01 區(qū)塊鏈概念

區(qū)塊鏈可以借由密碼學(xué)，串接并保護(hù)內(nèi)容的串聯(lián)交易記錄(又稱(chēng)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(gè)區(qū)塊都包含了前一個(gè)區(qū)塊的加密散列、相應(yīng)時(shí)間戳記以及交易數(shù)據(jù)(通常用Hash樹(shù)計(jì)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(yàn)。

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02 區(qū)塊鏈原理

區(qū)塊鏈技術(shù)可以認(rèn)為是要解決互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的“拜占庭將軍問(wèn)題”，即在網(wǎng)絡(luò)中的中心節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識(shí)。

區(qū)塊鏈技術(shù)在去中心化、各節(jié)點(diǎn)無(wú)須事先信任的情況下，通過(guò)加密算法、共識(shí)機(jī)制和特定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，構(gòu)建一個(gè)集體維護(hù)的可靠的數(shù)據(jù)模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)字資產(chǎn)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移。

區(qū)塊鏈采用了特定的“塊—鏈”存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2-2)。

▲圖2-2 “塊—鏈”存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

首先，數(shù)據(jù)被按時(shí)間順序劃分成區(qū)塊，每一個(gè)區(qū)塊存放一段時(shí)間內(nèi)的所有價(jià)值交換信息，所有節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)這段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，并且永久保存，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)特定的計(jì)算爭(zhēng)奪領(lǐng)導(dǎo)權(quán)，將下一時(shí)間段的信息進(jìn)行打包分發(fā)，并通過(guò)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(diǎn)就是可以保證數(shù)據(jù)的完整性，因?yàn)槊恳粋€(gè)區(qū)塊都會(huì)存儲(chǔ)它被創(chuàng)建之前的所有價(jià)值交換信息;還可以保證數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性，因?yàn)橐坏┬碌膮^(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(shí)現(xiàn)了從記錄到傳輸再到存儲(chǔ)的全面分布式的模式，數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)驗(yàn)證、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)都去中心化，所有參與者共同構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)。

區(qū)塊鏈采用非對(duì)稱(chēng)加密算法以提高數(shù)據(jù)的可信賴(lài)度，非對(duì)稱(chēng)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(chēng)為公鑰，是所有人都知道的、可以用來(lái)給信息加密的密碼;解密數(shù)據(jù)所用的密碼被稱(chēng)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(duì)應(yīng)的私鑰才可以解密。

實(shí)際情況中，假設(shè)甲向乙發(fā)送一個(gè)信息，甲、乙各自生產(chǎn)一對(duì)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(jìn)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(wú)法解密。這種算法強(qiáng)度高的加密方式保證了區(qū)塊鏈信息的可信賴(lài)度。

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

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

腳本中包含大量指令，每次價(jià)值交換都會(huì)記錄指令，比如接收價(jià)值的一方如何接收，以及花費(fèi)掉自己曾收到的留存價(jià)值需要滿(mǎn)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(fèi)掉留存價(jià)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(jià)值時(shí)規(guī)定價(jià)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(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層組成(見(jiàn)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(chǔ)底層數(shù)據(jù)、非對(duì)稱(chēng)數(shù)據(jù)加密和時(shí)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(jī)制、數(shù)據(jù)傳播機(jī)制、數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制等。

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

第四層：激勵(lì)層，在區(qū)塊鏈技術(shù)體系中使用的經(jīng)濟(jì)手段，包括經(jīng)濟(jì)激勵(lì)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(chǎng)景和案例，如電商購(gòu)物、新聞瀏覽、視頻觀看等。

03 區(qū)塊鏈特點(diǎn)

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(hù)等特點(diǎn)，下面將分別進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1. 去中心化

去中心化就是指網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地位相等，傳輸內(nèi)容和交易數(shù)據(jù)不再需要通過(guò)某個(gè)中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行(見(jiàn)圖2-4)，數(shù)據(jù)也不再存儲(chǔ)在中心節(jié)點(diǎn)上，這樣可以防止因中心節(jié)點(diǎn)權(quán)力過(guò)大而引起的風(fēng)險(xiǎn)。區(qū)塊鏈模式中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都存儲(chǔ)數(shù)據(jù)交易中所有的價(jià)值交換數(shù)據(jù)，取代了中央計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)所有信息的模式。

▲圖2-4 去中心化網(wǎng)絡(luò)

另外，每個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅會(huì)參與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，還會(huì)驗(yàn)證其他節(jié)點(diǎn)記錄信息的正確性。只有當(dāng)某個(gè)記錄的正確性被大部分節(jié)點(diǎn)認(rèn)同，或者所有節(jié)點(diǎn)的對(duì)比結(jié)果一致時(shí)，它才可以被寫(xiě)入鏈中。

同時(shí)，為了保護(hù)數(shù)據(jù)信息不會(huì)因節(jié)點(diǎn)受攻擊或其他意外而丟失，區(qū)塊鏈會(huì)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)(將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)參與的節(jié)點(diǎn)中)，并實(shí)時(shí)更新，極大地提高了數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性。

2. 信息不可篡改

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

3. 信息透明

區(qū)塊鏈中的項(xiàng)目和數(shù)據(jù)都是公開(kāi)透明的。區(qū)塊鏈項(xiàng)目組會(huì)公示項(xiàng)目信息和項(xiàng)目代碼，區(qū)塊中的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后被公開(kāi)在區(qū)塊鏈上，意味著所有的交易信息都是公開(kāi)可見(jiàn)的。極短時(shí)間內(nèi)，區(qū)塊信息會(huì)被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)同步，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能回溯交易雙方過(guò)去的所有交易信息。

4. 可共同維護(hù)

在整個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，無(wú)論是價(jià)值的提供者還是價(jià)值的接收者，都可以充當(dāng)維護(hù)者，共同維護(hù)整個(gè)區(qū)塊鏈信息的可靠性。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)是開(kāi)放的，除了價(jià)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(diǎn)共同維護(hù)，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)公開(kāi)的接口查詢(xún)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)和開(kāi)發(fā)相關(guān)應(yīng)用，共同維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的信息透明度和可信賴(lài)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(gè)領(lǐng)域，例如金融、醫(yī)療、內(nèi)容社交平臺(tái)、慈善、教育、版權(quán)保護(hù)、投票等。

1. 金融

區(qū)塊鏈具有的信息透明、不可篡改的特點(diǎn)，在金融領(lǐng)域得到深入應(yīng)用。各類(lèi)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(jìn)行存儲(chǔ)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(xiǎn)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(jī)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(cuò)率也很低，一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)漏洞就會(huì)造成巨大的問(wèn)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(dú)立地完成整個(gè)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(hù)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(wèn)題極大，而醫(yī)療領(lǐng)域存儲(chǔ)著很多用戶(hù)的私密資料，數(shù)據(jù)泄露問(wèn)題一旦發(fā)生，就會(huì)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(hù)數(shù)據(jù)。

區(qū)塊鏈的去中心化的特點(diǎn)則有針對(duì)性地解決了這個(gè)問(wèn)題。去中心化的病人醫(yī)療健康信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(tái)

目前，很多內(nèi)容社交平臺(tái)都是中心化的，如抖音、微博、微信公眾號(hào)等，中心化的意思是中心決定節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)必須依賴(lài)中心，節(jié)點(diǎn)離開(kāi)了中心就無(wú)法生存。因此，平臺(tái)需要做的就是提供平臺(tái)，然后用戶(hù)通過(guò)平臺(tái)為自己帶來(lái)流量，進(jìn)而利用流量獲利。

區(qū)塊鏈技術(shù)可以給內(nèi)容社交平臺(tái)注入新的血液，它利用分布式管理將平臺(tái)去中心化，在新的去中心化系統(tǒng)中，每個(gè)人都是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，任何人也都可以成為一個(gè)中心。這樣平臺(tái)可以將權(quán)力分散到用戶(hù)身上，用戶(hù)也可以貢獻(xiàn)出自己的力量并獲得平臺(tái)的獎(jiǎng)勵(lì)和經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

4. 慈善

人們捐贈(zèng)愛(ài)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(diǎn)。慈善體系的不透明為這類(lèi)事情提供了契機(jī)，也引發(fā)捐贈(zèng)者對(duì)這個(gè)行業(yè)的擔(dān)憂(yōu)。

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(zèng)者有權(quán)對(duì)慈善體系和流程進(jìn)行監(jiān)督，進(jìn)而鼓勵(lì)捐贈(zèng)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(kāi)透明的、不可篡改的信息體系，從善款的流向到受捐贈(zèng)者的身份確認(rèn)，建立慈善領(lǐng)域的監(jiān)督問(wèn)責(zé)機(jī)制，增加捐贈(zèng)者對(duì)機(jī)構(gòu)的信任和信心，同時(shí)也保護(hù)了捐贈(zèng)方和受贈(zèng)方的隱私。

5. 教育

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

學(xué)生的學(xué)歷信息和檔案記錄等全部存儲(chǔ)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(shí)，只需讓對(duì)方加入鏈并看見(jiàn)自己的文件即可。同時(shí)，區(qū)塊鏈具有去中心化的特點(diǎn)，證書(shū)不會(huì)因?yàn)橹行臋C(jī)構(gòu)關(guān)閉而消失，數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)存在。

6. 版權(quán)保護(hù)

版權(quán)保護(hù)在中國(guó)一直是大家十分關(guān)注且亟待解決的問(wèn)題。但是版權(quán)登記成本較高、效率低，以及版權(quán)保護(hù)的效率低、效果差的問(wèn)題一直存在。將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域，對(duì)版權(quán)所有者和其版權(quán)產(chǎn)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有權(quán)的溯源，從而達(dá)到保護(hù)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(lì)更多的創(chuàng)作者繼續(xù)創(chuàng)造新的內(nèi)容，創(chuàng)作者通過(guò)將作品記錄于區(qū)塊鏈，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(kāi)進(jìn)一步的措施。

7. 投票

在部分國(guó)家，投票被用于進(jìn)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(diǎn)正好可以有針對(duì)性地解決這個(gè)問(wèn)題，使投票透明、真實(shí)性強(qiáng)。