国际单位制量子化重大变革与区块链在智慧广电中的应用

申其辉

摘要：区块链是信息領域的前沿技术和颠覆性技术，已被国家列为发展重点，需要突破的瓶颈也较多。国际单位制量子化重大变革对区块链和智慧广电有着深远影响，这轮变革将有力推进精密制造和智能制造发展，突破区块链和智慧广电的硬件制造和基础设施瓶颈。量值溯源“零链条”将加剧区块链的去中心化特征，在主导智慧广电技术体系中，区块链很难成为优先选项。要将智慧广电和区块链关键技术纳入国家现代先进测量体系建设范畴，把国家标准时间建设列为我国区块链和智慧广电的信息安全优先项，高度重视量子计量芯片竞争在区块链和智慧广电发展中的胜负手地位，稳妥运用区块链技术，促进智慧广电发展。

关键词：国际单位制  量子化  区块链  智慧广电

“智慧广电”自从在2015年第23届中国国际广播电视信息网络展览会主题报告会上提出后，①得到了理论界和业界的重视。据中国知网上发表的文献统计，与“智慧广电”相关的论文数量已超过百篇。2018年初，来自全国27个省（区、市）广电网络公司及广电行业上下游企业齐聚贵阳，成立了智慧广电联盟。2018年3月，作为CCBN中国国际广播影视发展论坛（BDF）的重要活动之一，“CCBN2018智慧广电峰会”在北京举办，国内外广电行业知名企业代表和行业精英，从不同的角度、多个维度分析研讨智慧广电的发展趋势、路径、智慧城市的发展思路，以及人工智能如何引领智慧广电实现建设和发展等话题。从已发表的研究文献和相关报道来看，从国际单位制量子化变革、区块链等视角来探讨智慧广电的研究文献较少。本文试图将国际单位制量子化变革、区块链等热门话题结合，扩大智慧广电的视野，探索智慧广电的发展模式。

问题的提出

区块链技术已经不容置疑地成为科技和金融领域炙手可热的新技术，但智慧广电与区块链的相互关系，还缺乏研究的技术路线。因为智慧广电、区块链都与信息化密不可分，所以将智慧广电、区块链等视为信息技术、数字技术的新应用，就比较容易找到智慧广电、区块链的共同语言，找准区块链在智慧广电中的切入点。张君昌、雄鹰（2018）②、张波（2018）③、吴天飞（2016）④等学者梳理了“智慧广电”的核心内容，认为“智慧广电是以智能化的下一代广电网络（NGB）为基础，融合大数据、云计算、人工智能（AI）、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术和移动互联、物联网等先进技术和设施，推动信息科技与社会生活深度融合，实现信息传递、管控及其服务的智能化、安全化，推动信息社会进入高级阶段，最终与智慧城市、智慧社区、智慧健康、智慧教育、智慧家庭等融为一体。”区块链（Block chain）是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中介化的数据库，同时是作为比特币的底层技术。张文（2018）⑤等也分析了区块链的相关特点，认为“区块链技术是一项利用密码学算法、以去中心化方式集体维护一个可靠分布式数据库的新兴技术。它具有分布式、不可篡改、可追溯等特征，能够弥补传统信用体系不足，防止信息篡改和伪造，节省全社会信用成本，对金融、电子商务、智慧医疗、社会保障、物联网、能源等领域将产生重要影响。”从上述内容，我们可以清晰地判断，智慧广电、区块链都与信息化密不可分。

“区块链”概念出现比“智慧广电”更早，发展势头更猛。1991年，由Stuart Haber和W. Scott Stornetta第一次提出关于区块的加密保护链产品，随后分别由Ross J. Anderson与Bruce Schneier & John Kelsey分别在1996年和1998年发表。中本聪在2008年第一次提出了“区块链”的概念，在随后数年中，成为了电子货币比特币的核心组成部分。目前区块链得到了金融界的高度重视，发展势头远胜于智慧广电。据中国知网的数据显示，2015年1月到2018年8月期间发表的中文期刊文献里，有1957篇文献的标题与“区块链”相关，而“智慧广电”相关的只有百余篇，明显低于区块链的研究。从理论上讲，我国拥有世界上最大的信息化市场，区块链技术的发展有望形成万亿元级的超大应用空间。但在实践上，智慧广电、区块链都还处在探索初创阶段，两者如何融合？只有融合才能促进智慧广电健康发展，需要从影响未来信息化、数据化的基础设施和底层技术进行探讨，才能认清未来信息化发展趋势，推进区块链在智慧广电中的发展和实际应用。

国际单位制量子化重大变革对区块链和智慧广电的深远影响

国际单位制量子化变革将在对战略性新兴产业竞争、制造强国建设、创新驱动发展、国家安全保障、科技兴军强军，以及我国进入世界舞台中央等方面产生重大而深远的影响。然而，这次重大变革对民生、文化等的影响，研究还不深入，对广播电视的影响还没有出现有影响力的学术成果。

一、国际计量单位量子化将有力推进精密制造和智能制造发展，突破区块链和智慧广电的硬件制造和基础设施瓶颈。区块链是信息领域的前沿技术、颠覆性技术，已被国家列为发展重点，需要突破的瓶颈众多。2018年5月，习近平总书记在《在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上的讲话》中强调，“以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链为代表的新一代信息技术加速突破应用”，“信息、生命、制造、能源、空间、海洋等的原创突破为前沿技术、颠覆性技术提供了更多创新源泉，学科之间、科学和技术之间、技术之间、自然科学和人文社会科学之间日益呈现交叉融合趋势”。《国务院关于印发“十三五”国家信息化规划的通知》（国发〔2016〕73号）中，区块链与量子通信、未来网络、类脑计算、人工智能、全息显示、虚拟现实、大数据认知分析、新型非易失性存储、无人驾驶交通工具、基因编辑等，并列为基础研发和前沿布局的技术，明确提出需加强区块链等新技术的创新、试验和应用，以实现抢占新一代信息技术主导权。《国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》（2017年11月19日）指出，要“促进边缘计算、人工智能、增强现实、虚拟现实、区块链等新兴前沿技术在工业互联网中的应用研究与探索。”

随着区块链的价值体现，参与者越来越多，海量数据需要处理，造成全网算力的难度呈现出指数级上升，这对区块链硬件设备的产量和性能都提出了更高的要求。在算力难度不断增加的需求驱动下，区块链硬件制造精细化和智能化程度越来越高，尤其是芯片计算能力不断提升，成为整个区块链产业发展的基石，成为区块链在智慧广电中应用的关键瓶颈。国际计量单位量子化将有力推进精密制造和智能制造发展。20世纪60年代“秒”的重新定义、80年代“米”的重新定义以及90年代电学量重新定义，已经在导航产业、航天发动机、高端集成电路、机器人等方面产生了重要影响。例如，“米”定义的量子化变革后，将摆脱复杂的溯源链条和不断损失精度的逐级传递模式，促进数字化精密制造的实现。基于量子传感器技术的芯片级计量器件嵌入高端制造的设备和产品中，“米”的重新定义让激光波长取代了米原器，大量应用于先进制造、航空航天测控、天文大地测绘、大型建筑物变形监测等领域。

超精加工、集成电路和微纳制造是跨学科、多技术的集成，而嵌入了激光波长米的激光干涉技术是实现“微”“精”制造的重要和必须条件之一。同时由于超精加工、集成电路和微纳制造技术的使用，使得光学组件、光栅尺和芯片制造达到了纳米精度。国际单位制重新定义将智能制造产业的产生巨大影响。例如，电学量重新定义将对新型传感器和仪器仪表产业影响巨大。据统计，我国2016年仪器仪表行业规模以上企业实现主营业务收入9355.4亿元，同比增长9.1%。仪器仪表在国家安全方面发挥着重要作用，高端装备制造的精密测量，深空、深海探测等国家重大战略工程的实施都需要高端仪器支撑。在国防、纳米科技、先进制造、机器人等战略性领域，发达国家一直对我国实行技术封锁，如超高精密磁场、压力场、高分辨激光干涉仪，电磁辐射加速器、高端航天测控设备等，高端仪器的缺失，极大制约着智能社会、智能城市和智慧广电等的发展速度和安全保障。

国际单位制重新定义后，基于全新的量子计量基准与信息技术的融合，可实现多物理量、多参数的量子计量标准与传感器的制备，建立智能制造中仪器仪表全生命周期的测试、溯源、高精度实时和自校准修正，从而推进我国智能制造和精密制业的发展，为我国信息安全和智慧广电安全提供保障，加速突破区块链和智慧广电的硬件制造和基础设施瓶颈。

二、量值溯源“零链条”将加剧区块链的去中心化特征，广电监管机构在主导智慧广电技术体系中，区块链很难成为优先选项。国际单位制量子化变革后，量值溯源“零链条”，将加剧区块链的去中心化特征，广电监管模式面临巨大挑战。区块链研究学者认为，区块链是一种去中心化的数据库，它包含一张被称为区块的列表，有着持续增长并且排列整齐的记录。由于使用分布式核算和存储，不存在中心化的硬件或管理机构，任意节点的权利和义务都是均等的，系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护。到2014年，“区块链2.0”成为一个关于去中心化区块链数据库的术语。对这个第二代可编程区块链，可以允许用户写出更精密和智能的协议。区块链2.0技术跳过了“价值交换中担任金钱和信息仲裁的中介机构”，因此监管机构面临极大挑战。2016年10月，国家互联网应急中心发布《开源软件源代码安全漏洞分析报告——区块链专题》，针对区块链领域的知名开源软件，结合漏洞扫描工具和人工审计的方式，在代码层面发现高危安全漏洞746个，中危漏洞3497个，数量较多的高危漏洞有不安全的随机数、不安全的JNI、空指针解引用等。？讀？訛

国际单位制量子化变革后，量值溯源“零链条”将使监管机构面临更多更大挑战。从2006年中国计量科学研究院开始研制锶原子光晶格钟，2015年，锶原子光晶格钟不确定度达到了2.3×10-16，绝对频率测量不确定度达到了3.4×10-15。但与美国相比，我国在时间频率上的差距还是比较明显的，在未来全球量值溯源体系竞争中，压力很大。世界主要发达国家均认识到以“计量基准量子化”和“量值溯源扁平化”为主要特征的国际计量变革，完美契合了以信息物理系统为基础的第四次工业革命。例如，基于玻尔兹曼常数定义的温度计，可有效降低成本，在一根头发丝上可以集成上千个温度计。美国标准与技术研究院正在研究的基于玻尔兹曼常数的量子温度计，将大幅扩展温度测量范围，标准光子温度计（SPoT）传感器尺度可将实现众多领域温度的高精度、实时、在线和零链条溯源与测量。量值溯源“零链条”将加剧区块链的去中心化特征，在广电监管机构构建智慧广电技术体系中，具有去中心化特征的区块链技术很难占有一席之地。

措施建议

区块链已被国家列为新一代信息技术发展重点，它在各个领域的应用加强是一种必然趋势。但区块链在我国智慧广电中的广泛深入应用，需要结合我国国情进行整体布局，科学制定、合理规划智慧广电领域区块链的关键技术路线和发展模式。

一、将智慧广电和区块链关键技术纳入国家现代先进测量体系建设范畴。量子技术是数字时代的基石，随着国际单位制的重新定义，测量准确度随技术进步将不断提高，触发科学、工业和技术的创新。《中共中央、国务院关于开展质量提升行动的指导意见》（2017年9月5日）强调，要“构建国家现代先进测量体系”。单位制重新定义将使全球测量体系同时面临机遇和挑战，量子计量呈现出完全不同的特点，真正可以实现直接溯源到量子化计量基准的“零链条”校准。智慧广电和区块链的芯片等硬件制造关键技术发展，要积极主动顺应国际计量单位量子化趋势和新成果。区块链作为新一代信息技术发展重点，智慧广电作为三网融合的重点，都理应成为计量科技基础服务、产业计量测试体系、区域计量支撑体系等关注的重点。

二、把国家标准时间建设列为我国区块链和智慧广电的信息安全优先项。国际单位制量子化之后，时间频率将成为数值之源。自2019年5月20日起，全球将正式启用千克、开尔文、安培、摩尔的新定义。时间、长度、质量、温度、电流、物质的量等全部由量子计量基准取代现行的实物基准。由于“时间”是精度最高、不确定度最低的量，其余六个基本量，可溯源至时间频率。精确的“时间”是现代生活的基石、国家安全的保障。手机，互联网和卫星导航系统，都依赖于量子化的原子钟提供的时间。区块链和智慧广电的信息安全，最终都会溯源到时间频率。《国务院办公厅关于印发国务院2015年立法工作计划的通知》（国办发〔2015〕28号）列出的46件有关保障和改善民生、促进社会和谐稳定的立法项目中，包括“国家标准时间管理条例”。近些年，笔者在参与国家和相关部委应对国际单位制量子化变革研究过程中深深感到，“原子钟作为立体化战争标尺，比原子弹更重要”。我们要充分认识到在量子化和信息化时代，时间频率是数值之源，国家标准时间建设是区块链和智慧广电信息安全之源。

三、高度重视量子计量芯片竞争在区块链和智慧广电发展中的胜负手地位。国家相关主管部门将区块链和智慧广电发展提高到战略层面，符合世界新一代信息技术产业发展趋势。影响面广的颠覆性技术提供了更多创新源泉，也极大改变人类生产方式、生活方式乃至思维方式，对政府管理、经济安全和社会稳定乃至全球治理产生深远影响。从国际竞争力角度来看，基准级的量子计量芯片是竞争的焦点。二十年来，美国标准与技术研究院将量子计量基准相关研究列为重点发展方向，优先予以经费保障，确保了他们在这轮“量子化变革”中的领先地位。现在美国正在大力推进美国芯片上的国家计量标准计划（NIST on CHIP）。一旦美国实现了这个计划，可通过量子计量与量子传感技术实现无处不在的最佳测量，量子化的计量技术将使美国掌控全球量值溯源体系话语权，获取高端仪器装备制造的绝对优势，掌握全球绝大部分广电設备的溯源权，我国智慧广电的设备安全和内容安全，将受到严重挑战。可见，基准级的量子计量芯片将成为区块链和智慧广电发展国际竞争的胜负手。我们要努力实现基准级的量子计量芯片关键核心技术自主可控，把区块链和智慧广电创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。要积极稳妥地推进区块链在智慧广电的应用，拓展延伸广电产业的发展空间。

注释：①“智慧广电”一词，是2015年时任国家新闻出版广电总局副局长聂辰席提出的。他指出，智慧广电不仅仅是一种服务模式，还包括智能化生产运营、分发传播，是促使广电从“功能”向“智能”转型的引擎。载聂辰席：《打造智慧广电，畅享数字生活——在CCBN2015主题报告会上的讲话》，《广播与电视技术》，2015（4）。

②张君昌，雄 鹰：《风口即来：智慧广电蓄势待发》，《声屏世界》，2018（3）。

③张 波：《当前我国智慧广电的建设症结与应对路向》，《声屏世界》，2018（3）。

④吴天飞：《智慧广电建设若干问题的思考》，《中国有线电视》，2016（7）。

⑤张 文：《培育数字经济发展新动能，引导区块链产业健康发展》，《人民日报》，2018年07月16日07版。

⑥工业和信息化部信息中心，起风财经区块链研究院等：《2018年中国区块链产业白皮书》，2018年5月。