區塊鏈有哪些技術特徵

原標題：（科普）區塊鏈有哪些技術特徵

在信息網絡化的大背景下，當需要與不熟悉的對手方進行價值交換活動時，人們如何做才能防止不會遭受惡意欺騙，從而做出準確的決策？區塊鏈技術則正可以解決這一問題——它提供了一種無需信任單個節點、還能創建共識網絡的方法。完備可追溯、去中心化和去信用化是區塊鏈技術的三大特點。區塊鏈的所有核心技術均圍繞這三大問題設計。

1．區塊鏈的結構設計保證了其記錄數據完備可追溯

區塊鏈是由“區塊+鏈”構成。區塊（block），是指存放已記錄數據的文件，裏面按時間先後順序記錄了已發生的所有價值交換活動。每個區塊均由三部分構成：本區塊的ID（本區塊塊大小、生成時間等所有信息）、所有交易單（每一筆交易的詳細情況）與在其先後的區塊ID（即前後區塊中所有價值交換信息經過算法壓縮後形成的一個字符串）。區塊的生成時間由系統設定，通常平均每幾分鐘會生成一個區塊。由於每個區塊中都包括了前一個區塊和後一個區塊的ID，這種設計使得每個區塊都能找到其前後節點，從而可以一直倒推至起始節點，形成一條完整的交易鏈條，即構成區塊鏈。

“區塊”+“鏈”=完整歷史：從第一個區塊開始，到最新產生的區塊爲止，區塊鏈上存儲了系統全部的歷史數據。“區塊”+“鏈”=時間戳（time stamp）：區塊鏈讓全網所有節點都在每一個區塊上蓋一個時間戳來記賬，表示這個信息是這個時間寫入的，形成了一個不可篡改、不可僞造的數據庫。時間戳可以證明某人在某天確實做過某事，可以證明某項活動的最先創造者是誰。任何事情的“存在性”證明變得十分簡單，區塊鏈上的每一條交易數據，都可以通過鏈式結構追本溯源，一筆一筆進行驗證。

2．區塊鏈使用的對等網絡技術可實現去中心化

區塊鏈存儲數據時使用的是對等網絡技術（peer-to-peer，P2P，又稱點對點技術），是沒有中心服務器、依靠用戶羣交換信息的互聯網體系。與有中心服務器的中央網絡系統不同，對等網絡的每個用戶端既是一個節點，也有服務器的功能。網絡中的資源和服務分散在所有節點上，信息的傳輸和服務的實現都直接在結點之間進行，可以無需中間環節和服務器的介入。

P2P架構天生具有耐攻擊、高容錯的優點。由於服務是分散在各個結點之間進行的，部分結點或網絡遭到破壞對其他部分的影響很小。對等網絡技術要求各節點“人人皆兵”。對等網絡設計了一整套協議機制，讓全網每一個節點在參與記錄的同時也來驗證其他節點記錄結果的正確性。只有當全網大部分節點（或甚至所有節點）都同時認爲這個記錄正確時，記錄的真實性才能得到全網認可，記錄數據才允許被寫入區塊中。根據 P2P 網絡層協議，記錄成功後，消息由單個節點被直接發送給全網其他所有的節點，實現分佈式傳播。信息攔截者無法通過特定傳播路徑來攔截想要截獲的信息，因爲每個節點都收到了信息。

對等網絡技術通過“鏈式防守”保障數據安全。對等網絡讓數據能實時記錄的同時，並在每一個參與數據存儲的網絡節點中不斷實時更新，這就極大地提高了數據庫的安全性。即使個別節點發生故障（如數據丟失、遭到黑客攻擊等），整個數據庫系統也不會受到任何影響，因爲其他節點存儲的數據依然可用。分佈式存儲的思維完全去除了中心化存儲時的中心點，保證了數據存儲的安全性。在分佈式記錄、分佈式傳播和分佈式存儲的去中心化保障下，可以說，沒有任何人、任何機構甚至任何國家能控制這種系統，所有交易行爲均由市場自發形成。除非網絡中所有節點同時遭到攻擊集體崩潰，否則區塊鏈體系可以一直正常運轉下去。

3．區塊鏈使用的非對稱加密技術可實現去信用化

面對互聯網中互不相識的節點，對於區塊鏈中記錄下的交易，我們能否毫不懷疑地予以百分百信任呢？答案是肯定的。區塊鏈使用了密碼學中的“非對稱加密”，解決了節點間的相互信任問題。所謂非對稱加密，是指我們在“加密”和“解密”的過程中分別使用兩個密碼，這兩個密碼具有非對稱的特點。加密時的密碼（被稱爲公鑰）和解密時的密碼（被稱爲私鑰）是一對：如果用公鑰對數據進行加密，只有用對應的私鑰才能解密，從而獲取對應的數據價值；如果用私鑰對數據進行簽名，那麼只有用對應的公鑰才能驗證簽名，驗證信息的發出者是私鑰持有者。

在中心化的系統中，我們只需要向中介組織證明自己身份，即可進行交易。例如，我們在銀行系統進行交易時，只需輸入密碼，就能證明自己是賬戶主人，支配賬戶內的資產。而在區塊鏈的系統中，由於沒有中心節點，任何節點之間的權利都是平等的。這就意味着，想要證明“我是張三”，就必須向全網所有節點亮出證據，即讓全網所有節點都相信我擁有“張三的密碼”，但還不能讓他們知道密碼是什麼。

非對稱加密就是能達到這一效果的“神器”。當甲把某項資產轉移給乙時，他使用乙的公鑰對交易進行加密，然後將交易信息向全網公開，該交易唯有使用乙的私鑰才能打開。使用橢圓離散對數的非對稱加密算法非常安全，在不擁有私鑰的情況下，破解難度極高，可能性幾乎爲零。因此，當乙解開了交易密碼後，即可證明自己是資產的擁有者，並得到全網認可與記錄。可見，完善的加密技術保證了，我們無需辨別交易對方是“好人”還是“壞人”，也不需要第三方機構對交易進行信用背書，就可放心地與任何對手方進行交易。區塊鏈憑藉其嚴謹的加密算法與認證體系，真正實現了去信用化。

區塊鏈應用在哪些地方

管比特幣是區塊鏈技術最著名也是最成功的應用，但區塊鏈的用途非常廣闊。我們甚至可以認爲，區塊鏈具備顛覆一切行業的可能性！近年來，區塊鏈應用已經從第一代的比特幣，進化到了第二代的支付清算、證券交易、醫療、物流、政務服務、博彩娛樂等各個領域。

1．支付清算

由於區塊鏈可摒棄中轉銀行的角色，實現點到點快速且成本低廉的支付，因此在支付清算尤其是跨境支付行業有着顯著的優勢。通過區塊鏈平臺，不但可繞過中轉銀行，減少中轉費用，還因區塊鏈安全、透明、低風險的特性，提高了跨境匯款的安全性與清算速度，大大加快資金利用率。未來，銀行與銀行之間也可不再通過第三方，而是通過區塊鏈技術打造點對點的支付方式。據麥肯錫測算，區塊鏈技術在B2B跨境支付與結算業務中的應用將可使每筆交易成本從約26美元下降到15美元，其中約75%爲中轉銀行的支付網絡護費用，25%爲合規、差錯調查以及外匯匯兌成本，成效非常可觀。

2．證券交易

證券交易市場是非常適合區塊鏈技術的應用領域。傳統的證券交易需要經過中央結算機構、銀行、證券公司和交易所這四大機構協調工作，才能完成股票交易，不僅效率低、而且成本高。引入區塊鏈後，就可獨立地完成一條龍式服務。尤其對於私人股權交易而言，其只需要一個可靠的系統來記錄股權歸屬並進行股權交易，卻又不需要具備很強的交易處理能力，區塊鏈技術的特點正好符合這樣的需求。

目前，美國納斯達克與英國倫敦證券交易所均在私人股權交易領域開始試水區塊鏈應用。納斯達克在2015年10月正式推出了它的區塊鏈平臺Nasdaq Linq。通過Nasdaq Linq進行股權交易的用戶們將享有一種“數字化”的所有權。Linq給予一個讓人容易看懂的歷史發行記錄，讓用戶們的記錄更容易地進行審覈，並在發行治理和所有權轉讓方面賦予他們更多的權限。今後，在性能問題解決之後，股票等交易頻率更高的金融資產也可能將遷移到這類公開的平臺上交易。

3．醫療

醫療領域是除了金融領域外區塊鏈應用的第二大領域。由於包括病歷在內的很多用戶資料極具私密性，這就需要很高的安全措施進行信息保護。然而，當前中心化管理的信息系統在各類網絡攻擊下越發力不從心，容易出現大規模數據泄漏問題。即便是安全技術很高、採用封閉系統的蘋果公司，也出現多次數據泄漏，造成惡劣影響。區塊鏈高度安全的加密算法與分佈式存儲認證體系，正適合解決這一問題。

目前，荷蘭飛利浦醫療和Tieron公司展開合作，通過區塊鏈技術完成病歷資料的認證與隱私保護。通過設立複雜可編程的權限保護，所有數據都無法隨意閱讀和篡改。即便區塊鏈系統中部分區塊遭到攻擊，也不會造成任何問題。

4．物流

區塊鏈技術可以記錄貨物從發出到接受過程中的所有環節。通過創建共識網絡，能直接定位到快遞中間環節的問題所在，也能確保信息的可追蹤性，從而避免快遞爆倉丟包、誤領錯領等問題的發生，也可有效促進物流實名制的落實。快遞交接需要雙方私鑰簽名，每個快遞員或快遞點都有自己的私鑰，是否簽收或交付只需要查下區塊鏈即可。最終用戶沒有收到快遞就沒有簽收，快遞員無法僞造簽名。這樣即可杜絕快遞員通過僞造簽名來逃避考覈，減少用戶的投訴。

當前區塊鏈技術面臨的挑戰

儘管區塊鏈實現了堪稱“革命性”的技術突破，但質疑聲音一直不少。區塊鏈缺點主要集中在技術落地時的硬件問題：

1．交易速度

區塊鏈技術的交易速度與區塊副本數量顯著負相關，區塊節點越多，交易速度越慢。目前比特幣每秒最多隻能執行7筆交易，即使是技術相對領先的Hyper Ledger方案每秒也只能執行200到300筆交易，這與中心化體系的運算處理速度相差較遠。銀行和第三方支付公司的集中化系統具備每秒執行幾萬筆交易的能力（Visa最新的實驗室測試數據是5.6萬筆/秒，2015年“雙十一”支付寶的處理峯值是8.59萬筆/秒），區塊鏈技術要達到類似的能力還需要較長時間。

2．節點維護激勵

區塊鏈網絡的穩定運營需要一定量的節點保持接入到網絡中。然而，節點的運行有一定成本，這就需要有合理的激勵機制來吸引節點參與，確保交易被記錄和維護。目前，這種激勵機制並未形成，節點的參與更多是靠自願或隨機性，並未形成一個有序的規則。

3．達成數據共識的成本

在開放網絡環境下，由於多個節點都可以記錄新的區塊，這就需要解決區塊衝突和數據一致性問題，即“拜占庭將軍問題”。要維持區塊鏈數據的安全性與可靠性，就必須保證全球多個節點同時參與記賬，但多個節點的數據共享過程實際上也是一個高耗能的過程。目前，比特幣提供的“挖礦”方案計算成本極高，由此造成的實際能耗已經超過愛爾蘭用電量，每年經濟成本達數億美元，很難被廣泛使用。可見，儘管區塊鏈節約了中心化成本，但又帶來了電能消耗成本，這將成爲影響其推廣的一大阻礙。

區塊鏈的前景與展望

區塊鏈離我們到底有多遠？這取決於廣大企業介入該技術的積極性。不同公司介入區塊鏈有着不同目的：對於軟件和服務提供商而言，使用區塊鏈可以爲傳統客戶提供更好的產品，在力爭獲取競爭優勢的同時，避免因技術變化而淘汰出局；對於傳統平臺型公司而言，使用區塊鏈可以鞏固自身的商業模式，避免被新技術帶來的商業模式顛覆；對於創新企業而言，使用區塊鏈可以尋求新技術帶來的顛覆式創新機會。因此，鑑於區塊鏈的廣泛適用性，多數企業都將有積極使用的動力。英國、美國、日本等發達國家政府與金融機構正“熱火朝天”地參與其中，力爭通過佔領區塊鏈技術先機鞏固其國際金融中心的地位。可以預見，區塊鏈的全面普及將會很快到來。

與歐美等發達國家相比，我國對區塊鏈的關注較爲滯後。2016年1月央行數字貨幣研討會上，央行宣佈考慮發行數字貨幣，這是政府層面的首次發聲。2016年4月，由中證機構間報價系統股份有限公司等11家機構共同發起的區塊鏈聯盟——中國分佈式總賬基礎協議聯盟China Ledger宣告成立，該聯盟的成立是期望能夠開發出符合中國的政策法規、國家標準、業務邏輯和使用習慣的底層區塊鏈基礎設施。目前，國內對區塊鏈的認知多數還停留在比特幣上，其他領域應用極少。隨着“互聯網+”戰略的加快實施，未來我國的區塊鏈產業也有望逐步培育起來。