关 静

（天津市医学科学技术信息研究所，天津 300070）

1 区块链技术的起源、概念

1.1 区块链技术起源

区块链技术是在2008 年日本《比特币，一种点对点的现金货币》首次提出的一种以密码学为支撑、按时间顺序存储的分布式共享数字账户，提供一套安全、开放、透明、审计、高效的交易数据记录和信息交互架构，是解决未来社会发展中信任危机的革命性技术创新。2009 年，第一台Bitcoin 锁被挖掘在一个小型服务器上，标志着Bitcoin 的官方诞生，而Bitcoin 底层技术的名词是区块链。在技术诞生之初，将其应用于解决双付费问题，可以将各种数字信息技术有机地结合起来，从而提升网络信息的数字化管理水平和安全性能。

1.2 区块链技术概念

区块链技术是随着加密数字货币逐渐兴起的一种新型技术，采用一种分布式计算模式，使用区块链来存储数据，使用密码原理确保传输和访问的安全性，数据存储由互联网用户共同维护和监督，拥有去中心化、透明公开、数据不可修改等显著特点[2]，其使用分布式储存与算力使整个网络节点的权利与义务相同，系统中数据本质为全网节点共同维护，从而区块链不再依靠于中央处理节点，实现数据的分布式存储、记录与更新，因而其应用也不单局限于货币一种资产类型，目前在各行业领域的应用研究较为广泛。

2 区块链技术的典型应用领域研究

2.1 电子政务领域

目前，区块链在电子政务领域的应用越来越多。2016年澳大利亚邮政公司向选举事务委员会递交了区块链选举系统申请，负责人Tim Adamson 详述了基于区块链的选举系统在议会选举中的应用，该选举系统具有防篡改性、可追溯性、匿名性和安全性，在公司选举和社区选举这类小型选举中得到了广泛的应用，并在议会选举中逐步推广应用[3]。2016 年，瑞典政府将区块链技术应用于土地登记系统。如果交易双方同意，在区块链上进行土地交易，所有相关方面包括房地产中介机构、卖方、买方、相关银行、政府土地管理部门以及税务机关都可以对土地交易进行控制，确保交易安全、杜绝欺诈行为，应用系统还可以显著减少文书工作量，大大地提升了交易速度[4]。Suwarsono 等提出了一种创新的基于区块链的增值税系统应用，靠提高透明度和安全程度来降低金融欺诈行为的发生概率，并阐述了利用该系统实现数字化的可行性[5]。英国政府将区块链技术推广应用在对福利基金分配的跟踪以及使用情况两个方面，并且不久将逐步应用于税收监管，护照发行，土地登记和食品供应链安全。在中国，政务民生作为中国区块链落地的主要示范领域，2018 年，政务民生领域的相关应用开始落地，许多省市积极通过将区块链纳入政策规划进行项目探索，在政府数据共享、电子发票/票据等细分领域得到了广泛应用。比如在2018 年8 月份，由国家税务总局深圳市税务局主导，腾讯技术支持区块链电子发票“税务链”项目启动。截至2018 年10 月，广州开发区“政策公信链”是区块链政策实施平台，目的是提高政府政策实现业务流程的效率。2019 年4 月，北京市海淀区推出基于区块链等技术的“不动产登记+用电过户”同步处理，完成以二手房交易为主题的所有服务的合作办理。浙江省区块链医疗电子票据平台于2019 年6 月推出，该平台成立于浙江省财政厅，采用蚂蚁区块链技术进行推广，目的是优化用户医疗流程[6]。

2.2 医疗健康领域

目前，在西方国家，对区块链技术在卫生领域的应用进行研究的国家主要是英国和美国等发达国家。2017 年1 月美国食品药品监督管理局与沃森健康部门签署协议共同研究、开发和测试区块链技术应用系统，探讨如何通过区块链安全的共享患者数据进行医学研究等目的，涉及相关公共卫生领域的主要数据包括临床试验数据、医疗记录信息、基因组数据、来自移动可穿戴设备数据以及物联网的健康数据等。2018 年美国5 家最大规模的医疗卫生机构启动区块链系统平台，收集与医疗服务机构相关的统计数据信息，存储与患者相关的医疗与临床试验记录、身体指标等数据信息，并确保患者数据的隐私性。2017 年英国工程和自然科学研究委员会批准了萨里大学一项名为“基于证据的医疗再分配合作模式”研究项目。此项目利用区块链和深度学习等融合技术实现在个性化医疗护理活动中的应用，整合收集到的相关医疗健康数据，并确保对数据安全可靠的存储和传播[7]。Medicalchain 利用区块链技术的去中心化优势研发的项目平台可以快速透明地交换和使用医疗数据。同时使用双重区块链结构，第一个是基于Hyperledger Fabric 构建，控制对医疗数据的访问，避免了传统溯源系统存在的效率低、数据造假等问题。第二个基于以太坊网络，由代币令牌驱动，是平台所有底层服务和上层应用程序的基础[8]。在我国，区块链技术在卫生领域的应用主要以医联体的合作架构为体系，通过利用区块链技术实现区域范围内的医疗机构数据库共用，同时创建了多层的数据保密安全机制，以确保信息数据安全性，并统一设置各医疗机构的访问管理权限，有效地管控医疗数据[9]。2017 年国内首个医联体+区块链的试点项目在常州诞生，项目成功将区块链技术应用于医联体底层技术架构的应用，并已实现数据在当地部分医疗机构之间安全的互相调用、共享和操控。通过互联互通的方式不仅降低了成本、还提高了数据安全性，从根本上解决了医疗机构的“信息孤岛”和数据安全隐患问题。赵延红等提出利用区块链技术的去中心化可以实现病例不再由各个具体医院管理和保存，使每位患者都能自主掌握自己的健康信息，保护了患者隐私，增强了患者使用医疗数据的自主性。利用区块链技术还可以实现医院信息共享集成平台，使各子系统的数据达到真正意义上的共通共享，优化院内的业务流程，并能安全透明地记录医疗数据编辑轨迹，具有可确权、可溯源的功能，确保医疗信息存储的安全[10]。耿飙提出了借助区块链技术可以实现基因和医疗数据的安全存储，而基因和医疗数据是靠私人密钥来获取到的，与此同时便生成一个DNA 钱包，这使医疗卫生服务提供者能够安全共享和统计患者数据，也促进了制药企业更快地研发出新的药物[11]。

2.3 能源行业领域

美国的TransActive Grid 项目在能源支付中应用以太坊区块链技术和智能合约，建立基于分布式能源的交易体系，太阳能发电家庭和购电家庭作为双方用户，既是生产者也是消费者，且不依赖第三方参与就可以直接开展绿色能源交易、管理交易记录，是未来社区管理能源系统的发展方向[12]。张丽等作者对商业交换过程中当事人的身份确认、身份采集、身份验证等涉密安全身份认证问题，从硬件、软件及企业整合三种方式提出了有效的解决方案[13]。田秀霞教授等设计了基于区块链的智能电表身份认证方案，实现对智能电表用户身份隐私信息的不可篡改，交易的公平处理以及数据的分布式存储，从而提高了系统的安全性和可靠性[14]。丁伟等提出了区块链应用于能源互联网的具体架构，对影响区块链交易的成本和传播速度两个影响因素进行了定性分析，建立了数学模型[15]。

2.4 通信领域

从区块链技术的发展现状看，在通信领域中的应用是很常见的。余明阳等作者提出将区块链技术健康档案数据共享和安全问题方面与物联网技术进行深入融合建立信息通信工程建设业务资信平台，以此进一步降低信息通信工程建设管理的风险性，建立智能逻辑流程、提升信息通信工程管控效率，解决信息文件传输困难、交易协调记录难以追溯等多方面的问题，同时还能够强化信息通信工程的审计验收工作[16]。薛淼认为区块链在电信运营商场景的应用仍处于探索阶段，一些典型应用如PKI发布、数字身份、数据管理等应用已经在行业内进行试验，基于区块链的2C/2B 分布式应用孵化与开发需探索创新业务模式，区块链的分布式特征与电信运营商的集中化管理的适配也仍需进一步检验[17]。

3 存在的主要问题

任何技术都有其自身局限性，区块链技术正处于快速发展时期，存在许多亟待解决的问题，其中一些问题将对区块链技术的未来应用发展产生不利的影响。

3.1 安全与隐私保护

安全隐私是区块链技术面临的最重要的问题之一，腾讯联合安全实验室和知道创宇公司发布的《2018 上半年区块链安全报告》中显示区块链因安全问题损失超过27 亿美元。针对安全问题，可以从区块链技术参考架构的存储层、协议层、扩展层、应用层4 个不同层面分析风险因素，存储层风险因素包括因系统故障、误操作，或对数据文件的破坏、窃取等情况下导致的数据丢失和泄露。协议层风险因素主要由开源的底层代码及潜在的协议漏洞引发。扩展层风险因素包括合约代码漏洞、业务逻辑漏洞等。应用层包括粉尘攻击、API 误用等安全漏洞，或者应用服务器系统的安全漏洞、安全管理策略配置不当等应用服务程序造成的系统风险。而区块链技术的安全应用需要从安全开发、代码审计、安全评估和测试[18]3 个环节实施有效的应对措施以降低风险。针对隐私问题目前常用的方法有很多，如环签名、混币技术、零知识证明、同态加密算法等，但是每种方法都有自身的局限性，今后仍将需要更有效的代码检测应对方法，例如匿名性检测、隐私威胁预警等[19]。

3.2 可扩展性不足

当前区块链系统存在两个严重的可扩展性瓶颈：一是交易吞吐量不足导致的性能效率低下，二是链与链之间的资产（数据）难以交互造成的链功能难以扩展。潘晨等总结了提升区块链性能的3 类主流方案（Bitcoin-NG、链下支付协议及分片机制）和扩展区块链功能的4 类代表性跨链技术（多中心化公证人、侧链/中继技术、基于Hash 锁定、分布式密钥控制），详细分析比较了各种方案和技术的优缺点[20]。

3.3 区块链的监管政策不明确

刘宗媛等指出我国对区块链技术的概念、种类、属性和应用范围，都还未制定出具体的相关法律法规，目前执行的统一监管制度也不能适应不同的应用场景[21]。王文等认为政府应加强对区块链信息传播的监管，以防范通过各种方式实施的区块链诈骗行为。另外，政府可以针对ISP提出相应的要求，制定合理的政策，从而对区块链业务进行有效控制，实现对全国区块链业务的不同维度进行监督管理[22]。政府部门要加快培养理论过硬、实践能力强的区块链技术监管人才，能在未来根据区块链的发展趋势制定先行监管政策，同时对涉及技术性的监管问题，政府可以考虑以外包第三方技术企业的形式提高监管效率[23]。

4 前景与展望

李慧等学者预测区块链技术的未来研究趋势将主要有如下几个方面：一是在区块链编程语言设计方面，新的安全智能合约语言将会是新的研究重点。二是在密码学实用化方案方面，如何基于密码学技术，提出实用化的实践方案，减少开销。三是在如何优化区块链性能方面，包括：高性能区块链架构设计、应用导向的高效共识协议及优化、可并行的交易处理引擎、网络通信加速技术等。四是在分布式存储方面，如何保证分布式存储数据的一致、完整、可信，并且如何与现有区块链架构相结合[24]。历史已经向人类充分证明，科技是时代革新、社会发展的重要力量，每一次科技进步都将深刻影响人们的社会生活。毋庸置疑，区块链技术也将如此，区块链作为一种颠覆性的创新革命技术，在未来随着技术手段更加成熟，可应用的空间也无限广阔。