掘金圈 百科 什么是区块链?区块链有哪些特性?

什么是区块链?区块链有哪些特性?

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它是一种全新的分布式基础结构,它使用块链式数据结构验证和存储数据,使用分布式节点共识算法生成和更新数据,使用密码技术保证数据传输和访问控制的安全性,使用由自动脚本代码组成的智能合约对数据进行编程和操作。如今,许多大型机构都把区块链称作是一种彻底改变商业甚至机构运作模式的突破性技术。越来越多的企业界机构开始探索区块链在金融、物联网、公益慈善、医疗卫生、供应链等领域的应用前景,规划基于区块链技术的数据流通路线图。

区块链的兴起与演进路径

区块链技术起源于一篇奠基性论文《比特币:一个点对点的电子现金系统》,作者化名中本聪(Satoshi Nakamoto)。本文建议,可以建立一个“基于密码学原理而非信用原则”的电子支付系统,任何人都可以在不了解对方背景信息的情况下进行交易,并且不需要第三方介入。

该文提出比特币,这是对人类社会货币制度的一个全新实验。大家都知道,比特币在运作和管理上没有任何中央机构,多年来一直非常稳定。之所以如此,是因为比特币的发行方式是程序和加密算法预先设定好的,在世界各地的多个节点上运行,任何人、任何机构都无法篡改,也不受任何单一用户的控制。之后,人们又将这种基于密码和分布式存储的底层技术抽象为区块链技术。

2013年,19岁的 Vitalik Buterin发表了一份名为《以太坊白皮书:新一代的智能合约和去中心化应用平台》的白皮书,该白皮书建议基于通用编程语言创建各种分布式应用程序,即“全球计算机”。2015年, Linux基金会启动了 Hyperledger开放源码项目,许多金融机构和像 IBM、英特尔这样的巨无霸加入了这一合作。自2016年以来,区块链技术开始从加密数字货币扩展到更多的应用领域,引发了一波全球性的区块链应用浪潮。区块链技术在2016年底首次被列入国务院“十三五”国家信息化规划,2017年工信部发布了中国第一个区块链标准《区块链参考架构》。

根据应用场景和设计的不同,区块链分为公有链、联盟链和私有链。

公共链:以比特币、以太坊和所有数字货币为代表的公共链,节点可以自由进出区块链网络;

(2)联盟链:节点通常代表一个实体的组织机构或个人,通常要求在获得授权之后加入或退出网络。因为机构间通常有相关的利益,所以需要各方的共同参与和维护;

(3)私有链:每个节点的进入和退出权限都由内部控制,通常是内部数据管理和特定机构的审计。

区块链的主要优点

已有的区块链技术主要有四大特征:

(1)去中心化:实现点对点的交易、协作和协作,而不需要第三方参与。没有哪个机构或个人能在区块链系统中实现对全局数据的控制,而任意节点停止工作并不影响系统的整体运行,这样的去中心化网络将大大提高数据安全。

(2)不可篡改性:区块链使用加密技术验证和存储数据,使用分布式共识算法添加和更新数据,区块链需要节点参与验证交易和出块;修改任何数据都需要更改所有后续记录,单节点数据很难修改。

(3)公开透明和可追溯性:写入的区块内容将备份复制到具有最新完整数据库副本的节点上,并且所有记录信息都公开,任何人可以通过公开界面查询区块数据。在区块链上的每个交易都是以链式存储方式将其固化为区块数据,同时通过加密算法对所有区块的所有交易记录进行 HASH叠加式汇总处理,从而可以追踪任何交易历史。

(4)集体维护性:区块链的非中心化特性决定了其集体维护性。一般情况下,传统中央机构有三种身分:数据存储者、数据管理者和数据分析者;区块链由参与者以对等方式共同维护,各方权责明确,不需要让渡给第三方机构,也不需要相互合作。

区块链的核心关键技术

在技术层面上,区块链并非一项全新技术,而是一项将多种现有技术结合在一起的组合创新,它包括以下几个方面:

共识机制:通常使用的共识机制有 PoW, PoS, DPoS, PBFT, PAXOS等(如图)。因为区块链系统中没有中心,所以需要一套预先设定好的规则来指导节点之间的数据处理过程,所有的数据交互都必须按照严格的规则和共识进行;

密码技术:密码技术是区块链的核心技术之一,目前在区块链应用中使用的密码学经典算法有:哈希算法、对称加密、非对称加密、数字签名等;

一种 HASH摘要算法: HASH算法旨在生成不同输入的唯一、固定长度的输出。HASH算法有3个特点:一是由不同的输入数据生成的输出数据一定不一样;二是输入数据变化很小,输出结果也会很不一样;三是给定的已知输出数据,不能恢复原始输入数据。通常使用的SHA-256算法是输出256位数据数列的任意长度的数据,而在实际应用中,SHA-256被用来对区块链中的每一块数据进行 HASH汇总以防止篡改,同时结合 Merkle Tree数据结构实现部分块数据的 HASH值验证。

二对称加密算法:对称加密算法是利用加密密钥对原始数据进行加密,然后将加密后的密文发送给接收者,接收者使用相同密钥的逆算法和相同算法对密文进行解密,从而使其还原为原始数据。对称加密算法中,发信人和收信人都使用一个密钥来加密和解密数据,这就要求解密者必须事先知道加密密钥。AES是区块链技术中常用的对称加密算法。

3不对称加密算法:非对称加密算法需要两个密钥:公开密钥(Public Key)和私有密钥(Private Key)。公钥和私钥是一对密钥,如果用公钥加密数据,则只能用相应的私钥才能解密;如果用私钥加密数据,则只能用相应的公钥才能解密。它实现机密信息交换的基本过程是:甲方生成一对密钥,并将其中的一对密钥作为公共密钥向其他方公开;获得公共密钥的乙方使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给甲方;甲方再用自己保存的专用密钥对已加密信息进行解密。

数位签名算法:在区块链技术中使用数位签名技术来验证资料的完整性和真实性,其基本程序如下:发送者将需要签名的原始资料进行 HASH汇总,然后用私钥对汇总资料进行加密,与原始资料一起传送给接收者。接收方只能使用发送方的公钥来解密加密的摘要信息,然后使用同样的 HASH函数对接收到的原始信息生成一个摘要信息,如果与解密的摘要信息相比较,表明接收到的信息是完整的,在传输过程中没有发生任何修改,否则说明信息已经修改,这样数字签名就可以验证信息的完整性。另外,信息发送方拥有私钥并且不公开,所以只有发送方自己能够构造基于私钥的签名信息,从而保证了签名的真实性。在区块链技术中, ECDSA是一种常用的数字签名技术。

(3)分布式存储:区块链是点对点网络中的分布式账本,每一个参与节点将独立、完整地存储并写入区块数据信息。与传统中心化存储相比,分布式存储具有两大优点:

每一个节点都备份数据信息,避免因单点故障而造成的数据丢失。

每个节点上的数据独立存储,有效地避免对历史数据进行恶意篡改。

(4)智能合同:智能合同允许在没有第三方参与的情况下进行可信的交易,该合同将自动执行交易,只要一方同意预先设定的目标,这些交易是可以追踪和不可逆的。其优点是透明可信,自动执行,强制执行。

块链技术的未来趋势

面临着区块链技术带来的机遇和挑战,全球各行业都在积极布局,力图通过这一“组合创新”技术,改变原有的商业和管理模式,构建一个多方参与、互信安全的新型生态系统。未来区块链的发展趋势主要表现在以下几个方面:

(1)行业渗透:尽管区块链的基础架构源自比特币,但区块链作为一项通用技术,正在加快从数字货币向其他领域的渗透,并在各行各业实现创新融合。当前,金融服务业、数字资产、慈善公益等行业都在积极探索区块链技术的应用,利用日志保存、信息追踪等特点,改变了行业内原有交易不公开、不透明的现状。我们相信,今后,区块链将在更多领域发挥作用。像医疗保健这样涉及到大规模数据交互的行业,必将通过区块链技术实现数据可信交易,打破现有的利益壁垒,构建数据产业内外安全共享的全新生态系统;

(2)多中心:区块链的核心并非“放弃中心管理以实现去中心化”,而是建立多方信任机制。今后,随着跨链技术的不断发展,区块链体系结构将演变为多方参与的信任授权体系。这就是在多方信息不对称,背景不明确的情况下,构建了依赖于多方信任与合作的新生态。将来在多中心化和去中心化之间,会出现一个中间区域,不同的区块链系统会根据具体场景的需要,呈现出不同的非中心化程度;

技术融合:以云计算、大数据、物联网为代表的新一代信息技术正在向各行各业渗透。今后的区块链发展必然要从技术融合入手,共同解决单一技术的不足和难点,拓展应用场景,降低应用成本。举一个区块链和物联网结合的例子,物联网是因特网在实体经济中的延伸,它利用计算机技术,实现了物物交换和通讯。块链系统是一种典型的点到点网络,具有分布式、异构的特点,自然适合于建立物联网中各主体间的共识机制,制定交互规则,构建非中心控制的交易网络。如何通过区块链技术与其他技术相结合,实现产业创新,将是区块链未来发展的重要课题;

标准规范:未来区块链中企业应用将是主战场,联盟链将成为区块链发展的主流方向。不同于公共链,企业级应用不仅要通过软件和算法来构建信任基础,而且要从用户体验和业务需求出发,构建一套基于共识机制、权限管理、智能合约等多维度的生态规则。在区块链技术不断发展的今天,应同时考虑相应的技术标准和法律法规,提高区块链的可信度,制定应用规范以加强监管,防范风险。

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作者: summer

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