狄剛：密碼技術在區塊鏈領域的應用觀察與思考

盡管密碼技術和區塊鏈領域的互動已經取得了一系列令人矚目的技術突破，但是和任何一個新興技術領域類似，其發展過程中還存在著很多困難與挑戰。

首先，和傳統的中心化系統相比，區塊鏈由于需要在眾多節點間通過共識機制達成一致，因此其性能目前還比較低下。Visa的交易性能峰值在50000TPS左右，淘寶2017年雙11承載的交易峰值更是達到了325000TPS。然而，基于PoW共識的比特幣僅為7TPS，被稱為區塊鏈2.0的以太坊也僅在數十TPS量級，雖然采用混合共識、PoS共識的一些公有鏈項目在性能上相比PoW共識的項目有了明顯的提升，但一般也在數百上千TPS。面向企業級應用的聯盟鏈，基于PBFT共識機制，可達到數千TPS，但聯盟鏈是以選取較少的共識節點為代價，共識一般僅需要在幾個到幾十個節點間達成，當節點數增多，共識性能將大幅下降，因此可擴展性是其主要的限制。由于性能的瓶頸導致區塊鏈當前的應用場景比較適合于高價值、低頻的交易領域，還無法很好地支撐小額支付等場景。目前來看，區塊鏈的性能主要受到共識算法的影響，對于某些宣稱能達到很高性能的區塊鏈項目，基本都是需要犧牲一頭去換取另一頭，結合分片、分層等手段，但需要與特定實際場景相結合。

其次，區塊鏈核心技術的突破還需要依賴密碼技術底層算法、協議的突破。相比于其他信息技術領域，在區塊鏈領域，一些高級的密碼方案已經得到了實踐。比如為了實現完善的隱私保護，從Zcoin/Zcash項目到以太坊項目升級路線中，零知識證明均受到了很大的關注。但是，零知識證明協議無論理論還是實踐層面都較為復雜，如Zcash基于的zk-SNARK協議雖然在隱私性上達到了前所未有的保護程度，但是根據性能測試，在一個4核服務器上，生成一次隱私轉賬要占用3.2GB內存和1分鐘左右的運行時間，這限制了其技術應用。再如，有一些項目在研究基于全同態加密解決區塊鏈隱私與安全問題，但從目前全同態加密的學術進展來看，還遠未到達能夠落地實踐的階段。此外，為了抵御未來量子計算機發展對現有密碼體制尤其是公鑰密碼體制帶來的顛覆性沖擊，密碼學術界已經發展出了幾類抗量子密碼算法，在區塊鏈發展的過程中，需要及時關注并融入這些新的密碼算法，以打造牢固的安全根基。可以說，區塊鏈核心技術的攻關將長期伴隨著密碼技術底層學術的突破，而這些密碼底層算法、基本協議的研究已經屬于密碼原語（或接近原語）層面上的研究，突破起來將十分艱難，但每一次大的進展將有可能助推區塊鏈技術上一個臺階。

再次，相比一般的工程技術，密碼技術是一個高度專業的領域，具有密碼學應用專業水準的工程師較為匱乏，再加上區塊鏈專業人才的缺失，兩者結合更是對行業人員的巨大挑戰。密碼技術是區塊鏈的基礎核心，區塊鏈技術多年以來一直集中在密碼極客圈子中發展，形成了一個小眾的生態。近幾年來，現實應用對區塊鏈技術越來越重視，密碼學術界、世界科技巨頭均紛紛投入研究，不過區塊鏈要發展成為全球有影響力的技術產業，需要大量的高素質工程師，不僅能夠和密碼學術成果對接，而且還需要具備高水平的密碼工程能力。而密碼技術在區塊鏈的工程化實現中還存在密鑰誤用、代碼漏洞等諸多不易察覺的安全隱患。這將是密碼技術在區塊鏈領域發展過程中需要長期面對的。

綜上所述，密碼技術在區塊鏈領域面臨的挑戰將長期存在，既有體系架構性能和安全權衡的挑戰，也有密碼底層技術突破的挑戰，以及密碼工程實踐技術方面的挑戰。