书名：区块链技术本质与应用
ISBN：978-7-115-58471-7
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著 高承实
责任编辑 秦 健
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本书从理论方面清晰地界定了区块链的内涵和外延，从工程方面介绍了关键技术的发展趋势以及主流平台的特点和用途，从实践方面给出了应用实践的场景和方法论，可以帮助读者全方位了解区块链的概念、产业、技术、标准和应用，降低区块链技术的学习成本，统一产业对区块链技术的认识，从而为促进区块链产业高质量发展奠定基础。
本书首先介绍了区块链的技术本质，从理论层面辨析关于区块链的模糊概念和定义，并对流行的区块链概念进行深入剖析；其次从技术和业务层面阐述区块链带来的革命性影响；然后对2020年以来区块链领域的重大事件进行追踪、总结和评述；最后从技术、理论和实践方面，通过多个典型案例，对区块链产业化落地应用进行深度探讨。
本书适合区块链从业人士以及对区块链技术与产业感兴趣的读者阅读。
近年来，科学技术快速迭代演进，实现了在经济、社会等多领域的纵深发展。从2017年的公有链到2020年的DeFi，再到2021年上半年的NFT以及2021年下半年兴起的元宇宙，无一不是区块链和其他数字技术如信息技术、数字技术和人工智能技术高度组合的结果。区块链作为数字经济基础结构的重要组成部分，显现出旺盛的生命力和广阔的应用前景。
在这样的背景下，高承实博士的新书《区块链技术本质与应用》于2022年年初问世。相较于高博士2019年所撰写的《回归常识——高博士区块链观察》，基于对区块链技术本质的持续研究、观察、理解和认知，这本书吸纳了区块链技术发展的新成果，在深入研究区块链这套技术体系或技术的结构性创新与当前技术的主要区别之后，阐述了区块链的创新趋势，以及区块链将会给人类生产生活带来的积极影响和可能的负面冲击。
高博士在这本书中提出了很多独到的见解。例如，对于区块链的技术本质，高博士认为区块链系统根本性的作用就是在无中心机构、中心机构权威性不足或中心化系统成本过高的情况下，互不信任或信任程度不足的不同业务主体建立和维护信任关系的一套解决方案。又如，高博士认为由多种技术按照特定组合方式实现的区块链链上数据真伪全网各节点可独立验证，是区块链与传统互联网根本的区别所在，也是区块链相对传统互联网的升维所在。同时，高博士对区块链应用可能带来的后果也有着非常清晰的认知——除了区块链应用可能带来的进步价值，他还特别指出区块链在应用领域值得警惕的地方，以及区块链的应用与当前现实环境的不协调之处。高博士以互联网的发展为例，认为区块链带来的未必是一个更加公平和平等的世界，很有可能是一个更加不平等的世界。例如，联盟链的应用就有可能为未来建立托拉斯或康采恩式的垄断组织提供技术基础。而公有链上的非中心化应用和智能合约的自动执行，又引出了虚拟货币的财产性质认定、智能合约的法律效力认定，以及技术规则变化带来的监管对象和行为主体、规则界定的变化，匿名化导致的责任主体不明，合约不可修改和不可撤销引发法律问题而无从追查等一系列与现有法律的冲突，急需通过对技术本质的认知来扩展相关的法理支撑。此外，这本书也阐述了作者对消费互联网、产业互联网、数字化转型等方面的认知，尤其是对区块链本身是一种“涌现”现象，以及区块链将带来更加丰富“涌现”现象的阐述，都是非常有洞察性的见解。无疑，上述观点因为具有原创性，符合区块链的演进，甚为珍贵。
高博士对区块链的研究是有基础的。三年前，高博士在《回归常识——高博士区块链观察》一书中已经展现出对区块链本质和应用的深刻思考。在那本书中，高博士主要基于数据有效共享带来的产业变革和应用，提出区块链存在两个方面的价值：其一，链上数据不可篡改和难以伪造可以降低甚至消除机构内外部人员对机构及其他人的不信任，由此带来社会组织等层面的自证清白；其二，基于一定范围的共享数据，能够在系统层面降低甚至消除信息不对称，有可能将原来的中心化他组织的业务系统转变为非中心化自组织的业务系统，从总体上提高系统的执行效率。在本书中，高博士提出在更为广泛的数字化系统和更复杂的业务系统中，区块链通过数据在一定范围的一致性冗余存储，可以实现信息系统和业务系统的非中心化运行和集体维护，从而极大地提高系统的和谐和稳定。加之，区块链通过对数字化资产的锁定和智能合约，可以实现无信任关系主体间的自动化、智能化交易，提升微观主体间的交易效率。
当前区块链正处于演变、发展和应用的历史关键时期。一方面，区块链技术有待进一步突变和升级，实现与其他相关技术的融合；另一方面，到目前为止，区块链还缺少重磅应用大规模落地的案例。对于这些现象的解释，高博士归结为人们对区块链的技术本质认知不足，需要继续强化区块链观念与技术的普及教育。2021年元宇宙的兴起为区块链注入新的能力和动力。这是因为元宇宙本身就是区块链极具潜力的应用场景。基于智能制造的工业元宇宙尤其需要吸纳区块链技术体系。
高博士的教育和研究背景是密码学领域，勤于笔耕。高博士曾多年从事信息安全领域的技术研究和人才培养工作，同时拥有金融领域的工作经历，因此他具有不同于一般专家和意见领袖的多学科视角。2021年，高博士主编技术领域的入门性科普读物《区块链中的密码技术》。2019年，他出版专著《回归常识——高博士区块链观察》。2022年的《区块链技术本质与应用》是高博士在区块链领域的第二本专著。通过这本书，我看到了高博士近年来的成长和进步。高博士将哲学、经济学、社会学等学科视角与技术视角结合在一起，探究了技术如何通过发挥变革性力量，实现其对社会和经济生活的改造，并对未来社会产生影响。
当前，《区块链技术本质与应用》这本书还存在一些值得改进和深化之处，主要集中在区块链应用场景的案例搜集和研究方面。事实上，近几年区块链在经济和社会领域还是不乏重大应用案例的。此外，区块链和互联网3.0、人工智能3.0，特别是和量子科学的结合，还存在相当大的未知领域。尤其是，区块链和元宇宙的交叉和复杂关系也充满挑战性。希望高承实博士在区块链、数字化转型、元宇宙的数字化征途中产出更多智慧结晶，并为推进中国以及全球数字化转型进程不断做出新的贡献。
朱嘉明
横琴数链数字金融研究院学术与技术委员会主席
互联网技术的发展和应用，无论是从深度还是广度上，都将人类社会发展推到一个新的高度。区块链技术将互联网带入一个新的发展阶段，是传统互联网技术的补充，并促使其丰富、完善和发展。它通过账本关系建立了一种有序的关系式结构。用户通过共识建立起公共的一致性，这是一种新的秩序。区块链技术对人类社会的发展发挥着与互联网技术同样甚至更加重大的作用，可以说区块链技术开始对数字世界的秩序产生影响。
近几年，数字经济在各个领域都保持了较快的发展速度，产业数字化的趋势越来越明显。数字技术的发展以及多种技术的深度融合，对产业数字化的加速发展起到非常大的推动作用，在不同领域直接推进相关产业的数字化转型进程。
区块链技术成为数字技术的重要组成部分，是数字经济高质量发展的重要技术基础，也是维护数字世界新秩序的重要工具。区块链技术可以构建可信协作网络，成为数字经济发展的关键引擎，促进数字经济的模态更新，促使数字技术和实体经济深度融合，催生出新产业、新业态、新模式。
区块链和实体经济融合，推动数字化转型从技术逻辑跃迁到经济逻辑，是产业实现高质量数字化转型的基础。区块链和实体经济的融合至少面临三个层面的挑战。第一个层面的挑战是要实现认知方式的跨越。人类进入数字世界，在实现物理世界内容的数字化之后，就需要用数字世界的逻辑，而不再是物理世界的逻辑来认识和思考经济发展和社会进步的问题。而区块链带来的数字世界的逻辑与传统互联网带来的数字世界的逻辑存在巨大差异。第二个层面的挑战是要实现技术发展方式的跨越。在区块链和实体经济融合的过程中，人们将遇到各种各样的问题，这些问题需要融合更多的技术（如物联网、大数据、人工智能、数字孪生等）来解决，同时这些新技术的出现和融合，还将带来更多的新问题。区块链作为一种新秩序架构，它与其他技术的融合方式不同于传统意义上与其他技术的融合方式。第三个层面的挑战是要实现经济增长模式的跨越。区块链要在实体经济中真正发挥作用，就需要通过实现从实体经济到数字经济的跨越，来实现新的生产方式、新的生产业务流程和新的生产关系，最终提高生产效率。迎接这三个层面的挑战，我们需要积极探索区块链技术在不同场景下的应用方式和应用方法，聚焦不断发展变化的技术需求和关键的科学问题。
高承实博士所著的这本书从区块链的技术本质出发，基于区块链自身的特点以及区块链与其他技术的融合，深刻阐述了区块链技术对数字化转型以及不同细分领域实体经济的作用。
在数字化转型方面，高承实博士指出数字化转型更多表现为业务流程优化和生产关系重构。在这个过程中，区块链通过技术手段，将系统中的所有节点构成一个强一致性网络。在这个网络中，所有节点的地位、作用、占有的数据完全一致，为实现业务系统的去中心化和业务流程的去中介化提供强大的技术基础。同时为系统由他组织变为自组织提供了数据方面的基础，而由此带来的业务关系优化成为数字化转型过程中更深层次的变革。
在区块链与实体经济融合方面，本书不仅从理论上指出区块链应用落地的特殊性，而且探讨了区块链在供应链金融、物流金融、会计行业等领域的落地应用方式和案例。针对这些领域存在的行业难题和业务痛点，这本书给出了区块链的解决方案并预期会带来的效益。这些内容为区块链创业者、从业者和相关企业提供了适当的指引和借鉴。
高承实博士对区块链的本质和应用特性认识比较深刻，这本书对区块链的阐述也比较全面，辨析了区块链行业中模糊的概念和定义，分析了区块链可能带来的改变与机遇，阐述了区块链和数字货币的关系，追踪了区块链行业的发展方向，探讨了区块链产业落地方面的场景，同时对区块链产业化应用进行了深刻思考。
高承实博士在区块链领域沉浸多年，既有技术基础，也有经济、金融、政治、法律等多学科知识，在行业中是一位思考深入、视野宽广的意见领袖。本书内容都是他经过深入思考和长时间的研究而总结出来的，表述质朴平实，没有深奥难懂的句子和语言。这是一本能够让读者静下心来阅读的著作，相信也会成为广大区块链从业者和爱好者常用的参考书。
邓小铁
欧洲科学院外籍院士，北京大学讲席教授
当前，云计算、新一代移动通信网络、大数据、物联网、人工智能、工业互联网和区块链等新兴技术正在快速地推进各个行业向信息化变革。在以数字化、网络化、智能化为核心的信息化变革中，区块链作为加解密技术、点对点通信、共识机制和分布式存储等技术的创新性整合，具有数据易于共享、不可篡改和伪造，系统去（或弱）中心化运营和集体维护，交易可追溯等特点，有望成为未来数字经济的底层技术架构之一。区块链在运营中，通过去中心化、去中介化，重构业务流程，提升系统效率的同时，也能够从基础架构上增强传统网络信息系统的安全性。在信息化进程中，网络信息安全以及建立在网络信息系统之上的业务安全是不可或缺的保障，是重中之重。而随着网络信息技术的发展，系统面临的潜在威胁变得日渐复杂和多样，如通过恶意软件或钓鱼网站盗取用户的登录密码和敏感信息，通过攻击中心化服务器规模盗取用户信息和账户资金，通过操纵僵尸网络发动DDoS（Distributed Denial of Service，分布式拒绝服务）攻击，还有猖獗的勒索软件攻击等。区块链的出现给网络信息系统安全及之上的业务安全提供了一个新的解决思路。比如区块链采用的对等网络技术和区块链具有的分布式架构大大提高了传统攻击的难度和成本；区块链技术采用的共识和验证机制，使得数据难以篡改；区块链系统中的所有行为通过智能合约自动执行，使得执行环境变得更加可信。
区块链可以应用于非常多的产业和行业，在信息安全领域中的直接应用场景包括身份认证、访问控制、数据保护等。值得重视的是，随着区块链应用领域和应用场景的扩展，针对区块链的安全威胁不断出现，如通过智能合约代码漏洞和协议进行的安全性攻击、区块链公有链匿名性与隐私保护带来的新的安全威胁等。基于区块链推动数字经济的发展正面临这样的安全风险和挑战。
高承实博士对区块链系统可能面临的风险和安全问题有着专注的研究和比较深刻的认识。他在这本书中指出，尽管区块链系统使用了大量密码技术，但区块链本身并不是专门为解决安全问题而设计的，区块链的发展还是经历了一系列安全问题的考验。尤其是在以以太坊和超级账本为代表的区块链2.0发展阶段以后，区块链系统中增加的智能合约，使其安全问题变得更加突出。此外，当前区块链与实体经济、产业和社会治理结合尚不充分，因此可能存在的安全问题暴露得也并不完全，而且相应的防范措施尚未得到全面应用。这本书还指出，区块链场景应用面临的安全风险主要有两大方面，一是区块链系统自身存在的安全风险，二是区块链具体应用面临的安全风险。本书在如何防范风险、保障安全方面给出相应的建设性建议和解决方案，如应该抓紧制定相关的技术标准，不断完善有关的法律法规，采用零知识证明、安全多方计算、全同态加密、联邦计算等前沿的、有针对性的安全技术等。
针对区块链的特性，保障建立在区块链架构上网络信息系统的安全，同时实现对构建在区块链架构上的业务的有效监管，是区块链系统在数字经济产业健康发展的一个关键问题。本书对此提出了独到见解，即对区块链系统的监管必须回到架构层面，以使区块链系统能够与更多业务场景结合，充分发挥区块链的积极作用。
本书还从信息经济学的角度，对区块链的本质与应用进行研究，深入探讨区块链的系统架构，区块链技术区别于其他互联网应用技术的要点，区块链技术与大数据、云计算等技术的区别，区块链在数字经济发展中的地位与作用，数字经济时代区块链的应用场景，如何进一步促进区块链应用落地等。这些内容对读者都是有所裨益的。
总之，本书覆盖了区块链技术和应用的主要内容，有独到见解。虽然本书不是关于区块链安全的专著，但安全意识和区块链的安全问题通贯全篇。书中的论述既有理论深度，又贴近当前现实需要，是一本适用于高校师生、领导干部、区块链企业从业者和区块链爱好者的好书。
严明
CCF计算机安全专业委员会荣誉主任
公安部一所、三所原所长，研究员
区块链到底有什么用？
很多币圈人士认为区块链就是用来发币的。虽然我们不完全同意这个观点，但这个观点确有事实上的支撑。近些年，区块链最活跃的领域确实是在币圈，出现了各种技术上的进步、应用模式上的创新和去中心化的金融应用。
但这个回答又带来了另一个问题，难道传统技术不能发币吗？如果传统技术不能发币，那么当前各个国家的央行发行的数字货币又是怎么来的呢？或者换一种说法，基于区块链技术发行的“货币”与基于传统技术发行的“货币”，它们在技术上的本质性差异是什么？就目前披露的信息，至少中国人民银行发行的数字人民币仅在有限的范围和环节用到区块链技术。如果传统技术也可以发行数字货币，为什么大家不用传统技术发行数字货币，或者在区块链技术兴起以前，为什么没有人利用传统技术发行数字货币呢？
当然，比特币的兴起给了大家一个示例。以太坊引入的智能合约以及ERC-20等一系列标准的推出，为个人发行数字货币带来了巨大的便利，智能合约和ERC-20标准开始成为新的区块链的基础设施。但问题是，一项技术或一个技术体系被固化或神话以后，就很少有人再愿意或有能力花时间、精力去研究技术体系内部和技术背后的问题，更多的人仅基于媒体或意见领袖宣讲的概念、定义以及总结的特点来思考问题。而区块链的应用和未来的发展，牵涉的内容真的不仅仅是这些概念、定义或特点能够涵盖的，更主要的还是涉及技术和技术组合带来的一系列变化。对于目前媒体或意见领袖所总结的区块链的概念、定义以及特点，我们也需要进一步辨析和探究。
那么，区块链到底应该怎么用？
这并不是一个显而易见的问题。就如电从一种自然现象，到通过人类的发明能够被创造，从人类对电开始有技术本质上的认知，到电成为人类文明一般意义上的驱动力量，每一步跨越都需要人们做出巨大的认知努力和发挥想象力。
我们始终认为，区块链可以应用在所有产业、所有行业，但它的发挥点在于具体的应用场景和应用环节，而不应脱离具体的应用场景和应用环节空泛讨论和使用。
从技术特性上说，区块链与人工智能在某种程度上比较类似，人工智能的使用也需要结合具体的应用场景和应用环节。适用于“阿尔法狗”（AlphaGo）的人工智能与适用于语音导航的人工智能，肯定存在巨大差异。用于DeFia领域的区块链与应用于司法存证领域的区块链在使用方式上也会存在极大的差异，这与根植于其中的应用场景的内在特点密切相关。
a DeFi（Decentralized Finance，去中心化金融）是2020年在区块链币圈出现的一种新的金融模式。
目前落地的区块链应用，更多的是建立在已有系统上或业务体系外部，通过对链上数据的多方签名、各节点独立验证，实现系统的自运营、自维护和数据的不可篡改，从而达到溯源或存证的目的。我们认为这一类应用仅仅用到区块链系统的基础功能和个别特点。尽管在广义上这也可以认为是区块链在应用场景和应用环节下的一类应用，但真正发挥区块链系统在优化业务流程、变革生产关系方面的作用，我们不仅需要深入技术内部，更需要深入具体行业、具体场景中。
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区块链从概念的出现至今也就十余年时间，其发展还处于早期阶段，到底什么是区块链、区块链具有哪些本质的特点、组成区块链的技术手段有哪些、区块链应该发挥什么样的作用，对于此类问题，学术界和业界都远未达成统一的认识。
一方面，区块链在技术上处于快速发展阶段，无论是区块链的架构还是内在技术环节的优化，抑或是区块链技术与其他技术的融合，都在广泛探索中；另一方面，区块链如何与现实应用相结合，从而带来相应的效益，也一直困扰着人们。目前，除了数据上链，我们还没有见到特别有想象力、在业务流程优化和生产关系变革方面发挥显著作用的优秀区块链应用案例。
目前，国内的区块链技术研究已经全面开花，大部分学会、行业协会都建立了区块链分委员会或专业委员会，绝大部分省市也成立了相关机构。很多大学还设置了区块链相关专业，开设相关课程。国内专门从事区块链研发的公司很多a，对区块链的研究几乎涵盖了与区块链相关联的各个领域。
a 赛迪区块链研究院、零壹智库等不同机构在不同时期都有不同的统计数字。根据01区块链、零壹智库，综合企查查网站数据，截至2020年12月，全国共有64 062家企业在企业名称/曾用名、经营范围或产品资料等工商登记信息中含有“区块链”字样，较2019年年末总数（41 903家）上涨52.88%。2020年前11个月，全国新增区块链相关企业22 159家，较2019年全年新增相关企业数（12 623家）出现明显增长，涨幅高达75.54%，单年新增区块链相关企业数量首次突破两万家。
总体来看，我国在区块链的项目落地应用方面，无论是数量还是质量都要远超美国，在区块链的技术应用方面也与世界先进国家处在同一个水平线上。虽然在底层的基础理论层面，我国与美国等发达国家还存在一定程度的差距，但随着人力、时间、财力投入的增加，这方面的差距也在不断缩小。
作为继云计算、大数据、人工智能、5G、物联网等技术之后又一项革命性的技术创新，区块链技术极大地改变了人类信息传递的方式、财富流通的方式和信息交换的方式。当前区块链技术正在被快速运用到社会治理、智能制造、数字资产交易等众多领域，金融、电子商务、公共服务、公益慈善等系统都将被区块链重新构架。区块链将给人类社会的组织治理、生产生活带来更多的可能性，给更多领域带来翻天覆地的变革。
区块链不是技术创新，而是技术组合方式的创新。它将几种已有的技术（非对称密码、哈希函数、对等网络、密码协议等）按照特定的结构组合在一起，进而发展出原来这几种技术都不具备的一些功能，包括链上数据公开透明、难以篡改和不可伪造、系统去中心化运营和集体维护、交易可追溯、系统去第三方信任等。
区块链作为一种技术组合方式创新，可以应用于现实生活的几乎所有行业和领域，实现可信组织，优化业务流程，提升协同效率，进而改变生产关系和社会治理结构。但区块链也仅仅是一种技术手段，技术手段的使用并不必然会带来业务流程的改变、生产关系的变革和社会治理结构的改善，技术手段只能从技术层面为业务层面的改变提供工具和手段。
现代信息网络都是建立在TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联网协议）之上的。TCP/IP在其创建之初默认所有节点都是一样的，并不存在中心节点或中心化机构。但在现代信息网络的专业化服务机构出现以前，业务方面强大的需求和相关技术的发展要求业务系统和信息网络系统建设统一，进而导致出现越来越强大的中心节点和中心化机构。网络架构从一开始的点到点模式，发展到客户/服务器模式，再发展到在服务器端数据和应用分离，变为瘦客户机/胖服务器模式和三层客户/服务器模式。在这之后虽然出现过网格计算b等极其理想化的计算机网络架构，但实现方面的难度导致网格计算昙花一现。接下来是越来越强大的中心化的云计算，以及强调访问速度、涉及数据存储和访问距离的边缘计算。
b 网格（Grid）计算是分布式计算的一种，它利用互联网把分散在不同地理位置的计算机组织成一个“虚拟的超级计算机”，每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，成千上万个“节点”组成“一张网格”。
区块链也是建立在TCP/IP等底层协议之上的，但它在网络层以上却是对当前已有信息网络系统结构的颠覆。区块链系统根本性的作用就是在无中心机构、中心机构权威性不足或中心化系统成本过高的情况下，互不信任或信任程度不足的不同业务主体建立和维护信任关系的一套解决方案。
因此，在有中心机构、中心机构有很高权威性且成本适宜的情况下，区块链是没有用武之地的。在没有中心机构、中心机构权威性不足或中心化系统成本过高的情况下，业务主体互相信任或信任程度比较高，这种情况下也是不需要区块链的。
区块链系统以其去中心化运行、系统集体维护等物理措施的支撑，综合运用密码学、对等网络、共识机制等技术手段和社会治理手段实现了链上数据公开透明、数据难以篡改和不可伪造，进而衍生出去第三方信任、交易可追溯等特性。由此区块链带来四个层面的价值。
第一个层面的价值是链上数据公开透明，难以篡改，不可伪造。区块链这一特性不仅会降低整个系统的信息不对称性，而且会极大地提升系统整体的信任水平，增加治理透明度，营造可信环境，进而推动治理水平的提高。区块链这个层面的价值既可以由许可链在许可范围内实现，也可以由非许可链在整个社会范围内实现。
第二个层面的价值在于通过数据在全网范围内所有节点间的一致性冗余分布存储，降低甚至消除信息不对称，由此可以在数据对等基础上实现业务流程的优化和重构，实现业务系统的去中心化和业务流程的去中介化，在总体上提高生产生活效率。由于优化后的业务系统去掉了不必要的中心环节和中介环节，进而可以对原来中心环节和中介环节占有的利润进行重新分配。区块链第二个层面的价值主要由许可链在被许可的范围内实现。
第三个层面的价值是可实现在去信任环境下的自动化智能化交易。区块链系统通过资产锁定和智能合约，实现无信任关系主体间的自动化智能化交易，极大地提高了微观主体间的交易效率。
第四个层面的价值在于提升系统的鲁棒性。鲁棒是Robust的音译，即健壮和强壮，是在异常和危险情况下系统生存的能力。在更广泛的数字化信息系统和更复杂的业务系统中，区块链系统通过数据在一定范围内的一致性冗余存储，实现信息系统和业务系统的去中心运行和集体维护，可以极大地提高系统的可靠程度。
区块链是信息化、数字化发展到一定阶段之后出现的一种反逻辑、反常识的技术架构。
传统互联网，配合传感器、大数据、云计算，可以实现更广泛的连接。这种连接包括人与人、人与物、人与组织、物与物、组织与组织、组织与物的连接，再辅以各种类别的人工智能技术，传统互联网架构可以衍生出更多智能化的应用，拓展出更多新的业务形态。但互联网天然地存在系统中心化带来的系统不可靠问题，这种中心化系统也存在着其他参与方对中心化机构不信任的情况。
区块链通过相关责任人对链上数据进行数字签名，链上数据连同签名在全网范围进行一致性传输和最大程度的冗余存储，其他节点对链上数据和签名进行独立验证，以极高的系统资源损耗和极低的效率，确保链上数据的真实、可靠、可信和难以篡改，以此换来系统的可靠和数据的可信。
如图1-1所示，如果我们把信息系统类比为建筑，那么传统互联网配合传感器、大数据、云计算，可以砌一堵土墙、盖几间平房，甚至可以建成三五层的楼房，但难以建成几十层甚至上百层的高楼大厦。高楼大厦有其内在的特有结构。与此类似，区块链以其极高的系统资源消耗和极低的效率，确保数据连接和物理连接的可靠，可以成为几十层甚至上百层高楼大厦内部的框架式结构。
此外，复杂信息系统应该用到不止一套区块链系统，就类似在复杂的建筑结构当中，除了地基，还会有各种钢架结构和混凝土结构。复杂的信息系统也会有不同种类、不同类型的区块链系统，有的可能是公有链，有的可能是联盟链和私有链，甚至还有可能形成不同区块链系统的嵌套和链接。在这些区块链系统之外，还会有各种中心化、半中心化、无中心化的信息系统，进而构成一个立体、结构化、稳定、功能完善的信息系统。
图1-1 区块链是复杂信息系统的框架式结构
从效率上说，区块链是一种非常低效的系统。原本存储在一个或几个中心节点的数据，在区块链系统上则要在全网所有节点中都有完整的备份，同时，为保证数据的一致性，还需要所有节点对数据进行一致性验证，这些要求都需要消耗大量的带宽、存储和计算资源。
受限于数据全网一致性分发的要求，区块链系统的链上数据注定是一种特定类型的小数据。比如比特币系统的链上数据是交易记录数据，而以太坊等系统即使增加了智能合约，其链上数据也仅仅扩展到数量相对有限的代码。
因此，链上数据的存储容量、可以承载的数据类型以及处理效率方面的劣势成为区块链系统在应用上的短板。
互联网发展至今，除了基本的连接，同时发展出大数据、云计算、边缘计算等一系列相当丰富的业务和技术形态。
区块链数据与大数据。区块链数据与大数据是两种截然相反的数据的存在形态。大数据表现为海量、多类型、低价值密度、快速流转，区块链数据则表现为核心数据、单一类型、高价值、永久保存。大数据表征被数字化的生活在时间流中的快速变化和纷繁复杂，而区块链数据代表被数字化的时代在时间流中的不变和沉淀因素。从资源利用效率来说，区块链的链上数据一定是小数据、关键数据和高价值数据，而不可能是大数据、非必要数据和低价值数据。大数据本身并不追求数据的绝对可靠，但可以通过海量数据的广泛连接，部分实现对错误数据的自我校正。
云计算、边缘计算与区块链。从系统外部看，云计算、边缘计算是中心化结构，以统一接口对外提供各种服务，但其内部是分布式系统，只不过这种分布式是分布式协同。从系统外部看，区块链是一个完整系统，但其内部也是分布式结构，但这种分布式体现为分布性一致，即内部所有部件和组件在功能、定位、职能上是相同的。分布式协同是指由分布在各处的各种部件和组件协同完成一个统一的对外任务；而分布性一致则是指分布在各处的各种部件和组件在同一个任务中都保持一致的内容和状态，这些内容和状态更多是对内的，而非对外的。
互联网、区块链、大数据，连同物联网、云计算、边缘计算、人工智能、5G，从根本目的上说是一体的，都是对这个纷繁复杂的世界的数字化表达。缺少任何一个元素，这种表达就不是完整和有效的。在由各种数据构筑的数字化高楼大厦中，各种技术元素各司其职，共同为数字孪生和数字化转型在数据底层提供基础和支撑。
尽管区块链系统用到大量密码技术，但区块链本身并不是专门为解决安全问题而设计的，它的发展也经历了一系列安全问题的考验。尤其是以以太坊和超级账本为代表的区块链进入2.0发展阶段以后，区块链系统中增加的智能合约，使得其安全问题变得更加突出。
从大的方面说，安全可以分为物理安全、网络安全、系统安全和应用安全。区块链是建立在现有互联网基础协议和主流操作系统之上的一种应用，因此，从理论上说，互联网面临的物理安全、网络安全、系统安全和应用安全问题，区块链系统同样存在。区块链作为一种去中心化和集体维护的系统，全网所有节点在架构和数据内容上具有近乎完全的一致性。因此，区块链比一般的互联网系统具有更高级别的物理安全。但从网络安全和系统安全的角度来看，区块链节点的全网一致性则有可能导致其系统变得更加脆弱。
区块链是从比特币系统发展而来的，比特币自带的金融属性和系统公有无许可特性使得区块链系统可能存在的安全问题得以充分暴露，同时其防范措施也得以充分施展和运用。但是，区块链与实体经济、产业和社会治理结合尚不充分，因此其可能存在的安全问题尚未暴露得十分充分，相应的防范措施也尚未得到全面应用。
此外，区块链系统要对所有数据在全网范围内所有节点进行一致性分发和最大程度冗余存储，因此，一旦这些数据存在内容安全问题，从监管监控的角度，就难以像原来中心化系统那样采取相应措施进行干预。这也是区块链带来一系列优势的同时，在内容安全方面存在的问题。
单一的区块链系统是一种低效系统，这种低效系统的存在是为了在更多的无中心节点作信任担保的情况下，让互不信任的节点建立和维护更加充分的信任关系，在更大范围和更高层次上获得更高的系统效率。同时，原始的区块链系统是一种封闭自足的系统，与外界不发生或很少发生数据的交互。目前区块链链上记录的数据以及区块链系统处理的数据都是已经被完全数字化的内容，区块链尚未与更大范围的现实生产生活建立起更加紧密的联系。为了满足更多业务场景的需要以及在更大范围、更高层次上获得更高的系统效率，区块链系统必须与现实生产生活建立起更加紧密的联系。因此，打破原始的区块链技术和业务边界，让区块链系统与其他技术融合、与产业行业对接成为必然。
前面涉及的几种前沿技术中，物联网在获取海量数据、构建万物互联的过程中扮演着重要的角色。这些海量数据，无疑是大数据的重要内容来源。人工智能作用的发挥，更大程度上依靠数据的训练。没有足够的数据作为基础，人工智能也难以发挥更大的作用。
大数据从其概念诞生开始，就是以通过数据的充分分享实现数据互联互通、发挥数据综合效用为宗旨的c。但各种大数据系统的建设却背离了这一目标，以致目前数据孤岛林立，数据成为继石油之后的又一世界级的垄断资源。
c 可参看维克托·迈尔-舍恩伯格和肯尼思·库克耶所著的《大数据时代》以及涂子沛所著的《数据之巅：大数据革命，历史、现实与未来》。
数据不能互联互通，不仅影响数据进一步发挥作用，而且由于各个部门和机构垄断数据，还存在利用数据优势进一步获取垄断性竞争地位的可能，甚至发生大的部门和机构利用数据优势侵犯用户隐私和用户利益的事情。
数据作为生产要素，在经济社会的发展中起着重要的作用，打破数据垄断势在必行，区块链的出现，为此提供了技术上的可能。
作为一种相对特殊的数据传输和数据存储架构，区块链这种独特的系统及其发展，有可能从根本上改写大数据发展格局，校正大数据的发展方向，同时丰富物联网的架构形态。
区块链系统存在的一个意义在于通过对数据进行全网一致性分发和冗余存储，降低所有节点在数据占有方面的不对等，进而使得所有节点在平等占有数据的基础上拥有业务自组织权利。
区块链系统建立的前提一定是数据的对等分享，而不可能是数据的单方面分享。因此，在区块链系统和业务体系内，数据必然来自所有节点，才有可能实现数据对等占有、效率对等提升、利益对等享有。
因此，区块链系统建设必须对数据的所有权进行确权。大数据系统基本不考虑数据从哪里来、到哪里去、数据的所有权属于谁、数据产生的收益又应该由谁分享。因为区块链系统要求链上数据对所有人开放，所以必须保证链上数据真实可信。区块链系统需要所有参与方负责各自数据的写入以及对其他人写入数据的真实性进行验证。在这些真实数据的基础上，才能够实现业务流程的优化和重构，进一步实现效率的提升和利益的重新分配。
大数据是一种低价值数据。通过大量数据的聚合，寻找到数据之间的相关关系，发挥数据的作用，是大数据系统建设和开发的核心诉求。大数据系统中，大部分数据的质量并不高。这种质量既包括数据本身的真实性，也包括数据自身蕴含的内在价值、数据价值与其自身占用空间的比例等不同层面的内容。
区块链数据是一种高价值数据，是稀缺数据。低价值数据或无价值数据没有在全网范围内进行一致性分发和冗余存储的必要，只有高价值数据和稀缺数据才有这种需要，而通过这种一致性分发和冗余存储，可确保数据难以被篡改、不可伪造且来源可追溯。因此，我们可以通过区块链系统对大数据系统中的数据去伪存真，保留必要的数据上链，而不是一股脑将所有数据上链。将所有数据上链没有必要，而且现有区块链系统也无法承载。
因此，区块链系统要实现落地应用，必须对大数据系统中的数据进行筛选，提高数据的可用性和数据质量。
数据从古至今都是稀缺资源。让数据发挥更大作用，是建设美好社会的前提和基础。区块链更大的意义是一种架构和新的业务逻辑结构。相对于中心化架构，区块链更加强调节点在数据共享基础上的自治。大数据与区块链既有必须结合以提高效率和性能的需要，同时也存在由于技术架构的局限而不能或不易结合之处。
对于“大数据”，麦肯锡全球研究所给出的定义是，一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出传统数据库软件工具能力范围的数据集合，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低特征。
而目前区块链系统存储的数据，从体量上看是小数据，从流转上看是静态数据，从类型上看是单一类型数据，从价值密度上看是高价值数据。麦肯锡全球研究所定义的大数据是无法通过区块链系统在全网范围内进行分发和存储的。因此，我们必须对区块链系统的数据组织方式和数据存储方式重新进行结构调整，否则，区块链系统与大数据将无法融合。
由于区块链链上数据量的局限，从成本-收益角度看，区块链的链上数据一定是关键数据，而不应该是无关紧要的数据。数据是否关键，取决于数据所在的具体业务场景。对不同的业务场景来说，相同的数据可以具有完全不同的重要性。但概括来说，以下三类数据对区块链系统来说肯定是关键数据。
第一，具体业务中涉及多方的核心业务数据。每一项具体的业务都会有一些与多方有关的重要业务数据，这些数据在相关方之间有信任地共享，要杜绝被篡改甚至被物理性破坏。比如每家企业的现金往来数据，不仅对企业自身的经营至关重要，而且对与企业相关联的银行、工商、税务以及业务合作伙伴也至关重要。只对一个人有重要价值的数据，尽管也是核心业务数据，但未必是整个系统的核心业务数据。
第二，业务主体在具体业务中对客体的重要行为数据。几乎所有业务或业务的不同环节都存在业务主体和业务客体。业务主体是业务体系中的能动要素，有行为能力并且能够影响业务客体和业务中的其他业务主体甚至整个业务。通过业务主体对业务客体的行为数据，我们能够观测到客体的改变，以及后续其他业务主体的反应和整个业务体系的发展。但并不是所有业务主体对业务客体的行为数据都重要，一定是这个行为能够引发业务客体的改变并对其他业务主体带来影响，或者对整个业务体系带来影响的行为数据才重要。因此，这一类数据可看作关键数据，是独立于原有业务数据体系之外的更重要的能动数据。
第三，关于数据特征的数据。随着数据来源越来越多，数据量越来越大，数据的影响越来越重要，与数据相关的数据来源、数据采集时间等属性数据、数据的初始状态数据、数据被变更的记录数据也变得越来越重要。这些数据的特征数据成为关键数据，甚至是比原始数据更为重要的数据。这些数据将是未来建立在数据基础上的复杂信息系统的底座和框架。
随着技术的发展，区块链系统建设、维护和运营的成本会越来越低，越来越多的数据将突破区块链系统现有性能瓶颈而成为关键数据。无论区块链系统建设、运营和维护成本低到什么程度，这些成本永远不会低到零，因此，上述三类数据将始终是区块链系统的关键数据。同时，随着区块链系统渗透的业务越来越多，针对不同的业务需求，也会有更多维度的数据成为区块链系统的关键数据。
区块链与大数据的融合，可以针对不同的业务场景，实现不同层级的数据共享。如果数据是小体量数据，远远构不成大数据，在这种情况下，可以直接将这些小体量数据上链，实现全部数据共享。对于体量略大一些的数据，则需要将抽取的数据处理结果上链而将原始数据存储在链下，同时通过区块链系统中用到的时间戳和哈希函数，保证原始数据不被篡改、伪造。如果是极大体量数据即真正的大数据，则可以将数据存储时保留的时间戳和数据的哈希值上链，通过不同层次的云计算和边缘计算，实现不同层级的数据本地化或云化处理，从而发挥数据的作用。
同时，必须将快速流转的数据静态化处理，或者直接静态化，或者将数据处理结果静态化；也必须将多类型数据进行类型单一化处理，以便区块链系统可以分发和存储。此外，还必须从大量的低价值密度数据中抽取出数据的内在价值，因为低价值密度数据没有必要用区块链系统处理。
区块链与大数据的融合，在具体落地应用中可能会遇到各种各样的情况和问题。但随着各种设施设备在存储容量、运算速度和传输效率方面进一步提升，以及各种技术的发展，尤其是紧密结合各种应用场景所能开展的优化，区块链与大数据相互融合并共同服务于人类生产生活效率提高、共同创造人类社会美好未来的前景，是值得期待和努力付出的。
人工智能系统发展至今，大体可分为无监督式学习和监督式学习两大类型。其中无监督式学习是指人工智能系统与外界无数据交互，纯粹依靠逻辑和规则进行自身训练。战胜了AlphaGo和AlphaGo Master的AlphaGo Zero就是无监督式学习的例子。AlphaGo曾战胜了韩国围棋选手李世石，AlphaGo Master战胜了中国围棋选手柯洁。AlphaGo和AlphaGo Master都是在人类大量围棋棋谱的训练下，获得了相应的围棋对弈能力。但AlphaGo Zero没有经过任何人类围棋棋谱训练，完全依靠类似左右手互搏的自学习，获得了超强的围棋对弈能力。无监督式学习有其自身应用的局限性，仅适用于那些规则清晰、信息完备的场景。这样的场景在生产性业务流程中可能还比较多，但在人类的生活中确实比较有限。
人工智能的另一大类型是监督式学习。它需要大量数据对人工智能系统进行训练。监督式学习一般建立在大数据的基础上，适用于规则不清晰、信息不完备的情况。通过大量数据的训练，发现数据背后的规则和关联。监督式学习有广阔的应用空间和应用场景，但监督式学习系统的建立和完善，与大数据系统的建立和使用息息相关。
人工智能是提高生产力的工具。人工智能系统通过在大量无规则、不相关的数据中发现数据之间的相关性，寻找到更多的规律和关联，可以极大提高单点效率和系统效率。同时，人工智能与业务逻辑结合，可以在业务逻辑的约束和支撑下，实现更加纵深、更大容量、更加快速的计算，在此基础上拓展出更加广阔的可选择空间，提供更接近最终目标的路径选择方案。
目前大部分人工智能系统基于大数据建立在中心化服务器或中心化的计算环境上。基于小数据、确定性数据，进一步挖掘其中可能存在的智能空间，在分布式环境下实现分布式的人工智能，都是人工智能未来的发展方向之一。
区块链是优化业务流程和改变生产关系的工具。但区块链要优化业务流程和改变生产关系，必须克服自身架构上的一系列不足，对其目前的架构进行大幅度重构和扩展。目前的一系列技术手段都能够在某个领域、某个层面提高人类生产生活效率，但只有区块链才能把大数据、物联网、人工智能、云计算、边缘计算等技术进行统一整合。
无论是监督式学习还是无监督式学习，都能极大地提高生产生活效率。如果能够在区块链系统上构建起人工智能应用，在整体上和单点上都可以提高生产生活效率。
但在现有区块链系统上建立人工智能应用存在一系列问题。区块链系统的存储和带宽以及数据全网一致性限制了区块链系统链上数据空间直接扩展的可能；链上存储数据的类型单一性还不足以支撑人工智能监督式学习对数据的需要；区块链的分布式计算是单点计算，节点之间远未建立起协同关系，其单点的计算能力也不足以满足大规模人工智能应用对计算能力的需要。
因此，区块链与人工智能融合的契合点，一是从区块链角度，扩充区块链系统所能容纳的数据容量，扩展数据维度；二是从人工智能角度，构建分布式智能，建立分布式协同，这也是未来区块链发展的一个方向。
扩充区块链的数据容量和数据维度，需要改变区块链系统数据的存储方式，可以采用以下解决办法。一是实现链上数据和链下数据的分布式存储，将大部分数据存储在链下，以云计算、边缘计算等区块链存储方式实现传统关系型数据库和目前大数据系统中数据的链下分布式存储，同时将这些数据的哈希值或其他特征值存储在链上，从技术手段上保证数据的难以篡改、不可伪造。二是对大量的链下数据由原来的单中心存储变为多中心的分布式冗余存储，这样既可以节省空间和带宽，也可以实现数据在链上链下难以篡改、不可伪造。当然，出于系统可靠性和鲁棒性考虑，链下数据的多中心冗余存储在存储节点空间分布、节点数量部署、数据可访问性等方面，需要基于业务逻辑，做更多考虑和设计。
从人工智能角度，要逐步实现分布式智能。要实现分布式智能，就需要实现人工智能应用系统中计算节点与数据存储节点的分离。一是改变目前人工智能系统，尤其是大型和巨型人工智能系统建立在大数据或云数据基础上的数据存储结构，让每个计算节点能够基于遍布全网的数据存储节点建立自己的智能系统；二是多个节点协同完成同一个人工智能任务。这两者都将极大地丰富目前人工智能的处理模式。
数据在存储方式上的变革和存储位置上的分离，意味着区块链系统要处理的数据已经不再仅仅是单一的链上交易数据，而是包含不同内容、不同维度的全数据，只是这些数据在链上链下基于数据自身属性和业务逻辑属性进行了分布式存储。这种分布也已经不仅是过去数据在不同节点之间的分布式存储，还包括数据在链上链下的分布式存储。
区块链与人工智能的融合，既需要对区块链的架构进行调整和扩展，也需要对人工智能系统的数据存储、数据传输、数据处理方式进行调整，同时这也实现了人工智能系统由单一智能系统向分布式智能系统的扩展。
区块链系统与人工智能系统的融合，不仅会继续在整体上提高系统效率，而且将改变区块链单点效率低下的问题，由单点效率提高向协同式多点效率提高方向改进。
物联网、云计算自身的发展也面临诸多问题。比如物联网面临大量数据存储和传输、终端设备的安全和用户隐私保护等问题；云计算系统存在运行负担重和成本高、效率低、用户数据易受攻击等问题。
区块链通过建立可靠、可信、安全的去中心化系统，有望消除这些问题。
物联网通过大量传感器设备采集各种类型的数据，再通过物理设备的广泛连接实现万物互联。在物联网环境下，大量数据的存储、传输、充分应用都面临很大的困难。区块链系统的数据难以篡改和不可伪造、数据可追踪和可溯源等特性，能够保证物联网数据的安全可靠和数据历史的真实。当然，这也会在原有物联网的基础上消耗更多的计算、存储和带宽资源。
原始的区块链系统仅仅起到账本的作用，用于记录交易数据。这种数据更多的是人为记录，由相关人员记录到区块上，再由相关的节点确认。数据来源单一，处理速度慢。将物联网引入区块链系统中，通过物联网的传感器自动采集更多类型和数量的数据。如果能够从技术上保证这些采集到的数据真实、可靠和安全，那么可以极大地提高区块链系统数据记录和认证环节的处理速度。如果能够满足这种条件，区块链系统就可以完美地应用到溯源行业。
未来大量的数据是通过传感器获取的。区块链系统为物联网提供点到点的直联方式来传输数据，这样一来就可以通过在系统中并存多个不同的区块链系统来传输和存储海量数据。同时，还可以通过为物联网系统中的每个设备终端分配密钥，实现不同设备的授权访问，以抵御网络攻击。另外，叠加智能合约可将每个智能设备变成可以自我维护和调节的独立的网络节点，这些节点可基于事先规定或植入的规则，实现与其他节点交换信息或核实身份等功能，从而节省大量的设备维护成本。
云计算是一个中心化系统。尽管出于安全考虑，云系统内部会存在一定程度的冗余，但所有数据和功能集合全部存在于云端，外部所有访问都需要通过云系统进行中心化处理。这样，随着云系统内部的数据和功能越来越庞大，其处理效率也会越来越低，因此，有必要通过区块链对云系统存储的数据和云计算的功能进行必要的分布式处理，这样既能从总体上提高效率，也可以进一步确保云系统的安全。
当然，区块链技术与物联网、云计算等技术的融合也会面临一些困难，比如区块链技术的性能拓展问题、资源消耗与成本问题等。区块链技术与这些技术不仅要在技术层面融合，而且要根据具体的业务场景需求，综合利用不同的技术组合，实现特定的功能。区块链技术与其他技术的融合发展，不仅拓展了其他技术的应用空间，而且将极大地促进区块链技术的发展。
