區塊鏈技術經過12年的發展，已經在數字金融、物聯網、智能制造、供應鏈管理、數字資產交易等領域得到廣泛關注和應用嘗試。然而，區塊鏈技術大規模應用仍面臨計算、存儲負擔過重、51%算力攻擊等問題。先進計算技術作為當今許多具有戰略意義的新興技術的基礎，能消除制約區塊鏈廣泛應用的技術瓶頸，給區塊鏈發展帶來新的機遇，但同時也給區塊鏈的安全性帶來新的挑戰。

區塊鏈發展面臨的技術問題

區塊鏈面臨存儲和運算瓶頸。區塊鏈技術要求每個節點都有一個完整的賬本，且在交易時需進行全網廣播。區塊鏈上述特點導致隨著節點數量的增加，每個節點存儲的區塊鏈數據體積會不斷擴大，存儲和計算負擔將越來越重，區塊鏈未來進一步發展面臨多種挑戰。一是節點存儲空間限制。以比特幣區塊鏈為例，2016年賬本數據為80G，2017年達到130G，2018年超過200G。未來，電腦等終端節點的存儲空間將無法滿足區塊鏈賬本數據的存儲，區塊鏈的進一步擴展面臨瓶頸。二是運算能力限制。節點計算能力不足影響了區塊鏈系統的性能。從交易驗證時間看，當前比特幣交易的一次確認時間大約需要10分鐘，6次確認的情況下，需要等待約1小時，區塊鏈交易確認時間離理想的狀態還有很大距離。從交易效率看，區塊鏈每秒處理筆數的峰值一般小于7，而天貓在“雙十一”時，交易量就超過了10萬筆。

區塊鏈面臨內生安全問題。區塊鏈目前面臨的最大風險之一就是51%的算力攻擊。區塊鏈系統中，使用最廣泛和成熟的共識機制是工作量證明（POW）。在POW機制下，如果某個節點擁有全網51%以上的算力，就能夠支配交易的驗證流程，對整個區塊鏈形成控制，發生51%算力攻擊。一方面，比特幣快速發展帶來系統算力爆發式增長，面臨51%攻擊的概率極低。2013年，比特幣全網算力已經達到世界前500強超級計算機算力之和的20倍。另一方面，部分區塊鏈應用仍面臨51%攻擊的風險。2019年曾出現多起51%算力攻擊案件，如，2019年1月5日以太坊遭遇51%算力攻擊，攻擊時間持續3天，最終損失金額約110萬美金。

先進計算帶給區塊鏈的機遇與挑戰

當前，面對各行業的海量數據處理需求，先進計算正沿著多個方向持續提升計算性能，帶來器件運算、存儲能力的大幅提高。超強的計算性能在增強區塊鏈節點存儲和計算能力的同時，也給區塊鏈的安全帶來新的隱患。

先進計算多路徑提升計算能力破解區塊鏈存儲、運算難題。一方面，產業界仍在不斷提升縮小芯片制造工藝，提高芯片性能。如，臺積電在2018年4月量產7nm工藝，相比上一代工藝，芯片功耗降低40%，性能提升15%。此外，臺積電已于近日實現了5nm量產，并計劃在2021年初步實現3nm工藝量產，芯片性能將得到進一步提升。另一方面，通過特定領域專用架構提升計算能力。如，阿里巴巴下屬芯片公司平頭哥2019年7月推出國內首款全鏈路智能合約處理器，計算效率提升50%以上。先進計算帶來的存儲、運算能力的增加將有效解決因區塊鏈節點快速擴展帶來的體積過大，存儲、計算負擔過重等問題。

超強算力導致區塊鏈安全風險增加。近年來，以量子計算為典型代表的非馮諾依曼結構技術不斷取得新的突破，計算性能得到極大提高。2019年10月，谷歌團隊成功演示“量子霸權”，其研制的一個包含53個有效量子比特的處理器“西克莫”，在測試中僅用了約200秒就完成當前全球最好的超級計算機需要約1萬年才能完成的計算任務。當前，已有研究通過比對枚舉法破解區塊鏈所需要的算力，認為一臺具有4000個以上量子比特的量子計算機就能瓦解區塊鏈。此外，比特幣和以太坊等傳統區塊鏈，采用了經典的公鑰加密技術來簽署交易，密碼的安全性也容易受到量子計算的暴力攻擊。

當前，先進計算正通過多種途徑提升計算性能，這將有效解決區塊鏈面臨的計算和存儲能力不足等問題，為區塊鏈快速發展帶來新的機遇。但也要看到，算力的大幅提升將使區塊鏈面臨新的安全隱患，51%算力攻擊和傳統加密算法面臨新的威脅。面對先進計算給區塊鏈發展帶來的機遇，產學研各界應積極布局，爭取區塊鏈早日大規模應用。同時，應加強區塊鏈安全前瞻性研究，克服傳統區塊鏈共識機制和加密技術的不足。（中國信息通信研究院政策與經濟研究所 邢宇龍）