區塊鏈技術及其在加密貨幣外的應用

宋蘇

摘要：區塊鏈技術（Blockchain，BC）是支持比特幣這類加密貨幣的重要底層技術，其對于確保其他領域如物聯網（IoT）系統的安全性及隱私性也可起到重大的作用。目前，相關研究人員正在對區塊鏈技術在加密貨幣以外的應用場景進行深入研究。工作量證明（Proof of Work，PoW）使用了哈希算法，通過記錄并管理發生交易的電子賬簿來保證數據安全，防止數據被篡改。此外，區塊鏈技術采用了可變公鑰（Public Key，PK）來記錄用戶的身份，提供多一層的隱私保護。區塊鏈技術不僅在加密貨幣領域應用廣泛，在其他領域應用也得到了實現，例如：分布式存儲系統、位置證明、醫療保健、投票系統等等。

本文在研究了相關區塊鏈的文章及應用場景的基礎上，將評估區塊鏈技術在其應用場景增強數據安全性實現情況，并將總結區塊鏈技術及其在加密貨幣之外的應用并得出適當的結論。

關鍵詞：區塊鏈（BC）;工作證明（PoW）;物聯網（IoT）;加密貨幣

中圖分類號：F821;TP311.13? 文獻標識碼：A? 文章編號：1672-9129（2020）02-0067-01

Abstract：Blockchain （BC） is an important underlying technology supporting cryptocurrency such as Bitcoin. It can also play a significant role in ensuring the security and privacy of other fields such as the Internet of Things （IoT） system. At present， relevant researchers are conducting in-depth studies on the application scenarios of blockchain technology beyond cryptocurrency. Proof of Work （PoW） USES a hash algorithm to secure data and prevent data from being tampered with by recording and managing the electronic ledger in which transactions take place. In addition， blockchain technology USES Public Key （PK） to record the identity of users， providing an additional layer of privacy protection. Blockchain technology is widely used not only in cryptocurrency， but also in other areas such as distributed storage systems， location proof， healthcare， voting systems and so on.

Based on the study of relevant blockchain articles and application scenarios， this paper will evaluate the implementation of blockchain technology in its application scenarios to enhance data security， and summarize the blockchain technology and its applications beyond cryptocurrency and draw appropriate conclusions.

Key words：block chain （BC）; Work certificate （PoW）; Internet of Things （IoT）; Encryption currency

1? 引言

2019年10月24日，在中央政治局第十八次集體學習時，習總書記強調，“把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口”“加快推動區塊鏈技術和產業創新發展”。此時區塊鏈這項新技術已經走進大眾視野，成為社會的關注焦點。本文將探討，除加密貨幣之外，區塊鏈未來的使用方向和應用場景。區塊鏈從本質上講是一個共享的、去中心化的數據庫，用區塊鏈技術存儲的數據具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可追溯、集體維護、公開透明等特征。區塊鏈數據存儲去中心化能夠解決信息不對稱的問題，可助力實現多個主體之間的協作信任。所以，區塊鏈未來應用場景很廣闊。

2? 區塊鏈技術概述

本節簡要介紹區塊鏈背后的技術基礎。一個區塊鏈節點包含以下兩個不同的組件：

（1）交易活動：區塊鏈中的參與者觸發的使用動作。

（2）區塊：區塊鏈中的區塊是一個數據集合，它記錄了使用和相關的細節，如正確的序列、創建時 間戳等。

區塊鏈可以是公共的，也可以是私有的，使用哪一種將取決于它的具體應用場景。公共區塊鏈允許所有擁有讀寫權限（如比特幣）的用戶訪問它。然而，有一些公共區塊鏈會把訪問限制為只能讀或寫。相反，對于私有區塊鏈，只有選定的、受信任的參與者才有訪問權限，這樣設置的目的是隱藏用戶的詳細信息。

區塊鏈的一大技術優勢就是它的實現技術都是公開的，因此，每個訪問者都可獲取完整的最新更改活動記錄。同時任何更改都可被其他用戶公開驗證，因此其記錄的數據是不能被篡改的。但是每個塊中記載的數據是由私鑰加密的，不是每個人都能解密獲取到的。

區塊鏈技術的另一個主要優勢就是它是去中心化的：

沒有單一的存儲設備存儲數據（包含交易和相關區塊），而是分布在支持區塊鏈的整個網絡中的參與者之間。

交易不需要任何權威機構的批準。

區塊鏈系統的整體安全性是另一個優勢。系統只允許追加新的區塊。由于前面的區塊是公開的且分布式存儲的，因此用戶不能對其進行更改。

若要將新的區塊添加到現有鏈中，必須由該區塊鏈系統的所有參與者進行驗證。對于這樣的驗證和驗核實過程，參與者必須應用特定的算法。用戶參與的區塊鏈系統定義了被視為“有效”的內容，這些內容可能會因不同的系統而異。驗證過程和通過驗證的內容將被存儲在一個區塊中。接下來，新生成的區塊被傳送到要附加到現有塊鏈的所有其他參與節點。每個后續區塊都有一個哈希值，這個哈希值就像是它的數字指紋一樣，具有唯一性。

用戶發起轉賬交易并觸發，它就被表示為“交易”，并向網絡中的所有參與者廣播。該交易現在必須獲得區塊鏈系統的“批準”才能真正“有效”。一旦被批準為有效的交易，其信息將連同后續區塊的哈希值一起被饋送到新區塊中，并傳送到所有參與節點，隨后被附加到區塊鏈數字分類賬本中的現有區塊鏈中。

3? 加密貨幣以外的區塊鏈應用

盡管互聯網是幫助人們實現現代數字化生活的偉大工具，但在安全性和隱私性方面仍然存在很大缺陷，尤其是在金融科技和電子商務領域。加密貨幣背后的區塊鏈（Blockchain）技術帶來了一場新的革命，它實現了不需要商業銀行這些中介機構的P2P交易機制。區塊鏈可以驗證所有交易，并保留交易的永久記錄，同時確保用戶任何身份相關信息的隱私性。在證實所有交易的同時，用戶的所有個人信息都被隔離。因此，通過應用區塊鏈或類似的加密貨幣技術，用戶既不需要相互信任，也不需要中間人，而是在去中心化的網絡系統中表現出信任。比特幣只是區塊鏈的一種典型應用。除此之外，它可支持的應用場景非常多，如存儲和驗證法律文件、各種證書、醫療數據，也可與物聯網和云相結合應用。

在云環境中，任何云數據對象的創建歷史及其隨后執行的操作都由“數據源”的數據結構記錄，數據源是云元數據的一種類型。因此，保證數據源的安全性是非常重要的。在云環境中采用區塊鏈技術可以提供強大的保護，防止數據記錄被更改。這也增強了數據源本身的可用性、可靠性、隱私性以及最終的價值。

在物聯網系統中，大多數通信以機器對機器（M2M）交互的形式進行。在參與對話的機器之間建立信任是物聯網技術得到廣泛應用需面臨的一大挑戰。區塊鏈技術可以增強機器通信的可擴展性、安全性、可靠性和隱私性，助力于促進物聯網的廣泛應用。通過部署區塊鏈技術來跟蹤連接到物聯網系統的所有設備，實現參與物聯網系統協調實現的設備全跟蹤，減少單點故障（SPF）來提高系統的可靠性。用于數據塊加密的算法以及哈希技術可以提供更好的安全性。

4? 展望

區塊鏈概念以及技術的應用已經超出了其用于比特幣生成和交易的范圍。它的安全性、隱私性、可追蹤性和時間戳等特性，使得它的應用超越了最初的應用領域。相信在未來，區塊鏈技術在加密貨幣領域應用將更加深入且廣泛，我國央行發行加密貨幣也指日可待。區塊鏈技術在加密貨幣以外的應用也會趨于成熟，也將會有更多應用場景的出現，如身份管理、黃金等貴金屬的資產所有權轉讓、醫療保健和其他商業用途等。

參考文獻：

[1]區塊鏈技術發展現狀與展望[J]. 袁勇，王飛躍.自動化學報. 2016（04）