區(qū)塊鏈技術(shù)及其應(yīng)用研究

賈民政

摘要：區(qū)塊鏈作為比特幣的底層技術(shù)是近幾年來(lái)新興的熱門技術(shù)，其安全、去中心化等特點(diǎn)引起了人們的關(guān)注，特別是基于區(qū)塊鏈的數(shù)字貨幣的成功發(fā)行更是在金融領(lǐng)域產(chǎn)生了不小的影響。本文介紹了區(qū)塊鏈的相關(guān)概念及其特點(diǎn)，對(duì)涉及到的相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)述，分析了區(qū)塊鏈在社會(huì)管理等領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；比特幣；共識(shí)機(jī)制

中圖分類號(hào)：TP309.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）01-0189-01

1 區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介

區(qū)塊鏈技術(shù)最早起源2008年，最初由中本聰在比特幣中提出。隨著比特幣的流行和價(jià)格暴漲，區(qū)塊鏈技術(shù)引起了人們的關(guān)注更成為國(guó)內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)。區(qū)塊鏈技術(shù)是一種去中心化、去信任化的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)方案[1]，這里的分布式包含兩層含義即是指數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)也是指數(shù)據(jù)的記錄方式都是分布式。在存儲(chǔ)過(guò)程中區(qū)塊鏈上的所有節(jié)點(diǎn)都參與存儲(chǔ)，在記錄過(guò)程中系統(tǒng)集體記錄，共同維護(hù)，從效果的角度來(lái)看在密碼學(xué)技術(shù)的支持下區(qū)塊鏈可以生成一套記錄時(shí)間有先后、不可篡改、可信任的數(shù)據(jù)庫(kù)，這套數(shù)據(jù)庫(kù)是去中心化存儲(chǔ)且數(shù)據(jù)安全能夠得以有效保證[2]。區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)個(gè)區(qū)塊組成的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，區(qū)塊鏈技術(shù)具有如下的特征：

（1）去中心化。區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、驗(yàn)證等都采用基于P2P的分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)共同參與、共同維護(hù)，不存在中心節(jié)點(diǎn)，不存在主從關(guān)系，所有節(jié)點(diǎn)的權(quán)利和義務(wù)都是平等的。

（2）開(kāi)放性。區(qū)塊鏈特別是公開(kāi)鏈對(duì)所有人都是公開(kāi)的、透明的，用戶可以方便的應(yīng)用區(qū)塊鏈接口進(jìn)行查詢及開(kāi)發(fā)應(yīng)用等一系列操作，另外區(qū)塊鏈系統(tǒng)往往還是開(kāi)源的，提供了靈活的編程腳本。

（3）可靠性。區(qū)塊鏈采用分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，區(qū)塊鏈中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的完整備份，保證了信息的安全可靠及不可篡改，信息一旦添加到區(qū)塊鏈中就基本上不能被更改，除非控制系統(tǒng)中一半以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行更改，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)從自己的利益角度考慮也不允許這樣的事情發(fā)生。區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)越多數(shù)據(jù)庫(kù)越可靠，它很好的解決了人與人之間信任的問(wèn)題，建立以一種無(wú)需人為干預(yù)的信任機(jī)制。

（4）安全可信。區(qū)塊鏈技術(shù)使用了信息安全中的非對(duì)稱密碼、哈希算法等技術(shù)來(lái)抵御破壞者的攻擊，保證了數(shù)據(jù)的安全可信。

（5）匿名性。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，采用與用戶公鑰相關(guān)的地址作為用戶標(biāo)識(shí)，通過(guò)運(yùn)行共識(shí)算法實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的信任，在交易的過(guò)程中用戶只需要公開(kāi)地址，不需要公開(kāi)真實(shí)身份[3]，用戶可以擁有很多地址，交易只與地址掛鉤，在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上無(wú)法通過(guò)地址查找到用戶的真實(shí)身份，保證了交易的匿名性。

2 區(qū)塊鏈的相關(guān)技術(shù)

完整的區(qū)塊鏈系統(tǒng)要完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、交易的提交、驗(yàn)證等眾多功能，區(qū)塊鏈本身也是一個(gè)交叉性的學(xué)科涉及到了很多技術(shù)，主要有：

密碼學(xué)技術(shù)：為了保證交易的安全，區(qū)塊鏈采用非對(duì)稱加密算法生成公鑰和私鑰密鑰對(duì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名，錢包地址的生成等，在比特幣系統(tǒng)中采用了非對(duì)稱加密算法中的橢圓曲線加密算法（ECC）。哈希函數(shù)也廣泛應(yīng)用于區(qū)塊鏈中如工作量證明算法等，區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)不僅包含交易記錄等還包含該數(shù)據(jù)的哈希值。數(shù)字簽名技術(shù)也在區(qū)塊鏈中被用到以判斷信息的發(fā)送者及防止信息被篡改。

Merkle樹(shù)：區(qū)塊鏈系統(tǒng)采用了Merkle二叉樹(shù)，用于快速歸納和校驗(yàn)區(qū)塊數(shù)據(jù)的完整性，以提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率增強(qiáng)可擴(kuò)展性。

P2P網(wǎng)絡(luò)：P2P網(wǎng)絡(luò)是一種分布式的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)建立在P2P網(wǎng)絡(luò)上，所有網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)地位平等，以實(shí)現(xiàn)去中心化。

時(shí)間戳：時(shí)間戳用于唯一標(biāo)識(shí)某一時(shí)刻，每個(gè)區(qū)塊數(shù)據(jù)在生成時(shí)都會(huì)打上時(shí)間戳，保證了區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)的不可篡改及可追溯。

分布式數(shù)據(jù)庫(kù)：區(qū)塊鏈本身就是分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，所有節(jié)點(diǎn)共同記錄，保證了數(shù)據(jù)庫(kù)的可靠性。

共識(shí)機(jī)制：區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是去中心化的，而且要保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)的一致性，這就要求在沒(méi)有中心控制的情況下實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的彼此信任達(dá)成共識(shí)，這就是共識(shí)機(jī)制。目前的共識(shí)機(jī)制主要工作量證明（PoW）、權(quán)益證明共識(shí)（PoS）、授權(quán)股份證明（DPOS）、空間證明（POSp）、存儲(chǔ)證明（POSr）、獲取性證明（POR）等機(jī)制。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用

區(qū)塊鏈的去中心化、可靠、不可篡改、可追溯等特點(diǎn)使其能夠很要的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。

在金融領(lǐng)域中，區(qū)塊鏈技術(shù)可以應(yīng)用于數(shù)字貨幣、支付清算、金融交易、股權(quán)、債券、眾籌信貸及金融相關(guān)衍生品等多個(gè)方面，典型的應(yīng)用如比特幣、萊特幣、以太幣等電子貨幣。

在知識(shí)產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)可以應(yīng)用于發(fā)明專利、著作權(quán)、商標(biāo)、藝術(shù)品的證明及保護(hù)。

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)可以幫助建立去中心化、有較強(qiáng)可擴(kuò)展能力、安全和隱私保護(hù)能力、以及無(wú)需信任的交互能力的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)物品溯源、防偽等。

在教育領(lǐng)域區(qū)塊鏈技術(shù)可以用于學(xué)生的檔案管理、成績(jī)管理、學(xué)歷及學(xué)位管理等。

在社會(huì)管理方面可以用于個(gè)人的身份認(rèn)證、信用管理、司法公證等，另外還可以應(yīng)用在公共投票領(lǐng)域，可以排除人為操縱的可能，更加安全并且具有匿名性。

另外區(qū)塊鏈還可以應(yīng)用在房地產(chǎn)、醫(yī)療行業(yè)、娛樂(lè)業(yè)、智慧城市、審計(jì)系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理、法律應(yīng)用等各個(gè)領(lǐng)域。

4 結(jié)語(yǔ)

區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越受到人們的重視，其范圍已從最早的金融貨幣領(lǐng)域擴(kuò)展到了社會(huì)服務(wù)、日常生活等領(lǐng)域中去。但區(qū)塊鏈的研究和應(yīng)用還都剛剛處在起步階段，未來(lái)基于區(qū)塊鏈的新應(yīng)用必將改變現(xiàn)在的信任和價(jià)值傳遞體系。

參考文獻(xiàn)

[1]何蒲，于戈，張巖峰，等.區(qū)塊鏈技術(shù)與應(yīng)用前瞻綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2017，44（4）：1-7.

[2]林小馳，胡葉倩雯.關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)的研究綜述[J].金融市場(chǎng)研究，2016（2）：97-109.

[3]鄒均，張海寧，唐屹，等.區(qū)塊鏈技術(shù)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.