本文節(jié)選自《華為區(qū)塊鏈白皮書》，來源于《ICT新視界·智慧城市特輯》，原標題為《區(qū)塊鏈：構建智慧城市可信基石》。

區(qū)塊鏈是近兩年來業(yè)界的熱點話題，由于其通過分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制和加密算法等技術的集成，可以有效解決數(shù)據(jù)在流轉過程中的造假行為，正從金融行業(yè)延伸到城市中物聯(lián)網(wǎng)、供應鏈管理、數(shù)據(jù)存證以及交易等領域，開啟城市構建可信數(shù)字環(huán)境、打造可信社會的變革。

區(qū)塊鏈的興起

區(qū)塊鏈作為獨立技術出現(xiàn)可追溯到2008年比特幣的誕生，現(xiàn)在已發(fā)展到第三個階段（參見下表）。

智慧城市典型場景

城市數(shù)據(jù)交易：過程透明、可審計，重塑數(shù)字城市公信力

數(shù)據(jù)是城市的根本，各行業(yè)領域的有效數(shù)據(jù)交換與融合是整體推進城市智慧化的前提。區(qū)塊鏈的不可篡改和可追溯性可以讓參與主體間建立信任，智慧城市各方可通過數(shù)據(jù)交易實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可持續(xù)大幅增長：數(shù)據(jù)所有權、交易和授權范圍記錄在區(qū)塊鏈上，數(shù)據(jù)所有權可以得到確認，精細化的授權范圍可以規(guī)范數(shù)據(jù)的使用；同時，數(shù)據(jù)從采集到分發(fā)的每一步都可以記錄在區(qū)塊鏈上，以保持透明度，使得數(shù)據(jù)源可追溯，進而對數(shù)據(jù)源進行約束，加強數(shù)據(jù)質量；去中心化數(shù)據(jù)交易網(wǎng)絡能很好地支持城市物聯(lián)網(wǎng)分布，以及實時和精細化的數(shù)據(jù)交易；基于區(qū)塊鏈的去中心化數(shù)據(jù)交易平臺可以形成更大規(guī)模的全球化數(shù)據(jù)交易場景，讓城市各方獲得更多需要的數(shù)據(jù)。

智慧資產：擴大智慧城市數(shù)字化廣度

伴隨著城市數(shù)字化進程的加速，身份認證的場景越來越廣泛，包括互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、社會和經濟生活等。但目前身份服務一直面臨著隱私泄露、身份欺詐以及碎片化等問題，給用戶、設備和系統(tǒng)均帶來極大的挑戰(zhàn)。區(qū)塊鏈技術的高可靠性、可追溯和可協(xié)作等特質，在身份及接入管理服務領域具備成為基礎技術的潛力。將區(qū)塊鏈技術應用到身份及接入管理服務中，將有可能形成一種協(xié)作、透明的身份管理方案，進而形成城市的數(shù)字資產管理。數(shù)字資產證明的流動性遠遠超過了傳統(tǒng)的實體證明，可以降低交易成本、縮短投資周期以及快速募集資金等。數(shù)字資產證明可以應用于各種城市中實體的產品登記，例如房產、廣告牌和汽車等。

智慧能源：促進城市可持續(xù)發(fā)展

城市的可持續(xù)發(fā)展需要新能源的廣泛利用。在新能源領域，區(qū)塊鏈正通過3大價值改變現(xiàn)有行業(yè)，實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)從數(shù)字化向信息化、最后向智能化發(fā)展。

? 精準計量：基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)公正可確保信任和公私鑰結合的訪問權限，從而有效保護隱私；

? 泛在交互：以可信計量為基礎，通過區(qū)塊鏈構建能源互聯(lián)網(wǎng)交互主體之間的信任傳遞，實現(xiàn)基于信任的能源互聯(lián)網(wǎng)之間的互操作；

?優(yōu)化決策：基于區(qū)塊鏈部署的能源互聯(lián)網(wǎng)設備間點對點交互，形成分區(qū)局部共識，避免大量分布式設備之間未來產生直接的共識而導致的復雜地帶和死循環(huán)共識機制，從而有效提高效率。

在某智慧新能源項目中，通過華為區(qū)塊鏈技術，用戶可以清晰地查閱到每一筆交易記錄，了解每一度電來源于哪個發(fā)電站的哪個光伏發(fā)電板，并能根據(jù)發(fā)電站的電價和剩余可用發(fā)電量自主選擇供電來源。對于發(fā)電企業(yè)，則可以根據(jù)用戶提交的用電申請動態(tài)計算各電站的供需狀態(tài)，及時調整發(fā)電策略和價格。

智慧醫(yī)療：信息準確共享，構建全生命周期健康防護體系

從生命孕育到生命終止，醫(yī)療有如下特點：大量數(shù)據(jù)，包括各類醫(yī)療器械產生的影像數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)、處置數(shù)據(jù)和藥物使用數(shù)據(jù)等；多方參與，包括醫(yī)院、疾控中心、社區(qū)衛(wèi)生服務機構、婦幼保健院和保險公司等；利益不一致且無單一可信方，例如用戶、保險和醫(yī)院之間存在一定的利益博弈；需客觀取證，例如事故記錄等客觀事實會被多方采用；大量流程交互，例如就醫(yī)往往都涉及多方流程交互，一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互機制將大大提升其效率。

可以發(fā)現(xiàn)，區(qū)塊鏈的優(yōu)勢與上述特征不謀而合。利用區(qū)塊鏈，可以通過數(shù)據(jù)防篡改和可追溯的統(tǒng)一賬本來記錄個人整個生命周期的醫(yī)療服務信息，該賬本可以在各參與方之間共享，實現(xiàn)去中心化的信息互通；同時，結合智能合約、鏈上鏈下數(shù)據(jù)互通等更前沿的技術，可以實現(xiàn)整個價值鏈上各種流程的自動化，以進一步提升效率。例如，通過智能合約簡化醫(yī)療保險報銷流程，以及通過對藥品流轉供應鏈進行全程監(jiān)控確保藥品的安全性與真實性。

華為智慧城市區(qū)塊鏈方案及技術創(chuàng)新

華為智慧城市區(qū)塊鏈方案主要聚焦典型應用領域，以區(qū)塊鏈平臺為核心，聯(lián)合網(wǎng)絡和終端（含芯片），形成三位一體的端到端區(qū)塊鏈框架，實現(xiàn)軟件+硬件結合，提供更快、更安全的區(qū)塊鏈端到端解決方案。

? 芯片：將共識算法等軟件基礎固化到芯片架構中，從而大幅提升安全性和運行效率，解決區(qū)塊鏈的最后一公里問題；

? 網(wǎng)絡：為了應對區(qū)塊鏈的大范圍商用，網(wǎng)絡需要介入?yún)^(qū)塊鏈的流程中，同時網(wǎng)絡架構需要從原有的P2P網(wǎng)絡模型改為樹形結構發(fā)展，支撐區(qū)塊鏈的規(guī)模商用；

? 華為云區(qū)塊鏈服務BCS（Blockchain Service）：是基于開源區(qū)塊鏈技術以及華為在分布式并行計算、PaaS、數(shù)據(jù)管理和安全加密等核心技術領域的多年積累基礎上推出的區(qū)塊鏈云服務產品。

華為云區(qū)塊鏈服務是一種開放易用且靈活高效的通用型基礎技術，聚焦于區(qū)塊鏈云技術平臺建設，幫助生態(tài)伙伴在華為云上快速、高效地搭建智慧城市區(qū)塊鏈方案和應用?；趨^(qū)塊鏈應用中的難點和痛點，華為針對性地突破和創(chuàng)新了關鍵技術。

共識算法

共識效率是整個區(qū)塊鏈對外提供服務的核心能力。華為區(qū)塊鏈采用一種高效的、支持拜占庭容錯且具有自主知識產權的共識算法改進PBFT算法的缺陷：減少不必要的簽名驗證，使得通信復雜度從O(n2)減少到O(n)，提升了共識效率和擴展性；同時改進了共識流程，以保障節(jié)點故障和選主期間區(qū)塊鏈系統(tǒng)的服務穩(wěn)定性。

安全隱私保護

? 國密算法：華為區(qū)塊鏈支持國密SM2/3/4，提供多種加密算法給用戶選擇，同時滿足合規(guī)要求；

? 同態(tài)加密用戶交易隱私保護：（1）提供同態(tài)加密庫，對用戶的交易數(shù)據(jù)用其公鑰加密進行保護，交易時都是密文運算，最終賬本中加密保存，即使節(jié)點被攻破、獲取到賬本記錄也無法解密；（2）提供范圍證明校驗，背書節(jié)點能夠對密文進行背書，無需解密就能校驗交易的正確性，從而識別出惡意交易風險，保證了智能合約的正確執(zhí)行。華為通過改良算法，比起傳統(tǒng)加法同態(tài)加密與基于環(huán)簽名的范圍零知識證明，其性能可以提升10倍；

?零知識證明：華為區(qū)塊鏈提供零知識證明能力，對用戶的隱私數(shù)據(jù)進行保護，減少用戶隱私泄露風險；

?智能合約安全：華為區(qū)塊鏈可以提供智能合約檢測工具，防止惡意漏洞通過智能合約入侵用戶數(shù)據(jù)，同時提供安全容器，持續(xù)監(jiān)控容器的運行狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)漏洞則進行有效隔離，嚴格對容器的訪問權限進行控制，從而保證合約安全運行；

? 共識安全：華為區(qū)塊鏈將提供基于硬件的共識算法，使用形式化驗證來保證共識機制的安全，同時可以提高共識效率，增加網(wǎng)絡的穩(wěn)定性；

?賬本安全：華為區(qū)塊鏈將提供基于硬件的保護機制，保護本地賬本的機密性和完整性，防止賬本被篡改。

離鏈通道

單位時間內的交易處理能力仍是區(qū)塊鏈大規(guī)模應用的主要瓶頸之一。受限于區(qū)塊鏈的分布式架構、節(jié)點計算能力不均等、不同網(wǎng)絡狀況等因素，全網(wǎng)共識往往無法快速達成，交易速度難以提升。區(qū)塊鏈社區(qū)對交易擴容方案的爭論與嘗試由來已久，現(xiàn)有方案包括區(qū)塊擴容、共識算法改良、安全硬件輔助、隔離見證、閃電網(wǎng)絡、交易/狀態(tài)分片以及多層子鏈等。無論哪種方案都難以同時兼顧去中心化、可擴展性和安全性3個關鍵需求，但在特定場景中仍可以找到3要素的平衡點以滿足總體業(yè)務需求。

在大規(guī)模DAPP應用中，往往小額支付占據(jù)了大部分交易請求，而小額交易并無必要在主鏈及時獲得確認。如果將海量小額交易在鏈下通道處理，交易過程中不與主鏈交互，而在交易通道關閉或交易方退出時才請求主鏈記錄交易最終狀態(tài)，將會極大緩解主鏈的處理壓力，這就是離鏈微支付通道的設計思想。華為通過交易方高效安全的握手協(xié)議，采用創(chuàng)新的“鏈上鎖定-鏈下執(zhí)行”操作，實現(xiàn)了用戶間單通道2000+ TPS的交易性能。

對未來智慧城市區(qū)塊鏈的發(fā)展判斷

2017年，區(qū)塊鏈及其相關行業(yè)加速發(fā)展，中國將領跑全球進入“區(qū)塊鏈可信數(shù)字經濟社會”，極速前進的智慧城市將與區(qū)塊鏈“雙頻共振”，迎來新機遇。

?在應用維度：2018年是區(qū)塊鏈應用元年，標準沒有完善之前，在智慧城市中不同領域試用是重點，其中政府數(shù)據(jù)交易、存證和IoT領域將率先試用。本質上這些領域急需借助區(qū)塊鏈構建公平公信的營商環(huán)境；

?在技術維度：安全是構建區(qū)塊鏈需要考慮的重要問題，國密算法將會成為區(qū)塊鏈在國內主要市場的應用標準，區(qū)塊鏈的框架將包含“云-管-端”3層，以軟件+硬件相配合的方式構建高度可靠的安全能力。