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推动区块链基础设施建设,先要破解区块链发展“三高”难题

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内容简介

本文首先分析了当前区块链的发展面临的“三高”难题(建链成本高、技术门槛高和互通成本高)和解决“三高”难题的重要性和迫切性,然后通过回顾和借鉴互联网发展史,提出了推动建立一个行业公认的区块链基础设施是解决“三高”难题的根本解决方法,也是区块链发展的必然趋势,这和推动区块链应用落地是一体两翼,甚至更加重要,这不仅是符合最高领导人提出的区块链核心技术突破口和主攻方向,而且是我国引领世界区块链发展的难得的战略机遇,值得区块链行业共同努力。然后本文介绍了中国信息通信研究院在《区块链基础设施研究报告(2021年)》中对区块链基础设施的呈现形态和实现路径等问题的研究。最后简要介绍了我国由国家信息中心牵头的区块链服务网络(BSN)。BSN作为一个面向全球的开放开源的区块链基础设施,其在解决“三高”难题做出了非常有价值的探索,已经在国内和世界多地建成门户节点,也被多地政府写入十四五规划,取得了很好的效果,值得区块链行业,特别是各地政府和央国企决策者高度关注。
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我国区块链行业快速发展,但“三高”难题成为阻碍

自2019年10月中共中央政治局集体学习区块链以来,在最高领导人的指引和政府的大力推动下,我国区块链发展进入快车道,发展思路不断清晰,共识不断凝聚,在各方的努力下,已在区块链平台和应用等多个层面不断取得丰富成果。据工信部信息技术发展司发布的最新数据,我国区块链企业已超过1400家,初步形成较为完善的产业链条。产业园区超过40个,专利申请数量全球领先。区块链技术应用向供应链管理、数据流通、智能制造等领域快速拓展。 

但是我们也看到,在区块链高速发展中也遇到了很多问题,例如全国各地千链齐发,形成新的区块链孤岛或重复建设;大部分区块链技术公司在Hyperledger Fabric等开源系统的基础上进行修改,重新造轮子的情况严重;区块链项目成本高,动辄百万起步等,其中以建链成本高、技术门槛高和互通成本高,这“三高”难题越来越突出,严重阻碍我国区块链的进一步发展。 
如何解答好“三高”难题,是摆在区块链行业面前的必答题。解答好“三高”难题,对政府的决策者很重要,因为政府不仅是区块链发展政策的制定者,也是当前最大的区块链项目需求方;解答好“三高”难题,对央国企的决策者很重要,因为将对企业数字化进程产生重要影响;解答好“三高”难题,对区块链技术企业也很重要,因为将影响其发展兴衰。
首先,建链成本高。目前,搭建联盟链普遍按照节点数报价,常见的四个节点的联盟链报价一般在百万元以上,再加上区块链应用开发的成本,企业级区块链项目一般都要数百万元起步。区块链平台成本高直接影响了区块链应用的广泛推广,我们可以设想如果一个区块链应用只能带来十万元的收益,但是因为需要增加区块链平台的成本会使这个应用变得无法实施,而全国范围这样的企业和场景可能有成千上万,累计可能会有巨大的区块链应用价值由于区块链平台成本高而被锁住无法释放。更为严重的是,企业的区块链应用是不断发展和丰富的,但企业在构建第一个区块链应用时即被绑定到了特定的区块链平台,很可能影响后续区块链应用的构建,甚至会导致区块链平台的重建,形成巨大的资金和时间成本。这种情况在省市级的区块链基础设施的场景下会更为严重,当前构建这种级别的区块链平台的成本一般在数千万元以上,这会极大影响区块链应用落地的速度和范围。而省市级区块链基础设施将支持更加广泛的区块链应用场景,后期一旦重建影响更大。因此,无论是企业级还是省市级,在构建区块链应用时,应当更加关注区块链平台的选择,而不应该只着眼当前的应用场景。 
其次,技术门槛高,区块链平台开发和应用开发没有形成通用的开发库,开发学习成本高,限制了现有开发人员快速进入区块链开发领域。当前即使以应用开发为主的区块链技术公司也需要关注底层开发,维持少则几人,多则几十人的区块链平台开发团队,而且大部分是在开源系统上进行浅层的定制,重复造轮子的情况严重,这很大程度上限制了企业在应用场景进行深耕,也形成了较大的人力成本负担,区块链企业的高成本也是建链成本高的重要原因之一。但是这种选择又是很多企业的无奈之举,因为如果某个区块链项目的预算是20万,显然无法支撑外购高成本的区块链平台,只能组建团队通过开源系统为客户提供低成本的解决方案,但是由于投入不足,又给客户造成了潜在的后期平台重建的风险。我们从互联网等其他 IT 领域的发展可以看到,大部分技术企业应该专注应用领域的研发,因此很多企业现存的区块链平台开发团队或者自研的区块链平台产品,后续将大部分都会被取代,这也给很多区块链企业带来了很大的经营风险。 
第三,互通成本高。千链齐发和定制平台加剧了区块链平台和应用之间的互通互联复杂性和高成本,最后必然形成大量的重复建设和新的区块链孤岛,而区块链核心价值之一就是让数据可以可信流转。另外,我国区块链发展的一个关键要求是监管合规 – 装好刹车再上路,当前的发展状况给区块链监管造成了很大的困难。综上所述,当前区块链发展面临的“三高”难题已经严重阻碍我国区块链进一步发展,这种情况虽然是区块链发展的历史阶段,具有一定的必然性,但是不解决这些难题,极大降低建链成本,极大降低技术门槛,实现跨链互通互联,区块链行业就不会真正迎来爆发式的发展,这在互联网、通信网络等历次技术革命都得到了不断验证。
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以互联网发展史为鉴,推动区块链基础设施建设是关键

如何解决当前区块链发展面临的“三高”难题?《旧唐书·魏徵传》上说,以史为鉴,可以知兴替。丘吉尔也有一句名言,“你能看到多远的过去,就能看到多远的未来”。区块链将形成价值互联网,或“互链网”,是对现在的信息互联网的升级,或者下一代互联网,这一点已经形成越来越广泛的共识。 
互联网发展史历历在目,可以给区块链发展带来有益的启示,让我们少走弯路,前瞻性地进行战略决策,尽可能降低区块链自然演进中的巨大成本损耗。互联网始于1969年美国的ARPANET,而中国是在1994年由中科院钱华林研究员等专家首次实现和互联网的完全连接。我有幸在中科院跟随钱老师门下攻读硕士,多次聆听钱先生讲述互联网发展历史,特别是中国互联网发展历史。我们看到,互联网在相当长一段时期内同样存在当前区块链发展中的“三高”难题。 
首先,组网成本高。钱先生在《互联网口述系列丛书—钱华林篇》(图1)中讲述,上世纪八十年代,一个以太网接口网卡价格高达万元,要知道当时普通人每月的工资还不到100元。而现在光纤入户已经比较普及,有的地区甚至已经是千兆入户。 
其次,技术门槛高,掌握互联网技术的人很少,需要了解很多协议,开发也很复杂,而现在使用互联网就像使用水和电一样方便,开发系统也有很多成熟的工具,只需要专注要解决的应用场景即可。 
最后,互通成本高,互联网发展中也出现过很多通信协议,例如X.25、OSI、ATM…这些通信协议有的是不同组织制定的,有些是为了适应不同应用场景制定的,即使都使用OSI协议,不同的企业和组织的实现也不相同,网络互通成本也很高。而互联网以上的种种问题,都随着历史发展逐步统一到TCP/IP得到解决。即使某些特定网络,例如广电网,由于对QoS等要求长期使用特定架构,但是近年来,向TCP/IP演进也已经成为行业的共识。

推动区块链基础设施建设,先要破解区块链发展“三高”难题

图1 《互联网口述系列丛书—钱华林篇》

从以上互联网发展史可以得到启示,一个行业公认的区块链基础设施是解决当前区块链发展“三高”难题的根本方法,也是当前推动区块链发展进入新阶段的制高点。 
首先,一个行业公认的区块链基础设施可以有效解决“建链成本高”难题,就像现在互联网的TCP/IP协议,已经预装在每一台联网的设备中,不需要再单独支付高额的费用。区块链作为一种通信协议,也应该以类似的方式运行在相关的设备中。这样,企业构建区块链应用不必再为区块链平台付出高成本,更多的区块链场景和价值将得到释放,技术企业也不再需要为了构建应用而组建区块链平台研发团队,应用构建的成本也会大幅度降低。 
其次,一个行业公认的区块链基础设施可以有效解决“技术门槛高”难题,区块链开发已经高度标准化、组件化,在其上进行开发的技术门槛会越来越低,使用已经普及的开发语言即可进行智能合约的开发,应用开发工程师也不需要了解太多区块链平台的底层技术,现有的IT开发工程师可以很容易进行区块链应用开发。即使要构建一个特定领域和特点的区块链也会非常容易,只需要对特定模块进行定制即可,而大部分模块都可以使用通用组件。 
第三,一个行业公认的区块链基础设施可以有效解决“互通成本高”难题,不同区块链的底层协议是互通的,共同服务组件也是标准的,跨链也类似互联网网关那样可以方便的进行互相通联。区块链的种类也会大大减少,最常用的应用运行在类似互联网一样的标准区块链价值网络和基础设施之上,自然互通互联的问题将大大减少。最后,一个行业公认的区块链基础设施不但可以有效解决“三高”难题,而且还可以解决政府当前需要对成百上千区块链网络“监管成本高”难题,因为被监管平台的数量会大大减少而且标准化程度非常高。
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推动区块链基础设施建设,是我国引领世界区块链发展的战略机遇
我国在政策层面高度重视区块链作为基础设施对数字经济和社会发展的作用,2020年4月20日,国家发改委首次明确新基建三大范围:信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施,其中区块链和人工智能、云计算一起属于信息基础设施中的新技术基础设施。2021年7月,中国信息通信研究院(以下简称“中国信通院”)发布了《区块链基础设施研究报告(2021年)》,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,是关于区块链基础设施的一份具有很高的参考价值的报告。 
报告指出,区块链基础设施的核心要素在水平和垂直维度呈现不同特点: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(图2)。由此可见,区块链基础设施是一项高度复杂的系统性工程。正如最高领导人在主持中共中央政治局集体学习时强调,我们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。 
因此,推动一个行业公认的区块链基础设施的快速发展不仅是解决“三高”难题和将我国区块链发展推进到历史新阶段的关键措施,也是符合最高领导人强调的主攻方向和重要突破口,作者认为,当前区块链行业一定程度上存在“重应用落地、轻基础设施”的观点,甚至没有应用落地就对区块链持否定态度的观点非常流行,作者认为这是错误和短视的。这样会导致区块链应用和基础设施的紧耦合,最终形成严重的区块链孤岛和大量的重复建设。 
我们应该注意到,区块链既是应用,又是基础设施,同时推动应用落地和基础设施建设是推动区块链发展的一体两翼,两者互相促进,同等重要。通过下文的分析,从世界区块链发展的视角来看,甚至区块链基础设施更为重要。 
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 图2 区块链基础设施的核心要素 

当我们把视角从国内扩展到全球,研究报告还指出,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,目前呈现出四种发展路径:一是开源社区,运营区块链开放平台;二是区域平台,构筑区块链节点网络;三是行业应用,打造区块链业务系统;四是公共服务,建设区块链跨链平台。由此可见,推动通用的全球区块链基础设施不仅具有重大的战略价值,而且现在也是难得的时间机遇。在信息时代和互联网时代的基础设施,我们都是陪跑者和跟跑者,而在区块链时代,我们可以有一次引领世界区块链发展的机遇,形成区块链领域的TCP/IP。 
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图3 全球区块链基础设施的发展现状 
报告中还指出,区块链基础设施面临四个方面的挑战:一是技术方面,不可能三角难平衡,技术架构有待突破;二是建设方面,建设主体多元化,利益相关方需协同;三是应用方面,应用模式较为集中,应用工具急需完善;四是监管方面,监管需求难界定,工具手段需创新。由此可见,推动区块链基础设施建设已经超出了单个企业的能力边界,需要政府和整个行业进行共识和共同努力。 
正如原中科院副院长、互联网协会理事长胡启恒院士的名言:“互联网进入中国,不是八抬大轿抬进来的,而是从羊肠小道走进来的。”中国能够接入互联网,国家和政府层面的推动起了关键作用,区块链更是如此。基础设施的建设需要长期和巨额投入,而普惠性又导致回报不高,这对于民营企业和社区往往力不从心。我们已经看到由欧盟推动的区块链基础设施European Blockchain Services Infrastructure (EBSI)正在不断快速发展,值得引起我们的关注。 
EBSI是一个由运行基于区块链服务的互联的节点组成的点对点网络,它由欧盟二十多个国家组成的EBP负责管理和维护,每个成员运行至少一个节点。从图4可以看到,EBSI已经覆盖了大部分欧洲国家。
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图4 EBSI节点分布图 
ESBI重视社会价值、治理方式、和谐、开源和符合欧盟法规五大原则,通过不断迭代来快速扩展应用场景和案例,通过EBSI发展时间表我们可以感受到其发展速度。 
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图5 EBSI发展时间表 
从EBSI的系统结构图中可以看到,其由三部分组成:
基础层:包括基础设施、网络连接、区块链和存储系统。
核心服务层:包括身份和访问管理、数据管理等支持上层应用的功能。
应用层:包括公证、凭证、可信数据交换等各种具体应用 。
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图6  EBSI系统结构图
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开放合作的全球性区块链基础设施建设 

人类历史上,每次信息化革命均是通过改变信息的传输方式,从而提升通讯效率并提高生产力,推动社会进步。当人数比较多时,第一种方式数据传递是线性传递,效率比较低,出错率高。一起开会是数据的广播式传递,效率高,避免出错、作假或篡改。同理还有微信两两沟通和微信群沟通的区别。通过几十年的信息化发展,整个社会的信息系统的数量越来也多,而数字化时代的一个重要特点是信息系统之间可以方便地进行数据交换和业务协同,这就像多人进行沟通一样。
区块链的本质正是基于互联网的一种新型的数据传输方式,即可以实现多个信息化系统间的广播式数据交互的技术。这正如互联网时代的TCP/IP。因此比EBSI还要早一些,2018年5月,国家信息中心、中国移动、中国银联、红枣科技四家单位启动了区块链服务网络(BSN)的研究,BSN不是一个简单的链,而是为区块链开发者搭建一套跨云服务、跨门户、跨底层框架,用于部署和运行区块链应用的全球性公共基础设施网络环境,BSN的目标是任何行业的区块链应用都可以接入到BSN上来,让区块链服务像互联网一样方便、低成本和易用,BSN是区块链的互联网。
从BSN的系统架构图中可以看到,BSN的核心理念是致力于建设一个基于数据广播式传输协议的互联网新一代通讯层以及相关的标准协议、云环境、开发工具和操作系统。因此,BSN打通了门户、运维中心、城市节点和云服务完整的区块链服务链条,比 EBSI 的结构更加复杂,功能更加强大。 
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图7 BSN系统架构图 
从BSN的主要功能模块可以看到BSN充分考虑到了不同国家的监管合规要求,而不是像EBSI限定在欧盟范围,例如在国内部署联盟链,而国外可以部署公链,而且通过丰富的功能模块可以支持各种应用场景的开发,比EBSI的场景丰富很多。 

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图8 BSN主要功能模块
 通过对比使用BSN和自建平台可以看到,其可以有效的解决了区块链发展的“三高”难题。作为面向全球的区块链公共基础设施,和EBSI类似,社会效益也是BSN的重要目标之一,BSN可以将极大降低建设成本,仅为自建平台的15%左右。建设工期也可以大幅缩短到之前的四分之一,更为重要的是,BSN已经完成全部主流区块链平台的集成和跨链打通,实现了全部主流云平台的适配,不仅简化了部署复杂度,而且让应用不再绑定到某个区块链平台,这也是单一区块链企业无法做到的。正因为如此,BSN才能成为面向全球的区块链基础设施。 
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图9 使用BSN和自建区块链平台的对比
 经过三年的快速发展,区块链服务网络(BSN)已成为地方政府新近发布的新型基础设施建设文件的重要内容和战略选择,目前已经被福建、湖南、湖北、安徽、山东、宁夏、宁波等多个地方写入政府的“十四五规划”或者“数字经济及新基建行动计划”中。国外城市节点已经达到8个,遍布世界各大洲,初步形成了覆盖全球的区块链基础设施。
结束语
2021年6月7日,工业和信息化部、中央网络安全和信息化委员会办公室联合发布《关于加快推动区块链技术应用和产业发展的指导意见》(下称《指导意见》)。《指导意见》提出,培育一批区块链名品、名企、名园,打造一批独角兽企业,建设开源生态,坚持补短板和锻长板并重,加快打造完备的区块链产业链。在《指导意见》的引领下,全国新一轮的区块链发展浪潮即将来到。在大力推动区块链应用落地的同时,大力推动形成一个行业公认的区块链基础设施应该引起政府和行业的更多重视和共同努力,这不但将更好更快推动我国的区块链应用发展,而且也是我们引领世界区块链发展的难得战略性机遇。

作者:朱利明,百望云研究院院长

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