相比较传统的中心化数据库系统，区块链这一由密码学技术保障的分布式链式数据库系统具有非常明显的去中心化、易于追溯、不可篡改和易于编程智能合约等优势。

但每一种技术设计思路都具有两面性，区块链构思精巧的分布式自治设计在带来以上优势的同时，也由于完全的去中心化思路和极高可靠性的要求造成了诸如效率低下、存储成本高昂和资源大量浪费等缺点，同时高匿名性的密码设计反过来也造成了隐私安全等问题。那么区块链技术所具有的优势以及正在面临的挑战有哪些呢？

一、区块链技术优势分析

狭义层面的区块链本质上是一份使用密码学技术保证不可篡改易于追溯的分布式数据库账本，与传统的中心化数据库系统相比优势非常明显，主要体现在以下几个方面：

去中心化。区块链系统由所有节点共同管理和维护，每个节点上都存储了该区块链自创世区块以来所有数据，并且时刻参与当下的共识机制以新增区块和交易信息，并由共识机制和链状结构保证历史数据难以伪造和篡改，这些共同保证了区块链去中心化系统运行的可靠性，整体系统设计是一项构思精巧的创新。

与传统的中心化数据库相比，去中心化的设计保证了少部分节点故障不会影响整个系统的继续运行，且故障修复后能快速自动从剩余节点同步全部数据尽快恢复系统，从而避免了因中心数据库的自身故障和外部威胁导致的数据安全性问题。

不可篡改。区块链系统依靠区块内的Merkle树数据结构和区块间加盖时间戳和上一区块散列值的方式实现了所有链上数据的环环相扣，同时依靠全网的共识机制保证数据篡改的超高算力或者超高权益要求，保证所有链上数据非常难以被恶意篡改。而且随着链中节点数的不断增加，系统的健壮性同步提升，基于篡改数据的成本和收益考量也会阻止篡改信息的意愿。

可追溯性。区块链中自创世区块至最新区块，所有区块间均通过链接父区块的散列值而唯一识别，区块上盖有时间戳验证交易时间，每个区块中所有交易数据按照Merkle二叉树方式依次排列，从而对于任意历史交易信息的追溯和验证都有章可循，操作十分便利。

可编程智能合约。以以太坊为代表的区块链技术平台已经开发出了图灵完备的可实现更为复杂智能合约的脚本语言，这更大限度的开发了区块链技术在多个领域的应用可能。

二、区块链技术的技术瓶颈与解决方案

虽然我们希望可以将这一技术运用于大规模的商业场景，但目前仍面临众多的技术瓶颈与潜在威胁，其中最为诟病的是效率低下、存储成本高、资源浪费和隐私安全等问题。对此，现有的应用中也尝试对此提出一些改进的方案，虽然其中多数尚不成熟仍未经过实践检验，但这毕竟为区块链技术的发展与应用提供了可能。

1、效率低下的问题

虽然区块链模型中分布式的共识机制提供了整体系统所需的安全性，但是这些都是以牺牲效率为代价的。网络中的每个节点必须处理每个交易，这意味着对系统效率的选择性放弃，导致系统只能处理有限的交易数量并且交易处理速度缓慢且容易造成拥堵。

以比特币区块链系统为例，每个区块1M的容量和10分钟的区块形成间隔，决定了区块链系统最快只能7秒处理一个交易，这与目前支付宝最高毎秒处理上万次交易的效率完全不在一个数量级上。理想情况下，我们需要一种机制，在不丢失网络对于交易正确性权威性可信度的条件下，限制验证每个交易的节点的数量。目前对此较为成熟的解决方案是线下支付通道，典型案例包括闪电网络等。

2、存储成本问题

区块链系统本质上是一种分布式数据库，数据存储是非常重要的基础环节。以比特币区块链系统为例，网络中每个节点都需要存储全部信息。而且由于数据库仅可添加不可更改，数据被无限期地存储，这对于大规模公有链的存储提出了非常高的要求，且降低了系统运行的效率，是区块链技术商业化应用的重要技术瓶颈。

业界对此也始终在尝试一些解决方案，其中比较具有可操作性的是分片方案。分片方案尝试将已有数据拆分成片分开存储，首先对文件和数据进行分片、加密，然后分发到多个节点，从而使每个节点只存储一小部分数据，系统中的代币被用来支付存储操作作为存储部分用户文件或数据的节点的激励。目前，这一方案的应用案例包括Storj和Decent等新兴的分布式内容共享平台。

3、资源浪费的问题

工作量证明（PoW）机制的优势在于无需通过任何可信的第三方就解决了分布式数据的共识问题，然而这一机制的缺点与瓶颈也非常明显:

首先是资源浪费问题，每个节点为取得新区块的记账权需花费大量的算力来进行工作量证明，而且系统只对于成功挖矿的节点有代币奖励，其他所有失败的节点所做均为无用功。如果区块链技术的目标是数百万节点间的公有链交易，由工作量证明机制造成的能源浪费将无法想象。

鉴于PoW机制资源浪费这一劣势，在各类新近涌现的区块链系统中，研究者提出多种不依赖算力而能够达成共识的机制，例如权益证明机制（PoS）。

其中PoS共识机制与PoW共识机制的本质区别是PoS机制采用权益而非哈希算力证明区块记账的有效性。在共识过程中，累计消耗币龄最高的节点将获得区块记账权或者新的代币奖励。这使得ＰｏＳ共识过程无需消耗外部算力，而且可以提升节点获得更多代币的意愿，同时这一共识过程耗时更短更有效率，被认为最有可能替代Ｐ〇Ｗ共识机制。

然而，权益证明亦面临挑战。由于权益证明所需要的只是权益（即金钱），如果在主链中主动制造分叉，则理论上如果权益足够多，分叉链是有望赶上主链从而迗到篡改数据的目的，这只要当篡改数据的经济效益超过其成本时便有可能发生。

其次是算力集中的问题。目前在比特币区块链的挖矿产业链中产生了一些非常大的矿池，矿池的设计理念是集合多数用户的算力进行挖矿，挖到后再由矿池支付一定的报酬，随着矿池规模的逐渐增大，一些矿池开始控制大部分算力，目前前五大矿池已占据了算力总量的近７０％，理论上如果这些头部矿池之间达成协议，是可能篡改链上的部分信息的，这对于区块链系统的安全性也产生了挑战。

4、隐私安全问题

区块链网络中的交易不直接与身份挂钩，表面上看来交易更加私密。任何人或组织都可以匿名创建一个新的钱包进行交易，而且交易仅仅与一个由数字和字母组成的账户地址相关联，交易双方对于真实身份似乎是无法跟踪的。

然而这种隐私保护的表象是有误导性的，例如当执法机构根据法律能够在调查过程中识别特定账户的真实身份，或者黑客可以通过IP地址等方式实现身份关联时，高隐私反而三百六十度转变为完全公开化且非常易于跟踪，为用户的信息和隐私安全带来巨大挑战。

目前对这一问题的可能解决方案包括：椭圆曲线迪菲－赫尔曼－默克尔（ECDHM）地址。这一方法的思路是建立交易双方之间的共享秘钥，发起方和接收方可以公开共享ECDHM地址，然后使用他们的共享密钥获取匿名账户地址。这些地址只能由拥有这个密钥的人发布，因此用户不必担心交易被跟踪。

5、其他技术挑战

除了以上所述几方面最为重要的技术瓶颈之外，区块链技术发展面临的其他重要挑战还包括：

量子计算机的威胁。可以说区块链技术是建立在密码学基础上的模型，相对于目前计算机算力，区块链的安全性是可以有保证的。但未来如果量子计算等超级计算机的算力大幅度提升，目前大多数的公钥算法则均可以被有效破解，所以算力不断增长的背景下如何实现密码层面的防御仍是区块链技术发展需要考虑的问题之一。

中心化的标准制定与维护。区块链系统的运行是不依靠中心机构或节点进行决策的，但在标准制定和制度层面仍然需要在这个系统外的的开发者之间建立起共识，从而避免出现近期的各种硬分叉事件等。这是区块链系统之外的层面，但却对区块链技术的发展有着非常重要的影响，产生的潜在风险亦不容忽视。

总结

区块链的系统设计思路本质上是在可靠性和效率的平衡中，选择性地放弃了效率这一面。针对这些技术瓶颈和挑战，目前业界也尝试提出了一些改进方案，包括针对效率问题的线下支付通道，针对共识机制资源浪费的权益证明机制，针对存储成本高的分片方案等，这些方案部分已有试验应用。

区块链技术是一次非常具有创新意义的尝试，在目前几乎全部是中心化系统的背景下为数据管理提供了另一种思路，虽然可能整体技术发展仍不成熟，但对于某些中心化机制尚不健全，涉及主体较多的交易场景以及中低数据量但需要可靠性的数据库管理具有较重要的参考意义，未来在多个场景具有广泛的应用可能。

来源：牛牛财经时