软件、文件共享和下载软件、网络视频播放软件、计算资源共享软件等。P2P网络技术是构成区块链技术架构的核心技术之一。2、非对称加密算法是指使用公私钥对数据存储和传输进行加密和解密。公钥可公开发布，用于发送方加密要发送的信息，私钥用于接收方解密接收到的加密内容。公私钥对计算时间较长，主要用于加密较少的数据。常用的非对称加密算法有RSA和ECC。非对称加密算法的过程如图2-3所示。区块链正是使用非对称加密的公私钥对来构建节点间信任的。6图2-2a)P2P网络模式图2-2b)中心化网络模式(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书图2-3 非对称加密解密过程3、数据库技术涉及计算机技术开展的大半历程，是根底性技术，也是软件业的基石。数据库技术脱胎于软件业，将数据储存独立于代码，改变了此前数据处理软件的架构。数据库技术从早期的网状结构、层次结构开展到基于严密关系代数根底的关系型。关系型数据库用简单的二维表格集存储真实世界的对象及其联系，有业界统一的SQL语言，被极为广泛地用于构建各种系统和应用软件。世界互联网产生的海量数据催生了以键值简称：Key-Value对为根底的分布式数据库系统。目前，世界上主要的互联网公司根据各自需要研发和构建了NoSQL数据库管理系统。在区块链系统建设方面，传统的关系型数据库和分布式键值数据均适用。4、数字货币Digital money 又被称为电子现金Ecash或电子货币Emoney，视为对现实货币的模拟，涉及用户、商家和处于中心化地位的银行或第三方支付机构。数字货币是电子商务和网上转账的基础。现实中数字货币也指一类免密支付的卡，如公交卡。第一个数字货币方案于1982年被Chaum创造性地提出，致力于解决重复花费问题，使用了盲签名技术，可以完全保护用户隐私。完全匿名的数字货币不能满足政府和金融机构的监管要求，于是匿名可控的概念被学者们提出。匿名可控即在适当条件下可以撤销匿名性且用户无法觉察,也可以是在审计时用户主动撤销匿名性。数字货币的使用过程如图2-4所示。7发送方A接收方BB的私钥B的公钥传输明文明文密文密文买方卖方数字货币银行网络使用过的银行B银行A申请检验发款数字货币资料库图2-4 数字货币的使用过程2.1.2 区块链1.0数字货币2021年初，比特币网络正式上线运行。作为一种虚拟货币系统，比特币的总量是由网络共识协议限定的，没有任何个人及机构能够随意修改其中的供给量及交易记录。在比特币网络成功运行多年后，局部金融机构开始意识到，支撑比特币运行的底层技术区块链实际上是一种极其巧妙的分布式共享账本及点对点价值传输技术，对金融乃至各行各业带来的潜在影响甚至可能不亚于复式记账法的创造。假设从其实质分析，区块链就是一种无须中介参与，亦能在互不信任或弱信任的参与者之间维系一套不可篡改的账本记录的技术。区块链1.0的典型特征如下：1、以区块为单位的链状数据块结构：区块链系统各节点通过一定的共识机制选取具有打包交易权限的区块节点，该节点需要将新区块的前一个区块的哈希值、当前时间戳、一段时间内发生的有效交易及其梅克尔树根值等内容打包成一个区块，向全网播送。由于每一个区块都是与前续区块通过密码学证明的方式链接在一起的，当区块链到达一定的长度后，要8(2021)应用层实现转账和记账功能发行机制分配机制鼓励层共识层POW网络层数据层P2P网络区块数据哈希函数传播机制链式结构梅克尔树验证机制数字签名非对称加密中国区块链技术和应用开展白皮书修改某个历史区块中的交易内容就必须将该区块之前的所有区块的交易记录及密码学证明进行重构，有效实现了防篡改。2、全网共享账本：在典型的区块链网络中，每一个节点都能够存储全网发生的历史交易记录的完整、一致账本，即对个别节点的账本数据的篡改、攻击不会影响全网总账的平安性。此外，由于全网的节点是通过点对点的方式连接起来的，没有单一的中心化效劳器，因此不存在单一的攻击入口。同时，全网共享账本这个特性也使得防止双重支付成为现实。3、非对称加密：典型的区块链网络中，账户体系由非对称加密算法下的公钥和私钥组成，假设没有私钥那么无法使用对应公钥中的资产。4、源代码开源：区块链网络中设定的共识机制、规那么等都可以通过一致的、开源的源代码进行验证。以上技术的组合，就是区块链1.0的典型实现，其完整的技术架构如图2-5所示。图2-5区块链1.0技术架构92.1.3 区块链2.0智能合约2021年前后，业界开始认识到区块链技术的重要价值，并将其用于数字货币外的领域，如分布式身份认证、分布式域名系统、分布式自治组织等。这些应用称为分布式应用DAPP。用区块链技术架构从零开始构建DAPP非常困难，但不同的DAPP共享了很多相同的组件。区块链2.0试图创立可共用的技术平台并向开发者提供BaaS效劳，极大提高了交易速度，大大降低资源消耗，并支持PoW、PoS和DPoS等多种共识算法，使DAPP的开发变得更容易。区块链2.0的典型特征如下：1、智能合约：区块链系统中的应用，是已编码的、可自动运行的业务逻辑，通常有自己的代币和专用开发语言。2、DAPP：包含用户界面的应用，包括但不限于各种加密货币，如以太坊钱包。3、虚拟机：用于执行智能合约编译后的代码。虚拟机是图灵完备的。区块链2.0的技术架构如图2-6所示。智能合约层鼓励层EVM发行机制脚本代码分配机制共识层网络层数据层POWP2P网络区块数据哈希函数POS传播机制链式结构梅克尔树DPOS验证机制数字签名非对称加密图2-6区块链2.0技术架构10(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书随着区块链技术和应用的不断深入，以智能合约、DAPP为代表的区块链2.0，将不仅仅只是支撑各种典型行业应用的架构体系。在组织、公司、社会等多种形态的运转背后，可能都能看到区块链的这种分布式协作模式的影子。可以说，区块链必将广泛而深刻地改变人们的生活方式。区块链技术可能应用于人类活动的规模协调，甚至有人大胆预测人类社会可能进入到区块链时代，即区块链3.0。2.1.4 区块链类型区块链系统根据应用场景和设计体系的不同，一般分为公有链、联盟链和专有链。其中：公有链的各个节点可以自由参加和退出网络，并参加链上数据的读写，运行时以扁平的拓扑结构互联互通，网络中不存在任何中心化的效劳端节点。联盟链的各个节点通常有与之对应的实体机构组织，通过授权后才能参加与退出网络。各机构组织组成利益相关的联盟，共同维护区块链的健康运转。专有链的各个节点的写入权限收归内部控制，而读取权限可视需求有选择性地对外开放。专有链仍然具备区块链多节点运行的通用结构，适用于特定机构的内部数据管理与审计。11上述3种类型的区块链特性如图2-7所示：公有链任何人都可参加网络及写入和访问数据任何人在任何地理位置都能参与共识每秒320次数据写入联盟链授权公司和组织才能参加网络参与共识、写入及查询数据都可通过授权控制，可实名参与过程，可满足监管AML/KYC专有链使用范围控制于一个公司范围内改善可审计性，不完全解决信任问题每秒1000次以上数据写入每秒1000次以上数据写入图2-7 区块链的类型及特性2.2 区块链开展生态随着区块链技术的演进，越来越多的机构开始重视并参与到区块链技术的探索中来。从最初的以比特币、以太坊等公有链工程开源社区，到各种类型的区块链创业公司、风险投资基金、金融机构、IT企业及监管机构，区块链的开展生态也在逐渐得到开展与丰富。总的来看，区块链完整的开展生态如图2-8所示。2.2.1 开源社区不同于很多其他技术，区块链技术并非发源于科研院所，也不是来自于企业，而是发源于开源社区，并在社区中开展壮大，此后逐渐受到金融机构、IT巨头等机构的关注。目前，具有代表性的区块链开源工程有两类：一类是以比特币、以太坊为代表的源自于技术社区的开源工程。这一类工程主要以公有链为主，大局部工程采用PoW作为共识机制。相应的社区组成包括了开发者、矿工、代币持有者及代币交易平台等。另一类那么是由传统企业发起的区块链开源工程，最具代表性的便是Linux基金会于12(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书2021年发起的超级账本工程Hyperledger Project。金融效劳个人用户金融机构投资机构初创企业监管机构开源社区联盟智能制造文化娱乐医疗健康社会公益教育就业供给链管理应用场景个人&联盟企业机构区块链技术平台共识机制 平安机制存储 通信编程资产分布式账本可联盟链编程合约公有链可成员管理专有链图2-8区块链生态系统2.2.2 产业联盟随着区块链技术的开展，其在各行业的应用潜力开始受到参与者的关注。为了协调推进区块链技术和应用开展，国内外先后成立各种类型的区块链产业联盟。例如，美国银行、花旗银行、纽约梅隆银行、德意志银行、法国兴业银行、摩根史丹利等国际大型金融机构参加的R3区块链联盟，万向控股、乐视金融、上海矩真等发起成立的分布式总账根底协议联盟简称：Chinaledger，微众银行、平安银行、招银网络、恒生电子等共同发起成立的金融区块链合作联盟简称：金联盟。2.2.3 骨干企业目前，国内外互联网、IT等领域的大量企业开始涉足区块链行业，着1314手研发或推出从根底设施到应用案例的一系列解决方案。其中，国内已经初步开展形成了一批区块链骨干企业。例如，万向控股于2021年9月成立了万向区块链实验室，开展区块链产业研究、开源工程赞助等活动，并建立了国内首个区块链云平台万云Wancloud。此外，设立了专注于区块链领域的风险投资基金，已在全球范围内投资超过30个区块链初创公司，累计投资金额超3000万美金。2021年9月，万向集团宣布未来7年还将投资2000亿人民币在杭州建设以新能源汽车为核心产业的“万向创新聚能城，该工程将全方位大规模应用区块链技术，成为迄今为止全球最大的区块链应用工程。蚂蚁金服在以公益为代表的普惠金融场景中利用区块链解决信任缺失的问题。万达网络科技积极参加国际区块链开源联盟，专注推动国内开源区块链技术开展，研发平安可控的自主区块链平台，同时将区块链技术融入智慧生活、物流网等领域，整合海量实体商业应用场景，实现实体产业的数字化转型升级，已内部试运行区块链征信及区块链资产交易所等应用。微众银行建议发起金融区块链合作联盟，推出基于腾讯云的联盟链云效劳，发布了基于联盟链技术的银行间联合贷款清算平台并已上线试运行。2.2.4初创公司随着区块链技术的开展，区块链领域的初创公司也如雨后春笋般涌现出来。这些初创公司将区块链技术应用到包括金融与非金融在内的多个领域中。其中，金融领域包含支付汇款、智能债券、资产发行与交易后清结算等应用。在非金融领域包括数字存证、物联网、供给链、医疗、公益、文化娱乐等应用。此外，还出现了一些为区块链开发者提供开发平台的技术型公司。2.2.5投资机构资金是推动区块链技术开展不可或缺的力量之一，各类投资机构也是(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书区块链生态的重要组成局部。由于区块链技术仍处于较为早期的阶段，风险投资机构那么是区块链领域内的主要投资力量。另外，以高盛为代表的传统金融机构在区块链投资领域也占据重要地位。随着区块链技术的快速发展，区块链领域的投资金额一直在成倍的增长。自2021年以来，全球已有数十亿美元的资金投入到区块链行业中。2021年以前，主要的投资主要集中在与比特币相关的企业中，比方矿机芯片、交易平台、支付汇款、钱包效劳等相关企业。随着区块链技术的开展，越来越多的资金投入在了区块链技术研发及行业应用上，包括交易后清结算、智能合约、供给链、物联网、医疗、身份认证、数据存证、数据分析等。这些工程相对来说还处于比较早期的阶段。目前为止，区块链领域的投资金额仍处于线性增长阶段。其中，绝大多数的投资都集中在北美，其次是欧洲，最后是亚洲。由于区块链技术发源于欧美，相应的区块链初创公司数量也远高于亚洲。2.2.6 金融机构自2021年以来，全球主流金融机构纷纷开始布局区块链，以高盛、摩根大通、瑞银集团为代表的银行业巨头分别成立各自的区块链实验室、发布区块链研究报告或申请区块链专利，并参与投资区块链初创公司。其中，高盛不仅参与投资了区块链创业公司Circle，还在2021年11月提交了一份专利申请，描述了一种可以用于证券结算系统的全新数字货币“SETLcoin。美国存管信托和结算公司DTCC、Visa、环球同业银行金融电讯协会SWIFT等金融巨头也相继宣布其区块链战略。其中DTCC于2021年1月发布了名为?拥抱颠覆?的白皮书，呼吁全行业开展协作，利用区块链技术改造传统封闭复杂的金融业结构，使其变得现代化、组织化和简单化。除此之外，上海证券交易所、纳斯达克、纽约证券交易所、芝加哥商品交易所等各国证券交易所也对区块链技术进行了深入的探索。其中，纳斯达克在2021年12月30日宣布通过其基于区块链的交易平台Linq1516完成了首个证券交易。2.2.7监管机构区块链涉及了包括金融在内的多个行业，各国监管机构在区块链技术的开展与落地中势必会发挥重要作用。当前，各国政府对与以比特币为代表的数字货币政策定义不一。但对于区块链技术，各国政府普遍采取积极支持的态度。英国、新加坡政府相继推出了沙盒方案，以促进区块链领域内的创新。中国互联网金融协会也成立了区块链研究工作组，深入研究区块链技术在金融领域的应用及影响。2.3局部国家和地区对区块链的态度2021 年 下 半 年 以 来，“区 块 链 这 个 词 开 始 成 为 全 球 各 大 监 管 机构、金融机构及商业机构如摩根斯丹利、英国政府、花旗银行等争相讨论的对象。从整体上看，参与讨论的金融机构普遍对区块链技术在改善其中后端流程效率及降低运作本钱的可能性上有着较为积极的态度，局部国家政府对推动区块链技术和应用的开展也持积极态度。2.3.1中国政府：积极探讨推动区块链技术和应用开展2021年2月，中国人民银行行长周小川在谈到数字货币相关问题时曾提及，区块链技术是一项可选的技术，并提到人民银行部署了重要力量研究探讨区块链应用技术。他认为，目前区块链存在占用资源过多的问题，不管是计算资源还是存储资源，还应对不了现在的交易规模。2021年9月9日，中国人民银行副行长范一飞在2021年度银行科技开展奖评审领导小组会议中提出，各机构应主动探索系统架构转型，积极研究建立灵活、可延展性强、平安可控的分布式系统架构，同时应加强对区块链等新兴技术的持续关注，不断创新效劳和产品，提升普惠金融水平。(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书2.3.2 英国政府：区块链及分布式账本技术有着颠覆性潜力英国政府首席科学参谋在其?分布式账本：超越区块链?报告中指出，区块链技术能够为多种形式的效劳提供新型的信任机制。该国首席科学参谋认为，分布式账本技术能够为英国的金融市场、供给链、福利管理、土地所有权登记乃至英国国民健康保健制度等领域带来极大的好处。此外，该国首席科学参谋指出，分布式账本技术凭借其技术特点，具有天然的抵御攻击的优势，认为这种网络中存在多个共享的数据库副本，网络的共识也能防止账本内容未经授权的恶意篡改行为。这样，就能够解决中心化数据管理方案中可能存在的单点失效风险。同时指出，分布式技术有可能改变数据管理体系中对个人信息隐私权的保护方式，让个人有权力决定个人记录的访问权，为不同的机构开放不同的信息访问权限。政府首席科学参谋认为，英国在金融技术领域有着很强大的先发优势，假设借助分布式账本技术并探索其对公共效劳及经济体系所能带来的益处，那么有利于英国在新一轮的金融技术革命中抢占先机。针对分布式账本技术使用过程中的监管问题，提出了“法律治理与“技术治理两大原那么，认为新时代的金融体系既需要沿用已有的法律体系监管模式，也需要考虑如何使用技术要素对分布式账本技术系统进行管理。假设能妥善处理“法律治理与“技术治理这两者之间的关系，分布式账本技术有利于降低金融机构的合规本钱、降低系统性风险及提高金融机构运作的效率。最后，政府首席科学参谋指出，不同的分布式账本体系都有各自的实施方案，这也带来了不同的平安性及隐私问题的差异，各机构在使用具体的分布式账本系统之前，应该从自身的业务流程及平安、隐私保护的角度出发，着重解决相关的问题并寻求最正确的技术解决方案。2.3.3 美国特拉华州：区块链技术简化企业注册本钱美国的特拉华州因其宽松的企业管理环境和法律体系被誉为是“企业1718注册圣地。目前，在特拉华州注册的企业超过了100万，包括美国过半数的上市企业。美国特拉华州州长JackMarkell表示，区块链技术用于企业注册及股权管理等领域有着很大的潜力，并通过与特拉华州律师协会合作，探索将区块链技术与该州法律体系结合起来，择机开始将特拉华州的企业档案管理记录转移到分布式账本体系的尝试。特拉华州政府在区块链上的一系列举措及方案，被统称为“特拉华州区块链建议行动。2021年成立的智能证券公司Symbiont是该行动的一个参与者，该公司将区块链技术与现有的金融市场根底设施结合起来，用于股东信息登记、股份登记、资本管理等领域，作为特拉华州区块链建议行动的重要组成局部。Symbiont公司认为这个方案能够简化公司股权管理及股东权益管理等事项，从而让在特拉华州注册的公司受益。2.3.4俄罗斯央行：研究区块链在金融领域的潜在应用2021年上半年，俄罗斯央行发布的一项研究方案表示将对区块链技术在金融领域的应用进行研究，这与其比照特币的态度有着较大的差距。目前，俄罗斯央行发布的信息显示已成立了一个专门研究前沿科技及金融市场创新技术的工作小组，对分布式账本、区块链技术及多种金融科技领域的新成果展开调查和研究。俄罗斯央行行长Elvira Nabiullina表示，该国央行正在密切关注及监控区块链根底的开展，并对其创新金融领域的可能性表示关注。2.3.5欧洲证券及市场管理局：区块链技术可改进交易后流程欧盟的最高证券监管机构欧洲证券及市场管理局ESMA执行董事Verena Ross称，区块链及分布式账本技术有助于改进交易后流程。该机构认为，区块链可在结算、所有权记录、证券相关效劳及抵押品管理等领域带来本钱及效率上的改善。针对区块链技术的应用可能带来的风险问题，ESMA认为需要关注其(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书平安性。此外，该机构还意识到分布式账本技术与现有的中心化系统，如交易平台，在一段相当长的时期内可能是会共存的，因此也特别关注区块链技术与现有的各种关键金融系统之间的互操作性。另外，ESMA认为，一旦区块链及分布式账本技术能够解决交易量、可扩展性、隐私保护等问题，那么会带来降低本钱、提高市场效率的好处，并有助于降低中心化系统网络犯罪活动出现的概率。ESMA对区块链及分布式账本技术的看法，与美国DTCC颇为一致。DTCC指出，当今的金融市场是建立在不同的效劳提供商及市场根底设施所组成的庞大网络上的，在这个庞大的网络中，存在着各种互相孤立的数据系统及运作体系，这极大地影响了金融市场效率的进一步提升。DTCC认为，区块链及分布式账本技术有潜力降低金融机构数据管理、风险控制及清算、结算和对账的本钱；同时，该机构也认为，分布式账本技术的发展需要引入金融产业参与者的沟通及协调机制，以免各种互不兼容的分布式账本技术标准与体系互相孤立，否那么现有金融系统根底设施缺乏互操作性、互通性和孤立的问题也会再次在分布式账本技术体系中出现。2.3.6 新加坡政府：银行应持续关注技术变革新加坡总理李显龙表示，银行业正在面临着全新的挑战，而不断进化的技术所推动的新型商业模式将会对银行业原有的商业模式带来冲击，区块链技术就是其中的一个例子。他认为，区块链技术能够应用于全额结算、金融交易记录确认等领域，具有很大的应用潜力，因此新加坡的银行及监管机构必须对这项技术展开深入的研究，稳固新加坡的金融重镇地位。目前，新加坡金融管理局宣布成立了金融科技和创新组，并针对与区块链及其他金融科技相关的企业推出了“沙盒试验机制，只要预先在这个体系中进行登记，企业就能在金融科技创新等事项上获得极大的自由度。新加坡是截至目前为止亚洲范围内对区块链技术态度最为积极的国家之一。192.4区块链与新一代信息技术随着新一轮产业革命的到来，云计算、大数据、物联网等新一代信息技术在智能制造、金融、能源、医疗健康等行业中的作用愈发重要。自“十二五被确立为七大战略性新兴产业之一以来，我国新一代信息技术的开展迅速，逐步成为各行业深化信息技术应用的方向。从国内外开展趋势和区块链技术开展演进路径来看，区块链技术和应用的开展需要云计算、大数据、物联网等新一代信息技术作为根底设施支撑，同时区块链技术和应用开展对推动新一代信息技术产业开展具有重要的促进作用。图2-9说明了区块链与新一代信息技术的关系。图2-9区块链与新一代信息技术20云计算部署根底设施大数据存储根底设施加密根底设施设备网络根底设施加密技术改善应用人工智能通信根底设施下一代网络物联网区块链(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书2.4.1 区块链与云计算区块链技术的开发、研究与测试工作涉及多个系统，时间与资金本钱等问题将阻碍区块链技术的突破,基于区块链技术的软件开发依然是一个高门槛的工作。云计算效劳具有资源弹性伸缩、快速调整、低本钱、高可靠性的特质，能够帮助中小企业快 速低 本钱 地 进行区块链开发部署。两项技术融合，将加速区块链技术成熟，推动区块链从金融业向更多领域拓展。2021年11月，微软在Azure云平台里面提供BaaS效劳，并于2021年8月正式对外开放。开发者可以在上面以最简便、高效的方式创立区块链环境。IBM也在2021年2月宣布推出区块链效劳平台，帮助开发人员在IBM云上创立、部署、运行和监控区块链应用程序。2.4.2 区块链与大数据区块链是一种不可篡改的、全历史的数据库存储技术，巨大的区块数据集合包含着每一笔交易的全部历史，随着区块链的应用迅速开展，数据规模会越来越大，不同业务场景区块链的数据融合进一步扩大了数据规模和丰富性。区块链提供的是账本的完整性，数据统计分析的能力较弱。大数据具备海量数据存储技术和灵活高效的分析技术，极大提升区块链数据的价值和使用空间。区块链以其可信任性、平安性和不可篡改性，让更多数据被解放出来，推进数据的海量增长。区块链的可追溯特性使得数据从采集、交易、流通，以及计算分析的每一步记录都可以留存在区块链上，使得数据的质量获得前所未有的强信任背书，也保证了数据分析结果的正确性和数据挖掘的效果。区块链能够进一步标准数据的使用，精细化授权范围。脱敏后的数据交易流通，那么有利于突破信息孤岛，建立数据横向流通机制，并基于区块链的价值转移网络，逐步推动形成基于全球化的数据交易场景。21222.4.3区块链与物联网物联网作为互联网根底上延伸和扩展的网络，通过应用智能感知、识别技术与普适计算等计算机技术，实现信息交换和通信，同样能满足区块链系统的部署和运营要求。另外，区块链系统网络是典型的P2P网络，具有分布式异构特征，而物联网天然具备分布式特征，网中的每一个设备都能管理自己在交互作用中的角色、行为和规那么，对建立区块链系统的共识机制具有重要的支持作用。根据有关机构预测，2021年全球的物联网设备数量将到达49亿台，2021年将到达250亿台左右。随着物联网中设备数量的增长，如果以传统的中心化网络模式进行管理，将带来巨大的数据中心根底设施建设投入及维护投入。此外，基于中心化的网络模式也会存在平安隐患。区块链的去中心化特性为物联网的自我治理提供了方法，可以帮助物联网中的设备理解彼此，并让物联网中的设备知道不同设备之间的关系，实现对分布式物联网的去中心化控制。2.4.4区块链与下一代移动通讯网络区块链是点对点的分布式系统，节点间的多播通信会消耗大量网络资源。随着区块链体量的逐步扩大，网络资源的消耗会以几何倍数增长，最终会成为区块链的性能瓶颈。5G网络作为下一代移动通信网络，理论传输速度可达数十Gb每秒，这比4G网络的传输速度快数百倍。对于区块链而言，区块链数据可以达到极速同步，从而减少了不一致数据的产生，提高了共识算法的效率。另外，预计到2021年时，大约有500亿部设备将连接到5G网络，并且将融合到物联网之中。下一代通信网络的开展，将极大提升区块链的性能，扩展区块链的应用范围。(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书2.4.5 区块链与加密技术现代信息的应用越来越趋于全球化和全民化,对于信息平安的要求除了防 篡改、抗抵 赖、可信等根底平安之外，更需要加强隐私保护、身份认证等方面的平安。从某种意义上看，区块链技术是因为现代密码学的开展才产生的，但今天区块链技术所用的密码学主要是二十年前的密码学成果，还存在很多问题需要解决。将区块链技术应用于更多分布式的、多元身份参与的应用场景，现有的加密技术是否满足需求，还需要更多的应用验证，同时更需要深入整合密码学前沿技术，包括目前国际国内在零知识证明、多方保密计算、群签名、基于格的密码体制、全同态密码学等最新前沿技术。新兴的区块链技术有助于推动信息化沟通模式从多对多沟通开展到物联网沟通模式，密码学需要不断创新才能满足趋于复杂的通信方式的平安需求，从某种程度上说，区块链技术在推动密码体系创新的同时，也给现代密码学带来新的开展契机。同时在区块链治理过程中，身份认证系统是第一要务，数字证书对于区块链技术也是极其重要的，区块链技术的开展对数字证书的开展和应用也有极大的促进作用。2.4.6 区块链与人工智能基于区块链的人工智能网络可以设定一致、有效的设备注册、授权及完善的生命周期管理机制，有利于提高人工智能设备的用户体验及平安性。此外，假设各种人工智能设备通过区块链实现互联、互通，那么有可能带来一种新型的经济模式，即人类组织与人工智能、人工智能与人工智能之间进行信息的交互甚至是业务的往来，而统一的区块链根底协议那么可让不同的人工智能设备之间在互动过程中不断积累学习经验，从而实现人工智能程度的进一步提升。2324(2021)区块链应用生态圈金融效劳医疗健康共享经济物联网IP版权教育文化娱乐慈善公益社会管理通信中国区块链技术和应用开展白皮书三、区块链典型应用场景3.1 区块链应用场景概览目前，区块链的应用已从单一的数字货币应用，例如比特币，延伸到经济社会的各个领域，其应用的场景如图3-1所示。考虑到各个行业应用的可行性、成熟度和重要性，本白皮书列举了金融效劳、供给链管理、文化娱乐、智能制造、社会公益、教育就业等6个行业的应用场景作为代表。另外，需要特别说明的是，除金融效劳行业的应用相对成熟外，其他行业的应用还处于探索起步阶段。在后续工作中，我们将结合区块链技术和应用的开展不断丰富完善。支付、交易清结算、贸易金融、数字货币、股权、私募、债券、金融衍生品、众筹、信贷、风控、征信视频版权，音乐版权，软件防伪，数字内容确权，软件传播溯源档案管理、学生征信、学历证明、成绩证明、产学合作专利、著作权、商标保护、软件、游戏、音频、视频、书籍许可证、艺术品证明物品溯源、物品仿伪、物品认证、网络平安性、网络效率、网络可靠性数字病历、隐私保护、健康管理租车、租房、知识技能社交、消息系统社会公益代理投票、身份认证、档案管理、公证、遗产继承、个人社会信用、工商管理图3-1区块链应用场景概览25263.2区块链与金融效劳金融效劳是区块链技术的第一个应用领域，不仅如此，由于该技术所拥有的高可靠性、简化流程、交易可追踪、节约本钱、减少错误以及改善数据质量等特质，使得其具备重构金融业根底架构的潜力。3.2.1行业痛点在支付领域，金融机构特别是跨境的金融机构间的对账、清算、结算的本钱较高，也涉及了很多的手工流程，这不仅导致了用户端和金融机构中后台业务端等产生的支付业务费用高昂，也使得小额支付业务难以开展。在资产管理领域，股权、债券、票据、收益凭证、仓单等资产由不同的中介机构托管，提高了这类资产的交易本钱，也容易带来凭证被伪造等问题。在证券领域，证券交易生命周期内的一系列流程耗时较长，增加了金融机构中后台的业务本钱。在清算和结算领域，不同金融机构间的根底设施架构、业务流程各不相同，同时涉及很多人工处理的环节，极大地增加了业务本钱，也容易出现过失。在用户身份识别领域，不同金融机构间的用户数据难以实现高效的交互，使得重复认证本钱较高，也间接带来了用户身份被某些中介机构泄露的风险。3.2.2基于区块链的解决思路区块链技术具有数据不可篡改和可追溯特性，可以用来构建监管部门所需要的、包含众多手段的监管工具箱，以利于实施精准、及时和更多维度的监管。同时，基于区块链技术能实现点对点的价值转移，通过资产数字化和重构金融根底设施架构，可达成大幅度提升金融资产交易后清、结算流程效率和降低本钱的目标，并可在很大程度上解决支付所面(2021)中国区块链技术和应用开展白皮书临的现存问题。3.2.3 应用场景应用场景1：支付领域在支付领域，区块链技术的应用有助于降低金融机构间的对账本钱及争议解决的本钱，从而显著提高支付业务的处理速度及效率，这一点在跨境支付领域的作用尤其明显。另外，区块链技术为支付领域所带来的本钱和效率优势，使得金融机构能够更处理以往因本钱因素而被视为不现实的小额跨境支付，有助于普惠金融的实现。应用场景2：资产数字化各类资产，如股权、债券、票据、收益凭证、仓单等均可被整合进区块链中，成为链上数字资产，使得资产所有者无需通过各种中介机构就能直接发起交易。上述功能可以借助于行业根底设施类机构实现，让其扮演托管者的角色，确保资产的真实性与合规性，并在托管库和分布式账本之间搭建一座桥梁，让分布式账本平台能够平安地访问托管库中的可信任资产。此外，资产发行可根据需要灵活采用保密或公开的方式进行。应用场景3：智能证券金融资产的交易是相关各方之间基于一定的规那么达成的合约，区块链能用代码充分地表达这些业务逻辑，如固定收益证券、回购协议、各种掉期交易以及银团贷款等，进而实现合约的自动执行，并且保证相关合约只在交易对手方间可见，而对无关第三方保密。基于区块链的智能证券能通过相应机制确保其运行符合特定的法律和监管框架。应用场景4：清算和结算区块链技术的核心特质是能以准实时的方式，在无需可信的第三方参与的情况下实现价值转移。金融资产的交易涉及两个重要方面：支付和证券。通过基于区块链技术的法定数字货币或者是某种“结算工具的创设，与前文所述的链上数字资产对接，即可完成点对点的实时清算与结2728算，从而显著降低价值转移的本钱，缩短清算、结算时间。在此过程中，交易各方均可获得良好的隐私保护。应用场景5：客户识别全世界的金融机构都是受到严格监管的，其中很重要的一条就是金融机构在向客户提供效劳时必须履行客户识别KYC责任。在传统方式下，KYC是非常耗时的流程，缺少自动验证消费者身份的技术，因此无法高效地开展工作。在传统金融体系中，不同机构间的用户身份信息和交易记录无法实现一致、高效的跟踪，使得监管机构的工作难以落到实处。区块链技术可实现数字化身份信息的平安、可靠管理，在保证客户隐私的前提下提升客户识别的效率并降低本钱。3.3区块链与供给链管理供给链是一个由物流、信息流、资金流所共同组成的，并将行业内的供给商、制造商、分销商、零售商、用户串联在一起的复杂结构。而区块链技术作为一种大规模的协作工具，天然地适合运用于供给链管理。3.3.1行业痛点供给链由众多参与主体构成，不同的主体之间必然存在大量的交互和协作，而整个供给链运行过程中产生的各类信息被离散地保存在各个环节各自的系统内，信息流缺乏透明度。这会带来两类严重的问题：一是因为信息不透明、不流畅导致链条上的各参与主体难以准确了解相关事项的状况及存在的问题，从而影响供给链的效率；二是当供给链各主体间出现纠纷时，举证和追责均耗时费力，甚至在有些情况下变得不可行。随着经济全球化的快速推进，企业必须在越来越大的范围内拓