第十三章。当前形势和未来趋势
区块链技术将改变我们开展日常业务的方式。它挑战了现有的商业模式，并有望在节约成本、提高效率和透明度方面带来巨大的好处。本章将探讨这项技术的最新发展、新兴趋势、问题和未来预测。此外，本章还将详细讨论与开放研究问题和改进相关的一些主题。
新兴趋势
由于学术界和商业部门对区块链技术的浓厚兴趣，区块链技术正处于快速变化和激烈发展之中。随着技术变得成熟，最近开始出现一些趋势。例如，私人区块链最近获得了相当多的关注，因为他们在金融的具体使用案例。此外，企业区块链是另一个新趋势，旨在开发满足企业级效率、安全性和集成要求的区块链解决方案。下面列出了一些趋势并进行了讨论。
特定于应用程序的区块链(ASBCs)
目前，人们注意到了一种倾向于 ASBCs 的趋势，即区块链或分布式分类账是专门为一个特定的应用开发的，并且集中在一个特定的行业，例如 everledger，它是一种区块链，已经被开发用于为钻石和其他高价值物品提供不可变的追踪历史和审计跟踪。这种方法挫败了任何欺诈企图，因为与物品的所有权、真实性和价值相关的一切都在区块链上得到验证和记录。这对保险和执法机构来说是非常有价值的。
企业级区块链
由于隐私和可伸缩性问题，区块链的原始形式还不能在企业级使用，因此最近出现了开发企业级区块链的趋势，各种公司开始提供可以在企业级部署和集成的企业级区块链解决方案。诸如测试、文档、集成和安全性之类的需求都已经在这种类型的解决方案中得到了解决，并且可以在企业级以最小的改动或不作改动的方式实现。这与公共区块链形成对比，后者不受监管，不符合特定的企业级安全要求。这也意味着企业级区块链通常应该在私有配置中实现；然而，公共企业级区块链实施也是一种可能。2016 年是许多科技初创公司开始提供企业级区块链解决方案的一年，如 bloq、tylmez、chain 等。这一趋势将继续发展，2017 年将会看到更多类似的技术计划。
列兵区块链
出于隐私和保密的需要，主要关注点是开发可以在一组可信参与者中使用的私有分布式分类帐。由于公共区块链的开放性和相对较低的安全性，不适合金融、医疗和法律等行业，私有区块链有望解决这一限制，并使最终用户更接近获得区块链的好处，同时满足所有安全和隐私要求。公共区块链不太安全，因为它们通常不提供隐私和保密服务。私有区块链允许参与者或参与者的子集完全控制系统，从而使其适合用于需要隐私和控制的金融和其他行业。
以太坊可以在私有和公共模式下使用，但是有一些项目是作为私有区块链单独开发的，比如 Hyperledger 和 Corda。
初创企业
近年来，出现了许多致力于区块链项目并提供该技术专用解决方案的科技初创企业。特别是在 2016 年，提供区块链咨询和解决方案的初创企业数量显著增加。
强烈的研究兴趣
区块链技术激发了学术界和商业领域的浓厚研究兴趣。近年来，人们的兴趣大大增加，现在世界各地的主要机构和研究人员都在探索这项技术。这种兴趣的增长尤其是由于区块链技术可以帮助提高业务效率，降低成本，并使事情变得透明。学术兴趣在于解决密码学中的难题、共识机制、性能，以及解决区块链的其他限制。随着区块链技术在更广泛的分布式系统的保护伞下，许多来自分布式计算研究的研究人员已经将他们的研究集中在区块链技术上。例如，UCL 有一个专门的部门， UCL 区块链技术研究中心，专注于区块链技术研究。另一个例子是苏黎世联邦理工学院分布式计算小组，该小组发表了关于区块链技术的开创性研究。最近一份名为《分类帐杂志》的杂志最近发表了第一期研究论文。http://www.ledgerjournal.org/ojs/index.php/ledger 的有售。在各种学术和商业机构中，现在有专门从事区块链研究和开发的团队和部门。尽管无论如何想象，上述举措都不是一个详尽的清单，但它仍然是一个坚实的迹象，表明这是一个研究人员非常感兴趣的主题，预计在 2017 年及以后将会看到更多的研究和开发。另一个名为的组织，加密货币和合同倡议 ( IC3 )，也在进行智能合同和区块链技术的研究。IC3 的目标是解决区块链和智能合同中的性能、保密性和安全问题，并运行多个项目来解决这些问题。更多关于在 IC3 进行的项目的信息可以在 http://www.initc3.org/获得。
标准化
区块链技术还不够成熟，无法与现有系统集成。甚至，就目前的技术水平而言，两个区块链网络也不容易相互对话。标准化将有助于提高区块链技术的互操作性、可采用性和集成性。最近已经进行了一些尝试来解决这个问题，这些尝试中最值得注意的是建立了 ISO/TC 307，这是一个技术委员会，其范围是标准化区块链和分布式分类帐技术。该委员会的目标围绕着增加用户、应用程序和系统之间的互操作性和数据交换。另一方面，最近成立的联盟和开源合作项目，如 R3 和 Hyperledger，通过与其他参与者共享思想、工具和代码，帮助实现了这项技术的标准化。R3 与一个由 80 多家银行组成的财团合作，这些银行都有相似的目标，这在某种程度上导致了标准化。另一方面，Hyperledger 有一个可用于构建区块链系统的参考体系结构，并得到了 Linux 基金会和业界许多其他参与者的支持。另一个例子是 chain open 标准，这是一个为金融网络开发的协议。chain OS1 标准已经可用，它是与世界各地的主要金融机构合作建立的。该标准允许更快的交易结算和即时点对点交易路由。它旨在解决区块链技术中的监管、安全和隐私要求。OS1 还为智能合同开发提供了一个框架，允许参与者轻松满足反洗钱和 KYC 要求。
智能合同标准化工作也始于由 Lee 等人撰写的开创性论文，该论文正式定义了智能合同模板，并提出了智能合同相关研发的未来研究和必要性的愿景。这篇论文在 https://arxiv.org/abs/1608.00771v2 的有售。此外，在第十二章、可扩展性和其他挑战和第六章、智能合约中已经对该主题进行了一些讨论。
所有上述努力都清楚地表明，很快，行业内将出现标准，进一步使区块链技术的采用更容易、更快。标准也将导致区块链工业的指数增长，因为标准的可用性将消除诸如互操作性的障碍。
增强功能
在过去的几年中，已经提出了各种改进和建议来进一步开发现有的区块链。这些建议大多是针对安全漏洞和解决区块链技术固有的局限性而提出的。区块链技术存在某些限制，如可伸缩性、隐私和互操作性，这些限制需要在它像任何其他技术一样成为主流之前得到解决。最近，在解决区块链技术中的可伸缩性问题方面已经做出了巨大的努力，这已经在前一章中讨论过了。此外，开发人员正在定期提出针对区块链的改进建议，如 BIPs ( 比特币改进建议)和 EIPs ( 以太坊改进建议)，以解决这些系统中的各种问题。本章稍后将讨论这两个链的一些最新的显著改进建议。此外，最近的进步，如国家频道，是区块链技术正在迅速改善的例子，很快将发展成为一个成熟和更实用的技术。
现实世界的实施
近年来，尤其是在 2016 年，使用区块链技术开发了许多概念验证。出现了一些特定于应用的实现，如用于钻石跟踪的 everledger 和用于物联网的 filament，但在各个领域仍然缺乏。具体的、真实的、端到端的实现还不可用，尤其是在金融行业。现在这似乎不太遥远，因为许多概念的证明已经被开发出来并被证明是可行的；下一步是在现实生活中实现这些。例如，最近，七家银行同意建立一个数字贸易链 ( DTC )来简化贸易融资过程。
财团
2016 年被视为联盟和共享开源努力开始的一年。这种趋势预计将会增长，越来越多的联盟、委员会和开源项目将会很快出现。一个典型的例子是 R3，它与世界上最大的金融组织联合开发了 Corda。
应对挑战
由于密集的研究努力和社区对区块链技术的兴趣，各种挑战的答案已经开始出现。例如，国家频道的概念是作为对区块链上的可伸缩性和隐私问题的响应而开发的。使用国家渠道，比特币闪电网络和以太坊的雷电已经几乎准备好实施。此外，出现了各种区块链解决方案，如 Kadena，它们直接解决了区块链的保密问题。Zcash、Coinjoin 和机密事务等其他概念也已经开发出来，并在前面的章节中讨论过。这一趋势在未来几年还将继续增长，即使区块链技术解决了几乎所有的基本挑战，进一步的增强和优化也不会停止。
趋同
其他技术与区块链的融合带来了巨大的好处。区块链的核心是提供弹性、安全性和透明性，当与其他技术相结合时，会产生一种非常强大的技术，可以相互补充。例如，当通过区块链实施时，物联网可以获得主要好处，如完整性、分散性和可扩展性。人工智能 ( AI )有望从区块链技术中获益，而事实上在区块链技术内部，AI 可以以自主代理 ( AAs )的形式实现。更多的例子和上面提到的融合技术将在本章的后面部分详细讨论。
区块链科技教育
虽然区块链技术激发了全世界几乎每个行业的技术人员、开发人员和科学家的极大兴趣，但是缺少正式的学习资源和教育材料。由于这是一项新技术，各种知名机构，如普林斯顿大学，正在提供各种课程，向任何想了解这项技术的人介绍这项技术。例如，普林斯顿大学已经开设了加密货币和数字货币课程，该课程在网上讲授，非常受欢迎。许多私人组织也提供类似的在线和课堂培训课程。由于区块链技术的普及和接受，在不久的将来会看到更多这样的努力。
就业
就业市场最近出现了一种趋势，招聘人员正在寻找能够为区块链编程的区块链专家和开发人员。这与金融行业尤其相关，最近许多初创企业和大型组织已经开始雇佣区块链专家。随着技术获得更多的认可和成熟，这种趋势当然会增长。还有人担心缺乏区块链开发人员，随着技术的进步，越来越多的开发人员通过自学获得经验或从一些培训机构获得正式培训，这个问题肯定会得到解决。
秘密经济学
随着区块链的出现，新的研究领域正在涌现，最著名的是密码经济学，这是一门研究管理分散数字经济的协议的学科。随着区块链和加密货币的出现，该领域的研究也有所增长。Vitalik Buterin 将密码经济学定义为数学、密码学、经济学和博弈论的结合。
密码学研究
尽管在比特币发明之前的几十年里，密码学一直是一个备受关注和研究的领域，但区块链技术引发了人们对这一领域的新兴趣。随着区块链和相关技术的出现，对密码学的兴趣也显著增加。特别是在金融加密领域，新的研究正在进行并定期发表。零知识证明、全同态加密和函数加密等技术正在区块链进行应用研究。在 Zcash 的形式中，已经是零知识的证明第一次在实际的层面上被实现。可以看出，区块链和加密货币促进了密码学，尤其是金融密码学的发展。
新的编程语言
人们对开发用于开发智能合约的编程语言也越来越感兴趣。这些努力更多地集中在特定领域的语言上，例如以太坊的 solidity 和 Kadena 的 Pact。这只是一个开始，随着技术的进步，许多新的语言可能会被开发出来。
硬件研发
当 2010 年意识到当前的方法对挖掘比特币效率不高时，矿工们开始转向优化挖掘硬件。这些最初的努力包括使用图形处理单元(GPU)，然后在 GPU 达到极限后使用现场可编程门阵列(FPGA)。之后很快，专用集成电路 ( ASICs )出现，大幅提升了挖矿能力。这种趋势预计将进一步发展，因为现在有更多的研究通过并行化和减小芯片尺寸来进一步优化 ASICs。此外，GPU 编程计划也有望增长，因为新的加密货币现在正非常定期地出现，其中许多都利用了可以受益于 GPU 处理能力的工作证明算法。例如，最近 Zcash 激发了人们对 GPU 采矿钻机和使用 NVidia CUDA 和 OpenCL 的相关编程的兴趣。目的是并行使用多个 GPU 来优化采矿作业。此外，一些研究已经在使用可信计算硬件领域，如英特尔的软件保护扩展 ( SGX )来解决区块链的安全问题。此外，英特尔的 SGX 还被用于一种新的共识算法，称为耗时证明 ( PoET )，这在之前的章节中已经讨论过。另一个项目，21 比特币计算机也已经开发出来，作为开发者学习比特币技术的平台，轻松为比特币平台开发应用。
硬件研发趋势预计将持续下去，很快会有更多的硬件场景被开发出来。
形式化方法和安全性研究
随着对智能合约编程语言中的安全问题和漏洞的认识，现在人们对在生产部署之前对智能合约进行正式验证和测试非常感兴趣。为此，各种努力已经在进行中，包括为以太坊的稳固而努力。Hawk 是另一个允许智能合同保密的例子。
区块链的替代品
随着区块链技术近年来的发展，研究人员开始考虑创建平台的可能性，这些平台可以提供区块链提供的担保和服务，但不需要区块链。这导致了 R3 的 Corda 的开发，它实际上不是真正的区块链，因为它不是基于包含事务的块的概念；相反，它基于状态对象的概念，该对象根据代表网络最新状态的网络参与者的要求和规则在整个 Corda 网络中横向移动。其他例子包括 IOTA，这是一个物联网区块链，它使用一个有向无环图 ( DAG )作为名为 Tangle、的分布式分类帐，而不是传统的带有块的区块链。该分类帐据称已经解决了可扩展性问题以及高级别的安全性，甚至可以防止基于量子计算的攻击。应该注意的是，比特币在某种程度上也受到量子攻击的保护，因为量子攻击只能对暴露的公钥起作用，只有在发送和接收交易都进行的情况下，这些公钥才会在区块链上显示。如果不泄露公钥，在未使用的地址或可能只用于接收比特币的地址中就是这种情况，那么量子安全就可以得到保证。换句话说，为每个事务使用不同的地址可以防止量子攻击。此外，在比特币中，如果需要，可以很容易地更改为另一种量子签名协议。
互操作性工作
最近对区块链互操作性限制的认识导致了可以在多个区块链上工作的系统的发展。最近的一个例子是 Qtum，这是一种兼容以太坊和比特币区块链的区块链。它利用比特币的 UTXO 机制进行价值转移，并利用以太坊虚拟机进行智能合约。这意味着以太坊项目可以移植到 Qtum 上，而不需要任何改变。
区块链即服务
以目前云平台的成熟程度，很多公司已经开始提供区块链即服务 ( BaaS )。最突出的例子是微软的 Azure 和 IBM 的 bluemix 平台，前者提供以太坊区块链作为服务，后者提供 IBM BaaS。预计这一趋势在未来几年内还会继续发展，将会出现更多提供 BaaS 的公司。 EgaaS ( 电子政府即服务)是另一个例子，它实际上是 BaaS，但为治理功能提供了特定于应用的区块链。这个项目的目的是组织和控制任何没有文件流通和官僚开销的活动。
努力降低电力消耗
从比特币的区块链可以明显看出，工作证明机制的效率非常低。当然，这种计算保护了比特币网络，但这种计算没有其他好处，而且浪费了大量电能。为了减少这种浪费，现在人们更加关注更环保的选择，例如不需要像比特币的工作证明算法那样大量资源的股权证明算法。这种趋势预计将会增长，特别是与以太坊计划的股份证明。
改进建议
两个主要的区块链技术，即比特币和以太坊，都有一个正式的机制来提出对现有协议的改进。这些被称为改进建议、bip 和 EIP。这两种机制都允许世界各地的开发者和技术爱好者参与进来，并帮助比特币和以太坊随着时间的推移发展成为一种更加成熟和安全的技术。在下面的章节中，我们将讨论两个区块链的显著改进建议。
哔声
本节将讨论一些最新的 bip。
GDP 152
这一提议是为了节省带宽而在比特币网络中引入紧凑块的改进建议。在目前的状态下，比特币协议不是带宽高效的，该提案旨在通过允许节点之间的紧凑块中继来解决这一问题。为了实现这个提议，需要进行一些改变，例如新的数据结构和消息。目前，该提案处于草案状态。它可以在 GitHub 的 https://GitHub . com/bit coin/bips/blob/master/bip-0152 . mediawiki 上找到。
GDP 151
提出这一改进建议是为了引入对等通信加密。这一提议是为了应对比特币协议中的各种安全问题，如流量分析和操纵的可能性。这一提议将有助于挫败通过比特币网络上的源 IP 和交易内容来识别用户身份的企图。在 BIP 中已经提出了在参与节点之间请求和启用加密的几个新消息。可在https://github . com/bit coin/bips/blob/master/bip-0151 . mediawiki获取。
GDP 150
该提议提出了一种对等认证的方法。这将允许解决中间人攻击，并将提供对等体连接到合法节点的保证。这可以在 GitHub 的 https://GitHub . com/bit coin/bips/blob/master/bip-0150 . mediawiki 上找到。
GDP 147
这一提议旨在解决虚拟堆栈元素的延展性问题。签名延展性是一个已知的问题，并且可以由任何中继节点通过简单地改变与事务相关联的签名来执行。这是一个共识层级别的改进提案，需要软分叉来实施。BIP 147 在 GitHub 上有文档记录，网址为https://GitHub . com/bit coin/bips/blob/master/bip-0147 . mediawiki。
GDP 146
这一改进是为了解决签名编码的可扩展性问题。这需要实现软分叉。如果实现，这将解决与 ECDSA 签名编码机制中的基本限制相关的签名延展性问题。这种限制是 ECDSA 固有的。其次，由于如果签名失败，验证脚本评估仍将继续，并允许在签名上设置任何值。这个 BIP 就是解决这个问题的一个建议。在https://github . com/bit coin/bips/blob/master/bip-0146 . mediawiki上有记载。
还有许多其他 bip 提出了改进比特币协议的建议。在本节中，仅介绍了五项最新提案。近几年来，已经有近 90 个关于比特币的改进建议，这个过程还在继续。
EIPs
以太坊有自己版本的改进建议，称为 EIPs。最近的几个生态工业园区讨论如下。
EIP 170
提出此改进建议是为了解决某些漏洞，这些漏洞可能是由于在预处理阶段或从磁盘读取代码时，大型契约代码大小触发的过度使用 gas 而引起的。该提议将合同代码大小限制为 23，999 字节。关于此提案的进一步讨论导致对此提案的进一步改进，并已被接受。然而，这一点尚未得到落实。
EIP 150
这一改进建议是为了应对以太坊区块链受到的拒绝服务攻击。自从 2463000 块以太坊区块链开始，它已经被实现为一个硬分叉。该 EIP 解决了由事务垃圾邮件攻击引起的问题，例如，重复调用EXTCODESIZE操作码，导致区块链的验证过程变慢。EIP 将增加几个操作码的 gas 开销，以阻止由于过度重复使用这些操作码而导致的拒绝服务攻击。
EIP 161
该提议旨在允许从以太坊区块链移除空账户。这是为了应对以太坊区块链的拒绝服务攻击，攻击者创建了大量的空账户。这是可能的，因为创建帐户的成本很低。这被称为状态 trie 清除，它允许通过对帐户发出调用指令来删除空帐户。
EIP 160
提出这个建议是为了增加 EXP 操作码的成本。这个改进建议背后的核心思想是使 EXP 操作的成本与操作的复杂性成比例。这个提议有助于阻止因调用计算开销大的操作而引起的拒绝服务攻击。
EIP 155
此改进建议旨在消除在主直播以太坊区块链上从不同链重播交易的可能性。例如，如果交易是在以太坊网络上进行的，那么它将能够在以太坊经典网络上重放；这个 EIP 解决了这个问题。此外，在测试网络上进行的任何事务都不能在主实时网络上重放。
上面提到的所有改进都导致了一个硬分叉，并作为对最近以太坊拒绝服务攻击的响应而实现。改进建议是向以太坊区块链引入新的增强和协议级错误修复的关键机制。大约有 11 个针对以太坊实施或提出的改进建议。所有这些都记录在 https://github.com/ethereum/EIPs/的 GitHub 上。
其他挑战
除了前一章讨论的安全性和隐私性之外，在主流采用区块链之前，还有几个其他的障碍需要解决。这些因素包括监管、政府控制、不成熟的技术、与现有系统的集成以及实施成本。
监管被认为是需要解决的最大挑战之一。核心问题是区块链尤其是加密货币没有被任何政府承认为合法货币。尽管在某些情况下，它在美国和德国被归类为货币，但它仍远未被接受为正常货币。此外，目前状态的区块链不被认为是金融机构可以利用的平台。还没有金融监管机构接受它作为一个可以被授权使用的平台。然而，世界各地的监管机构采取了各种举措来研究和提出监管措施。目前状态下的比特币完全不受监管，尽管政府已经尝试对比特币征税。在英国，根据欧盟增值税指令，比特币交易免交增值税，但在英国退出欧盟之后，这种情况可能会改变。然而，资本利得税 ( CGT )在某些情况下可能仍然适用。
预计金融监管机构将很快对区块链技术进行监管，特别是在英国金融行为监管局最近宣布可能批准一些公司使用区块链之后。
人们普遍担心区块链技术还没有真正为生产部署做好准备。尽管比特币区块链已经发展成为一个坚实的区块链平台，并被用于生产，但它并不适合每一个场景。在金融和卫生等敏感环境中尤其如此。然而，随着本章前面讨论的大量工作正在进行中，这种情况可能很快会改变，以改进技术并解决任何技术限制，如可伸缩性和隐私。安全性也是许多研究人员强调的另一个普遍关注的问题，尤其适用于金融和卫生部门。欧盟网络和信息安全机构最近的一份报告强调了分布式分类帐应该解决的具体问题。报告中强调的一些问题包括智能合同管理、密钥管理、反洗钱和反欺诈工具。此外，报告强调了监管、审计、控制和治理的必要性。
与现有遗留系统的集成也是一个主要问题。还不清楚区块链将如何与现有的金融体系整合。
采用的障碍或多或少与法规、安全性和互操作性有关。与现有系统的集成可以通过几种方式实现。
阴暗面
凭借抵制审查和分散化的关键属性，区块链技术有助于提高各行各业的透明度和效率，但这种技术在某种程度上不受监管的性质意味着它也可能被犯罪分子用于非法活动。例如，比较一种情况，如果一些非法内容在互联网上发布，可以通过联系有关当局和网站服务提供商立即关闭，但这在区块链是不可能的。一旦区块链上有了什么东西，就几乎不可能恢复原状。这意味着任何不可接受的内容，一旦在区块链上发布，就无法删除。如果区块链被用来传播不道德的内容，那么任何人都没有办法关闭它。这带来了严峻的挑战，在这种情况下，一些监管和控制似乎是有益的，但如何监管区块链呢？这是另一个重要的问题。先制定监管法律，然后看看区块链技术是否适应这些法律，这可能并不明智，因为这可能会破坏这项技术的创新和进步。更明智的做法是让区块链技术先发展起来，就像互联网一样，当它达到一定规模时，管理机构可以要求对区块链技术的实施和使用进行一些监管。
有各种各样的例子表明，黑暗网络与比特币一起被用来进行非法活动。例如， SilkRoad，用于在互联网上销售非法药物，使用比特币进行支付，暗网使用洋葱网址，只有 Tor 才能看到。尽管丝绸之路在执法机构几个月的努力下被关闭，新的类似网站开始出现。现在，提供类似服务的其他选择是可用的；因此，一般来说，这种类型的问题仍然是一个大问题。想象一下，一个非法网站在 IPFS 和区块链上；没有简单的方法关闭它。很明显，缺乏控制和监管会助长犯罪活动，类似的问题会不断出现。Zcash 等完全匿名交易功能的进一步发展可以为犯罪分子提供另一层保护，但同时在各种合法的情况下可能非常有用。这真的取决于谁在使用这项技术；匿名在许多情况下都是好的，例如在医疗行业，患者记录应该保持私密和匿名，但是如果它也可以被犯罪分子用来隐藏他们的活动，则可能不合适。
一个解决方案可能是引入智能机器人或 AAs，甚至是嵌入监管逻辑的合同。它们最有可能由监管机构和执法机构编程，并作为一种提供治理和控制的手段在区块链上运行。例如，一个区块链可以被设计成这样，每个智能合约都必须通过一个控制器合约，该控制器合约仔细检查代码逻辑，并提供一个监管机制来控制智能合约的行为。还可以让监管机构检查每个智能合同的代码，一旦智能合同代码以监管机构颁发的证书的形式具有一定程度的真实性，它就可以部署在区块链网络上。这种二进制签名的概念类似于已经建立的代码签名的概念，其中可执行文件被数字签名，作为确认代码是真实的而不是恶意的手段。这种想法更适用于半私营或受管制的区块链，在这种情况下，监管当局要求一定程度的控制，例如在金融领域。这意味着需要对可信任的第三方(监管者)进行一定程度的信任，由于偏离了完全去中心化的概念，这可能是不可取的。然而，为了解决这个问题，可以使用区块链本身来提供一个分散的、透明的、安全的证书颁发和数字签名机制。
区块链研究
虽然近年来区块链技术取得了重大创新，但该领域仍有待进一步研究。下面列出了一些选定的研究主题，并提供了一些关于现有挑战和技术状态的信息。还提出了一些关于如何解决这些问题的想法。
智能合约
在这一领域取得了重大进展，以确定智能合同和模板开发的关键要求。然而，在使智能合同更加安全可靠方面还需要进一步的研究。
集中化问题
尤其是与比特币挖矿中心化相关的，人们越来越担心比特币如何才能再次真正去中心化。
密码功能的限制
比特币区块链使用的加密技术极其安全，并且经受住了时间的考验。在其他区块链，使用类似的安全技术，也非常安全。然而，诸如在椭圆曲线数字签名方案中生成和使用重复签名随机数的可能性(导致私钥恢复攻击)、散列函数中的冲突以及可能破坏底层密码算法的量子攻击等特定安全问题仍然是一个有趣的研究领域。
共识算法
对利害关系算法证明或工作证明替代方法的研究也是一个重要的研究领域。这一点尤其重要，因为目前比特币网络的功耗预计到 2020 年将达到近 14 千兆瓦。也有人建议，网络力量可以用来解决一些数学或科学问题，而不是像比特币的工作证明那样执行低效或单一目的的工作。此外，替代方案，如股权证明算法，已经获得了很大的吸引力，并预计将在主要的区块链实施，例如，以太坊的 Casper。然而，到目前为止，工作证明仍然是获得公共区块链的最佳选择。
可扩展性
上一章已经对可伸缩性进行了详细的讨论；简而言之，在本节中只需说明，虽然已经取得了一些进展，但仍然需要更多的研究来实现链上可伸缩性并进一步改进链外解决方案，如状态通道。已经提出了诸如增加块大小和仅事务区块链(没有块)之类的一些倡议来解决可伸缩性问题，这些倡议增加了区块链本身的容量，而不是使用辅助通道。无块实现的例子有 IOTA (Tangle)。它是一个有向无环图 ( DAG )，用于存储事务，而传统的区块链解决方案使用一个块来存储事务。这使得它本质上比基于块的区块链(如比特币)更快，在比特币中，块生成之间的等待时间至少约为 10 分钟。
代码混淆
正如上一章所讨论的，使用不可区分性混淆的代码混淆可以作为一种在区块链中提供机密性和隐私的手段。然而，这仍然是不切实际的，并且需要大量的研究工作来实现这一点。
著名项目列表
以下是区块链空间目前正在进行的著名项目清单。除了这些项目，还有无数的初创企业和公司在区块链工作，提供与区块链相关的产品。
Zcash on Ethereum
以太坊 R&D 团队最近的一个项目是在以太坊上实现 Zcash。这是一个有趣的项目，开发人员正试图使用已经在 Zcash 项目中使用的 zk-SNARKs 为以太坊创建一个隐私层。通过在以太坊上实现 Zcash，我们的目标是创建一个平台，允许诸如投票等隐私至关重要的应用。它还允许在以太坊上创建匿名令牌，可以在许多应用中使用。
合群
这是由 Deutsche B 
rse 开发的一个项目，它基于 Hyperledger 代码库，用于管理商业银行现金转账。抵押硬币 ( CollCo )提供了一个基于区块链的平台，允许商业银行资金的实时转账，同时仍然依赖于 CCP 欧洲期货交易所清算所提供的传统功能。这是一个主要项目，可用于解决交易后结算流程中的低效问题。
大提琴
截至 2017 年 2 月，这是 Hyperledger 项目的最新补充。该项目的目标是提供按需 BaaS，使用户能够方便、轻松地部署和管理多个区块链。据设想，Cello 将支持所有未来和当前的 Hyperledger 区块链，如织物和锯齿湖。
Qtum
这个项目是基于结合比特币和以太坊区块链功能的想法。Qtum 利用比特币代码库，但使用以太坊的 EVM 进行智能合约执行。以太坊智能合约可以使用比特币的 UTXO ( 未用交易)模型运行。在 https://qtum.org/有售。
比特币-NG
这是解决比特币区块链的可扩展性、吞吐量和速度问题的另一个提议。下一代 ( NG )协议基于领导者选举机制，该机制在交易发生时立即验证交易，相比之下，比特币的协议中，块之间的时间和块大小是与可扩展性相关的关键限制。
Solidus
这是一种新的加密货币，它为自私挖掘提供了解决方案，同时解决了规模和性能问题。它还解决了保密问题。它是基于未经许可的拜占庭共识。目前状态的协议相对复杂，是一个开放的研究领域。
鹰派
这是一个旨在解决区块链智能合同隐私问题的项目。这是一个智能合约系统，允许加密区块链上的交易。Hawk 能够自动生成与区块链交互的安全协议，而无需手动编程加密协议。
镇-呼呼
这是一个旨在为智能合同提供真实可信信息的项目。该系统基于英特尔的 SGX 可信硬件技术。这是 Oracle 设计的进一步发展，智能合约可以从在线来源请求数据，同时保持机密性。
色氨酸
这是由高盛打造的系统，以证券结算加密货币申请专利。顾名思义，这种加密货币币可以用于快速高效的结算。该技术利用虚拟钱包在网络上交换资产，并允许通过 SETLCoin 的所有权进行即时结算。
茶禅
这是使用可信执行环境 ( TEEs )为扩展比特币区块链提供可扩展且高效的解决方案的新颖想法。这类似于支付渠道的概念，即链外渠道用于更快的交易转移。这个想法的主要吸引力在于，它可以在比特币区块链上实现，而不需要对比特币网络进行任何改变，因为这是一个链外解决方案。但是，有一点需要注意的是，该解决方案确实需要信任英特尔进行远程证明(验证)，因为英特尔的 SGX CPU 用于提供 tee。在分权的区块链，这不是一个理想的财产；但是，请注意，即使使用了远程证明，交易的机密性仍会得到保护，因为远程证明者(英特尔)无法看到用户之间的通信内容。这个限制使得它是否是一个完全分散和不可信的解决方案成为一个有争议的问题。
猎鹰
Falcon 是一个通过提供快速中继网络在网络上广播比特币块来帮助比特币规模化的项目。核心思想围绕着一种减少孤儿块的技术，从而有助于比特币网络的整体可扩展性。用于此目的的技术被称为应用级直通路由。
布莱奇利
该项目由微软推出，表明了微软对区块链技术的承诺。Bletchley 允许使用 Azure 云服务以用户友好的方式构建区块链。Bletchley 引入的一个主要概念叫做 cryptlets ，它可以被认为是位于区块链之外的 Oracles 的高级版本，可以通过使用安全通道的智能合约来调用。这些可以用任何语言编写，并在安全的容器中执行。
有两种类型的密码:实用密码和契约密码。第一种类型用于提供基本服务，如加密和从外部源获取基本数据，而后者是一个更智能的版本，当在链上创建智能合约时，它会自动创建，并驻留在链外，但仍链接到链上合约。由于这种链外存在，不需要在区块链网络的所有节点上执行契约密码，因此这种方法提高了区块链的性能。
卡斯帕
这是以太坊在开发中的 Stake 算法证明。这方面的主要研究已经开始，预计将于 2017 年实施。在基于 Casper 的以太网中，节点成为绑定的验证者，并被要求支付安全押金，以便能够提出新的块。
大都市
这是以太坊的下一个版本，很多工作已经完成。实施此版本将需要一个硬分叉。已经发布了一系列 EIP，其中包括此版本的所有主要改进。改进包括将签名验证和随机数逻辑移到智能合约中，这将为开发人员在选择安全方案方面提供更大的灵活性。另一个改进与块哈希和状态根更改有关，这导致协议简化并允许并行事务处理。其他提议包括对加密函数的大整数支持(椭圆曲线加密)。所有上述改进以及其他各种改进都包含在 EIP86、EIP98、EIP96、EIP100、EIP101、EIP116、EIP195、EIP140 和 EIP 141 中。目前还没有发布日期，也不清楚是否所有的 EIP 都将在新版本中实现；然而，这个版本的主要目的是为开发人员简化协议、保护隐私和提高灵活性。
杂项工具
下面列出了一些以前没有讨论过的工具，并对其进行了简要介绍，以使读者了解可供区块链使用的无数开发选项。该列表包括可用于区块链开发的平台、实用程序和工具。
用于 Microsoft Visual studio 的 Solidity 扩展
该扩展为分散式应用程序提供了智能感知、自动完成和模板，并在熟悉的 Visual Studio IDE 中工作，使开发人员更容易熟悉以太坊开发。
MetaMask
这是一个 DAPP 浏览器，从 DAPP 浏览的角度来看类似于 Mist，但是允许用户在浏览器内运行以太坊分散式应用，而不需要运行完整的以太坊节点。这可以从 https://metamask.io/获得，可以作为 Chrome 插件安装。
的必杀技
这是一个区块链开发平台，允许创建定制的私人区块链，并与主要的斯特拉斯区块链(斯特拉斯链)的安全原因。它允许提供主要的区块链，如比特币、以太坊和 Lisk easy。此外，它允许使用 C#进行开发。Net 技术。它也可以作为 BaaS 通过 Microsoft Azure 获得。这在https://stratisplatform.com/有售。
出发
这是以太坊的一个开发框架，允许类似于前面章节中讨论的 truffle 的功能。它允许自动部署智能合约，更容易与 JavaScript 集成，尤其是更容易与 IPFS 集成。这是一个功能非常丰富的框架，还有更多的功能可用。它可以通过 npm 安装。这个框架可以在 GitHub:https://github.com/iurimatias/embark-framework获得。
斑纹
这是以太坊的另一个框架，通过处理更复杂的任务，允许更容易地开发和部署智能合约。它可以用于包管理、契约构建和部署脚本。这也可以通过国家预防机制获得。也可以通过 GitHub 在https://github.com/nexusdev/dapple下载。
流星
这是一个用于单页应用程序的全栈开发框架。可用于以太坊 DAPP 开发。在 meteor 中有一个可用的开发环境，它允许复杂 DAPPs 的更容易和可管理的开发。可在https://www.meteor.com/获得，以太坊特有的 DAPP 建筑信息可在https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Dapp-using-Meteor获得。
在原地
这个平台建立在以太坊之上，提供了一个去中心化的身份管理系统。这使得用户可以完全控制自己的身份和个人信息。这是基于信誉系统的思想，它使用户能够相互证明并建立信任。这在https://www.uport.me/有售。
INFURA
该项目旨在提供企业级以太坊和 IPFS 节点。INFURA 由以太坊节点、IPFS 节点和一个名为 Ferryman 的服务层组成，该服务层提供路由和负载平衡服务。
与其他行业的融合
上一章详细讨论了区块链与物联网的融合。简而言之，可以说由于区块链的真实性、完整性、隐私性和共享性，物联网网络将极大地受益于区块链技术。这可以通过运行在区块链上的物联网网络的形式来实现，并利用分散的网状网络进行通信，以促进实时的机器对机器 ( M2M )通信。作为 M2M 通信的结果而生成的所有这些数据可以在机器学习过程中使用，以增强人工智能 Dao 或简单 AAs 的功能。AAs 可以在由区块链提供的分布式人工智能 ( 戴)环境中充当代理，并可以使用机器学习过程随着时间的推移进行学习。
人工智能是计算机科学的一个领域，致力于构建智能代理，这些智能代理可以根据他们观察到的周围场景和环境做出理性的决策。机器学习通过利用原始数据作为学习资源，在人工智能中发挥着至关重要的作用。基于人工智能的系统的一个关键要求是可用于机器学习和模型构建的真实数据的可用性。物联网设备、智能手机和其他数据采集设备产生的数据爆炸意味着人工智能和机器学习变得越来越强大。然而，对数据的真实性有一个要求。一旦消费者、生产者和其他实体在区块链上，作为这些实体之间的交互的结果而生成的数据可以容易地用作机器学习引擎的输入，并保证真实性。这就是艾和区块链的交集。有人可能会说，如果物联网设备遭到黑客攻击，它可能会向区块链发送格式错误的数据。这个问题得到了缓解，因为物联网设备是区块链的一部分(作为一个节点)，并且作为区块链网络中的一个普通节点，所有安全属性都应用于它。这些属性包括对良好行为的激励、对畸形交易的拒绝、对交易的严格验证以及区块链协议中的各种其他检查。因此，即使物联网设备遭到黑客攻击，它也会被区块链网络视为拜占庭节点，不会对网络造成任何不利影响。
此外，结合智能神谕、智能智能合同和 AAs 的可能性将产生人工智能分散自治组织 ( AIDAOs )，这些组织可以代表人类自己运行整个组织。这是 AI 未来可以成为 norm 的另一面。然而，要实现这一愿景，还需要更多的研究。
此外，区块链技术与 3D 打印、虚拟现实、增强现实和游戏行业等其他领域的融合也在设想之中。例如，在一个多人在线游戏中，区块链的去中心化方法考虑到了更多的透明度，并可以确保没有中央权威通过操纵游戏规则获得不公平的优势。所有这些主题都是当前研究的活跃领域，预计在不久的将来这些领域会有更多的兴趣和发展。
未来
据预测，2017 年将是区块链技术在现实生产环境中实施的一年，也是它从前几年的概念验证和理论阶段走出来的一年。在这一节中，很少有人根据相关领域当前的进步和发展速度做出谨慎的预测。所有这些预测都有可能在 2020 年到 2050 年间实现:
- 物联网将在多个区块链上运行，并将催生 M2M 经济。
- 医疗记录将被安全地共享，同时保护由医疗服务提供商联盟运营的各种私人区块链之间的患者隐私。它很可能是所有服务提供商共享的单个私有区块链。
- 选举将通过一个透明和安全的区块链后端分散的网络应用程序进行。
- 金融机构将运行许多私有区块链，以便在参与者之间和内部流程中共享数据。
- 金融机构将利用半私有的区块链，这将为反洗钱和了解客户功能提供身份信息，并将在全球许多或所有金融机构之间共享。
- 与移民和边境管制有关的活动将记录在区块链上，护照管制将通过全世界所有入境口岸和边境机构共享的区块链进行。
- 密码学和分布式系统的研究将达到新的高度，大学和教育机构将提供关于加密经济学、加密货币和区块链的专门课程。
- 人工智能 DAOs(玛奇纳经济学家)将在区块链占上风，它将代表人类做出理性的决定。
- 公众可获得的受监管区块链将在日常基础上被公民用来执行他们的日常活动。
- BaaS 将作为标准配置提供给任何希望在区块链上开展业务或日常交易的人。事实上，可以设想，就像互联网一样，区块链将无缝地融入我们的日常生活，人们将在不太了解底层技术和基础设施的情况下使用它们。
- 区块链通常将用于为艺术和媒体提供 DRM ( 数字版权管理)服务，并可用于向消费者提供内容，从而实现消费者和制作者之间的直接沟通。这将消除任何中央方管理有价值商品的许可和权利管理的需要。
- 比特币等现有加密货币的价值将继续增长，随着国家渠道的可用性和可扩展性努力，这一趋势预计只会增长。
- 加密货币投资将大大增加，一个新的加密经济社会将出现。
- 比特币价值将达到每枚数万美元。
- 数字身份将在区块链上进行日常管理，不同的政府职能，如投票、税收和资金支付将通过支持区块链的平台进行。
- 金融机构和清算机构将于 2017 年底或 2018 年初开始为其客户推出基于区块链的解决方案。
总结
区块链将会改变世界。这场革命已经开始，预计只会以指数级增长。本章探讨了各种项目和区块链技术的现状。首先，我们讨论了一些趋势，随着技术的进一步发展，这些趋势有望继续下去。世界各地的许多研究人员和组织对区块链技术有浓厚的研究兴趣，本章还介绍了一些研究课题。此外，还讨论了与物联网和人工智能等其他领域的融合。最后，对区块链技术的发展进行了一些预测。这些预测中的大多数有可能在未来十年左右成为现实，而有些可能需要更长的时间。区块链技术有可能改变世界，一些积极的迹象已经出现，如成功的概念实施证明，以及越来越多的爱好者和开发者对这项技术感兴趣。很快，区块链将和我们的生活交织在一起，就像现在的互联网一样。这一章只是对区块链巨大潜力的一个适度概述，在不久的将来，这一技术有望实现指数级增长。
