来源：《区块链杂谈》第四期
演讲人：曹寅能源区块链实验室合伙人，信达证券首席区块链专家
我从年开始研究区块链和数字货币，到现在每一天甚至每一秒对区块链都有新的认识。今天，在讨论实体产业与区块链的结合之前，我们先回到区块链本身，看看它到底解决了什么问题？答案就是信任。
从分布式到去中心：区块链解决的是信任危机
如今信任问题的解决靠的是第三方。比如，金融行业就是最典型的一个例子。举个例子，由于两个法人或者自然人之间无法实现直接投融资或者清算，就需要通过彼此都信任的第三方机构，比如商业银行从而建立信任关系。
如果说商业银行是人与人、人与机构之间的中间机构，那么银联就是银行与银行之间的中间机构。它实际上是央行、财政部，以及各大股份制商业银行和四大国有银行构成的联合体，是代表中国市场的银行联合体。因此，如果银联要和其他国家的银行发生交易，就需要再找到诸如SWIFT、国际清算银行、欧洲的Abank这样的中间机构。然而，你会发现，所有的第三方信任体系建设到最后其实都是不中立的。它们说到底还是基于分布式共识，由不同主体明确各自的利益，再构成中心化的组织，由此层层往下，最后到每一个人的账户。因此，现在看似中立的第三方信任机构，其核心还是分布式信任。
再说回基于区块链的分布式信任体系，不同的系统之间其实也有很大的区别，比如非拜占庭容错系统和拜占庭容错系统。
其中，拜占庭容错系统解决的是“拜占庭将军问题”，这也是区块链核心解决的最重要的问题之一。这背后其实是一个很有意思的历史故事，说的是在拜占庭帝国时期，将军势力分散在各个省份，就如中国古代的藩镇割据，所有势力都是听宣不听调，也就是说皇帝可以对他进行册封，但是无权向他们借兵去打仗。这些将军们在内部形成了联盟，通过相互协调的方式出兵。然而，假使联盟内部有人有了异心，该出兵的时候不出兵，或者传递假消息，就会造成“拜占庭故障”，即随意性故障。在区块链系统中，随意性故障是最严重的故障，这将使得网络中不同成员关于全体协作的策略得出不同结论，从而破坏系统的一致性。而其中，那些不受控的节点，就被称为“拜占庭节点”。
为了解决拜占庭故障，我们把分布式系统分成以下三类：
第一类，非BFT类，即可以容忍除拜占庭错误以外的其他错误；
第二类，BFT类，即可以容忍拜占庭错误；
第三类，Blockchain类，即在容忍拜占庭错误的前提下，节点能够自由进出网络。
为此，我们还发明了共识算法（机制），同样分为三类：
第一类，非BFT类，包括Paxos、Raft、SOLO、Kafka，通过对相关的记账权或者数据最终记录权来进行排序，决定由谁来为这个数据记账；
第二类，BFT类，对于容忍拜占庭节点的，是容忍其中存在一些坏的节点，但数量不能太多，比如PBFT中就不能超过1/3；
第三类，Blockchain类，区块链共识算法通过引入成本和激励的方式，解决拜占庭节点之间的信任，契约以及激励机制的问题。
在这之中，Blockchain类的共识算法跟BFT共识算法有几个比较的区别。首先，Blockchain类容忍节点的自由进入、自由退出。其二，对于拜占庭节点的数量容忍的阈值有所不同，比如最典型的PBFT是不能超过1/3，但是在Blockchain类别中，只要是50%以下都可以。其三，Blockchain类的算法中是有成本和收益的激励，也就是说是需要投入和获得才能调动每一个人的积极性，使得每一个矛盾结合体产生同向一致性，通过类似像磁场的激励方式，使大家都能尽可能不成为拜占庭节点。这也是两者的最大区别。
完整的区块链架构：数据层、网络层、共识层、激励层、应用层
下面介绍一个典型的区块链架构，从下往上依次是数据层、网络层、共识层、激励层和应用层。
最底下是数据层。先对区块数据结构打包，再通过哈希函数作为指针构成不同区块之间、有且唯一的的链式数据结构。在此基础上，通过Merkle树对区块数据包以及其中的每一笔交易形成数据索引；通过数字签名进行相关的加注、签名。最后，再通过非对称加密，形成账目体系。
数据层之上是网络层。区块数据打包之后，得通过对等网络传播出去，才能进行交易发布。通常会涉及到常见的P2P网络，以及相关的传播机制、验证机制，从而保证交易的有效性、合法性。
再往上是共识层，这才是区块链的精髓和灵魂所在。如上面介绍，共识算法包括了非BFT类、BFT类以及Blockchain类，与此同时，新的共识算法还在不断被开发出来。
到目前为止，数据层、网络层和共识层实际上已经构成了一个完整的区块链系统。但是，它仅仅是一个“标本区块链”，因为你还无法激励大家参与到系统中来，就如同橱窗里的展示一样。
因此，我们认为激励层是让整个系统“活起来”的非常重要的模块。其中最典型的激励层就是通证经济学，即通过通证的发行和流通，确保在共识层中的参与者能够提供去中心化的共识。激励层可以分成两类，一是通过代币的发行调动大家积极性，二是通过惩罚或者线下的激励方式。
总而言之，区块链并不神秘，也不是万能的，它实际上就解决一个问题——即信任问题，因此有很强的金融属性。
“区块链+能源”的实现，需要打好七个层面的基础
回到能源行业与区块链结合问题。
年，我们联合国内的一些合作伙伴推出了“能源互联网”这个概念，并在产学研政等不同方面不断对它进行完善和丰富。于是，在年作为能源局课题组的专家，我还参与了“互联网+智慧能源行动计划”的制定，并且主要负责“互联网+智慧能源体制支撑”的内容设计。在这一过程中，我发现能源互联网存在很致命的问题——即信任问题。传统模式下的能源行业参与主体具有超强的中心化，包括大型国有企业、大型用电企业等等。然而，在新构建的能源互联网系统里，很多都是一些分散性的、动态的小主体，包括个体以及一些小型生产企业等等。这使得能源行业的市场决策参与角色发生很大的变化。
以分布式光伏为例，在它的生产、运营和投融资过程中至少存在三个主体。一个是屋顶企业，即所谓屋顶的业主。二是电的需求者，一般是一些工厂。三是电站的投资人，即电站运营主体。这些主体之间的关系比较复杂、没有信任感，因此，就需要引入担保、公证、认证、核查、审查、保险等一系列机构。这仅仅是一个方面，在分布式光伏市场除了电量交易，还有碳减排交易、需求侧相应的交易，以及基于电站作为基础资产的金融产品交易等等，这让所有的流程和关系都变得相当复杂和麻烦，并且成本昂贵。
所以，如果能够基于区块链把这些非常复杂的中心角色全部去掉，留下最简单的点对点的主题，将大大降低其中的成本。这就是区块链和能源互联网最大的结合点，甚至可以说没有区块链，就很难实现成熟的能源互联网市场。
为此，从年年底开始，我们就致力于区块链与能源行业的结合应用，通过对从行业和功能等不同纬度进行梳理和设计，逐一排查和筛选出相对应的应用。最终我们总结出了新能源链、电动汽车链、储能链、微网链、需求侧响应链和LNG链六条行业链，以及计量区块链、运维区块链、交易区块链、流通区块链、金融区块链五条功能链。但是，其中仍然存在一些风险和挑战。
首先，从开发者角度来看，因为区块链目前仍是一个未完成的系统基础设施，共识和效率的一致性和可用性很难两全，使用者只能选择高一致性但效率很差的系统，或者选择高可用但一致性比较差的系统。除此之外，我国物联网覆盖还存在很大的“空白”，很多智能电表的数据是拿不出来的。同时，公有链带来的信息安全范式的革命、预言机机制的缺乏、未经验证的安全漏洞和隐私泄露风险、智能合约和上层应用更容易受到攻击，以及用户行为的改变、商业利益的挑战、思维模式的解放、政府更新的滞后、跨界监管的空白都是能源区块链发展存在的问题。
另外从消费者角度来看，也有很多问题，如消费者可能不感兴趣、一旦丢失ID或私钥，数据完全丢失、目前公共区块链系统的交易成本极高等，简而言之，就是看消费者对于去中心化买不买单。
除去上述挑战外，区块链的能源产业应用也需要良好基础，包括市场需求、政策许可、物联网系统、区块链分布式账本、公司组织社群化改造、通证经济学，最终才能实现DAPP（去中心化应用）。不仅仅在能源行业，这些也是包括工业、医疗、交通等行业在内都需要解决的问题。
区块链+能源实验项目：从反面案例中得到的警示
来看几个反面案例。
比如日本的Marubeni公司想尝试使用比特币支付电费，但由于持有比特币的人不愿意拿比特币去换电费，能源企业也不愿意接收比特币，这一项目最终以失败告终；比如荷兰的VATTENFALL和德国的RWE两家公司，都尝试使用区块链进行电动汽车的售电结算，然而，在这个过程中他们发现消费者看中的是RWE和VATTENFALL的品牌，而非具体的消费方式，因此最后还是用中心化的支付清结算系统取代了区块链；再比如新西兰Vector公司的分布式屋顶光伏清结算项目，由于所有区块链的智能合约都是开源的，因此任何一个竞争对手都可以抄袭，变相使得Vector的竞争优势逐渐弱化，这也迫使该项目被迫中断。
综上，你会发现，所有区块链+能源应用的失败都可以总结为以下几个原因：首先，消费者不需要，生产者也不需要；其次，公司业务量足够让它成为信用主题，因此没有必要借用区块链的去中心化的信任系统来增信赋能；再者，竞争对手借机通过区块链平台逐渐赶超自己。
当然，这些问题不仅仅存在于大公司中，许多创业公司也吃了不少苦头。
此前号称发布了世界上第一个区块链去中心化售电应用的LO3Energy公司，最后也消失了，为什么？第一个原因是在纽约不允许个人售电，而它的售电模式就是点对点个人售电，第二个原因是消费者根本不需要这样的模式。
无独有偶，澳大利亚的PowerLedger项目也是以居民屋顶光伏点对点售电为目标，通过在高密度住房中的消费者和生产者参与的能源交易中提供一个开发平台，并支持P2P的能源分布式交易来实现，推出了世界上首个支持P2P区块链驱动的能源交易平台。然而，由于模式过于理想化，电力公司也可以提供相似服务，而宿主必须保留并提供足够的POWR，使得他们的资金减少，存活压力增大，大大降低了他们的热情。加之POWR的买入方式可能造成消费者产生损失，同时无法确保数字资产和物理资产的一一映射，这一项目最终也以失败结束。
另一个案例是Wepower。它是立陶宛的一个项目，区别于Wepower，它是能源区块链应用的第二种类型——电力资产数字化。基于区块链的绿色能源交易平台，再生能源生产者可以通过连接wepower平台将生产的能源标记(基于能源的代币)，并由以太坊标准化智能合约进行交易，也能标记出售还未生产但计划的能源，并透过Wepower平台帮助消费者取得能源的生产、消耗、流动的控制权。
但它也同样发存在问题。首先，由于这个项目的设计者的并不懂能源行业，因此其中的收益率被夸大了，但是真实情况下的收入可能连原测算值的1/3都不到，甚至有可能是亏钱的。此外，拍卖制度也有问题，拥有代币的持币者拥有参与拍卖的优先权，让早期没有参与代币初始发行的能源买家有较大的竞争差距，但早期的代币价格却不一定合理。同时电力资产代币化也容易受代币市场极不稳定的价格过山车影响。从交易对手的角度而言，电力代币锚定的电能各国相同但电价不同，白皮书一厢情愿的设定人们会为了套利而使代币更有流通性，却忽略电能的
跨国输送问题，而导致套利交易实际上没有交易对手。
根据以上这些失败案例，我们总结了区块链在实体产业应用中的注意事项。首先，可以肯定的是区块链和智能合约是可以实现的，但需要明确的是区块链实现的不是性能的提升，而是业务模式的改变，相反性能大幅度下降，其核心是去中心化和去中介化。因此，它只能实现对链内内生的信息信任，对外界引入的信息无法建立信任，需要物联网系统集成来得以实现。此外，任何区块链项目的通证经济学都需要严肃建模论证，并且它还将面临严峻信息安全挑战，智能合约的安全性必须经过严格测试。
在我看来，区块链与实体产业结合还处于非常早期的发展阶段，预计要到年才能在一些新兴的实体产业中落地，例如众筹、共享经济、物流金融等等。而在年之后，基于区块链、AI、物联网的下一代信息网络将演化出新的经济模式。但尽管如此，如果等区块链成熟之后再上赛道就根本来不及。因此，对于想要“搭车”的企业而言，就要从早开始，去试错、去研究，才有机会成为区块链领域的领军者。