区块链技术与应用：未来的一场技术革命

科普中国-科普融合创作 2017-02-23

　　出品：科普中国

　　制作：中国矿业大学邓浩然

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心

　　区块链技术起源于中本聪提出的《比特币：一种点对点的电子现金系统》，其中的“区块”是指每一个信息块内含有一个时间戳，含有时间戳的信息区块彼此连接，构成的信息区块链条，便是“区块链”。

　　区块链是一种通过去中心化，去信任化的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。从数据方面来看，区块链是一种单个节点或多个节点无法有意更改数据记录的分布式数据库，其分布化体现在对数据的分布式存储和分布式记录。从技术方面来看，区块链技术是多种技术融合后的新兴技术成果，通过多项技术的组合发展完善后，形成一种更为高效的数据记录，存储和表达的方式。

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　　区块链按照中心化可分为以下三类：（1）去中心化的公共链：无预先设定参与权限，权限对公众完全开放，记账者为所有参与人员组成，所有参与节点之间的信任机制为工作量证明机制，多使用于网络节点之间无信任基础的情况，例如比特币，以太坊等电子货币的流通使用。（2）多中心化的联盟链：由具有参与权限的成员组成，记账者由参与人员协商确定，所有参与节点之间的信任机制为共识机制，多使用于连接多个公司或中心化组织之间的清算。（3）中心化的私有链：由具有中心控制权限的成员组成，所有参与节点之间的信任机制为互信机制，多用于节点之间高度信任的情况，例如R3银行联盟。

　　区块链的目的在于验证所参与节点之间所传递信息的有效性，保证交易数据，确定交易数据的准确性。

　　在此以比特币的节点网络交易流程为例，介绍去中心化型区块链是如何实现信息有效性，数据准确性的。第一步，节点A利用系统所配给的私钥对前一次交易和下一节点B签署一个数字签名，并将此签名附加在该币的末尾，产生一笔新交易。第二步，节点A将交易单广播至网络系统，该币便发送给节点B，同时每个节点都将接收到的交易细则记录入一个区块内。第三步，每一个节点通过解一道SHA256的数学难题，去获取创建新区块的权利，并在得到合法记账权后获得相应的比特币奖励。第四步，当一个节点找到解时，便会向全系统广播该区块记录的所有盖时间戳交易，并由其他节点验证核对该解的合法性。第五步，当其他节点验证核对该区块记账合法后，所有节点便会在此合法区块之后继续竞争下一区块的合法记账性，以此往复便形成了一个合法记账的区域链。值得一提的是，通过区块链技术，比特币的运行成为人类历史上第一次不借助第三方中介机构参与便可实现参与者互信的转账行为。

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　　通过对比特币运作过程的简单概述，我们可以大致总结出以下五点技术特点：（1）去中心化：网络中无中心化的物理节点与管理机构，网络功能的维护由网络中具备维护能力的正常节点完成，各节点地位平等，一个节点或多个节点损坏不会影响到整体的运作。（2）去中介信任：网络节点之间的数据传输是以匿名形式进行，并通过数学算法来建立分布式结构与各节点之间的信任关系，使各节点之间的互通往来不需要以信任机制为担保。整个系统通过公开透明的数学算法运作，使每一次运作细则都对各节点可见。（3）数据库可靠：网络各节点皆可获得一份完整数据库的拷贝。并且运用非对称加密技术（哈希散列，PKI公钥体系）对数据进行加密处理，借助强大算法来抵御外部攻击，保证区块链数据不会被修改，伪造。如若有意修改数据库内容，则不仅需要同时控制总数51%的节点，并且计算机的算力要有能力支持其伪造篡改区块的速度快于区块链系统的更新速度，才可完成操作，否则伪造篡改的区块会被很快发现并被弃用。（4）集体维护：分布式系统中所有节点均可参与数据区块的验证过程，每一个节点都享有相同的权利并承担相应的义务。（5）时序性：采用带时间戳的链式区块结构储存数据从而为数据增加了时间维度，使其拥有可验证性和可追溯性。

　　而反观由第三方中介机构支持的网络系统，在其运行过程中所有节点要进行交易都必须通过系统唯一的中介结构进行，而此中介机构便成为了唯一的运行维护者与特权参与者，这种系统结构决定了该系统较易崩溃，维护成本较高，信息无法完全共享等技术劣势。

　　基于以上两种网络系统的对比，我们可以看出区块链的主要优势在于无需第三方中介机构的参与，数据高度安全可靠，运行过程中高效透明且成本较低等特点。因此有关区块链技术的应用已经受到了欧美等国的陆续关注，并开始了相关应用的落实。IBM已经开发一整套包括成员管理，区块链管理，交易管理，区块链基础设施和技术开发环境在内的技术框架和标准；爱沙尼亚也开始采用国家级公钥基础设施PKI，采用区域链技术管理公民身份信息，企业管理信息和政府行政事务等；纳斯达克，澳大利亚证交所ASX，Overstock平台也都开始尝试区块链技术的部分应用。同时区块链技术应用的兴起也开始被我国部分行业所关注，中央银行已经表示有意在不久以后推出数字货币，在一定程度上推动人民币的国际化并减轻美元对人民币的冲击；部分区块链公司也开始着手开发基于证券交易的区块链技术应用与基于区块链技术的外汇交易产品；同时以区块链技术为基础开发的商

　　业平台也将会出现，并开始挑战以淘宝为代表的第三方中介平台。

　　就目前来看区块链的技术与应用程度尚处于萌芽状态，仍有较多问题需要解决。比如如何实现真正意义上的隐私保护；如何降低商业化成本；如何落实系统监管；如何获取行业市场等多方面对该技术的潜在价值的认可；如何优化系统结构攻克技术瓶颈。如若能够尽快解决以上仍存问题，那么区块链技术必定从一种新兴趋势逐渐演变成为一场技术革命，并对未来世界产生深远影响。