先进计算将带给区块链哪些机遇与挑战?

先进计算将带给区块链哪些机遇与挑战?优质

区块链技术经过12年的发展,已经在数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等领域得到广泛关注和应用尝试。然而,区块链技术大规模应用仍面临计算、存储负担过重、51%算力攻击等问题。先进计算技术作为当今许多具有战略意义的新兴技术的基础,能消除制约区块链广泛应用的技术瓶颈,给区块链发展带来新的机遇,但同时也给区块链的安全性带来新的挑战。区块链发展面临的技术问题区块链面临存储和运算瓶颈。区块链技术要求每个节点都有一个完整的账本,且在交易时需进行全网广播。区块链上述特点导致随着节点数量的增加,每个节点存储的区块链数据体积会不断扩大,存储和计算负担将越来越重,区块链未来进一步发展面临多种挑战。一是节点存储空间限制。以比特币区块链为例,2016年账本数据为80G,2017年达到130G,2018年超过200G。未来,电脑等终端节点的存储空间将无法满足区块链账本数据的存储,区块链的进一步扩展面临瓶颈。二是运算能力限制。节点计算能力不足影响了区块链系统的性能。从交易验证时间看,当前比特币交易的一次确认时间大约需要10分钟,6次确认的情况下,需要等待约1小时,区块链交易确认时间离理想的状态还有很大距离。从交易效率看,区块链每秒处理笔数的峰值一般小于7,而天猫在“双十一”时,交易量就超过了10万笔。区块链面临内生安全问题。区块链目前面临的最大风险之一就是51%的算力攻击。区块链系统中,使用最广泛和成熟的共识机制是工作量证明(POW)。在POW机制下,如果某个节点拥有全网51%以上的算力,就能够支配交易的验证流程,对整个区块链形成控制,发生51%算力攻击。一方面,比特币快速发展带来系统算力爆发式增长,面临51%攻击的概率极低。2013年,比特币全网算力已经达到世界前500强超级计算机算力之和的20倍。另一方面,部分区块链应用仍面临51%攻击的风险。2019年曾出现多起51%算力攻击案件,如,2019年1月5日以太坊遭遇51%算力攻击,攻击时间持续3天,最终损失金额约110万美金。先进计算带给区块链的机遇与挑战当前,面对各行业的海量数据处理需求,先进计算正沿着多个方向持续提升计算性能,带来器件运算、存储能力的大幅提高。超强的计算性能在增强区块链节点存储和计算能力的同时,也给区块链的安全带来新的隐患。先进计算多路径提升计算能力破解区块链存储、运算难题。一方面,产业界仍在不断提升缩小芯片制造工艺,提高芯片性能。如,台积电在2018年4月量产7nm工艺,相比上一代工艺,芯片功耗降低40%,性能提升15%。此外,台积电已于近日实现了5nm量产,并计划在2021年初步实现3nm工艺量产,芯片性能将得到进一步提升。另一方面,通过特定领域专用架构提升计算能力。如,阿里巴巴下属芯片公司平头哥2019年7月推出国内首款全链路智能合约处理器,计算效率提升50%以上。先进计算带来的存储、运算能力的增加将有效解决因区块链节点快速扩展带来的体积过大,存储、计算负担过重等问题。超强算力导致区块链安全风险增加。近年来,以量子计算为典型代表的非冯诺依曼结构技术不断取得新的突破,计算性能得到极大提高。2019年10月,谷歌团队成功演示“量子霸权”,其研制的一个包含53个有效量子比特的处理器“西克莫”,在测试中仅用了约200秒就完成当前全球最好的超级计算机需要约1万年才能完成的计算任务。当前,已有研究通过比对枚举法破解区块链所需要的算力,认为一台具有4000个以上量子比特的量子计算机就能瓦解区块链。此外,比特币和以太坊等传统区块链,采用了经典的公钥加密技术来签署交易,密码的安全性也容易受到量子计算的暴力攻击。* * *当前,先进计算正通过多种途径提升计算性能,这将有效解决区块链面临的计算和存储能力不足等问题,为区块链快速发展带来新的机遇。但也要看到,算力的大幅提升将使区块链面临新的安全隐患,51%算力攻击和传统加密算法面临新的威胁。面对先进计算给区块链发展带来的机遇,产学研各界应积极布局,争取区块链早日大规模应用。同时,应加强区块链安全前瞻性研究,克服传统区块链共识机制和加密技术的不足。(作者:中国信息通信研究院政策与经济研究所 邢宇龙)

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