第二章 信息技術發展

??信息技術是在信息科學的基本原理和方法下，獲取信息、處理信息、傳輸信息和使用信息的應用技術總稱。從信息技術的發展過程來看，信息技術在傳感器技術、通信技術和計算機技術的基礎上，融合創新和持續發展，孕育和產生了物聯網、云計算、大數據、區塊鏈、人工智能和虛擬現實等新一代信息技術，成為支撐當今經濟活動和社會生活的基石，代表著當今先進生產力的發展方向。

??從宏觀上講，信息技術與信息化、信息系統密不可分。信息技術是實現信息化的手段，是信息系統建設的基礎。信息化的需求驅動信息技術高速發展，信息系統的廣泛應用促進了信息技術的迭代創新。近年來，隨著新一代信息技術的發展，信息及其相關的數據成為重要生產要素和戰略資源、使得人們能更高效地進行資源優化配置，持續推動傳統產業不斷升級、社會勞動生產率的不斷提升，從而帶動全球信息化發展和數字化轉型，新一代信息技術已成為世界各國投資和重點發展的戰略性產業。

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2.2 新一代信息技術及應用

??信息技術在智能化、系統化、微型化、云端化的基礎上不斷融合創新，促進了物聯網、云計算、大數據、區塊鏈、人工智能、虛擬現實等新一代信息技術的誕生。新一代信息技術與信息資源充分開發利用形成的新模式、新業態等，是信息化發展的主要趨勢，也是信息系統集成領域未來的重要業務范疇。

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2.2.4 區塊鏈

??“區塊鏈”概念于2008年在《比特幣：一種點對點電子現金系統》中被首次提出，并在比特幣系統的數據加密貨幣體系中成功應用，已成為政府、組織和學者等重點關注和研究的熱點。區塊鏈技術具有多中心化存儲、隱私保護、防篡改等特點，提供了開放、分散和容錯的事務機制，成為新一代匿名在線支付、匯款和數字資產交易的核心，被廣泛應用于各大交易平臺，為金融、監管機構、科技創新、農業以及政治等領域帶來了深刻的變革。

1.技術基礎

??區塊鏈概念可以理解為以非對稱加密算法為基礎，以改進的默克爾樹(Merkle Tree)為數據結構，使用共識機制、點對點網絡、智能合約等技術結合而成的一種分布式存儲數據庫技術。區塊鏈分為公有鏈(Public Blockchain)、聯盟鏈(Consortium Blockchain)、私有鏈(Private Blockchain)和混合鏈(Hybrid Blcokchain)四大類。

??一般來說，區塊鏈的典型特征包括：

●多中心化：鏈上數據的驗證、核算、存儲、維護和傳輸等過程均依賴分布式系統結構，運用純數學方法代替中心化組織機構在多個分布式節點之間構建信任關系，從而建立可信的分布式系統。
●多方維護：激勵機制可確保分布式系統中的所有節點均可參與數據區塊的驗證過程，并通過共識機制選擇特定節點將新產生的區塊加入到區塊鏈中。
●時序數據：區塊鏈運用帶有時間戳信息的鏈式結構來存儲數據信息，為數據信息添加時間維度的屬性，從而可實現數據信息的可追溯性。
●智能合約：區塊鏈技術能夠為用戶提供靈活可變的腳本代碼，以支持其創建新型的智能合約。
●不可篡改：在區塊鏈系統中，因為相鄰區塊間后序區塊可對前序區塊進行驗證，若篡改某一區塊的數據信息，則需遞歸修改該區塊及其所有后序區塊的數據信息，然而每一次哈希的重新計算代價是巨大的，且須在有限時間內完成，因此可保障鏈上數據的不可篡改性。
●開放共識：在區塊鏈網絡中，每臺物理設備均可作為該網絡中的一個節點，任意節點可自由加入且擁有一份完整的數據庫拷貝。
●安全可信：數據安全可通過基于非對稱加密技術對鏈上數據進行加密來實現，分布式系統中各節點通過區塊鏈共識算法所形成的算力來抵御外部攻擊、保證鏈上數據不被篡改和偽造，從而具有較高的保密性、可信性和安全性。

2.關鍵技術

??從區塊鏈的技術體系視角看，區塊鏈基于底層的數據基礎處理、管理和存儲技術，以區塊數據的管理、鏈式結構的數據、數字簽名、哈希函數、默克爾樹、非對稱加密等，通過基于P2P網絡的對稱式網絡，組織節點參與數據的傳播和驗證，每個節點均會承擔網絡路由、驗證區塊數據、傳播區塊數據、記錄交易數據、發現新節點等功能，包含傳播機制和驗證機制。為保障區塊鏈應用層的安全，通過激勵層的發行機制和分配機制，在整個分布式網絡的節點以最高效率的方式達成共識。

??1）分布式賬本

??分布式賬本是區塊鏈技術的核心之一。分布式賬本的核心思想是：交易記賬由分布在不同地方的多個節點共同完成，而且每一個節點保存一個唯一、真實賬本的副本，它們可以參與監督交易合法性，同時也可以共同為其作證；賬本里的任何改動都會在所有的副本中被反映出來，反應時間會在幾分鐘甚至是幾秒內，記賬節點足夠多，理論上除非所有的節點被破壞，所有整個分布式賬本系統是非常穩健的，從而保證了賬目數據的安全性。

??分布式賬本中存儲的資產是指法律認可的合法資產，如金融、實體、電子的資產等任何形式的有價資產。為了確保資產的安全性和準確性，分布式賬本一方面通過公私鑰以及簽名控制賬本的訪問權：另一方面根據共識的規則，賬本中的信息更新可以由一個、一部分人或者是所有參與者共同完成。

??分布式賬本技術能夠保障資產的安全性和準確性，具有廣泛的應用場景，特別在公共服務領域，能夠重新定義政府與公民在數據分享、透明度和信任意義上的關系，目前已經廣泛應用到金融交易、政府征稅、土地所有權登記、護照管理、社會福利等領域。

??2）加密算法

??區塊數據的加密是區塊鏈研究和關注的重點，其主要作用是保證區塊數據在網絡傳輸、存儲和修改過程中的安全。區塊鏈系統中的加密算法一般分為散列（哈希）算法和非對稱加密算法。
散列算法也叫數據摘要或者哈希算法，其原理是將一段信息轉換成一個固定長度并具備以下特點的字符串：如果某兩段信息是相同的，那么字符也是相同的：即使兩段信息十分相似，但只要是不同的，那么字符串將會十分雜亂、隨機并且兩個字符串之間完全沒有關聯。

??本質上，散列算法的目的不是為了“加密”而是為了抽取“數據特征”，也可以把給定數據
的散列值理解為該數據的“指紋信息”。典型的散列算法有MD5、SHA-1/SHA-2和SM3，目前區塊鏈主要使用SHA-2中的SHA256算法。

??非對稱加密算法由對應的一對唯一性密鑰（即公開密鑰和私有密鑰）組成的加密方法。任何獲悉用戶公鑰的人都可用用戶的公鑰對信息進行加密與用戶實現安全信息交互。由于公鑰與私鑰之間存在的依存關系，只有用戶本身才能解密該信息，任何未受授權用戶甚至信息的發送者都無法將此信息解密。常用的非對稱加密算法包括RSA、Elgamal、.D-H、ECC(橢圓曲線加密算法)等。

??3）共識機制

??在區塊鏈的典型應用一數字貨幣中，面臨著一系列安全和管理問題，例如：如何防止詐騙？區塊數據傳輸到各個分布式節點的先后次序如何控制？如何應對傳輸過程中數據的丟失問題？節點如何處理錯誤或偽造的信息？如何保障節點之間信息更新和同步的一致性？這些問題就是所謂的區塊鏈共識問題。

??區塊鏈共識問題需要通過區塊鏈的共識機制來解決。在互聯網世界，共識主要是計算機和軟件程序協作一致的基本保障，是分布式系統節點或程序運行的基本依據。共識算法能保證分“布式的計算機或軟件程序協作一致，對系統的輸入輸出做出正確的響應。

??區塊鏈的共識機制的思想是：在沒有中心點總體協調的情況下，當某個記賬節點提議區塊數據增加或減少，并把該提議廣播給所有的參與節點，所有節點要根據一定的規則和機制，對這一提議是否能夠達成一致進行計算和處理。

??目前，常用的共識機制主要有PoW、PoS、DPoS、Paxos、PBFT等。根據區塊鏈不同應用場景中各種共識機制的特性，共識機制分析可基于：

●合規監管：是否支持超級權限節點對全網節點、數據進行監管。
●性能效率：交易達成共識被確認的效率。
●資源消耗：共識過程中耗費的CPU、網絡輸入輸出、存儲等資源。
●容錯性：防攻擊、防欺詐的能力。

3.應用和發展

??當前，TCP/IP協議是全球互聯網的“牽手協議”。將“多中心化、分布式”理念變成了一種可執行的程序，并在此基礎上派生出了更多的類似協議。然而，回顧互聯網技術的發展，當前的互聯網技術成功實現了信息的多中心化，但卻無法實現價值的多中心化。換句話說，互聯網上能多中心化的活動是無需信用背書的活動，需要信用做保證的都是中心化的、有第三方中介機構參與的活動。因此，無法建立全球信用的互聯網技術就在發展中遇到了障礙一人們無法在互聯網上通過多中心化方式參與價值交換活動。

??從區塊鏈技術研究角度看：①在共識機制方面，如何解決公有鏈、私有鏈、聯盟鏈的權限控制、共識效率、約束、容錯率等方面的問題，尋求針對典型場景的、具有普適性的、更優的共識算法及決策將是研究的重點：②在安全算法方面，目前采用的算法大多數是傳統的安全類算法，存在潛在的“后門”風險，算法的強度也需要不斷升級：另外，管理安全、隱私保護、監管缺乏以及新技術（如量子計算）所帶來的安全問題需要認真對待：③在區塊鏈治理領域，如何結合現有信息技術治理體系的研究，從區塊鏈的戰略、組織、架構以及區塊鏈應用體系的各個方面，研究區塊鏈實施過程中的環境與文化、技術與工具、流程與活動等問題，進而實現區塊鏈的價值，開展相關區塊鏈的審計，是區塊鏈治理領域需要核心關注的問題：④在技術日益成熟的情況下，研究區塊鏈的標準化，也是需要重要考慮的內容。

??（1）區塊鏈將成為互聯網的基礎協議之一。本質上，互聯網同區塊鏈一樣，也是個多中心化的網絡，并沒有一個“互聯網的中心”存在。不同的是，互聯網是一個高效的信息傳輸網絡，并不關心信息的所有權，沒有內生的、對有價值信息的保護機制：區塊鏈作為一種可以傳輸所有權的協議，將會基于現有的互聯網協議架構，構建出新的基礎協議層。從這個角度看，區塊鏈（協議）會和傳輸控制協議/因特網互聯協議(TCP/IP)一樣，成為未來互聯網的基礎協議，構建出一個高效的、多中心化的價值存儲和轉移網絡。

??（2）區塊鏈架構的不同分層將承載不同的功能。類似TCPP協議棧的分層結構，人們在
統一的傳輸層協議之上，發展出了各種各樣的應用層協議，最終構建出了今天豐富多彩的互聯網。未來區塊鏈結構也將在一個統一的、多中心化的底層協議基礎上，發展出各種各樣應用層協議。

??（3）區塊鏈的應用和發展呈螺旋式上升趨勢。如同互聯網的發展一樣，在發展過程中會經歷過熱甚至泡沫階段，并以顛覆式的技術改變融合傳統產業。區塊鏈作為數字化浪潮中下一個階段的核心技術，其發展周期將比預想得要長，影響的范圍和深度也會遠遠超出人們的想象，將會構建出多樣化生態的價值互聯網，從而深刻改變未來商業社會的結構和每個人的生活。