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區塊鏈技術與應用:未來的一場技術革命

發布日期:2019-03-12字號:[ ]


       出品:科普中國
  制作:中國礦業大學 鄧浩然
  監制:中國科學院計算機網絡信息中心
  區塊鏈技術起源于中本聰提出的《比特幣:一種點對點的電子現金系統》,其中的“區塊”是指每一個信息塊內含有一個時間戳,含有時間戳的信息區塊彼此連接,構成的信息區塊鏈條,便是“區塊鏈”。
  區塊鏈是一種通過去中心化,去信任化的方式集體維護一個可靠數據庫的技術方案。從數據方面來看,區塊鏈是一種單個節點或多個節點無法有意更改數據記錄的分布式數據庫,其分布化體現在對數據的分布式存儲和分布式記錄。從技術方面來看,區塊鏈技術是多種技術融合后的新興技術成果,通過多項技術的組合發展完善后,形成一種更為高效的數據記錄,存儲和表達的方式。
  區塊鏈按照中心化可分為以下三類:(1)去中心化的公共鏈:無預先設定參與權限,權限對公眾完全開放,記賬者為所有參與人員組成,所有參與節點之間的信任機制為工作量證明機制,多使用于網絡節點之間無信任基礎的情況,例如比特幣,以太坊等電子貨幣的流通使用。(2)多中心化的聯盟鏈:由具有參與權限的成員組成,記賬者由參與人員協商確定,所有參與節點之間的信任機制為共識機制,多使用于連接多個公司或中心化組織之間的清算。(3)中心化的私有鏈:由具有中心控制權限的成員組成,所有參與節點之間的信任機制為互信機制,多用于節點之間高度信任的情況,例如R3銀行聯盟。
  區塊鏈的目的在于驗證所參與節點之間所傳遞信息的有效性,保證交易數據,確定交易數據的準確性。
  在此以比特幣的節點網絡交易流程為例,介紹去中心化型區塊鏈是如何實現信息有效性,數據準確性的。第一步,節點A利用系統所配給的私鑰對前一次交易和下一節點B簽署一個數字簽名,并將此簽名附加在該幣的末尾,產生一筆新交易。第二步,節點A將交易單廣播至網絡系統,該幣便發送給節點B,同時每個節點都將接收到的交易細則記錄入一個區塊內。第三步,每一個節點通過解一道SHA256的數學難題,去獲取創建新區塊的權利,并在得到合法記賬權后獲得相應的比特幣獎勵。第四步,當一個節點找到解時,便會向全系統廣播該區塊記錄的所有蓋時間戳交易,并由其他節點驗證核對該解的合法性。第五步,當其他節點驗證核對該區塊記賬合法后,所有節點便會在此合法區塊之后繼續競爭下一區塊的合法記賬性,以此往復便形成了一個合法記賬的區域鏈。值得一提的是,通過區塊鏈技術,比特幣的運行成為人類歷史上第一次不借助第三方中介機構參與便可實現參與者互信的轉賬行為。
  通過對比特幣運作過程的簡單概述,我們可以大致總結出以下五點技術特點:(1)去中心化:網絡中無中心化的物理節點與管理機構,網絡功能的維護由網絡中具備維護能力的正常節點完成,各節點地位平等,一個節點或多個節點損壞不會影響到整體的運作。(2)去中介信任:網絡節點之間的數據傳輸是以匿名形式進行,并通過數學算法來建立分布式結構與各節點之間的信任關系,使各節點之間的互通往來不需要以信任機制為擔保。整個系統通過公開透明的數學算法運作,使每一次運作細則都對各節點可見。(3)數據庫可靠:網絡各節點皆可獲得一份完整數據庫的拷貝。并且運用非對稱加密技術(哈希散列,PKI公鑰體系)對數據進行加密處理,借助強大算法來抵御外部攻擊,保證區塊鏈數據不會被修改,偽造。如若有意修改數據庫內容,則不僅需要同時控制總數51%的節點,并且計算機的算力要有能力支持其偽造篡改區塊的速度快于區塊鏈系統的更新速度,才可完成操作,否則偽造篡改的區塊會被很快發現并被棄用。(4)集體維護:分布式系統中所有節點均可參與數據區塊的驗證過程,每一個節點都享有相同的權利并承擔相應的義務。(5)時序性:采用帶時間戳的鏈式區塊結構儲存數據從而為數據增加了時間維度,使其擁有可驗證性和可追溯性。
  而反觀由第三方中介機構支持的網絡系統,在其運行過程中所有節點要進行交易都必須通過系統唯一的中介結構進行,而此中介機構便成為了唯一的運行維護者與特權參與者,這種系統結構決定了該系統較易崩潰,維護成本較高,信息無法完全共享等技術劣勢。
  基于以上兩種網絡系統的對比,我們可以看出區塊鏈的主要優勢在于無需第三方中介機構的參與,數據高度安全可靠,運行過程中高效透明且成本較低等特點。因此有關區塊鏈技術的應用已經受到了歐美等國的陸續關注,并開始了相關應用的落實。IBM已經開發一整套包括成員管理,區塊鏈管理,交易管理,區塊鏈基礎設施和技術開發環境在內的技術框架和標準;愛沙尼亞也開始采用國家級公鑰基礎設施PKI,采用區域鏈技術管理公民身份信息,企業管理信息和政府行政事務等;納斯達克,澳大利亞證交所ASX,Overstock平臺也都開始嘗試區塊鏈技術的部分應用。同時區塊鏈技術應用的興起也開始被我國部分行業所關注,中央銀行已經表示有意在不久以后推出數字貨幣,在一定程度上推動人民幣的國際化并減輕美元對人民幣的沖擊;部分區塊鏈公司也開始著手開發基于證券交易的區塊鏈技術應用與基于區塊鏈技術的外匯交易產品;同時以區塊鏈技術為基礎開發的商
  業平臺也將會出現,并開始挑戰以淘寶為代表的第三方中介平臺。
  就目前來看區塊鏈的技術與應用程度尚處于萌芽狀態,仍有較多問題需要解決。比如如何實現真正意義上的隱私保護;如何降低商業化成本;如何落實系統監管;如何獲取行業市場等多方面對該技術的潛在價值的認可;如何優化系統結構攻克技術瓶頸。如若能夠盡快解決以上仍存問題,那么區塊鏈技術必定從一種新興趨勢逐漸演變成為一場技術革命,并對未來世界產生深遠影響。





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