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区 块 链 基 础 设 施 研 究 报 告 （ 2 0 2 1 年 ） 中 国 信 息 通 信 研 究 院 工 业 互 联 网 与 物 联 网 研 究 所 2 0 2 1 年 7 月版 权 声 明 本 报 告 版 权 属 于 中 国 信 息 通 信 研 究 院 ， 并 受 法 律 保 护 。 转 载 、 摘 编 或 利 用 其 它 方 式 使 用 本 报 告 文 字 或 者 观 点 的 ， 应 注 明 “ 来 源 ： 中 国 信 息 通 信 研 究 院 ” 。 违 反 上 述 声 明 者 ， 本 院 将 追 究 其 相 关 法 律 责 任前 言 区 块 链 通 过 运 用 基 于 共 识 的 数 学 算 法， 在 机 器 之 间 建 立 “ 信 任 ” 网 络 ， 通 过 技 术 背 书 来 进 行 全 新 的 信 用 创 造 ， 成 为 可 支 撑 数 字 经 济 传 递 信 任 和 管 理 价 值 的 关 键 。 区 块 链 不 仅 仅 适 用 于 加 密 数 字 货 币 等 场 景 ， 更 大 的 应 用 空 间 必 将 是 工 业 互 联 网 、 5 G 等 与 社 会 、 经 济 密 切 相 关 的 新 兴 领 域 ， 甚 至 可 能 对 整 个 网 络 空 间 的 核 心 架 构 带 来 变 革 。 世 界 各 国 政 府 都 普 遍 高 度 重 视 区 块 链 对 技 术 和 产 业 变 革 起 到 的 战 略 作 用 。 习 近 平 总 书 记 提 出“ 要 把 区 块 链 作 为 核 心 技 术 自 主 创 新 的 重 要 突 破 口 ， 明 确 主 攻 方 向 ， 加 大 投 入 力 度 ， 着 力 攻 克 一 批 关 键 核 心 技 术 ， 加 快 推 动 区 块 链 技 术 和 产 业 创 新 发 展” 。 中 央 网 信 办 、 发 改 委 、 工 信 部 等 我 国 政 府 主 管 部 门 先 后 制 定 了 一 批 促 进 区 块 链 技 术 和 产 业 发 展 的 顶 层 设 计 和 政 策 规 范 。 本 次 中 国 信 息 通 信 研 究 院 工 业 互 联 网 与 物 联 网 研 究 所 组 织 编 写 区 块 链 基 础 设 施 研 究 报 告 （ 2 0 2 1 ） ， 重 点 对 “ 区 块 链 究 竟 是 不 是 新 型 基 础 设 施 ” 、 “ 区 块 链 基 础 设 施 由 哪 些 要 素 组 成 ” 、 “ 区 块 链 基 础 设 施 如 何 发 展 ” 、 “ 区 块 链 基 础 设 施 面 临 何 种 挑 战” 、 “ 区 块 链 基 础 设 施 将 怎 样 演 进 ” 等 关 键 问 题 进 行 了 分 析 和 阐 述 ， 希 望 能 够 有 助 于 产 业 界 和 学 术 界 凝 聚 共 识 ， 更 好 地 发 挥 区 块 链 作 为 基 础 设 施 的 作 用 和 功 能 ， 为 技 术 和 产 业 变 革 提 供 创 新 动 力目 录 一、 区块链基础设施概述 . 1 (一) 区块链技术具备基础设施属性 . 2 (二) 区块链具有新型基础设施特点 . 3 (三) 区块链是信任管理的基础设施 . 5 二、 区块链基础设施组成要素 . 6 (一) 水平维度的区块链基础设施要素 . 7 (二) 垂直维度的区块链基础设施要素 . 8 三、 区块链基础设施发展路径 . 10 (一) 路径 1 开源社区，运营区块链开放生态 . 10 (二) 路径 2 区域平台，构筑区块链节点网络 . 14 (三) 路径 3 行业应用，打造区块链业务系统 . 16 (四) 路径 4 公共服务，建设区块链跨链平台 . 18 四、 区块链基础设施面临挑战 . 20 (一) 区块链基础设施建设挑战 . 20 (二) 区块链基础设施技术挑战 . 20 (三) 区块链基础设施应用挑战 . 21 (四) 区块链基础设施监管挑战 . 22 五、 区块链基础设施演进趋势 . 22 (一) 区块链基础设施呈现多维度发展态势 . 22 (二) 区块链基础设施逐渐向业务驱动演变 . 23 (三) 区块链基础设施与前沿技术不断融合 . 23 (四) 区块链基础设施网络规模更适配应用 . 24 (五) 区块链基础设施技术通用功能组件化 . 24 (六) 区块链基础设施监管与治理相辅相成 . 24图 目 录 图 1 区块链基础设施呈现形态. 6 图 2 区块链基础设施切入路径. 10 图 3 以太坊. 12 图 4 欧盟区块链基础设施 EB S I . 15 图 5 F a c e book 加密货币基础设施. 17 图 6 波卡跨链生态网络. 19 表 目 录 表 1 开源社区运行的区块链项目对比分析. 13区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 1 一 、 区 块 链 基 础 设 施 概 述 当 前 互 联 网 是 信 息 传 递 的 网 络 ， 存 在 信 任 缺 失 问 题 。 尽 力 而 为 的 T CP / I P 协 议 栈 为 互 联 网 的 成 功 创 造 了 巨 大 的 活 力 ， 但 同 时 互 联 网 体 系 架 构 也 始 终 面 临 安 全 信 任 框 架 的 缺 失 。 尽 管 学 术 界 和 产 业 界 为 增 强 互 联 网 的 可 信 性 ， 在 现 有 的 基 础 上 尝 试 了 许 多 打 补 丁 式 的 修 正 努 力 ， 但 随 着 互 联 网 的 快 速 发 展 ， 特 别 是 互 联 网 技 术 对 数 字 经 济 的 重 要 影 响 ， 信 任 问 题 的 解 决 已 经 刻 不 容 缓 。 区 块 链 的 多 中 心 块 链 式 存 储 结 构 保 证 了 存 储 在 链 上 的 数 据 难 以 被 篡 改、 可 以 被 追 溯 ， 有 效 解 决 社 会 经 济 活 动 开 展 所 需 的 跨 实 体 信 任 问 题 ， 区 块 链 正 成 为 未 来 发 展 数 字 经 济 不 可 或 缺 的 信 任 基 础 设 施 。 国 家 政 策 高 度 重 视 以 区 块 链 为 代 表 的 新 型 基 础 设 施 在 新 的 技 术 革 新 和 产 业 变 革 中 的 重 要 作 用 ， 积 极 推 进 区 块 链 技 术 与 产 业 创 新 、 经 济 社 会 融 合 的 高 速 发 展 。 2 0 2 0 年 4 月 2 0 日 ， 国 家 发 展 改 革 委 首 次 提 出 “ 新 基 建 ” 范 围 ， 明 确 区 块 链 属 于 新 型 基 础 设 施 中 的 新 技 术 类 基 础 设 施 。 2 0 2 1 年 3 月 ， 区 块 链 被 写 入 中 华 人 民 共 和 国 国 民 经 济 和 社 会 发 展 第 十 四 个 五 年 规 划 和 2 0 3 5 年 远 景 目 标 纲 要 ， 规 划 提 出 培 育 壮 大 区 块 链 等 新 兴 数 字 产 业 。 2 0 2 1 年 6 月 ， 工 信 部 、 中 央 网 信 办 发 布 加 快 推 动 区 块 链 技 术 应 用 和 产 业 发 展 的 指 导 意 见 ， 意 见 提 出 构 建 基 于 标 识 解 析 的 区 块 链 基 础 设 施 ， 打 造 基 于 区 块 链 技 术 的 工 业 互 联 网 新 模 式 、 新 业 态区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 2 ( 一 ) 区 块 链 技 术 具 备 基 础 设 施 属 性 区 块 链 基 础 设 施 具 备 基 础 性 、 公 共 性 、 强 外 部 性 等 三 个 新 基 建 属 性 。 区 块 链 基 础 设 施 通 过 分 布 式 的 账 本 技 术 为 社 会 经 济 活 动 提 供 了 信 任 的 基 础 属 性 ， 通 过 开 放 共 享 的 机 制 ， 为 个 人 、 组 织 、 企 业 等 实 体 提 供 公 共 服 务 ， 同 时 可 作 为 一 种 管 理 型 技 术 与 实 体 业 务 强 关 联， 通 过 与 其 他 技 术 的 配 合 使 用 ， 优 化 业 务 流 程 ， 创 新 商 业 运 行 模 式 。 区 块 链 基 础 设 施 为 社 会 运 转 提 供 基 础 性 的 信 任 管 理 能 力。 在 互 联 网 时 代 ， 通 过 超 级 链 接 实 现 了 信 息 的 传 递 和 互 联， 深 刻 变 革 了 人 们 的 生 活 习 惯 ， 使 线 上 生 活 常 态 化 。 而 区 块 链 技 术 创 建 了 一 种 基 于 技 术 的 社 会 信 任 体 系 ， 通 过 账 本 描 述 了 社 会 经 济 活 动， 为 社 会 运 转 提 供 基 础 性 的 信 任 能 力 ， 提 升 了 主 体 参 与 者 之 间 的 协 作 效 率 。 区 块 链 基 础 设 施 面 向 公 众 提 供 公 共 普 惠 性 的 价 值 传 递 能 力。 区 块 链 基 础 设 施 通 过 构 建 可 信 协 作 的 分 布 式 网 络 ， 可 以 面 向 社 会 提 供 大 规 模 泛 在 直 连 交 易 服 务 ， 进 而 支 持 交 易 在 社 会 化 活 动 的 任 意 环 节 随 时 触 发 ， 具 有 巨 大 的 市 场 规 模 ， 受 众 范 围 广 。 区 块 链 基 础 设 施 带 来 的 这 种 无 处 不 在 的 价 值 交 换 能 力 ， 将 提 升 各 类 要 素 的 市 场 化 配 置 能 力， 使 生 产 、 消 费 更 加 畅 通 循 环 ， 加 速 经 济 运 转 。 区 块 链 基 础 设 施 与 其 他 信 息 技 术 配 合 为 各 行 各 业 赋 能 增 效。 区 块 链 基 础 设 施 通 过 预 定 义 的 共 识 协 议 将 硬 件 资 源 抽 象 为 信 任 的 底 座 ， 通 过 智 能 合 约 定 义 业 务 参 与 方 承 诺 执 行 的 协 议 ， 重 新 构 建 数 字 经 济 时 代 秩 序 、 规 则 和 信 任 机 制 ， 同 时 辅 以 物 联 网 、 云 计 算 、 大 数 据 、 人 工 智区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 3 能 等 信 息 网 络 技 术 实 现 业 务 逻 辑 的 闭 环 ， 正 在 改 变 诸 多 行 业 的 运 行 规 则 ， 是 未 来 发 展 数 字 经 济 不 可 或 缺 的 设 施 。 ( 二 ) 区 块 链 具 有 新 型 基 础 设 施 特 点 区 块 链 具 备 新 型 基 础 设 施 范 畴 持 续 拓 展 延 伸 的 特 点。 信 息 技 术 创 新 活 跃 ， 信 息 技 术 之 间 、 信 息 技 术 与 传 统 领 域 之 间 都 在 深 度 融 合 ， 越 来 越 多 的 新 兴 信 息 技 术 正 在 演 进 形 成 新 的 基 础 设 施 形 态。 区 块 链 起 源 于 加 密 数 字 货 币 应 用 ， 但 其 价 值 不 仅 仅 局 限 于 该 领 域， 其 应 用 范 围 正 在 逐 步 拓 展 至 金 融 业 、 制 造 业 、 服 务 业 等 ， 随 着 区 块 链 技 术 与 实 体 经 济 深 度 融 合 ， 区 块 链 基 础 设 施 形 态 逐 渐 形 成 。 区 块 链 具 备 新 型 基 础 设 施 技 术 迭 代 升 级 迅 速 的 特 点。 新 型 基 础 设 施 技 术 性 强 ， 技 术 在 不 断 升 级 ， 部 分 技 术 还 不 稳 定 ， 数 字 基 础 设 施 需 迭 代 式 的 开 发 。 区 块 链 基 础 设 施 也 不 是 一 蹴 而 就 的 ， 区 块 链 技 术 创 新 迭 代 不 断 以 完 善 自 身 性 能 并 满 足 瞬 息 万 变 的 市 场 需 求 ， 截 止 2 0 2 1 年 4 月 ， 以 太 坊 代 码 总 提 交 1 2 5 9 7 次 并 且 还 在 不 断 更 新 。 区 块 链 具 备 新 型 基 础 设 施 持 续 性 投 资 需 求 大 的 特 点。 信 息 技 术 迭 代 快 的 特 点 决 定 了 新 型 基 础 设 施 建 设 和 运 营 需 要 大 量 的 持 续 性 投 入 ， 而 不 仅 仅 是 一 次 性 投 资 。 区 块 链 架 构 虽 然 基 本 形 成 ， 但 是 扩 容 、 分 布 式 存 储 、 隐 私 保 护 等 技 术 不 断 创 新 以 满 足 业 务 发 展 的 需 求 ， 区 块 链 项 目 多 引 入 基 金 会 的 模 式 对 生 态 可 持 续 发 展 提 供 资 金 支 持 ， W e b 3 基 金 会 给 从 事 波 卡 开 发 或 研 究 的 项 目 进 行 资 金 方 面 的 资 助区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 4 区 块 链 具 备 新 型 基 础 设 施 互 联 互 通 需 求 更 高 的 特 点。 在 市 场 力 量 为 主 的 建 设 模 式 下 ， 统 一 的 建 设 标 准 和 建 设 规 范 更 为 重 要。 单 独 为 政 的 区 块 链 类 似 于 局 域 网 ， 难 以 大 范 围 统 一 使 用 ， 规 模 影 响 力 有 限 ， 而 跨 链 互 联 的 区 块 链 类 似 于 广 域 网 ， 实 现 了 服 务 范 围 的 延 伸 ， 可 以 发 挥 基 础 设 施 规 模 化 优 势 。 所 以 ， 区 块 链 基 础 设 施 互 联 互 通 需 求 明 显 ， 建 设 需 要 整 合 行 业 和 区 域 需 求 ， 从 顶 层 规 划 出 发 ， 一 盘 棋 考 虑 ， 实 现 跨 链 协 同 。 区 块 链 具 备 新 型 基 础 设 施 安 全 可 靠 要 求 更 高 的 特 点。 新 型 基 础 设 施 实 行 联 网 运 行 ， 恶 意 攻 击 或 者 网 络 故 障 将 给 社 会 带 来 不 可 估 量 的 损 失 。 区 块 链 构 建 了 机 器 的 信 任 ， 但 代 码 的 逻 辑 还 是 人 构 建 的 ， 如 果 出 现 漏 洞 或 者 被 攻 击 将 导 致 信 任 基 础 的 全 面 瓦 解 ， 对 新 型 基 础 设 施 代 码 的 可 信 性 检 查 和 安 全 审 计 至 关 重 要 。 2 0 1 6 年 E T H / D A O 事 件 ， 攻 击 者 发 现 软 件 存 在 递 归 调 用 漏 洞 问 题 ， 对 其 发 起 攻 击 并 盗 走 3 6 0 万 以 太 币 ， 最 终 导 致 以 太 坊 硬 分 叉 。 区 块 链 具 备 新 型 基 础 设 施 对 技 能 和 创 新 人 才 需 求 大 的 特 点。 新 型 基 础 设 施 建 设 和 运 营 对 技 术 要 求 高， 需 要 大 量 的 技 术 型 人 才 和 融 合 型 人 才 。 尤 其 是 区 块 链 相 对 前 沿 ， 可 借 鉴 经 验 少 ， 拥 有 相 关 知 识 结 构 和 工 作 经 验 的 人 才 在 现 阶 段 极 度 稀 缺 。 据 国 际 权 威 咨 询 机 构 G a rt n e r 预 测 ， 未 来 5 年 中 国 区 块 链 人 才 缺 口 将 达 7 5 万 以 上 。 2 0 2 1 年 2 月 ， 人 力 资 源 社 会 保 障 部 与 工 业 和 信 息 化 部 联 合 颁 布 了 区 块 链 工 程 技 术 人 员 国 家 职 业 技 术 技 能 标 准 ， 为 人 才 需 要 构 筑 基 础 保 障区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 5 ( 三 ) 区 块 链 是 信 任 管 理 的 基 础 设 施 以 信 息 技 术 为 基 础 的 新 基 建 迅 速 崛 起 导 致 基 础 设 施 内 涵 和 范 畴 不 断 外 延 、 扩 展 和 丰 富 。 传 统 基 础 设 施 主 要 是 指 铁 路 、 公 路 、 桥 梁 等 看 得 见 、 摸 得 着 、 服 务 于 物 理 世 界 的 设 施 ， 为 物 理 世 界 建 立 起 了 实 际 连 接 网 络 ， 有 效 提 高 了 人 类 社 会 运 行 效 率 。 而 新 型 基 础 设 施 是 以 技 术 创 新 为 驱 动 ， 以 网 络 化 或 信 息 化 形 式 服 务 于 数 字 世 界的 基 础 设 施 ， 创 新 了 经 济 运 行 模 式 。 狭 义 的 区 块 链 基 础 设 施 是 分 布 式 信 任 平 台 。 区 块 链 基 础 设 施 是 由 遵 循 一 套 预 先 定 义 好 共 识 机 制 的 节 点 构 成 的 可 信 网 络 平 台 ， 每 个 节 点 自 下 而 上 由 基 础 资 源 、 区 块 链 核 心 框 架 、 服 务 系 统 组 成 ， 任 何 去 中 心 化 的 应 用 都 可 以 部 署 在 上 面 。 区 块 链 基 础 设 施 提 供 的 分 布 式 可 信管 理 模 式 ， 将 创 新 金 融 服 务 模 式 、 促 进 医 疗 数 据 开 放 共 享 、 文 化 成 果 转 化 和 实 现 制 造 业 个 性 化 定 制 ， 有 助 推 动 数 字 经 济 高 速 发 展 。 广 义 的 区 块 链 基 础 设 施 是 大 规 模 可 信 协 作 网 络 。 区 块 链 基 础 设 施 可 以 定 义 为 是 一 种 新 的 分 布 式 治 理 理 念 ， 核 心 是 变 革 现 有 的 社 会 经 济 运 行 模 式 。 区 块 链 基 础 设 施 基 于 共 识 机 制 构 建 的 智 能 计 算 网 络， 形 成 了 经 济 社 会 运 行 的 信 任 模 型 ， 通 过 智 能 合 约 定 义 业 务 参 与 方 承 诺 执 行 的 协 议 ， 将 物 理 世 界 无 序 的 业 务 规 则 化。 两 者 结 合 形 成 的 大 规 模 的 协 作 网 络 ， 将 重 新 构 建 数 字 经 济 时 代 秩 序、 规 则 和 信 任 机 制 ， 直 接 影 响 原 有 社 会 的 组 织 方 式 、 商 业 秩 序 ， 颠 覆 数 字 经 济 时 代 的 生 产 关 系 ， 创 新 商 业 模 式 ， 实 现 市 场 智 能 化 运 作区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 6 二 、 区 块 链 基 础 设 施 组 成 要 素 区 块 链 通 过 运 用 基 于 共 识 的 数 学 算 法 ， 在 机 器 之 间 建 立“ 信 任 ” 网 络 ， 通 过 技 术 背 书 来 进 行 全 新 的 信 用 创 造， 是 支 撑 数 字 经 济 传 递 信 任 和 管 理 价 值 的 关 键 。 水 平 来 看 ， 区 块 链 基 础 设 施 是 由 具 有 广 泛 接 入 能 力、 公 共 服 务 能 力 、 可 灵 活 部 署 的 公 共 链 网 （ 包 括 公 有 链 或 面 向 非 特 定 应 用 场 景 的 联 盟 链 ） ， 及 连 接 这 些 区 块 链 的 跨 链 系 统 组 成 的 网 络 服 务 设 施 。 垂 直 来 看 ， 区 块 链 技 术 协 议 栈 中 的 资 源 层 、 数 据 层 、 网 络 层 、 共 识 层 是 构 成 区 块 链 基 础 设 施 节 点 的 必 备 要 素 。 总 体 来 看 ， 区 块 链 作 为 一 种 基 础 设 施， 也 需 要 服 从 治 理 ， 做 到 链 运 行 规 则 可 控 、 节 点 网 络 可 控 、 链 上 数 据 内 容 可 控 ， 以 保 障 基 础 设 施 稳 定 运 行 ， 企 业 、 用 户 权 益 得 到 有 效 保 护 。 数 据 来 源 ： 中 国 信 息 通 信 研 究 院 图 1 区块链基础设施呈现形态区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 7 ( 一 ) 水 平 维 度 的 区 块 链 基 础 设 施 要 素 水 平 来 看 ， 区 块 链 基 础 设 施 与 互 联 网 网 络 呈 现 相 同 的 发 展 路 径， 传 统 的 互 联 网 网 络 作 为 信 息 传 递 的 载 体 由 局 域 网 逐 渐 发 展 成 为 广 域 网 ， 而 区 块 链 基 础 设 施 作 为 信 任 传 递 的 载 体 由 一 个 个 独 立 的 链 逐 渐 发 展 为 跨 链 互 联 的 形 态 。 区 块 链 基 础 设 施 中 的 公 共 链 网， 主 要 由 存 储 账 本 能 力 、 共 识 协 议 和 算 力 、 接 入 能 力 、 服 务 接 口 能 力 组 成 。 存 储 账 本 负 责 存 储 事 务 的 交 易 记 录 ， 相 比 于 传 统 账 本 数 据 库 具 有 可 追 溯、 多 方 校 验 ， 难 以 篡 改 的 特 点 ， 支 持 本 地 存 储 和 云 化 存 储 两 种 模 式。 共 识 协 议 和 算 力 通 过 引 入 外 部 成 本 来 防 止 节 点 作 恶 ， 保 证 多 个 主 体 之 间 数 据 的 一 致 性。 接 入 能 力 负 责 链 下 业 务 与 区 块 链 公 共 链 网 之 间 的 适 配 。 服 务 接 口 能 力 为 上 层 用 户 提 供 灵 活 的 接 入 方 式 ， 提 高 应 用 便 利 程 度 。 区 块 链 基 础 设 施 中 的 跨 链 系 统， 主 要 由 价 值 跨 链 能 力 、 数 据 跨 链 能 力 、 业 务 跨 链 能 力 组 成 。 区 块 链 基 础 设 施 具 备 新 型 基 础 设 施 互 联 互 通 的 特 点 ， 跨 链 系 统 是 区 块 链 基 础 设 施 的 重 要 装 置 。 跨 链 系 统 实 现 跨 链 信 任 的 延 伸 ， 价 值 跨 链 实 现 不 同 数 字 资 产 之 间 的 交 易 和 兑 换， 数 据 跨 链 实 现 不 同 链 之 间 数 据 互 通 和 信 息 可 信 共 享 ， 业 务 跨 链 实 现 业 务 逻 辑 的 互 联 、 业 务 范 围 的 互 补 。 主 流 跨 链 方 案 有 公 证 人 、 侧 链 中 继 链 、 哈 希 时 间 锁 定 等 ， 其 中 中 继 链 技 术 占 比 最 高 ， 中 继 链 即 通 过 构 建 一 条 链 和 配 套 的 策 略 的 形 式 提 供 跨 链 信 息 传 递 和 信 息 可 信 担 保 ， 跨 链 项 目 包 括 P o l k d o t 、 W e c r o s s 、 B i t X H u b 等区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 8 ( 二 ) 垂 直 维 度 的 区 块 链 基 础 设 施 要 素 垂 直 来 看 ， 资 源 层 、 数 据 层 、 网 络 层 、 共 识 层 是 构 成 区 块 链 基 础 设 施 节 点 的 必 备 要 素 ， 是 支 持 上 层 应 用 开 发 和 运 作 的 底 层 基 础， 为 区 块 链 运 行 提 供 所 必 须 的 核 心 技 术 。 该 部 分 主 要 由 技 术 开 源 社 区 ， 联 盟 组 织 或 初 创 公 司 驱 动 ， 聚 焦 区 块 链 底 层 技 术 ， 通 过 不 断 创 新 提 高 区 块 链 可 扩 展 性 、 隐 私 性 、 安 全 性 等 ， 以 更 好 的 支 撑 上 层 应 用 。 资 源 层 的 核 心 要 素 是 网 络 、 存 储 、 计 算 和 电 力 ， 主 要 功 能 是 为 区 块 链 基 础 设 施 稳 定 运 行 提 供 灵 活 可 扩 展 的 资 源 。 该 层 主 要 由 传 统 的 基 础 设 施 和 信 息 基 础 设 施 服 务 商 提 供 服 务 。 当 前 ， 传 统 的 I C T 企 业 正 从 区 块 链 基 础 资 源 提 供 方 切 入 ， 通 过 整 合 底 层 网 络 、 存 储 和 计 算 资 源 ， 以 区 块 链 服 务 平 台 的 形 式 对 外 提 供 开 箱 即 用 的 区 块 链 服 务 ， 包 括 亚 马 逊 、 谷 歌 、 微 软 、 阿 里 云 、 腾 讯 云 、 华 为 云 等 。 数 据 层 的 核 心 要 素 是 账 户 结 构、 块 链 结 构 和 数 据 存 储 ， 主 要 功 能 是 为 数 据 真 实 性 和 有 效 性 提 供 保 障。 账 户 结 构 用 于 描 述 事 务 发 起 者 和 相 关 方 的 数 据 结 构 ， 当 前 主 要 账 户 模 型 包 括 基 于 过 程 记 录 的 U T X O 模 式 、 基 于 状 态 记 录 的 A c c o u n t 模 式 、 基 于 通 证 的 T o k e n B a s e 模 式 以 及 用 于 存 证 领 域 的 无 账 户 模 式 等 。 块 链 结 构 是 指 按 照 时 间 顺 序 将 数 据 区 块 以 哈 希 嵌 套 的 方 式 顺 序 相 连 组 合 成 的 一 种 数 据 结 构， 这 种 链 式 的 数 据 结 构 是 保 证 区 块 链 数 据 难 以 篡 改 的 关 键 ， 主 要 数 据 结 构 包 括 链 式 结 构 和 D A G 有 向 无 环 图 结 构 。 数 据 存 储 通 常 采 用 读 写 高 效 的 N o S Q L 数 据 库 ， 如 L e v e l D B 、 C o u c h D B 、 R o c k s D B 等区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 9 网 络 层 的 核 心 要 素 是 节 点 发 现、 消 息 传 播 和 验 证 机 制 ， 主 要 功 能 是 维 护 区 块 链 网 络 去 中 心 化 的 特 点。 区 块 链 网 络 拓 扑 结 构 可 分 为 结 构 化 、 非 结 构 化 、 半 结 构 化 ， 节 点 发 现 、 消 息 传 播 和 验 证 机 制 随 着 拓 扑 结 构 不 同 而 相 应 调 整 。 结 构 化 网 络 去 中 心 化 程 度 低 、 传 输 效 率 高 、 节 点 易 遭 到 攻 击 ， 例 如 以 太 坊 ； 非 结 构 化 网 络 去 中 心 化 程 度 高 、 传 输 效 率 低 、 不 易 监 管 ， 例 如 比 特 币 ； 半 结 构 化 网 络 兼 顾 通 信 效 率 、 去 中 心 化 程 度 和 监 管 要 求 ， 例 如 超 级 账 本 。 目 前 看 ， 结 构 化 网 络 整 体 占 优 ， 但 特 定 场 景 和 需 求 下 仍 然 存 在 较 多 非 结 构 化 的 底 层 网 络 实 施 方 案 。 共 识 层 的 核 心 要 素 是 共 识 机 制， 主 要 功 能 是 确 保 节 点 协 作 并 维 护 全 局 数 据 一 致 性 。 共 识 机 制 主 要 分 为 概 率 型 、 确 定 型 和 混 合 型 三 种 类 型 。 概 率 型 共 识 是 指 交 易 在 区 块 链 上 埋 的 越 深 ， 该 交 易 被 撤 销 的 可 能 性 越 低 ， 例 如 工 作 量 证 明 P O W 、 权 益 证 明 P O S 、 委 托 权 益 证 明 D P O S 。 确 定 型 共 识 是 指 一 旦 交 易 被 添 加 到 区 块 链 上 ， 该 笔 交 易 即 被 确 定 ， 例 如 拜 占 庭 共 识 B F T 、 消 逝 时 间 证 明 P O E T 、 存 储 空 间 证 明 P O C 。 混 合 型 共 识 将 两 种 或 多 种 共 识 机 制 运 用 到 一 条 链 上 ， 弥 补 单 一 共 识 机 制 效 率 低 、 牺 牲 中 心 化 程 度 的 缺 陷 ， 混 合 共 识 有 P o W + P o S 、 P o W + B F T 、 P o S + B F T 和 B F T + V R F + P O S 等 种 类 ， 即 先 全 民 参 与 选 取 共 识 节 点 之 后 再 由 节 点 按 照 共 识 策 略 对 交 易 进 行 共 识 。 兼 顾 概 率 型 和 确 定 型 特 性 的 混 合 型 共 识 机 制 在 公 共 性 和 效 率 性 上 占 有 优 势， 更 加 匹 配 区 块 链 基 础 设 施 规 模 性 和 效 率 性 需 求区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 1 0 三 、 区 块 链 基 础 设 施 发 展 路 径 规 模 化 的 全 球 性 区 块 链 基 础 设 施 尚 处 于 起 步 阶 段 ， 不 同 组 织 、 机 构 、 企 业 选 择 了 不 同 切 入 点 ， 发 挥 自 身 优 势 去 构 建 规 模 性 区 块 链 基 础 设 施 ， 从 服 务 深 度 和 服 务 广 度 两 个 不 同 维 度 分 析， 区 块 链 基 础 设 施 呈 现 出 四 种 发 展 路 径 ， 即 以 社 区 驱 动 的 区 块 链 开 放 生 态 路 径、 分 域 建 设 的 区 块 链 节 点 网 络 路 径 ， 聚 焦 行 业 应 用 打 造 的 区 块 链 业 务 链 路 径 以 及 从 公 共 服 务 角 度 出 发 建 设 的 区 块 链 跨 链 平 台 路 径 。 数 据 来 源 ： 中 国 信 息 通 信 研 究 院 图 2 区块链基础设施切入路径 ( 一 ) 路 径 1 开 源 社 区 ， 运 营 区 块 链 开 放 生 态 区 块 链 最 初 发 起 于 开 源 社 区 ， 以 技 术 为 驱 动 ， 全 民 参 与 的 开 放 生 态 为 理 念 ， 旨 在 构 筑 数 字 世 界 的 可 信 账 本。 这 种 以 技 术 理 念 为 切 入 点 建 设 的 区 块 链 基 础 设 施 公 共 服 务 平 台 ， 专 门 为 大 、 中 、 小 型 生 态 网 络 提 供 公 开 、 透 明 、 可 审 计 的 底 层 运 行 逻 辑， 其 生 态 组 成 包 括 区 块 链 协 议 开 发 者 ， 上 层 应 用 开 发 者 、 算 力 节 点 及 用 户区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 1 1 通 用 技 术 与 应 用 创 新 协 同 发 展， 工 程 化 成 为 重 点 。 从 区 块 链 开 源 社 区 发 起 的 项 目 主 要 为 规 模 和 体 量 较 大 的 比 特 币 和 以 太 坊 ， 以 及 普 及 率 最 广 的 超 级 账 本 （ H y p e rl e d g e r fa b ri c ） 联 盟 链 。 截 止 至 2 0 2 1 年 6 月 2 5 日 ， 比 特 币 网 络 大 约 有 1 0 2 6 7 个 活 跃 节 点 ， 也 是 目 前 拥 有 节 点 个 数 最 多 的 区 块 链 基 础 设 施 。 以 太 坊 主 网 一 共 有 5 9 0 0 个 节 点 ， 排 名 第 二 ， 但 其 去 中 心 化 应 用 项 目 （ D a p p ） 2 8 1 2 个 ， 是 目 前 拥有 去 中 心 化 应 用 最 多 的 项 目 。 为 了 提 高 区 块 链 基 础 设 施 商 用 性 能 ， 工 程 化 攻 关 成 为 当 前 区 块 链 开 源 社 区 工 作 重 点， 主 流 项 目 通 过 升 级 主 网 向 新 版 本 过 渡 ， 通 用 技 术 与 应 用 创 新 协 同 发 展， 聚 焦 构 建 开 源 工 具 集 并 不 断 丰 富 区 块 链 基 础 设 施 生 态 。 表 1 为 开 源 社 区 运 营 的 区 块 链 项 目 对 比 分 析 。 路 径 1 举 例 ： 以 太 坊 （ E t h e re u m ） 以 太 坊 于 2 0 1 3 年 由 V i t a l i k Bu t e r i n 发 起 的 ， 是 一 个 开 源 的 有 智 能 合 约 功 能 的 公 共 区 块 链 生 态 网 络 ， 旨 在 构 筑 下 一 代 加 密 货 币 与 去 中 心 化 应 用 平 台 。 截 止 2 0 2 1 年 6 月 ， 以 太 坊 是 规 模 和 体 量 最 大 的 区 块 链 基 础 设 施 生 态 网 络 ， 总 共 5 9 0 0 个 节 点 ， 0 . 5 6 亿 个 地 址 账 户 ， 节 点 遍 布 美 国 、 德 国 、 中 国 、 法 国 和 新 加 坡 等 地 。 在 生 态 运 营 方 面 ， 2 0 1 4 年 以 太 坊 开 发 者 团 队 在 瑞 士 创 建 以 太 坊 基 金 会 负 责 资 金 管 理 、 生 态 培 育 以 及 扩 大 全 球 开 发 者 社 区， 随 着 链 上 开 放 透 明 治 理 需 求 的 增 强 ， 以 太 坊 基 金 会 将 逐 渐 退 出 生 态 治 理， 改 由 基 金 会 成 员 参 与 。 在 技 术 发 展 方 面 ， 以 太 坊 面 临 可 扩 展 性 不 佳 、 隐 私 保 护 、 通 胀 问 题 ， 包 括 解 决 以 太 坊 扩 展 性 问 题 的 以 太 坊 2 . 0 分 片 、 二区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 1 2 层 扩 容 L a y e r2 ， 解 决 数 据 隐 私 安 全 的 密 码 学 和 零 知 识 证 明， 解 决 通 胀 问 题 的 E IP -1 5 5 9 提 案 等 备 受 业 界 关 注 。 在 应 用 方 面 ， 截 止 2 0 2 1 年 4 月 ， 以 太 坊 上 运 行 有 2 8 1 2 多 个 应 用 （ D a p p ） ， 游 戏 、 金 融 、 社 交 占 比 较 大 。 数 据 来 源 ： 中 国 信 息 通 信 研 究 院 图 3 以太坊 区 块 链 开 源 社 区 相 对 活 跃 ， 但 决 策 效 率 低 。 区 块 链 开 源 社 区 是 一 种 由 理 念 驱 动 的 自 组 织 建 设 和 运 营 模 式 ， 其 走 向 和 发 展 由 社 区 成 员 通 过 协 商 决 定 ， 用 户 参 与 活 跃 度 相 对 较 高 。 但 是 这 种 组 织 模 式 缺 少 长 效 的 运 营 机 制 ， 由 于 参 与 者 之 间 没 有 较 强 的 约 束 力 ， 致 使 决 策 效 率 低 ， 同 时 成 员 间 由 于 理 念 冲 突 ， 也 会 引 起 整 个 社 区 的 震 荡 ， 延 缓 区 块 链 技 术 迭 代 速 度区块链基础设施研究报告（2 0 2 1 年） 1 3 表 1 开源社区运行的区块链项目对比分析 地 域 开 源 项 目 类 型 D a p p 数 量 节 点 个 数 共 识 机 制 T P S 侧 链 数 量 / 衍 生 项 目 进 展 运 营 主 体 国 外 Bi t c o i n 公 链 / 1 0 2 6 7 P O W 3 . 8 闪 电 网 络 引 入 分 片 加 密 货 币 价 值 驱 动 E t h e re u m 公 链 2 8 1 2 5 9 0 0 P O W 转 P O S 9 . 0 Q u o ru m 、 以 太 经 典 升 级 2 . 0 以 太 坊 基 金 会 E O S 公 链 6 7 6 2 1 超 级 节 点 D P o S （ 委 托 权 益 证 明 ） 3 0 0 0 + / 升 级 主 网 ， 提 高 交 易 数 量 Bl o c 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