區(qū)塊鏈的演變和發(fā)展

魏啟明

南京啟明光環(huán)境科技有限公司 江蘇南京 210011

美國納米醫(yī)學(xué)研究院 美國華盛頓 21042

一、區(qū)塊鏈的興起及演變

自2008年中本聰提出區(qū)塊鏈的概念，經(jīng)過近十年的發(fā)展歷程，以比特幣等虛擬幣為代表的區(qū)塊鏈應(yīng)用，真正讓區(qū)塊鏈進(jìn)入群眾的視野，引發(fā)世界各地政府、商業(yè)精英、技術(shù)研究人員等對區(qū)塊鏈技術(shù)的高度關(guān)注。根據(jù)技術(shù)理論學(xué)家梅蘭妮·斯萬的觀點，區(qū)塊鏈的發(fā)展可分為三個階段。

1、第一階段：以比特幣為代表的區(qū)塊鏈1.0時代，也被稱之為可編程貨幣時代，這個時期區(qū)塊鏈最大的創(chuàng)新在于去中心化的、公開透明的交易記錄總賬，區(qū)塊鏈的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點共享數(shù)據(jù)庫，主要運用于數(shù)字貨幣的轉(zhuǎn)移、兌換、支付。相較于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)賬、匯款、數(shù)字化支付的領(lǐng)域，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用有助于為交易提供數(shù)據(jù)信用背書，去掉繁雜的中間機構(gòu)環(huán)節(jié)，更加快捷輕便。區(qū)塊鏈1.0時代，我們看到了個體創(chuàng)造價值，享有價值權(quán)益的商業(yè)模式雛形。

2、第二階段：以太坊尤其是“智能合約”的出現(xiàn)，標(biāo)志著區(qū)塊鏈在建立社會信任的道路上又邁進(jìn)了一大步，區(qū)塊鏈2.0時代的到來，被稱之為可編程金融。之所以2.0可以應(yīng)用于金融領(lǐng)域，是因為區(qū)塊鏈2.0在1.0的去中心化公開交易賬本、點對點的價值轉(zhuǎn)移體系上，增加了強大的智能協(xié)議，一旦合約被設(shè)定，在區(qū)塊鏈系統(tǒng)上的交易無需第三方的介入便可自動執(zhí)行，加上以太坊建立的開源區(qū)塊鏈底層系統(tǒng)，使更多人的可以參與快速開發(fā)區(qū)塊鏈應(yīng)用，加速區(qū)塊鏈2.0在金融的股票、債券、期貨、產(chǎn)權(quán)等方面的應(yīng)用。

3、第三階段：在龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，依托區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)造的信任環(huán)境，產(chǎn)生往來交易。這也讓我們認(rèn)識到，區(qū)塊鏈不僅僅是一場技術(shù)革命，更是新型技術(shù)應(yīng)用模式帶來的商業(yè)邏輯的重構(gòu)、社會服務(wù)的新形態(tài)。區(qū)塊鏈技術(shù)在社會各協(xié)作領(lǐng)域的應(yīng)用探索，標(biāo)志著區(qū)塊鏈進(jìn)入3.0時代。

區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际綌?shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術(shù)的新型應(yīng)用模式。所謂共識機制是區(qū)塊鏈系統(tǒng)中實現(xiàn)不同節(jié)點之間建立信任、獲取權(quán)益的數(shù)學(xué)算法。區(qū)塊鏈（Blockchain）是一個重要的概念，它本質(zhì)上是一個去中心化的數(shù)據(jù)庫，同時作為互聯(lián)網(wǎng)的底層技術(shù)。區(qū)塊鏈?zhǔn)且淮褂妹艽a學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每一個數(shù)據(jù)塊中包含了一次網(wǎng)絡(luò)交易的信息，用于驗證其信息的有效性（防偽）和生成下一個區(qū)塊。

俠義來講，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N按照時間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連的方式組合成的一種鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以密碼學(xué)方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。廣義來講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)+據(jù)、利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算方式。

二、區(qū)塊鏈的構(gòu)成

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。其中，數(shù)據(jù)層封裝了底層數(shù)據(jù)區(qū)塊以及相關(guān)的數(shù)據(jù)加密和時間戳等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本算法；網(wǎng)絡(luò)層則包括分布式組網(wǎng)機制、數(shù)據(jù)傳播機制和數(shù)據(jù)驗證機制等；共識層主要封裝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的各類共識算法；激勵層將經(jīng)濟因素集成到區(qū)塊鏈技術(shù)體系中來，主要包括經(jīng)濟激勵的發(fā)行機制和分配機制等；合約層主要封裝各類腳本、算法和智能合約，是區(qū)塊鏈可編程特性的基礎(chǔ)；應(yīng)用層則封裝了區(qū)塊鏈的各種應(yīng)用場景和案例。該模型中，基于時間戳的鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)、分布式節(jié)點的共識機制、基于共識算力的經(jīng)濟激勵和靈活可編程的智能合約是區(qū)塊鏈技術(shù)最具代表性的創(chuàng)新點。

區(qū)塊鏈-原始區(qū)塊鏈，是一種去中心化的數(shù)據(jù)庫，它包含一張被稱為區(qū)塊的列表，有著持續(xù)增長并且排列整齊的記錄。每個區(qū)塊都包含一個時間戳和一個與前一區(qū)塊的鏈接：設(shè)計區(qū)塊鏈?zhǔn)沟脭?shù)據(jù)不可篡改—一旦記錄下來，在一個區(qū)塊中的數(shù)據(jù)將不可逆。區(qū)塊鏈的設(shè)計是一種保護(hù)措施，比如（應(yīng)用于）高容錯的分布式計算系統(tǒng)。區(qū)塊鏈?zhǔn)够旌弦恢滦猿蔀榭赡堋＿@使區(qū)塊鏈適合記錄事件、標(biāo)題、醫(yī)療記錄和其他需要收錄數(shù)據(jù)的活動、身份識別管理，交易流程管理和出處證明管理。區(qū)塊鏈對于金融脫媒有巨大的潛能，對于引導(dǎo)全球貿(mào)易有著巨大的影響。

三、區(qū)塊鏈的原理和核心技術(shù)

密碼學(xué)原理：

在區(qū)塊鏈體系中，大量使用公開的、受驗證的加密算法，如Merkle Tree哈希數(shù)算法，橢圓曲線算法、哈希算法、對稱加密算法及一些編碼算法，從而實現(xiàn)交易雙方的相互信任。

【1】哈希算法：

1、SHA-256，主要用于完成PoW（工作量證明）計算；

2、RIPEMD160，主要用于幣地址的生成。

3、Merkle哈希樹：基于哈希值的二叉樹或多叉樹，在計算機領(lǐng)域，Merkle樹大多用來進(jìn)行完整性驗證處理，在分布式環(huán)境下，其進(jìn)行完整性驗證能大量減少數(shù)據(jù)傳輸和計算的復(fù)雜程度。

【2】橢圓曲線算法：

基于secp256k1橢圓曲線數(shù)學(xué)的公鑰密碼學(xué)算法主要用于簽名與驗證簽名，一方面可以保證用戶的賬戶不被冒名頂替，另一方面保證用戶不能否認(rèn)其所簽名的交易。用私鑰對交易信息簽名，挖幣者用用戶的公鑰驗證簽名，驗證通過，則交易信息記賬，完成交易。