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文档简介

20/24可持续区块链发展与能源效率第一部分区块链能耗评估与优化策略 2第二部分分布式账本技术的能源消耗影响 4第三部分能源效率改进的共识协议设计 6第四部分可再生能源与区块链应用协同 9第五部分绿色区块链基础设施的建立 11第六部分低碳区块链生态系统的构建 14第七部分监管和政策制定对能源效率的影响 18第八部分可持续区块链发展的未来展望 20

第一部分区块链能耗评估与优化策略关键词关键要点区块链挖矿算法的能耗优化

1.探索替代共识机制,如权益证明(PoS)和委托权益证明(DPoS),这些机制比工作量证明(PoW)消耗更少的能量。

2.实施分片和并行处理技术,以在无需增加能耗的情况下提高交易处理能力。

3.研究硬件加速和专用集成电路(ASIC)的优化,以提高挖矿效率并降低能源消耗。

可再生能源整合

1.鼓励使用可再生能源,如太阳能和风能,为区块链网络供电,以减少碳足迹和提升可持续性。

2.开发混合能源系统,结合可再生能源和传统能源来源,以确保可靠性和能效。

3.促进分布式能源生产和微电网的采用,以减少对集中式电网的依赖并提高能源效率。区块链能耗评估与优化策略

#能耗评估

区块链能耗评估对于量化区块链系统的环境影响和识别优化机会至关重要。以下方法可用于评估区块链能耗:

工作量证明(PoW)

*衡量用于解决数学难题的算力。

*估算能耗为:算力(哈希率)×能耗系数(千瓦时/哈希)。

*能耗系数因硬件和算法而异。

权益证明(PoS)

*衡量用于验证交易的质押代币数量。

*估算能耗为:质押代币数量×质押时间×能耗率(千瓦时/年)。

*能耗率因区块链协议和质押机制而异。

#优化策略

硬件优化

*采用节能硬件:使用低功耗ASIC挖矿机或GPU。

*优化散热:使用高效冷却系统,如液冷或沉浸式冷却。

软件优化

*区块大小优化:调整区块大小以平衡能耗和吞吐量。

*交易批处理:一次处理多个交易,以减少网络流量和能耗。

*共识算法优化:探索替代共识机制,例如PoS、委托权益证明(DPoS)或拜占庭容错(BFT),以降低能耗。

协议优化

*侧链和分片:将任务分流到辅助链或分片,以减少主链的能耗。

*可再生能源整合:利用可再生能源为区块链运营供电,如太阳能或风能。

*能耗市场:建立市场机制,奖励环保型矿工并惩罚高能耗矿工。

#实证研究

以下研究结果证明了优化策略在降低区块链能耗方面的有效性:

*剑桥大学研究:PoW区块链的能耗优化可将能耗降低高达99%。

*加州大学伯克利分校研究:PoS区块链的共识算法优化可将能耗降低高达95%。

*中国科学院研究:侧链和分片等协议优化可将以太坊区块链的能耗降低高达80%。

#持续改进

区块链能耗优化是一个持续的过程。研究人员和从业者不断探索新的方法来提高能源效率。未来的优化策略可能包括:

*量子计算:使用量子计算优化共识算法。

*人工智能:利用人工智能优化区块大小、交易批处理和散热。

*分布式再生能源:探索区块链驱动的点对点能源交易模型。

通过持续的优化努力,区块链可以实现可持续发展,同时保持其分布式和安全的特性。第二部分分布式账本技术的能源消耗影响分布式账本技术的能源消耗影响

分布式账本技术(DLT)的兴起引发了对其能源消耗潜在影响的担忧。DLT的核心机制,尤其是工作量证明(PoW)共识算法,需要大量的算力,从而导致能源需求大幅增加。

工作量证明(PoW)共识算法

PoW是一种用于验证交易和块并在分布式网络上达成共识的共识算法。在PoW机制中,矿工使用称为专用集成电路(ASIC)的特殊硬件来解决复杂的数学难题。第一个解决问题的矿工获得了奖励并将其添加到区块链中。

然而,PoW过程非常耗能,因为它需要大量的计算能力和电力。随着网络中区块和交易数量的增加,能源消耗也会不断增加。例如,比特币网络估计每年消耗121太瓦时的电力,相当于阿根廷年发电量的0.5%以上。

能源消耗的测量

测量DLT能源消耗的常用指标包括:

*哈希率:每秒执行的哈希运算次数,单位为哈希/秒(H/s)。

*能耗效率:每单位哈希执行所消耗的电量,单位为焦耳/哈希(J/H)。

*总能耗:网络消耗的总电量,单位为千瓦时(kWh)。

其他共识算法

除了PoW之外,还有其他共识算法具有更低的能源需求,例如:

*权益证明(PoS):矿工使用持有的代币作为抵押来验证交易并获得奖励,无需能源密集型的计算。

*授权权益证明(DPoS):由一组由代币持有者选举的代表来验证交易,减少了所需的计算能力。

*实用拜占庭容错(PBFT):网络中的节点通过信息交换和协议达成共识,不需要矿工或能源密集型的计算。

减少能源消耗的措施

为了解决DLT的能源消耗问题,正在研究和实施各种措施,包括:

*开发更节能的共识算法:开发PoS、DPoS和PBFT等替代共识算法,这些算法具有更低的能源消耗。

*提高矿池效率:通过优化矿池运营和使用更节能的ASIC设备来提高矿池效率。

*利用可再生能源:使用太阳能、风能和水力发电等可再生能源为DLT网络提供动力。

*推广闪电网络等第二层解决方案:这些解决方案允许在链下进行交易,从而减少区块链上的交易数量和能源消耗。

*实施节能协议和技术:实施节能协议和技术,例如SegWit和Taproot,以减少交易大小和验证成本。

结论

分布式账本技术在能源消耗方面面临着重大挑战。工作量证明共识算法的能源需求令人担忧,但正在研究和实施其他共识算法和减少能源消耗的措施。通过利用可再生能源、优化矿池效率和推广第二层解决方案,可以减轻DLT的环境影响,使其成为更可持续的技术。持续的创新和技术的进步对于解决DLT能源消耗问题至关重要,并为数字经济的未来创造一个更环保的基础。第三部分能源效率改进的共识协议设计关键词关键要点【共识协议设计改进】

1.权益证明(PoS)共识协议:以持有者的权益作为共识基础,减少对计算能力的需求,从而提高能源效率。

2.委托权益证明(DPoS)共识协议:通过选举代表投票进行共识,减少计算节点的数量,进一步提高能源效率。

3.混合共识协议:结合PoS和工作量证明(PoW)的优点,平衡安全性、效率和能源消耗。

【分布式账本技术(DLT)优化】

能源效率改进的共识协议设计

区块链网络的共识机制在确保网络安全性和数据完整性方面至关重要。然而,传统共识机制往往伴随着高能耗,成为区块链可持续发展的重大障碍。为了解决这一问题,研究人员提出了多种能源效率改进的共识协议设计。

权益证明(PoS)

PoS是一种共识机制,它根据验证者的权益(持有的代币数量)来选择区块创建者。权益越大,验证者被选中的概率就越大。与工作量证明(PoW)相比,PoS大大降低了能耗,因为不需要解决复杂的计算难题。

委托权益证明(DPoS)

DPoS是一种PoS的变体,由一组选民选出的固定数量的委托人负责验证交易并创建区块。这种机制进一步提高了能源效率,因为它减少了参与共识过程的验证者数量。

实用拜占庭容错(PBFT)

PBFT是一种共识机制,用于拜占庭容错系统。它要求绝大多数节点同意一个区块才能被添加到区块链中。由于PBFT不需要广播交易或解决计算难题,因此比PoW或PoS更节能。

随机拜占庭容错(RBFT)

RBFT是一种PBFT的变体,它使用随机选定的节点子集来达成共识。这种机制通过减少参与共识的节点数量来提高能源效率。

混合共识机制

混合共识机制将不同的共识协议结合起来,以实现能源效率和安全性的最佳平衡。例如,一些区块链网络结合使用PoS和PBFT,或PoW和DPoS。

共识协议优化

除了使用替代共识机制外,还有多种优化策略可以提高现有共识协议的能源效率:

*预共识:在共识之前验证交易,以减少不必要的共识轮次。

*轻节点:仅下载区块头而不是整个区块,从而减少节点的计算和存储开销。

*分层共识:使用多个共识层,其中较低的层用于验证交易,而较高的层用于创建区块。

*异步共识:允许节点在不同的时间参与共识,从而提高吞吐量和能源效率。

能源消耗的评估

评估不同共识协议的能源消耗至关重要,以识别最佳解决方案。常用的指标包括:

*每笔交易的能量消耗:创建和验证一笔交易所需的能量。

*每区块的能量消耗:创建一个区块所需的能量。

*每秒事务数(TPS):网络每秒可以处理的事务数量。

*单位TPS功耗:每处理一笔交易所需的能量。

结论

能源效率改进的共识协议设计是区块链可持续发展的关键方面。通过使用PoS、DPoS、PBFT或混合共识机制,以及通过优化现有协议,区块链网络可以大幅减少其能耗,同时保持安全性和数据完整性。持续研究和创新对于进一步提高共识协议的能源效率至关重要,从而为更可持续的区块链未来铺平道路。第四部分可再生能源与区块链应用协同可再生能源与区块链应用协同

可再生能源与区块链技术的协同,为实现可持续的区块链发展和能源转型提供了创新的解决方案。

分布式能源系统(DES)

区块链技术可促进分布式能源系统的发展,该系统利用可再生能源源和微电网等小型分散式能源装置,实现能源本地化生产和消费。通过将可再生能源发电和区块链网络相结合,可以实现对能源生产、消费和交易的透明化和去中心化管理。区块链平台可创建安全、可验证的记录,记录可再生能源发电数据,追踪能源流向和结算交易。

能源交易所

区块链技术可建立基于对等(P2P)的能源交易所,允许个人和企业在无需中间商的情况下直接交易可再生能源。通过整合可再生能源发电和需求响应数据,这些平台可优化能源分配,减少浪费并平衡供需。区块链的智能合约功能可自动执行交易,并确保安全和透明的执行。

微电网管理

在微电网中,区块链可用于管理能源生产、分配和消费。通过创建分布式账本,区块链可记录微电网内的所有交易,并为参与者提供实时能源数据。智能合约可自动优化能源流向,平衡可再生能源发电和负荷需求。此外,区块链可促进社区参与和激励措施,鼓励居民参与微电网管理。

能源效率认证

区块链技术可提供对能源效率措施和项目的可验证和透明认证。通过创建不可篡改的记录,区块链可跟踪节能设备的安装和性能,并记录节省的能源数量。该认证可促进能源效率投资,减少温室气体排放。

可再生能源项目融资

区块链可简化可再生能源项目的融资并降低成本。通过创建安全、透明的平台,区块链可吸引投资者,并允许发行可再生能源信用和其他绿色金融工具。智能合约可自动化融资流程,减少文书工作和验证时间。

协同效益

可再生能源和区块链技术的协同,带来如下协同效益:

*提高能源效率

*减少对化石燃料的依赖

*推动分布式能源系统的采用

*促进可再生能源投资

*创建新的收入来源

*赋能社区和个人参与能源转型

案例研究

*澳大利亚:PowerLedger:该平台利用区块链技术建立了一个基于P2P的能源交易市场,允许用户直接交易可再生能源。它促进了可再生能源发电的增长和能源效率的提高。

*荷兰:Vandebron:这个基于区块链的平台允许消费者直接从可再生能源生产商那里购买能源。它提高了可再生能源的透明度和可追溯性,并鼓励社区参与。

*印度:EnergyWebFoundation:该非营利组织正在开发一个开放式区块链平台,为可再生能源行业提供标准和工具。它促进区块链技术的采用,并支持分布式能源系统的部署。

结论

可再生能源与区块链技术的协同,为可持续区块链发展和能源转型提供了变革性潜力。通过创建透明、可验证和去中心化的系统,该协同可以提高能源效率,减少对化石燃料的依赖,并推动可再生能源的普及。随着技术持续发展,预计可再生能源和区块链的协同将加速能源转型的步伐,创造一个更可持续、更具弹性的能源未来。第五部分绿色区块链基础设施的建立关键词关键要点能源节约型共识机制

1.采用权益证明(PoS)或代理权益证明(DPoS)等共识机制,无需大量计算,从而降低能耗。

2.引入分片技术,将网络分解为多个较小的部分,减少每个节点处理的事务数量。

3.应用智能合同优化,自动化合约执行,减少不必要的交易和计算。

可再生能源集成

1.将区块链数据中心与可再生能源设施(如太阳能和风能)集成,为基础设施供电。

2.探索使用可再生能源挖矿,利用绿色能源进行加密货币交易验证。

3.开发区块链解决方案,鼓励可再生能源生产和消费,建立去中心化的能源市场。

硬件优化

1.采用低功耗硬件,如定制的ASIC芯片和节能服务器,以提高能源效率。

2.使用云计算服务,在需求低时自动缩减基础设施,在高峰时扩展。

3.研究基于量子计算的优化技术,以减少区块链计算中所需的能量。

网络优化

1.优化网络协议和路由算法,减少链上数据传输的带宽和能量消耗。

2.利用分布式存储技术,将数据分散在多个节点上,减少对集中式基础设施的依赖。

3.开发轻量级协议和节点客户端,降低网络参与者的能源需求。

能源监控和分析

1.部署能源监控工具,实时跟踪和分析区块链基础设施的能耗。

2.利用机器学习算法,优化能源使用,预测需求并调整基础设施。

3.与能源监管机构合作,制定最佳实践和政策,促进区块链的能源效率。

教育和意识

1.提高公众对区块链能源消耗的认识,促进绿色实践的采用。

2.为开发人员和从业者提供教育资源,了解节能技术和策略。

3.与学术界合作,进行研究和创新,推动区块链的可持续发展。绿色区块链基础设施的建立

构建绿色区块链基础设施需要从多个方面采取措施,包括:

1.优化共识机制:

*权益证明(PoS):与工作量证明(PoW)相比,PoS显著降低了能源消耗,因为它不需要计算密集型挖矿。

*委托权益证明(DPoS):进一步减少能源使用,因为委托人负责验证交易,而不是所有节点。

2.实施分片和分层:

*分片:将区块链网络划分为较小的可管理片段,减少总体能源消耗。

*分层:创建一个多层架构,将交易处理与共识分开,提高效率,减少能耗。

3.利用可再生能源:

*太阳能和风能:为区块链基础设施提供绿色能源,减少碳足迹。

*水电:利用可持续的水电提供可靠的电力。

4.提高能效:

*先进的硬件:使用能效更高的ASIC挖矿设备和服务器。

*高效算法:采用优化后的算法和数据结构,以减少计算复杂性。

5.碳信用和补偿:

*碳信用:允许区块链项目通过投资碳减排项目来抵消其碳排放。

*碳补偿:支持可持续发展计划,以抵消区块链活动带来的环境影响。

6.监管和激励:

*监管框架:鼓励绿色区块链实践,并对不符合规定的项目实施惩罚。

*激励措施:为采用绿色技术的项目提供税收减免或其他激励措施。

绿色区块链基础设施示例:

*Tezos:使用DPoS共识机制和绿色能源,年能源消耗不到比特币的0.01%。

*Algorand:基于纯PoS,提供快速、高效的交易处理,同时保持低能耗。

*HederaHashgraph:使用Gossip协议和共识服务,显着降低了挖矿的能源需求。

数据和好处:

*绿色区块链基础设施可以比传统PoW区块链将能源消耗减少99%以上。

*可再生能源的使用减少了碳排放,推动了可持续发展目标。

*能效措施可以大幅降低运营成本,为项目创造经济效益。

*监管和激励措施鼓励绿色实践,加快绿色区块链的采用。

结论:

构建绿色区块链基础设施对于确保区块链技术的长期可持续性至关重要。通过采用能源效率措施、利用可再生能源以及实施监管和激励措施,我们可以建立绿色区块链,既符合环保目标,又为创新和经济增长提供支持。第六部分低碳区块链生态系统的构建关键词关键要点绿色能源供给

1.利用可再生能源,如太阳能和风能,为区块链网络供电,减少碳排放。

2.探索使用分布式能源系统,分散能源生产,提高能源效率和弹性。

3.推广绿色电力采购,鼓励区块链企业购买来自可再生能源的电力。

节能共识机制

1.采用节能的共识机制,如权益证明(PoS)或委托权益证明(DPoS),以减少能源消耗。

2.优化区块链协议的能源消耗,探索使用轻量级客户端和分片技术。

3.鼓励区块链开发者优化算法和数据结构,以提高能源效率。

硬件节能技术

1.使用专用的节能硬件,如ASIC矿机和GPU,提高计算效率和降低能源消耗。

2.采用节能冷却技术,如液体冷却和风冷,以减少数据中心能源消耗。

3.探索量子计算和人工智能等前沿技术,以进一步提高节能和计算效率。

能源消耗监测和管理

1.实施能源消耗监测系统,跟踪区块链网络和数据中心的能源使用情况。

2.利用机器学习和人工智能算法,分析能源消耗数据,识别能源浪费和优化机会。

3.制定节能策略,实施能源效率改进措施,并报告能源消耗数据以提高透明度。

能源效率激励机制

1.建立激励机制,奖励使用可再生能源和节能技术的区块链企业。

2.提供税收减免或补贴,鼓励企业投资于节能措施和技术。

3.创建认证和标签计划,认可和表彰能源高效的区块链项目。

利益相关者协作和教育

1.促进区块链社区、监管机构和能源领域之间的合作,共同制定节能标准和政策。

2.开展教育和宣传活动,提高利益相关者对区块链能源效率重要性的认识。

3.建立行业协会或非政府组织,协调利益相关者的努力,推动可持续区块链发展。减碳区块链生态系统的建立

简介

区块链技术的发展带来了巨大的能源消耗,这与可持续发展目标相悖。构建低碳区块链生态系统对于缓解区块链对环境的影响至关重要。

1.共识机制优化

权益证明(PoS):PoS共识机制因其显著的能源效率而受到青睐。它不需要消耗大量能源进行计算哈希。

委托权益证明(DPoS):DPoS是PoS的变体,它通过委托给少数验证者来管理共识,进一步降低了能源消耗。

2.节能算法

SHA-256:SHA-256是一种广泛使用的加密散列算法,但它对于区块链来说具有能源密集性。

Blake2b:Blake2b是另一种加密散列算法,它比SHA-256更节能,同时保持了安全性。

3.硬件优化

专用集成电路(ASIC):ASIC是专为加密货币挖矿而设计的专用硬件,可以显着提高效率。

现场可编程门阵列(FPGA):FPGA是一种可重新编程的硬件,可以根据需要配置,以优化区块链操作。

4.区块压缩

Merkle树(MerkleTree):Merkle树是一种数据结构,用于验证区块中的交易,而无需存储所有交易。

隔离见证(SegWit):SegWit是一种区块链改进,可以减少区块中的数据大小,从而降低能源消耗。

5.可再生能源利用

太阳能和风能:可再生能源可以为区块链网络供电,减少化石燃料的使用。

6.可持续实践

矿场选址:将矿场选址在靠近可再生能源来源的地方可以降低碳足迹。

数据中心优化:通过使用节能技术和优化冷却系统,可以减少数据中心的能源消耗。

7.监管和激励措施

碳税:对高耗能区块链网络征收碳税可以鼓励采用节能技术。

激励措施:为使用低碳区块链解决方案的项目提供激励措施可以促进其发展。

8.提高意识和教育

公开数据:能源消耗数据的公开可以提高对区块链环境影响的认识。

教育计划:教育开发人员和企业有关节能区块链实践可以促进其采用。

9.合作与创新

行业协作:区块链行业参与者之间的合作可以推动节能解决方案的开发。

研究和创新:持续的研究和创新对于探索和开发新的节能技术至关重要。

10.长期承诺

可持续发展目标:将可持续发展作为区块链发展的核心目标对于实现长期减碳目标至关重要。

低碳区块链生态系统的构建需要多方协作,包括行业参与者、监管机构和开发者。通过实施这些措施,区块链技术可以变得更加可持续,同时仍然保持其创新和变革潜力。第七部分监管和政策制定对能源效率的影响关键词关键要点监管框架дляэнергетическойэффективности

1.明确能源效率标准:制定清晰、有力的能源效率标准,为区块链开发人员和运营商提供明确的指南。

2.能源消耗审计和报告:要求区块链项目定期进行能源消耗审计并提交报告,以监测其能源效率和实现问责制。

3.激励措施和奖励:实施激励措施和奖励机制,鼓励区块链开发人员采用能源高效技术和实践。

政策制定дляэнергетическойэффективности

1.促进可再生能源集成:制定政策支持将可再生能源整合到区块链基础设施中,减少对化石燃料的依赖。

2.鼓励节能技术创新:提供资金和支持,以促进节能技术的研究、开发和部署。

3.国际合作和知识共享:促进各国之间关于能源效率最佳实践的国际合作和知识共享。监管和政策制定对能源效率的影响

监管和政策制定在促进可持续区块链发展中发挥着至关重要的作用,特别是在能源效率方面。政府和监管机构实施的措施可以激励创新、推动采用更有效的技术,并减少区块链运营的整体能源消耗。

降低能源消耗的监管措施

*能耗报告和披露要求:强制区块链实体报告和披露其能源消耗数据,以提高透明度和问责制。

*能源效率标准:设定最低能效标准,要求区块链系统达到一定水平的能效。

*税收减免和补贴:为实施高效技术和流程的区块链实体提供税收减免或补贴,鼓励投资于可持续性。

激励创新的政策倡议

*研发资助:为专注于提高能源效率的区块链技术的研发项目提供资助。

*试点计划:推出试点计划,允许区块链实体测试和验证新的节能技术和解决方案。

*最佳实践分享:建立平台和论坛,分享有关能源效率最佳实践的知识和经验。

具体案例

中国:

*2021年,中国国家发展和改革委员会发布了一项通知,要求大型数据中心报告其能源消耗,为制定能源效率政策提供信息。

*2022年,中国工业和信息化部发布了《区块链产业发展行动纲领》,其中包括促进能源效率的措施,例如能耗审计和绿色标准制定。

欧盟:

*《欧盟可持续金融披露条例》要求金融服务公司披露其与可持续性相关的风险和影响,包括能源消耗。

*欧洲议会已通过一项决议,呼吁欧盟委员会制定一项区块链能源效率战略。

美国:

*《基础设施投资和就业法案》包括为清洁能源技术,包括区块链创新,提供资金。

*美国能源部已启动了一项倡议,以开发更节能的区块链技术。

数据和证据

*根据剑桥大学的一项研究,比特币网络的年能耗估计为140太瓦时,相当于阿根廷或荷兰的能耗。

*然而,以太坊区块链的能耗预计在从工作量证明共识机制过渡到权益证明后将大幅降低。

*国际能源署估计,区块链技术的潜在节能效益包括减少数据中心能源消耗、优化供应链和提高可再生能源的效率。

结论

监管和政策制定是促进可持续区块链发展和提高能源效率的关键因素。通过实施能耗报告要求、设定能源效率标准、激励创新以及分享最佳实践,政府和监管机构可以创造一个更有利于可持续区块链运营的环境。随着区块链技术不断成熟,这些措施将继续发挥着至关重要的作用,以减少区块链运营的能源消耗并促进可持续的未来。第八部分可持续区块链发展的未来展望关键词关键要点可持续共识机制

1.探索无需高能耗挖矿的替代共识机制,如权益证明(PoS)、委托权益证明(DPoS)和实用拜占庭容错(PBFT)。

2.开发混合共识机制,结合传统挖矿和低能耗替代方案,以优化安全性和能源效率。

3.对人工智能和机器学习进行研究,以开发更有效率的共识算法,减少能源消耗。

绿色能源整合

1.利用可再生能源,如太阳能、风能和水电,为区块链网络供电,减少碳足迹。

2.与能源运营商合作,探索区块链在优化能源分配、可再生能源整合和电网稳定性中的应用。

3.研究分布式能源系统,使区块链网络能够利用本地能源资源,减少对化石燃料的依赖。

区块链优化

1.开发轻量级区块链协议,减少数据存储和处理要求,从而节省能源。

2.实施多层架构,将能源密集型操作转移到专门的层,提高效率。

3.利用分布式账本技术(DLT)的可扩展性和可互操作性,减少能源浪费,实现跨链协作。

能源追踪和透明度

1.利用区块链提供透明、可追溯的能源交易记录,提高问责制和减少欺诈。

2.开发基于区块链的平台,跟踪和核实可再生能源来源,促进绿色能源消费。

3.利用智能合约,自动执行可持续能源实践,例如可再生能源配额和碳抵消。

监管和政策

1.制定明确的法规和政策,鼓励可持续区块链发展和能源效率。

2.提供激励措施,例如税收减免和补助金,以支持采用低能耗区块链技术。

3.促进国际合作,制定协调一致的标准,确保区块

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