先进计算打破区块链普及的技术瓶颈

经过十余年的发展，区块链技术已应用于数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等领域。然而，区块链的大规模应用仍然面临着计算和存储负担过大以及51%计算能力攻击等挑战。先进计算技术是当今许多具有战略意义的新兴技术的基础，可以打破制约区块链广泛应用的技术瓶颈，为区块链的发展带来新的机遇。然而，不容忽视的是，先进计算也将给区块链带来新的安全挑战。

存储和计算成为瓶颈。

对于区块链的大规模应用，存储和计算是两个瓶颈。

区块链本身的技术特性决定了存储和计算都是刚需。区块链要求每个节点都配有完整的账本，并在交易过程中全网广播。这一特点导致节点数量的增加，每个节点存储的区块链数据量会不断增加，存储和计算的负担会越来越重。

区块链的持续发展面临两个挑战：存储和计算。

首先，节点的存储空间有限。以比特币区块链为例。2016年图书数据量为80G，2017年达到130G，2018年超过200G。今后，计算机等终端节点的存储空间将无法满足区块链总账数据的存储要求。

第二，计算能力有限。节点计算能力不足会影响区块链系统的整体性能。从交易验证时间来看，目前比特币交易一次确认需要10分钟左右，6次确认需要1小时左右。因此，区块链的实际交易确认时间与理想状态仍有较大差距。从交易效率来看，区块链每秒处理的交易峰值一般不到7笔，显然需要大幅提升。

此外，区块链还面临着内生的安全问题。区块链目前面临的最大风险之一是51%计算能力攻击。在区块链系统中，使用最广泛、最成熟的共识机制是工作量证明(POW)。在POW机制下，如果一个节点拥有全网51%以上的计算能力，就可以主导交易的验证过程，控制整个区块链，51%计算能力攻击就可能发生。但随着比特币的快速发展，系统的计算能力出现了爆炸式增长，因此51%的攻击概率极低。比如2013年，比特币的全网计算能力已经达到世界超级计算机500强的20倍。然而，一些区块链应用仍然面临51%的计算攻击风险。2019年有很多51%的计算攻击。比如2019年1月5日以太坊被51%计算能力攻击，持续3天，最终损失约110万美元。

高级计算有效地打破了瓶颈。

面对各行业的海量数据处理需求，先进计算正在各个方向不断提升自己的计算能力，这是打破区块链发展瓶颈的有效途径。

一方面，业界仍在不断改进芯片制造工艺，以提高芯片性能。例如，TSMC在2018年4月实现了7nm工艺的量产，与上一代工艺芯片相比，功耗降低了40%，性能提升了15%。

另一方面，业界也在通过在特定领域引入特殊架构来提升计算能力。比如2019年7月，阿里巴巴旗下芯片公司推出国内首款全链路智能合约处理器，运算效率提升50%以上。先进计算带来的存储和计算能力的增强，将有效解决区块链节点快速膨胀带来的体积过大、存储和计算负担过重等问题。

然而，超强的计算能力也增加了区块链的安全风险。近年来，以量子计算为代表的非冯诺依曼架构技术不断取得新突破，计算性能大幅提升。2019年10月，谷歌团队成功演示了“量子霸权”。其开发的具有53个有效量子位的处理器“Sikmo”仅用了约200秒就完成了世界上最好的超级计算机需要约1万年才能完成的计算任务。目前有研究通过对比和枚举指出，一台超过4000个量子比特的量子计算机就可以分解区块链。此外，比特币、以太坊等传统区块链采用经典的公钥加密技术进行交易签名，也容易受到量子计算的暴力攻击。

对区块链来说，高级计算就像一枚硬币的两面。一方面，先进计算正在通过各种路径提升计算性能，从而有效解决区块链面临的计算和存储能力不足的问题，为区块链的快速发展提供动力；另一方面，计算能力的大量增加使得区块链面临新的安全挑战，包括51%计算能力攻击和传统加密算法面临的新威胁。面对先进计算给区块链发展带来的机遇，产学研各界应积极布局，争取早日实现区块链的规模化应用。同时，应加强区块链安全的前瞻性研究，弥补传统区块链共识机制和加密技术的不足。