演講人：曹寅 能源區塊鏈實驗室合夥人，信達證券首席區塊鏈專家
我從2013年開始研究區塊鏈和數字貨幣，到現在每一天甚至每一秒對區塊鏈都有新的認識。今天，在討論實體產業與區塊鏈的結合之前，我們先回到區塊鏈本身，看看它到底解決了什麼問題？答案就是信任。
從分佈式到去中心：區塊鏈解決的是信任危機
如今信任問題的解決靠的是第三方。比如，金融行業就是最典型的一個例子。舉個例子，由於兩個法人或者自然人之間無法實現直接投融資或者清算，就需要通過彼此都信任的第三方機構，比如商業銀行從而建立信任關係。
如果說商業銀行是人與人、人與機構之間的中間機構，那麼銀聯就是銀行與銀行之間的中間機構。它實際上是央行、財政部，以及各大股份制商業銀行和四大國有銀行構成的聯合體，是代表中國市場的銀行聯合體。因此，如果銀聯要和其他國家的銀行發生交易，就需要再找到諸如SWIFT、國際清算銀行、歐洲的Abank這樣的中間機構。然而，你會發現，所有的第三方信任體系建設到最後其實都是不中立的。它們說到底還是基於分佈式共識，由不同主體明確各自的利益，再構成中心化的組織，由此層層往下，最後到每一個人的賬戶。因此，現在看似中立的第三方信任機構，其核心還是分佈式信任。
再說回基於區塊鏈的分佈式信任體系，不同的系統之間其實也有很大的區別，比如非拜占庭容錯系統和拜占庭容錯系統。
其中，拜占庭容錯系統解決的是“拜占庭將軍問題”，這也是區塊鏈核心解決的最重要的問題之一。這背後其實是一個很有意思的歷史故事，說的是在拜占庭帝國時期，將軍勢力分散在各個省份，就如中國古代的藩鎮割據，所有勢力都是聽宣不聽調，也就是說皇帝可以對他進行冊封，但是無權向他們借兵去打仗。這些將軍們在內部形成了聯盟，通過相互協調的方式出兵。然而，假使聯盟內部有人有了異心，該出兵的時候不出兵，或者傳遞假消息，就會造成“拜占庭故障”，即隨意性故障。在區塊鏈系統中，隨意性故障是最嚴重的故障，這將使得網絡中不同成員關於全體協作的策略得出不同結論，從而破壞系統的一致性。而其中，那些不受控的節點，就被稱為“拜占庭節點”。
為了解決拜占庭故障，我們把分佈式系統分成以下三類：
第一類，非BFT類，即可以容忍除拜占庭錯誤以外的其他錯誤；
第二類，BFT類，即可以容忍拜占庭錯誤；
第三類，Blockchain類，即在容忍拜占庭錯誤的前提下，節點能夠自由進出網絡。
為此，我們還發明瞭共識算法（機制），同樣分為三類：
第一類，非BFT類，包括Paxos、Raft、SOLO、Kafka，通過對相關的記賬權或者數據最終記錄權來進行排序，決定由誰來為這個數據記賬；
第二類，BFT類，對於容忍拜占庭節點的，是容忍其中存在一些壞的節點，但數量不能太多，比如PBFT中就不能超過1/3；
第三類，Blockchain類，區塊鏈共識算法通過引入成本和激勵的方式，解決拜占庭節點之間的信任，契約以及激勵機制的問題。
在這之中，Blockchain類的共識算法跟BFT共識算法有幾個比較的區別。首先，Blockchain類容忍節點的自由進入、自由退出。其二，對於拜占庭節點的數量容忍的閾值有所不同，比如最典型的PBFT是不能超過1/3，但是在Blockchain類別中，只要是50%以下都可以。其三，Blockchain類的算法中是有成本和收益的激勵，也就是說是需要投入和獲得才能調動每一個人的積極性，使得每一個矛盾結合體產生同向一致性，通過類似像磁場的激勵方式，使大家都能儘可能不成為拜占庭節點。這也是兩者的最大區別。
完整的區塊鏈架構：數據層、網絡層、共識層、激勵層、應用層
下面介紹一個典型的區塊鏈架構，從下往上依次是數據層、網絡層、共識層、激勵層和應用層。
最底下是數據層。先對區塊數據結構打包，再通過哈希函數作為指針構成不同區塊之間、有且唯一的的鏈式數據結構。在此基礎上，通過Merkle樹對區塊數據包以及其中的每一筆交易形成數據索引；通過數字簽名進行相關的加註、簽名。最後，再通過非對稱加密，形成賬目體系。
數據層之上是網絡層。區塊數據打包之後，得通過對等網絡傳播出去，才能進行交易發佈。通常會涉及到常見的P2P網絡，以及相關的傳播機制、驗證機制，從而保證交易的有效性、合法性。
再往上是共識層，這才是區塊鏈的精髓和靈魂所在。如上面介紹，共識算法包括了非BFT類、BFT類以及Blockchain類，與此同時，新的共識算法還在不斷被開發出來。
到目前為止，數據層、網絡層和共識層實際上已經構成了一個完整的區塊鏈系統。但是，它僅僅是一個“標本區塊鏈”，因為你還無法激勵大家參與到系統中來，就如同櫥窗裡的展示一樣。
因此，我們認為激勵層是讓整個系統“活起來”的非常重要的模塊。其中最典型的激勵層就是通證經濟學，即通過通證的發行和流通，確保在共識層中的參與者能夠提供去中心化的共識。激勵層可以分成兩類，一是通過代幣的發行調動大家積極性，二是通過懲罰或者線下的激勵方式。
總而言之，區塊鏈並不神秘，也不是萬能的，它實際上就解決一個問題——即信任問題，因此有很強的金融屬性。
“區塊鏈+能源”的實現，需要打好七個層面的基礎
回到能源行業與區塊鏈結合問題。
2010年，我們聯合國內的一些合作伙伴推出了“能源互聯網”這個概念，並在產學研政等不同方面不斷對它進行完善和豐富。於是，在2015年作為能源局課題組的專家，我還參與了“互聯網+智慧能源行動計劃”的制定，並且主要負責“互聯網+智慧能源體制支撐”的內容設計。在這一過程中，我發現能源互聯網存在很致命的問題——即信任問題。傳統模式下的能源行業參與主體具有超強的中心化，包括大型國有企業、大型用電企業等等。然而，在新構建的能源互聯網系統裡，很多都是一些分散性的、動態的小主體，包括個體以及一些小型生產企業等等。這使得能源行業的市場決策參與角色發生很大的變化。
以分佈式光伏為例，在它的生產、運營和投融資過程中至少存在三個主體。一個是屋頂企業，即所謂屋頂的業主。二是電的需求者，一般是一些工廠。三是電站的投資人，即電站運營主體。這些主體之間的關係比較複雜、沒有信任感，因此，就需要引入擔保、公證、認證、核查、審查、保險等一系列機構。這僅僅是一個方面，在分佈式光伏市場除了電量交易，還有碳減排交易、需求側相應的交易，以及基於電站作為基礎資產的金融產品交易等等，這讓所有的流程和關係都變得相當複雜和麻煩，並且成本昂貴。
所以，如果能夠基於區塊鏈把這些非常複雜的中心角色全部去掉，留下最簡單的點對點的主題，將大大降低其中的成本。這就是區塊鏈和能源互聯網最大的結合點，甚至可以說沒有區塊鏈，就很難實現成熟的能源互聯網市場。
為此，從2014年年底開始，我們就致力於區塊鏈與能源行業的結合應用，通過對從行業和功能等不同緯度進行梳理和設計，逐一排查和篩選出相對應的應用。最終我們總結出了新能源鏈、電動汽車鏈、儲能鏈、微網鏈、需求側響應鏈和LNG鏈六條行業鏈，以及計量區塊鏈、運維區塊鏈、交易區塊鏈、流通區塊鏈、金融區塊鏈五條功能鏈。但是，其中仍然存在一些風險和挑戰。
首先，從開發者角度來看，因為區塊鏈目前仍是一個未完成的系統基礎設施，共識和效率的一致性和可用性很難兩全，使用者只能選擇高一致性但效率很差的系統，或者選擇高可用但一致性比較差的系統。除此之外，我國物聯網覆蓋還存在很大的“空白”，很多智能電錶的數據是拿不出來的。同時，公有鏈帶來的信息安全範式的革命、預言機機制的缺乏、未經驗證的安全漏洞和隱私洩露風險、智能合約和上層應用更容易受到攻擊，以及用戶行為的改變、商業利益的挑戰、思維模式的解放、政府更新的滯後、跨界監管的空白都是能源區塊鏈發展存在的問題。
另外從消費者角度來看，也有很多問題，如消費者可能不感興趣、一旦丟失ID或私鑰，數據完全丟失、目前公共區塊鏈系統的交易成本極高等，簡而言之，就是看消費者對於去中心化買不買單。
除去上述挑戰外，區塊鏈的能源產業應用也需要良好基礎，包括市場需求、政策許可、物聯網系統、區塊鏈分佈式賬本、公司組織社群化改造、通證經濟學，最終才能實現DAPP（去中心化應用）。不僅僅在能源行業，這些也是包括工業、醫療、交通等行業在內都需要解決的問題。
區塊鏈+能源實驗項目：從反面案例中得到的警示
來看幾個反面案例。
比如日本的Marubeni公司想嘗試使用比特幣支付電費，但由於持有比特幣的人不願意拿比特幣去換電費，能源企業也不願意接收比特幣，這一項目最終以失敗告終；比如荷蘭的VATTENFALL和德國的RWE兩家公司，都嘗試使用區塊鏈進行電動汽車的售電結算，然而，在這個過程中他們發現消費者看中的是RWE和VATTENFALL的品牌，而非具體的消費方式，因此最後還是用中心化的支付清結算系統取代了區塊鏈；再比如新西蘭Vector公司的分佈式屋頂光伏清結算項目，由於所有區塊鏈的智能合約都是開源的，因此任何一個競爭對手都可以抄襲，變相使得Vector的競爭優勢逐漸弱化，這也迫使該項目被迫中斷。
綜上，你會發現，所有區塊鏈+能源應用的失敗都可以總結為以下幾個原因：首先，消費者不需要，生產者也不需要；其次，公司業務量足夠讓它成為信用主題，因此沒有必要借用區塊鏈的去中心化的信任系統來增信賦能；再者，競爭對手藉機通過區塊鏈平臺逐漸趕超自己。
當然，這些問題不僅僅存在於大公司中，許多創業公司也吃了不少苦頭。
此前號稱發佈了世界上第一個區塊鏈去中心化售電應用的LO3 Energy公司，最後也消失了，為什麼？第一個原因是在紐約不允許個人售電，而它的售電模式就是點對點個人售電，第二個原因是消費者根本不需要這樣的模式。
無獨有偶，澳大利亞的Power Ledger項目也是以居民屋頂光伏點對點售電為目標，通過在高密度住房中的消費者和生產者參與的能源交易中提供一個開發平臺，並支持P2P的能源分佈式交易來實現，推出了世界上首個支持P2P區塊鏈驅動的能源交易平臺。然而，由於模式過於理想化，電力公司也可以提供相似服務，而宿主必須保留並提供足夠的POWR，使得他們的資金減少，存活壓力增大，大大降低了他們的熱情。加之POWR的買入方式可能造成消費者產生損失，同時無法確保數字資產和物理資產的一一映射，這一項目最終也以失敗結束。
另一個案例是Wepower。它是立陶宛的一個項目，區別於Wepower，它是能源區塊鏈應用的第二種類型——電力資產數字化。基於區塊鏈的綠色能源交易平臺，再生能源生產者可以通過連接wepower平臺將生產的能源標記(基於能源的代幣)，並由以太坊標準化智能合約進行交易，也能標記出售還未生產但計劃的能源，並透過Wepower平臺幫助消費者取得能源的生產、消耗、流動的控制權。
但它也同樣發存在問題。首先，由於這個項目的設計者的並不懂能源行業，因此其中的收益率被誇大了，但是真實情況下的收入可能連原測算值的1/3都不到，甚至有可能是虧錢的。此外，拍賣制度也有問題，擁有代幣的持幣者擁有參與拍賣的優先權，讓早期沒有參與代幣初始發行的能源買家有較大的競爭差距，但早期的代幣價格卻不一定合理。同時電力資產代幣化也容易受代幣市場極不穩定的價格過山車影響。從交易對手的角度而言，電力代幣錨定的電能各國相同但電價不同，白皮書一廂情願的設定人們會為了套利而使代幣更有流通性，卻忽略電能的
跨國輸送問題，而導致套利交易實際上沒有交易對手。
根據以上這些失敗案例，我們總結了區塊鏈在實體產業應用中的注意事項。首先，可以肯定的是區塊鏈和智能合約是可以實現的，但需要明確的是區塊鏈實現的不是性能的提升，而是業務模式的改變，相反性能大幅度下降，其核心是去中心化和去中介化。因此，它只能實現對鏈內內生的信息信任，對外界引入的信息無法建立信任，需要物聯網系統集成來得以實現。此外，任何區塊鏈項目的通證經濟學都需要嚴肅建模論證，並且它還將面臨嚴峻信息安全挑戰，智能合約的安全性必須經過嚴格測試。
在我看來，區塊鏈與實體產業結合還處於非常早期的發展階段，預計要到2025年才能在一些新興的實體產業中落地，例如眾籌、共享經濟、物流金融等等。而在2025年之後，基於區塊鏈、 AI、物聯網的下一代信息網絡將演化出新的經濟模式。但儘管如此，如果等區塊鏈成熟之後再上賽道就根本來不及。因此，對於想要“搭車”的企業而言，就要從早開始，去試錯、去研究，才有機會成為區塊鏈領域的領軍者。
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