区块链：一场信任革命

　　当前，全球经济正处于持续增长阶段，新一轮技术革命和产业变革持续深入，国际产业格局加速重塑，创新持续成为引领发展的第一动力。在新一轮产业变革中，以信息技术为主导的变革对社会和经济产生了巨大的影响，是全球研发投入最集中、创新最活跃、辐射带动作用最大的领域，是全球技术创新的竞争高地，是引领新一轮变革的主导力量。

　　区块链作为分布式记账、共识机制、点对点传输、加密算法、智能合约等技术的系统性集成创新，近年来引起了全球科技、投资领域的高度重视和广泛关注，也成为国际国家组织和企业关注的热点。目前区块链已由金融行业延伸至物联网、供应链管理、数字资产交易、智能制造等多个领域，将成为继大数据、云计算、移动互联网、人工智能等技术的新一代信息技术，有能力引发新一轮的技术创新和产业变革。区块链技术也将重塑整个社会的信用体系，为构建信用社会提供坚实技术基础。

　　1. 区块链的诞生和发展

　　根据维基百科的表述，区块链是用分布式数据库识别、传播和记载信息的智能化对等网络，也称为价值互联网。由中本聪在2008年，于《比特币白皮书》中提出，并在2009年创立的比特币社会网络中，开发出第一个区块，称为“创世区块”[1]。此时的区块链称为1.0，其主要功能是数字货币，它构建了去中心化的数字支付系统，实现了快捷的货币交易、跨国支付等多样化的金融服务；在2.0 时代，区块链的应用范围扩展到智能合约，使用算法来代替传统合同，可视为是对整个市场的去中心化，区块链2.0定位于应用平台，在该平台上，可以针对各个垂直行业开发针对性的智能合约，实现区块在各个垂直行业的应用；而3.0时代的区块链，致力于构建一个完全去中心化的社会网络，将所有人和机器都连接到一个全球性的社会网络中[2]。这意味着，区块链3.0之下，人与人、人与物间的连接都构建于去中心化的技术之上，以去中心化的方式配置全球资源，让价值交换直接挂钩，重塑信用社会。

　　2.区块链的技术原理

　　区块链是一串按照时间顺序链接叠加数据块的数据结构，并通过密码学算法保证其不可能被篡改和伪造[3]，其本质是一个以去中心化、去信任的方式，由所有参与者集体维护的分布式数据库。

　　分布式账本技术本质上是一种在网络成员间进行数据共享、同步和复制的去中心化数据存储技术。和传统的分布式存储系统相比，该技术主要具备两种特征：一是不存在中心节点或权威机构控制，在实现时基于移动共识规则，采用多方决策、共同维护的方式进行数据存储和复制等操作；二是分布式账本中任何一方的节点都各自拥有独立的、完整的数据文件，各节点间彼此互不干扰，权限相同。

　　图1给出了基于分布式账本的区块链数据处理流程，其主要步骤如下：

　　Step 1：所有者A利用他的私钥对前一次交易和面向所有者B的交易进行签名加密；

　　Step 2：所有者A将所创建的新交易信息在点对点网络上进行全网广播；

　　Step 3：区块链网络上的所有节点通过解一道数学难题，从而获得创建新区块的权利，当一个节点找到解时，即向全网广播该区块记录的所有盖时间戳的交易，并由全网其他节点核对；

　　Step 4：全网其他节点核对该区块记账的正确性，如果没有错误，则将交易信息写入自己的账本中，未通过验证的数据将被拒绝。其中节点通过共识机制最终达到数据的一致性。

　　图 1 区块链分布式数据处理流程

　　由上述数据处理流程可知，共识机制是区块链的核心技术。该机制主要解决由谁来构造区块，以及如何维护区块链统一的问题，这一问题的理论基础是拜占庭容错，在此基础上又发展出更多的共识算法，具体可分为可信节点间的共识算法和不可信节点间的共识算法，区块链中应用的为后者。根据应用场景不同，后者又分为适用于公链的PoW（Proof of Work）、POS（Proof of Stake）算法和适用于联盟链和私有链的PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）算法。在此不做详细展开介绍。

　　智能合约基于事先多个参与方达成的合同条约，将合同条约固化成计算机代码进行执行。和传统合约参与方需要签署合同并执行相比，智能合约将法律和机构保护下的合约转换为具备图灵完备性的无需第三方信任的计算机代码，完全暴露给大众，任何用户均可查，能够完美地解决信任问题。

　　3. 区块链的应用

　　当前，区块链的应用已经从最初的数字货币扩展到社会的各个领域，构筑了“区块链+”的应用生态，其典型应用场景如图2所示。由图可知，主要的应用领域有金融行业、数字版权、教育、物联网、慈善公益、数字医疗、社会管理和共享经济等。其中，上述应用存在多个共同特点，一是多方参与，如供应链管理中，参与方包括用户、供应商、制造商、分销商等；二是身份认证，如物联网中，需要对海量物联网设备进行身份认证；三是数据交易/存证，如慈善公益中，存在募集明细，资金捐助给受助人等具体的数据交易，因此可以使用区块链将上述信息均存放于链上，做到整个公益捐助流程透明、可追溯。

　　以慈善公益为例，传统的慈善由公众捐助物资、钱财给具有公信力的慈善机构或组织，然后由公益机构来资助有困难的人群。整个过程中的资金流动对外界是不透明的。由于近年来频繁爆出一些公益机构的负面消息，使得公益机构的公信力大大降低。为解决该问题，我们可以使用区块链技术的分布式账单和共识算法来重新构造一种信任机制，该机制能够将公益流程中的相关信息，如捐助明细、资金流向等信息均存放于区块链上，公益组织、支付机构、审计机构也均可以加入进来作为区块链系统的计算节点，构成一个联盟，方便公众和社会监督。

　　图2 区块链应用生态

　　上述区块链应用涵盖经济、互联网、医疗、社会等多个行业领域，能够利用技术手段重构行业生态，建立零信任无中心的行业运行准则，从根本上消除不确定性行为，使每一笔交易、每一份数据均可查、可追溯。

　　未来社会一定是高度可信的社会，通过普罗大众的个人约束达到这一目的，显然不切合实际，区块链技术从根本上解决了这一问题，即当参与者、机构或个人之间互不信任或弱信任，也能进行交易、互联和数据处理等。可以预见，区块链这一技术特点将对未来整个社会具有颠覆性的影响，同时也需要各个垂直行业的人才为此努力，以争取早日将区块链技术应用于各个适用领域。（科普中国网）

　　参考文献：

　　[1] 区块链 [M]. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%BA%E5%9D%97%E9%93%BE.

　　[2] Swan M. Blockchain: Blueprint for a New Economy[M]. O'Reilly Media, Inc., 2015.

　　[3] 林小驰, 胡叶倩雯. 关于区块链技术的研究综述[J]. 金融市场研究, 2016, (2): 97-109.

　　作者：范慧芳 橘子科普团队 华为技术有限公司研发工程师

　　审稿人：北京工业大学教授 科普中国特聘专家 于乃功