發布時間：2020-04-02所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：區塊鏈是一種由多方共同維護，以塊-鏈結構存儲數據，利用分布式節點共識算法同步和更新數據，利用加密技術實現傳輸及訪問安全，利用可自動化執行代碼組成的智能合約操作數據，能夠實現數據一致存儲、無法篡改、無法抵賴的技術體系。區塊鏈的去中心化、
摘要：區塊鏈是一種由多方共同維護，以塊-鏈結構存儲數據，利用分布式節點共識算法同步和更新數據，利用加密技術實現傳輸及訪問安全，利用可自動化執行代碼組成的智能合約操作數據，能夠實現數據一致存儲、無法篡改、無法抵賴的技術體系。區塊鏈的去中心化、可溯源及防篡改等特征催生了新的應用生態。介紹了區塊鏈的基本原理及區塊鏈標準進展情況，結合電信運營商場景進行分析，提出區塊鏈在運營商場景的應用示例，并分析了區塊鏈應用面臨的挑戰。
關鍵詞：區塊鏈;運營商;分布式應用
0前言
區塊鏈是一種由多方共同維護，以塊-鏈結構存儲數據，利用分布式節點共識算法同步和更新數據，利用加密技術實現傳輸及訪問安全，利用可自動化執行代碼組成的智能合約操作數據，能夠實現數據一致存儲、無法篡改、無法抵賴的技術體系。區塊鏈因其去中心/去中介、天然的可溯源/不可篡改及分布式應用特征吸引行業人員關注。
2017年加密貨幣的火爆使區塊鏈為大眾認知，2018年區塊鏈技術在逐漸完善的同時，在應用落地方面呈現多元化發展，向實體經濟延伸，強調與實體產業結合。落地應用由金融領域向其他垂直領域擴展，探索各垂直領域創新應用，形成“多點開花”局面。
區塊鏈在電信運營商的應用場景仍處于探索階段，國內外主流運營商均在區塊鏈應用方面進行嘗試。電信運營商一方面需要梳理區塊鏈能夠應用在運營商哪些場景，貼合區塊鏈特性，另一方面也需考慮區塊鏈的剛性需求及相對現存競品的優勢。本文主要介紹了區塊鏈技術基本原理、標準進展、運營商場景應用分析以及面臨的挑戰。
期刊推薦：《郵電設計技術》于1958年創刊，是工業和信息化部主管、中訊郵電咨詢設計院有限公司主辦的科技類月刊(郵發代號：36-176)，是新聞出版總署頒布的中國期刊方陣“雙效”期刊，連續八年獲工業和信息化部優秀科技期刊一等獎。
1區塊鏈技術簡介
1.1區塊鏈原理
1.1.1區塊鏈賬本
如圖1所示，區塊鏈以塊-鏈方式存儲記錄或交易。區塊包含區塊頭和區塊體，區塊頭通常包含前一個區塊的哈希散列值、Merkle根、時間戳等，區塊體包含從網絡廣播中收集的記錄或交易。在區塊頭中的Merkle根是對每一筆記錄或交易的Hash值進行兩兩Hash得到的，對任何一個記錄或交易的改變都會導致Merkle根的改變，從而保證了交易的不可篡改。區塊頭存儲了前一個區塊的Hash值，保證了每一個記錄或交易的可追溯。
1.1.2共識機制
每個區塊被加到區塊鏈尾部時，需要經過區塊鏈節點的驗證共識。區塊鏈中達成共識的流程一般是先由一些節點進行記賬，然后由其他節點進行驗證，驗證通過即達成共識。
傳統分布式系統共識算法主要解決節點通信不可靠、宕機、時序等問題，通常假設不存在主觀做惡的節點。而在區塊鏈系統中，更加側重存在惡意節點時，實現數據存儲的一致性，即非可信網絡環境下形成的可信數據存儲。
比特幣PoW共識機制流程如下。
a)節點收集廣播中還沒有被記錄到賬本的原始交易信息(交易信息主要是比特幣網絡參與者的轉賬/支付信息)。
b)檢查每個交易信息中付款地址有沒有足夠的余額。
c)驗證交易是否有正確的簽名。d)把驗證通過的交易信息進行打包記錄。
e)添加一個獎勵交易：給自己的地址增加特定數量的比特幣。
f)選擇隨機數，然后不斷嘗試計算nonce哈希，滿足某一個難度標準(若干前導0開頭的Hash值)。
g)如果計算成功，則挖礦成功，向全網廣播挖礦所得，全網節點驗證后，把這個區塊連接到區塊的尾端，并且在全網達成一致。
1.1.3智能合約(SC)
智能合約是記錄在區塊鏈上的一段程序代碼，其可以自動執行并對賬本上的數據進行操作。智能合約可以用來將特定交易流程的規則代碼化并保證嚴格執行預定義的規則。在特定的區塊鏈實現中，智能合約也可以作為上層應用讀寫賬本的接口。智能合約是區塊鏈構建分布式應用的基礎。
1.2區塊鏈分類
目前區塊鏈已經存在很多變種以及各自針對的場景。如表1所示為區塊鏈針對不同參與對象的一種分類：公有鏈、聯盟鏈、私有鏈。
1.3區塊鏈認識誤區
a)區塊鏈就是比特幣。區塊鏈不等于比特幣。雖然區塊鏈源于比特幣，但是比特幣僅是區塊鏈承載的一種應用。區塊鏈經過多年的發展，無論是適用場景還是技術實現都已經有了很大改進。
b)區塊鏈耗能嚴重。目前大量基于公有鏈的加密貨幣項目采用PoW共識機制，PoW會消耗大量的資源。但是PoW僅是區塊鏈的一種共識機制，區塊鏈也可以采用PoS、PBFT等耗能低的共識機制。.
c)區塊鏈無法監管。企業場景下的聯盟鏈采用多中心方式，能夠進行集中監管。
2區塊鏈標準及開源
2.1標準情況
目前國內外的標準組織及行業聯盟均在開展區塊鏈相關標準的制定。區塊鏈標準主要按照4個維度開展(見圖2)，標準組織多數集中在制定區塊鏈HighLevel框架標準。當前階段大多數標準仍在制定過程中，只有少數初稿發布審查。更多標準文檔預計會在2019年發布。
區塊鏈的標準化工作主要由如下幾個組織制定。
a)ISO。ISO于2016年9月成立了ISO/TC307(區塊鏈及電子化的分布式賬本技術)，負責區塊鏈的標準研制，主要工作領域包括：架構和分類、用例、安全和隱私、身份、智能合約、區塊鏈治理以及區塊鏈之間的互操作性。
b)IEEE。IEEE啟動P2418系列，研究區塊鏈通用框架與架構、互操作、數據格式及在物聯網、農業、能源、供應鏈金融等垂直領域的標準要求。
c)ITU-T。ITU-T的多個FG和SG都有區塊鏈相關的研究項目(見表2)。d)GSMA。GSMA重點關注區塊鏈技術在電信領域的應用。
(a)在IG(InternetGroup)中啟動了Blockchain：Opportunitiesforenhancedoperatorspropositions項目，分析區塊鏈技術特點、在運營商的應用場景、商業機會、投資分析和建議，并發布白皮書。
(b)FASG(FraudandSecurityGroup)在探討使用區塊鏈技術防詐騙、增強網絡安全、用戶身份認證及通信安全。
(c)IDS(InteroperabilityDataspecificationsandSettlementGroup)BCE子組探討使用區塊鏈作為漫游計費結算方案的可行性。
e)W3C。BlockchainCommunityGroup致力于Web賬本協議，用于根據ISO20022生成區塊鏈的消息格式標準，并制定存儲使用指南，包括公有鏈、私有鏈和側鏈。該小組將研究和評估與區塊鏈相關的新技術以及區塊鏈用例，如銀行間通信。
f)ETSIISGPDL。2018年12月，ETSI成立ISGPDL(PermissionedDistributedLedgers)，致力于研究PDL運營、業務用例、功能架構及運營解決方案，以及關于接口/API、協議及數據格式的定義。2019年1月24日ISGPDL召開首次kick-off會議。
g)EEA。EEA通過制定標準化架構和規范以加速企業以太坊的行業采用，聚焦企業區塊鏈的技術規范制定和認證。
h)CCSA。CCSA在TC1WG6和TC10WG1區塊鏈子組承擔區塊鏈相關工作。TC1WG6承擔區塊鏈總體技術要求、通用評測指標和測試方法標準工作;TC10WG1承擔區塊鏈在物聯網的相關項目研究。
2.2開源社區及平臺
超級賬本(Hyperledger)是Linux基金會于2015年發起的推進區塊鏈數字技術和交易驗證的開源項目，有超過200家企業加入，中國企業約30家;目前包括8個開源項目。
a)Fabric：面向企業應用的聯盟鏈開源項目，已有多個商用案例。
b)Iroha：基于fabric的移動應用。c)Burrow：基于以太坊VM的客戶端。
d)Sawtooth：基于PoET共識的區塊鏈項目。
e)另外4個項目為開發者工具：Cello、Composer、Explorer、Indy。Ethereum以太坊是一款能夠在區塊鏈上實現智能合約、開源的底層系統;以太坊在比特幣的基礎上進行優化，提供了圖靈完備的智能合約語言，并創新性地提供了基于以太坊虛擬機的智能合約運行環境。2015年7月，以太坊客戶端第1版上線。以太坊是比特幣后最成功的一條區塊鏈。目前基于以太坊生態環境，存在大約1000個Dapp，包括版權管理、數字簽名、Token發行、游戲等。
3區塊鏈在電信運營商場景應用
3.1區塊鏈在運營商場景應用分析
雖然區塊鏈底層實現使用P2P網絡進行同步，可以認為是網絡技術，但是整體上看，區塊鏈的功能主要面向IT應用。從業務場景來看，存在不可信的多方參與且多方需要協作是采用區塊鏈技術的必要前提，而且項目實現中需要使用數據庫且存在多方寫入數據的需求。判斷應用是否需要使用區塊鏈的分析如圖3所示。
根據與運營商的關系，涉及電信場景應用存在如下幾種(不信任)多方的場景，這些場景具有使用區塊鏈的潛在需求。
a)國內運營商間，如號碼攜帶、數字身份等場景。
b)國內運營商與國際運營商，如國際漫游結算場景。
c)運營商與合作伙伴，如供應鏈、PKI發布場景。
d)運營商與監管部門，如數據審計、監管及合法監聽記錄等場景。
e)運營商與個人/企業用戶，如積分管理、用戶管理、合同管理場景。
f)運營商內部責任個體間(管理維度)，如數字資產管理、數據管理、辦公流程管理等場景。
g)運營商內部責任個體間(網絡維度)，如網絡資源共享、資產共享、記錄存證等場景。
3.2區塊鏈在運營商場景的應用
結合上節分析，區塊鏈在電信運營商的網絡域、O域/B域、D域、M域均有應用場景示例。表3示出的是區塊鏈在電信運營商場景的應用。
4面臨挑戰
a)業務模式創新。區塊鏈業務具有原生的分布式應用特征，與傳統集中化的業務模式有著明顯差別;電信網場景下基于區塊鏈的2C/2B分布式應用孵化與開發需探索創新業務模式，同時也需要綜合考慮成本、競品的因素。
b)技術積累。區塊鏈技術方案多樣，包括隱私保護、可擴展性(規模/性能)、智能合約方案等存在差異，為產品選型帶來挑戰;同時分布式應用的日常運營維護及Troubleshooting需要積累經驗;區塊鏈應用的開發、選型、維護都需要技術積累。
5結束語
本文介紹了區塊鏈的基本原理及區塊鏈標準進展情況，結合電信運營商場景進行分析提出區塊鏈在運營商場景應用示例，并分析區塊鏈應用面臨的挑戰。區塊鏈在電信運營商場景的應用仍處于探索階段，一些典型應用如PKI發布、數字身份、數據管理等應用已經在行業內進行試驗，但是區塊鏈的分布式特征與電信運營商的集中化管理的適配仍需進一步檢驗。
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