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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。（中国信息通信研究院政策与经济研究所 邢宇龙）