區塊鏈技術在信息安全領域的應用

張巖林

（中北大學 山西省太原市 030051）

1 區塊結構數據庫概述

塊結構：每個塊將自動記錄生成期間塊鏈數據庫中所有事務的數據。區塊鏈的主體實際上是所有事務數據信息的集合。每種類型的區塊鏈的結構設計可能不同，也可能相同，但在大型結構中，它可以分為兩部分：事務塊(header)和塊(body)。塊塊主要用于將事務鏈接到前一個塊，并保證事務數據的完整性，以便數據庫創建塊鏈。塊體是所有事務信息的記錄，這些事務信息在創建塊的過程中可能會被數據庫驗證。

區塊結構數據庫有兩個非常重要的基本特點：

（1）每一個在新區塊上記錄的區塊鏈交易都是指在上一個交易區塊被重新形成之后、該下一個區塊被重新創建前該區塊發生的所有價值信息交換的活動，這個數據庫的特點很好地保證了區塊鏈數據庫的完整性。

（2）在絕大多數的情況下，一旦新的區塊在創建完成后被重新加入區塊鏈到了下一個區塊鏈的最后，則此區塊的所有數據和交易記錄就再也不能改變或者被刪除。這個數據庫的特點很好地保證了區塊鏈數據庫的嚴謹性，即無法被篡改。

顧名思義，區塊鏈數據庫就是將許多個區塊以鏈的方式直接組合在一起，以這種鏈的方式連接形成的交易數據庫我們通常稱之為區塊鏈交易數據庫。區塊鏈數據庫是一個系統內所有區塊鏈節點相互共享的區塊鏈交易信息數據庫，這些區塊鏈節點基于一個價值鏈的交換協議參與并連接到了區塊鏈的交易網絡中來。

“區塊+鏈”的系統結構為我們的技術開發者團隊提供了一個基于區塊鏈技術數據庫的完整技術發展以及歷史。從第一個使用區塊產生開始，到最新區塊產生的最后一個使用區塊鏈作為數據庫使用為止，區塊鏈上已經累計存儲了整個信息系統全部的一個區塊鏈使用歷史數據。

區塊鏈為我們的移動客戶平臺提供了對我們數據庫內每任何一筆貨幣交易相關數據的自動跟蹤查找以及驗證處理功能。我們認為區塊鏈上的每任何通過一條貨幣交易信息產生的用戶數據，都必須是我們可以直接或者通過“區塊鏈”的交易數據庫分析結構系統進行分析追本溯源，一筆一筆準確地對交易數據結構進行分析驗證。

2 區塊鏈技術概述

2.1 分布式網絡結構——一個開源的、去中心化的協議

一旦我們有了事務數據塊+鏈，下一步就是考慮數據記錄和事務節點存儲的集中化。然后，我們應該考慮由誰來實現事務數據的集中和記錄，或者我們應該將被時間戳覆蓋的事務數據存儲在哪里?在今天的中央區塊鏈系統中，數據可以被集中記錄并直接存儲在中央計算機上。但現在連鎖塊結構設計的一個地方，這不是讓我們同意焦點直接記錄和存儲的所有數據集中的一個或幾個電腦，但是我們同意讓每一個參與交易的所有數據記錄和交易節點集中直屬和存儲所有的交易數據。

（1）至于如何使所有節點參與驗證記錄的真實性的同時盡可能的通過驗證，區塊鏈主要是如下的解決方案：通過構建一個完整的塊鏈協議驗證機制、真實性和正確性的比較結果可以驗證的其他節點的參與記錄每個塊鏈節點在整個塊鏈網絡參與者記錄驗證。只有當節點鏈減少，大多數（甚至所有節點）認為參與記錄是正確的，或畢竟鏈參與記錄每個節點的協議，整個網絡鏈可以通過正確的記錄和真實性的驗證，并記錄數據可以直接到的部分。

（2）關于如何安全存儲下“區塊鏈”這套嚴謹網絡數據庫的解決問題，區塊鏈的解決辦法主要是：用區塊鏈構建一個采用分布式結構的自動化網絡數據庫系統，讓整個數據庫系統中的所有網絡數據都實時地更新并且安全地存放于所有實時參與更新記錄的自動化網絡節點中。這樣即使部分網絡節點的系統損壞或被其他黑客攻擊，也可以保證不會直接影響整個網絡數據庫的所有數據更新記錄與系統信息的更新。

區塊鏈根據信息系統需求確定的一個開源的、去中心化的區塊鏈協議，構建了一個分布式的區塊鏈結構管理體系，讓所有有價值信息交換的區塊鏈信息直接通過區塊鏈分布式的傳播直接發送給區塊鏈安全網，通過分布式的記賬計算出確定的信息交換數據和內容，蓋上分布式的時間戳后生成的區塊鏈大數據，再通過區塊鏈分布式的傳播直接發送給各個區塊鏈節點，實現分布式的存儲。

2.2 分布式的財務記賬——[unk]分布式記賬會計將有責任的記賬分散化(distributedaccountability)

從傳統硬件的設計角度上來講，區塊鏈的背后其實是大量的會計價值信息交換記錄和數據儲存器(如平板電腦等)連接組成的區塊鏈網絡，這一組成的網絡如何有效地記錄和管理發生在區塊鏈網絡儲存器中的所有會計價值信息交換記錄活動呢?區塊鏈的設計者沒有為任何專業的會計和記錄者預留一個特定的地理位置，而是簡單地希望通過一種自愿的原則來為參與者建立一套健全的人人都有并且可以隨時參與記錄會計信息的分布式會計記賬管理體系，從而將管理會計的責任有效地分散化，由整個區塊鏈網絡的所有成員和參與者一起來共同管理會計記錄。

區塊鏈中每一筆新產品交易的網絡消息發送傳播都已經是完全采用了分布式的網絡結構，根據一個P2P 網絡層的傳輸協議，消息由單個新的區塊鏈網絡節點被直接地通過發送給整個區塊鏈網絡全網其他所有的單個區塊鏈網絡節點。

區塊鏈技術允許區塊鏈數據庫系統中的所有區塊鏈數據實時存儲在區塊鏈系統的所有網絡計算機和節點上，并實時記錄和更新。完全分散的車鏈結構設置可以使車鏈數據系統來存儲和實時記錄，并實時更新在每個網絡計算機節點，可以參與實時存儲塊鏈數據，大大塊鏈的保證和提高網絡安全的數據庫。

通過分布式事務、分布式信息通信、分布式數據存儲的三個“分配”我們可以清楚地發現，幾乎沒有人，沒有商業組織，甚至世界發達國家沒有政府完全控制分散的系統，所有的數據都是存儲在系統中，交易身份驗證、信息傳輸等幾乎所有的整個過程是分散的車鏈在區塊鏈沒有數據中心的這種情況下，大規模的區塊鏈參與者已經達成了共識，共同地構建了一套區塊鏈去中心化數據庫。因此我們可以肯定地說，這套數據庫是區塊鏈在人類的歷史上第一次地構建了一個真正基于傳統意義上的區塊鏈去中心化的體系。甚至我們也可以說，區塊鏈的技術已經構建了一套可以永生或者不滅的去中心化系統——只要不是基于網絡區塊鏈中的所有一個參與節點在區塊鏈的同一時間內已經集體消失或者崩潰，數據庫去中心化系統就可以一直持續地運轉下去。

3 區塊鏈技術的應用

我們現在已經有了一套嚴謹的互聯網數據庫，也已經有了一套記錄并存儲這套嚴謹數據庫的方法和可用協議，那么當我們將這套嚴謹的數據庫廣泛運用于實際的社會時，我們就需要如何解決最核心的一個關鍵性問題（詳見問題三），那就是：如何能夠使這個嚴謹且完整地存儲記錄下來的互聯網數據庫在實際上變得更加可以受信賴，使得我們的企業可以在防止互聯網詐騙和無實名認證的背景下成功。如何防止互聯網詐騙?

從區塊鏈的這些特點，與其工作流程上，我們可以看出其對信息安全方面作出的貢獻：

3.1 用戶身份認證保護

非對稱式公私鑰加密技術區塊鏈采用兩套密鑰系統，比對稱式公私鑰加密更安全。利用區塊鏈密鑰技術可以為用戶構建一個全新的區塊鏈身份信息管理和安全系統，商務密郵系統采用的是身份信息標識密鑰加密算法，讓身份信息篡改難以發現和隱匿，從而有效地防范了身份的偽造。

3.2 有效阻止DDoS攻擊

變本加厲的大型ddos 網絡攻擊已經開始令許多大型網絡企業望而生畏，一場高級的大型ddos 網絡攻擊甚至幾乎已經可以輕松地徹底搞垮任何幾個一家大型的網絡企業，這也有人可能認為正是大多數網絡黑客已經開始積極嘗試對其企業進行大規模網絡攻擊和安全破壞的主要原因和策略首選。

區塊鏈的分布式域名存儲系統架構則可能會令網絡域名黑客無所適從，已經陸續有多家公司開始著手設計和開發基于區塊鏈的分布式移動互聯網的域名和存儲系統,絕除當前猖獗的dns 域名注冊系統弊病的禍根,使得網絡域名系統更加干凈透明。

探究區塊鏈技術為什么對信息安全領域做出貢獻,我認為主要由以下因素影響：

區塊鏈采用了非對稱的公私鑰加密技術。這是對過去傳統的對稱加密方式的升級和提高。

因為區塊鏈本身要解決的問題就是交易的信任和安全問題，因此其本身與信息安全就有千絲萬縷的聯系，可以說是信息安全的一個應用。

我們已經提到了，區塊鏈中利用哈希算法和非對稱的公私鑰加密技術，來實現對信息安全的保護，但實際上，它在信息安全方面主要有四個創新點。

第一個基礎賬本它也叫分布式新型交易基礎賬本，就是一個新型交易基本記賬由一個同時分布在不同交易時間和其他地方的多個新型交易基本節點共同完成，而且每一個新的交易基本節點都同樣認為所需要記錄的交易數據本身就是完整的一個交易基本賬目，因此它們都同樣可以相互參與共同負責監督其賬戶交易的安全合法性，同時也都同樣可以共同為其交易合法性數據作證。

沒有任何一個單獨記賬的會計節點本身仍然可以單獨同時記錄任何一個節點賬本的會計數據，從而也完全避免了單一一個節點單獨記賬的因個人被國家稅務管理部門直接控制或者被個人收受賄賂而直接導致個人記假帳漏賬的種種可能性。也由于目前可以單獨進行記賬的一個節點已經有的足夠多，理論上一般來講除非所有的任何一個記賬節點被完全遭到破壞，否則所有的這個賬目就一定不會完全遭到丟失，從而也完全保證了對這個賬目和所有數據的完全保密和數據安全性。

第二個技術叫做高度非對稱的加密和授權的技術，存儲在整個區塊鏈上的所有交易賬戶身份信息都是公開的，但是交易賬戶個人身份信息的加密卻是高度對稱加密的，只有在區塊鏈數據的擁有者未經授權的加密情況下用戶才能直接訪問得到，從而有效保證了區塊鏈數據的安全和保護個人的身份信息隱私。

第三個認證機制叫做區塊鏈共識和認證機制，就是所有負責記賬的節點之間怎么已經達成了共識，去認定一個區塊鏈記錄的安全有效性，這個機制既是區塊鏈認定的重要手段，也是有效防止記錄被篡改的重要手段。目前區塊鏈提出了四種不同的區塊鏈共識和認證機制，適用于不同的區塊鏈應用和場景，在記賬效率和應用安全性之間可以取得平衡。

最后一個就是自動化信息技術的主要特點我們可以直接叫做這就是商業智能服務合約，智能服務合約的主要特點就是基于這些可信的或者可能是不當的可能被隨意篡改的服務信息和一些數據，可以通過這種自動化的信息技術手段來正確執行一些預先已經明確定義好的商業智能服務合約中的規則和一些服務中的條款。以上是一家商業保險服務公司自身為案例代表的一個案例，如果說每個投保人的一份商業保險費用信息(其中應該包括很多有關商業醫療的費用信息和商業風險以及可能還會發生的其他相關費用信息)都應該是真實可信的，那就很容易的在一些比較完全標準化的大型商業保險理賠產品中，去輕易的對其進行了比較自動化的商業保險理賠。

正是因為哈希算法+這四個創新點(包括了非對稱加密技術)，幫助區塊鏈解決交易中的安全和信任問題。

變本加厲的大型ddos 網絡攻擊已經開始令許多大型網絡企業望而生畏，一場高級的大型ddos 網絡攻擊甚至幾乎已經可以輕松地徹底搞垮任何幾個一家大型的網絡企業，這也有人可能認為正是大多數網絡黑客已經開始積極嘗試對其企業進行大規模網絡攻擊和安全破壞的主要原因和策略首選。

區塊鏈的分布式域名存儲系統架構則可能會令網絡域名黑客無所適從，已經陸續有多家公司開始著手設計和開發基于區塊鏈的分布式移動互聯網的域名和存儲系統,絕除當前猖獗的dns 域名注冊系統弊病的禍根，使得網絡域名系統更加干凈透明。

4 結語

隨著技術水平的發展，相信區塊鏈技術也將給人們的生活帶來新的提高，而信息安全作為國家戰略，在開發人員的努力下將區塊鏈技術應用于安全領域，建設好我們的網絡長城。