01 區(qū)塊鏈概念

區(qū)塊鏈可以借由密碼學(xué)，串接并保護內(nèi)容的串聯(lián)交易記錄(又稱區(qū)塊)。在區(qū)塊鏈中，區(qū)塊內(nèi)容具有難以篡改的特性，每一個區(qū)塊都包含了前一個區(qū)塊的加密散列、相應(yīng)時間戳記以及交易數(shù)據(jù)(通常用Hash樹計算的散列值表示)。用區(qū)塊鏈串接的分布式賬本能讓交易雙方有效地記錄交易，且可永久查驗。

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02 區(qū)塊鏈原理

區(qū)塊鏈技術(shù)可以認為是要解決互聯(lián)網(wǎng)時代下的“拜占庭將軍問題”，即在網(wǎng)絡(luò)中的中心節(jié)點和信息傳遞通道都缺乏可信度的情況下，如何使網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點達成共識。

區(qū)塊鏈技術(shù)在去中心化、各節(jié)點無須事先信任的情況下，通過加密算法、共識機制和特定的數(shù)據(jù)存儲方式，構(gòu)建一個集體維護的可靠的數(shù)據(jù)模式，實現(xiàn)數(shù)字資產(chǎn)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的轉(zhuǎn)移。

區(qū)塊鏈采用了特定的“塊—鏈”存儲結(jié)構(gòu)(見圖2-2)。

 

 

▲圖2-2 “塊—鏈”存儲結(jié)構(gòu)

首先，數(shù)據(jù)被按時間順序劃分成區(qū)塊，每一個區(qū)塊存放一段時間內(nèi)的所有價值交換信息，所有節(jié)點存儲這段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)，并且永久保存，各個節(jié)點通過特定的計算爭奪領(lǐng)導(dǎo)權(quán)，將下一時間段的信息進行打包分發(fā)，并通過某種特定的信息添加到上一區(qū)塊的后面，構(gòu)成區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)。

這種區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)的特點就是可以保證數(shù)據(jù)的完整性，因為每一個區(qū)塊都會存儲它被創(chuàng)建之前的所有價值交換信息;還可以保證數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹性，因為一旦新的區(qū)塊被加入鏈中，之前的區(qū)塊就再也不能修改。

區(qū)塊鏈實現(xiàn)了從記錄到傳輸再到存儲的全面分布式的模式，數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)驗證、數(shù)據(jù)存儲都去中心化，所有參與者共同構(gòu)建數(shù)據(jù)庫。

區(qū)塊鏈采用非對稱加密算法以提高數(shù)據(jù)的可信賴度，非對稱加密即指加密和解密使用不同的密碼，即公鑰和私鑰。加密數(shù)據(jù)所用的密碼被稱為公鑰，是所有人都知道的、可以用來給信息加密的密碼;解密數(shù)據(jù)所用的密碼被稱為私鑰，是只有該信息的接收者知道并用于解密的密碼。公鑰加密的信息只有使用對應(yīng)的私鑰才可以解密。

實際情況中，假設(shè)甲向乙發(fā)送一個信息，甲、乙各自生產(chǎn)一對公鑰與私鑰用以加密和解密，甲、乙分別保管自己的私鑰并向?qū)Ψ礁嬷€，如果甲向乙發(fā)送信息，那么甲用乙的公鑰進行加密并向乙發(fā)送加密后的信息，乙收到消息后用自己的私鑰解密，網(wǎng)絡(luò)中其他參與者均無法解密。這種算法強度高的加密方式保證了區(qū)塊鏈信息的可信賴度。

區(qū)塊鏈?zhǔn)褂脭?shù)學(xué)方法解決信任問題，用算法代替中心化的第三方機構(gòu)，為人們創(chuàng)造信用，幫助人們達成共識。

區(qū)塊鏈利用腳本使系統(tǒng)可以直接定義完成價值交換活動所需要的條件，有了腳本，區(qū)塊鏈技術(shù)就有機會使系統(tǒng)不斷成長，去處理一些新出現(xiàn)的交易模式，確保其時效性和實用性。

腳本中包含大量指令，每次價值交換都會記錄指令，比如接收價值的一方如何接收，以及花費掉自己曾收到的留存價值需要滿足什么附加條件等。腳本的可編程性使其可以靈活改變花費掉留存價值的附加條件，如增加所需公鑰的數(shù)量。它也可以在發(fā)送價值時規(guī)定價值再轉(zhuǎn)移的條件。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層組成(見圖2-3)。

 

 

▲圖2-3 區(qū)塊鏈技術(shù)體系

第一層：數(shù)據(jù)層，存儲底層數(shù)據(jù)、非對稱數(shù)據(jù)加密和時間戳等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

第二層：網(wǎng)絡(luò)層，含有分布式組網(wǎng)機制、數(shù)據(jù)傳播機制、數(shù)據(jù)驗證機制等。

第三層：共識層，封裝有各類共識機制算法，確定記賬決定方式，這關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。目前較為知名的由共識層封裝的共識機制有工作量證明機制(PoW，Proof of Work)、股份授權(quán)證明機制(DPoS，Delegated Proof of Stake)、權(quán)益證明機制(PoS，Proof of Stake)等。

第四層：激勵層，在區(qū)塊鏈技術(shù)體系中使用的經(jīng)濟手段，包括經(jīng)濟激勵的發(fā)行以及分配，多出現(xiàn)在公有鏈中。

第五層：合約層，封裝區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的腳本代碼、算法以及智能合約，幫助區(qū)塊鏈靈活地處理數(shù)據(jù)。

第六層：應(yīng)用層，封裝了各種應(yīng)用場景和案例，如電商購物、新聞瀏覽、視頻觀看等。

03 區(qū)塊鏈特點

區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、信息不可篡改、信息透明和可共同維護等特點，下面將分別進行詳細闡述。

1. 去中心化

去中心化就是指網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的地位相等，傳輸內(nèi)容和交易數(shù)據(jù)不再需要通過某個中心節(jié)點進行(見圖2-4)，數(shù)據(jù)也不再存儲在中心節(jié)點上，這樣可以防止因中心節(jié)點權(quán)力過大而引起的風(fēng)險。區(qū)塊鏈模式中，每個節(jié)點都存儲數(shù)據(jù)交易中所有的價值交換數(shù)據(jù)，取代了中央計算機存儲所有信息的模式。

 

 

▲圖2-4 去中心化網(wǎng)絡(luò)

另外，每個節(jié)點不僅會參與數(shù)據(jù)存儲，還會驗證其他節(jié)點記錄信息的正確性。只有當(dāng)某個記錄的正確性被大部分節(jié)點認同，或者所有節(jié)點的對比結(jié)果一致時，它才可以被寫入鏈中。

同時，為了保護數(shù)據(jù)信息不會因節(jié)點受攻擊或其他意外而丟失，區(qū)塊鏈會對所有數(shù)據(jù)進行分布式存儲(將數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)絡(luò)中的每一個參與的節(jié)點中)，并實時更新，極大地提高了數(shù)據(jù)庫的安全性。

2. 信息不可篡改

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，每個參與節(jié)點都保存一份完整的交易歷史記錄，這樣，任何一個節(jié)點想篡改這些歷史記錄，別的節(jié)點都可以拿出自己的數(shù)據(jù)備份進行證偽。所以，信息一旦被寫入?yún)^(qū)塊中，就不能更改、撤銷了。

3. 信息透明

區(qū)塊鏈中的項目和數(shù)據(jù)都是公開透明的。區(qū)塊鏈項目組會公示項目信息和項目代碼，區(qū)塊中的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后被公開在區(qū)塊鏈上，意味著所有的交易信息都是公開可見的。極短時間內(nèi)，區(qū)塊信息會被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點上，實現(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)同步，每個節(jié)點都能回溯交易雙方過去的所有交易信息。

4. 可共同維護

在整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，無論是價值的提供者還是價值的接收者，都可以充當(dāng)維護者，共同維護整個區(qū)塊鏈信息的可靠性。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)是開放的，除了價值交易雙方的私有信息被加密外，系統(tǒng)還由其中所有參與節(jié)點共同維護，任何一個節(jié)點都可以通過公開的接口查詢區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)和開發(fā)相關(guān)應(yīng)用，共同維護整個系統(tǒng)的信息透明度和可信賴性。

 

04 區(qū)塊鏈通用應(yīng)用

區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生活中各個領(lǐng)域，例如金融、醫(yī)療、內(nèi)容社交平臺、慈善、教育、版權(quán)保護、投票等。

1. 金融

區(qū)塊鏈具有的信息透明、不可篡改的特點，在金融領(lǐng)域得到深入應(yīng)用。各類金融資產(chǎn)如股權(quán)、債券、基金等都可以被融入?yún)^(qū)塊鏈中，以“數(shù)字資產(chǎn)”的形式在區(qū)塊鏈上進行存儲和交易?？缇持Ц?、數(shù)字貨幣、數(shù)字票據(jù)、支付清算、征信管理、證券交易和保險管理等方面也能從區(qū)塊鏈技術(shù)中獲益。

例如，傳統(tǒng)的證券交易需要由證券公司、銀行、中央結(jié)算機構(gòu)以及交易所多方協(xié)同工作才能共同完成，導(dǎo)致效率低、成本高，容錯率也很低，一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)漏洞就會造成巨大的問題和損失。然而，在區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在證券交易中后，各參與方便可獨立地完成整個結(jié)算流程。

再比如，跨境支付是金融領(lǐng)域的重要組成部分，但效率低、速度慢。然而，在區(qū)塊鏈點對點的技術(shù)應(yīng)用到跨境支付領(lǐng)域后，匯款通道變得透明，交易歷史數(shù)據(jù)可追溯，讓收款方、匯款方都安心，也大大提高了效率和速度。

2. 醫(yī)療

區(qū)塊鏈在醫(yī)療信息安全與隱私保護方面有著極其重要的應(yīng)用。在當(dāng)前中心化的信息管理系統(tǒng)下，各種黑客攻擊和系統(tǒng)漏洞導(dǎo)致信息安全問題極大，而醫(yī)療領(lǐng)域存儲著很多用戶的私密資料，數(shù)據(jù)泄露問題一旦發(fā)生，就會造成極其嚴(yán)重的后果。因此，醫(yī)療領(lǐng)域需要森嚴(yán)的安全措施保護數(shù)據(jù)。

區(qū)塊鏈的去中心化的特點則有針對性地解決了這個問題。去中心化的病人醫(yī)療健康信息數(shù)據(jù)存儲與共享的建立大大有益于醫(yī)療行業(yè)。

3. 內(nèi)容社交平臺

目前，很多內(nèi)容社交平臺都是中心化的，如抖音、微博、微信公眾號等，中心化的意思是中心決定節(jié)點，節(jié)點必須依賴中心，節(jié)點離開了中心就無法生存。因此，平臺需要做的就是提供平臺，然后用戶通過平臺為自己帶來流量，進而利用流量獲利。

區(qū)塊鏈技術(shù)可以給內(nèi)容社交平臺注入新的血液，它利用分布式管理將平臺去中心化，在新的去中心化系統(tǒng)中，每個人都是一個節(jié)點，任何人也都可以成為一個中心。這樣平臺可以將權(quán)力分散到用戶身上，用戶也可以貢獻出自己的力量并獲得平臺的獎勵和經(jīng)濟回報。

4. 慈善

人們捐贈愛心、傳遞善意是一件美好而偉大的事，但是層出不窮的慈善黑幕事件給這件美好的事情增添了污點。慈善體系的不透明為這類事情提供了契機，也引發(fā)捐贈者對這個行業(yè)的擔(dān)憂。

區(qū)塊鏈技術(shù)可以大大提高慈善領(lǐng)域的信息透明度，讓捐贈者有權(quán)對慈善體系和流程進行監(jiān)督，進而鼓勵捐贈者放心捐助，形成良性循環(huán)，改善慈善事業(yè)。

如利用區(qū)塊鏈技術(shù)建立公開透明的、不可篡改的信息體系，從善款的流向到受捐贈者的身份確認，建立慈善領(lǐng)域的監(jiān)督問責(zé)機制，增加捐贈者對機構(gòu)的信任和信心，同時也保護了捐贈方和受贈方的隱私。

5. 教育

教育系統(tǒng)中，學(xué)歷認證一直十分重要，人工驗證紙質(zhì)版證書的效率低下，且紙質(zhì)版證書有丟失的風(fēng)險。區(qū)塊鏈由所有參與者進行維護且不可篡改，使用區(qū)塊鏈存儲和保護學(xué)生的證明文件，可以簡化流程并提高學(xué)歷認證的效率。

學(xué)生的學(xué)歷信息和檔案記錄等全部存儲在區(qū)塊鏈中，當(dāng)學(xué)生需要證明自己學(xué)歷和相關(guān)信息時，只需讓對方加入鏈并看見自己的文件即可。同時，區(qū)塊鏈具有去中心化的特點，證書不會因為中心機構(gòu)關(guān)閉而消失，數(shù)據(jù)永遠存在。

6. 版權(quán)保護

版權(quán)保護在中國一直是大家十分關(guān)注且亟待解決的問題。但是版權(quán)登記成本較高、效率低，以及版權(quán)保護的效率低、效果差的問題一直存在。將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到版權(quán)保護領(lǐng)域，對版權(quán)所有者和其版權(quán)產(chǎn)出的數(shù)據(jù)進行存儲，可以實現(xiàn)對所有權(quán)的溯源，從而達到保護版權(quán)的目的。

更高效、便捷、有效的保障內(nèi)容生產(chǎn)者權(quán)益的方式，能激勵更多的創(chuàng)作者繼續(xù)創(chuàng)造新的內(nèi)容，創(chuàng)作者通過將作品記錄于區(qū)塊鏈，實現(xiàn)對原創(chuàng)作品的追蹤，一旦發(fā)生糾紛或者盜用事件，可以盡快展開進一步的措施。

7. 投票

 

在部分國家，投票被用于進行總統(tǒng)選舉。投票本著公平公正、少數(shù)服從多數(shù)的原則，但是由于系統(tǒng)透明度低，投票結(jié)果容易引起部分參與者的懷疑。區(qū)塊鏈去中心化和透明化的特點正好可以有針對性地解決這個問題，使投票透明、真實性強。