區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)過(guò)12年的發(fā)展，已經(jīng)在數(shù)字金融、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、供應(yīng)鏈管理、數(shù)字資產(chǎn)交易等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用嘗試。然而，區(qū)塊鏈技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用仍面臨計(jì)算、存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)過(guò)重、51%算力攻擊等問(wèn)題。先進(jìn)計(jì)算技術(shù)作為當(dāng)今許多具有戰(zhàn)略意義的新興技術(shù)的基礎(chǔ)，能消除制約區(qū)塊鏈廣泛應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，給區(qū)塊鏈發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇，但同時(shí)也給區(qū)塊鏈的安全性帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。

區(qū)塊鏈發(fā)展面臨的技術(shù)問(wèn)題

區(qū)塊鏈面臨存儲(chǔ)和運(yùn)算瓶頸。區(qū)塊鏈技術(shù)要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)完整的賬本，且在交易時(shí)需進(jìn)行全網(wǎng)廣播。區(qū)塊鏈上述特點(diǎn)導(dǎo)致隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)體積會(huì)不斷擴(kuò)大，存儲(chǔ)和計(jì)算負(fù)擔(dān)將越來(lái)越重，區(qū)塊鏈未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展面臨多種挑戰(zhàn)。一是節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間限制。以比特幣區(qū)塊鏈為例，2016年賬本數(shù)據(jù)為80G，2017年達(dá)到130G，2018年超過(guò)200G。未來(lái)，電腦等終端節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間將無(wú)法滿(mǎn)足區(qū)塊鏈賬本數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，區(qū)塊鏈的進(jìn)一步擴(kuò)展面臨瓶頸。二是運(yùn)算能力限制。節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力不足影響了區(qū)塊鏈系統(tǒng)的性能。從交易驗(yàn)證時(shí)間看，當(dāng)前比特幣交易的一次確認(rèn)時(shí)間大約需要10分鐘，6次確認(rèn)的情況下，需要等待約1小時(shí)，區(qū)塊鏈交易確認(rèn)時(shí)間離理想的狀態(tài)還有很大距離。從交易效率看，區(qū)塊鏈每秒處理筆數(shù)的峰值一般小于7，而天貓?jiān)凇半p十一”時(shí)，交易量就超過(guò)了10萬(wàn)筆。

區(qū)塊鏈面臨內(nèi)生安全問(wèn)題。區(qū)塊鏈目前面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)之一就是51%的算力攻擊。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，使用最廣泛和成熟的共識(shí)機(jī)制是工作量證明（POW）。在POW機(jī)制下，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有全網(wǎng)51%以上的算力，就能夠支配交易的驗(yàn)證流程，對(duì)整個(gè)區(qū)塊鏈形成控制，發(fā)生51%算力攻擊。一方面，比特幣快速發(fā)展帶來(lái)系統(tǒng)算力爆發(fā)式增長(zhǎng)，面臨51%攻擊的概率極低。2013年，比特幣全網(wǎng)算力已經(jīng)達(dá)到世界前500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)算力之和的20倍。另一方面，部分區(qū)塊鏈應(yīng)用仍面臨51%攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。2019年曾出現(xiàn)多起51%算力攻擊案件，如，2019年1月5日以太坊遭遇51%算力攻擊，攻擊時(shí)間持續(xù)3天，最終損失金額約110萬(wàn)美金。

先進(jìn)計(jì)算帶給區(qū)塊鏈的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

當(dāng)前，面對(duì)各行業(yè)的海量數(shù)據(jù)處理需求，先進(jìn)計(jì)算正沿著多個(gè)方向持續(xù)提升計(jì)算性能，帶來(lái)器件運(yùn)算、存儲(chǔ)能力的大幅提高。超強(qiáng)的計(jì)算性能在增強(qiáng)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)和計(jì)算能力的同時(shí)，也給區(qū)塊鏈的安全帶來(lái)新的隱患。

先進(jìn)計(jì)算多路徑提升計(jì)算能力破解區(qū)塊鏈存儲(chǔ)、運(yùn)算難題。一方面，產(chǎn)業(yè)界仍在不斷提升縮小芯片制造工藝，提高芯片性能。如，臺(tái)積電在2018年4月量產(chǎn)7nm工藝，相比上一代工藝，芯片功耗降低40%，性能提升15%。此外，臺(tái)積電已于近日實(shí)現(xiàn)了5nm量產(chǎn)，并計(jì)劃在2021年初步實(shí)現(xiàn)3nm工藝量產(chǎn)，芯片性能將得到進(jìn)一步提升。另一方面，通過(guò)特定領(lǐng)域?qū)Ｓ眉軜?gòu)提升計(jì)算能力。如，阿里巴巴下屬芯片公司平頭哥2019年7月推出國(guó)內(nèi)首款全鏈路智能合約處理器，計(jì)算效率提升50%以上。先進(jìn)計(jì)算帶來(lái)的存儲(chǔ)、運(yùn)算能力的增加將有效解決因區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)快速擴(kuò)展帶來(lái)的體積過(guò)大，存儲(chǔ)、計(jì)算負(fù)擔(dān)過(guò)重等問(wèn)題。

超強(qiáng)算力導(dǎo)致區(qū)塊鏈安全風(fēng)險(xiǎn)增加。近年來(lái)，以量子計(jì)算為典型代表的非馮諾依曼結(jié)構(gòu)技術(shù)不斷取得新的突破，計(jì)算性能得到極大提高。2019年10月，谷歌團(tuán)隊(duì)成功演示“量子霸權(quán)”，其研制的一個(gè)包含53個(gè)有效量子比特的處理器“西克莫”，在測(cè)試中僅用了約200秒就完成當(dāng)前全球最好的超級(jí)計(jì)算機(jī)需要約1萬(wàn)年才能完成的計(jì)算任務(wù)。當(dāng)前，已有研究通過(guò)比對(duì)枚舉法破解區(qū)塊鏈所需要的算力，認(rèn)為一臺(tái)具有4000個(gè)以上量子比特的量子計(jì)算機(jī)就能瓦解區(qū)塊鏈。此外，比特幣和以太坊等傳統(tǒng)區(qū)塊鏈，采用了經(jīng)典的公鑰加密技術(shù)來(lái)簽署交易，密碼的安全性也容易受到量子計(jì)算的暴力攻擊。

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當(dāng)前，先進(jìn)計(jì)算正通過(guò)多種途徑提升計(jì)算性能，這將有效解決區(qū)塊鏈面臨的計(jì)算和存儲(chǔ)能力不足等問(wèn)題，為區(qū)塊鏈快速發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇。但也要看到，算力的大幅提升將使區(qū)塊鏈面臨新的安全隱患，51%算力攻擊和傳統(tǒng)加密算法面臨新的威脅。面對(duì)先進(jìn)計(jì)算給區(qū)塊鏈發(fā)展帶來(lái)的機(jī)遇，產(chǎn)學(xué)研各界應(yīng)積極布局，爭(zhēng)取區(qū)塊鏈早日大規(guī)模應(yīng)用。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)區(qū)塊鏈安全前瞻性研究，克服傳統(tǒng)區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制和加密技術(shù)的不足。