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1 区块链介绍
(发布日期: 2022-03-03  阅读:205次)

1 区块链介绍

1.1 什么是区块链

国家互联网信息办公室2019110日发布《区块链信息服务管理规定》,将区块链作为核心技术自主创新的重要突破口。区块链将是随后几年重点发展的领域。

中共中央政治局20201024日下午就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习。习近平总书记在主持学习时强调,区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口,明确主攻方向,加大投入力度,着力攻克一批关键核心技术,加快推动区块链技术和产业创新发展[1]

首先需要了解什么是区块链?

可以从不同角度来描述区块链。

ž   区块链应用了数学、密码学、互联网等多种科学技术。

ž   区块链提供了一种分布式存储技术,具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护、公开透明等特点。

ž   区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。

ž   区块链是一个去中心化的数据库,是一串使用密码学方法相关联产生的数据块,每一个数据块中包含了一批次网络交易的信息,用于验证其信息的有效性和生成下一个区块。

ž   区块链就是一种无须中介参与,亦能在互不信任或弱信任的参与者之间维系一套不可篡改的账本记录的技术。

ž   狭义来讲, 区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构, 并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义来讲,区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。

1.2 区块链价值传递网络

1.2.1 信息传递网络和价值转移网络

根据网络传输的目的不同,可以将网络分为信息传输网络和价值传输网络。

1.2.1.1 信息传输网络

信息传输网络的目的是将某种信息从发送者传递给接收者。

传统的网络是一种传输信息(information)的网络,主要目的是传输承载信息的数据。信息发送者在将信息传送出去后,拥有的信息并不会减少。相当于是产生了一个副本,并把副本传递给接收者。原发送者的信息不会因为发送而减少或消失。

书籍、报纸、电影、音乐、互联网中的大部分数据等为载体的信息属于信息网络。

1.2.1.2 价值传输网络

价值传输网络的目的是将某种价值从发送者转移给接收者。价值的发送者将价值传送出去后,接收者会得到相应的价值。发送者将失去原来拥有的价值。在每次发送时,都会发生价值的转移。在整个网络中,同一份价值始终保持只有一份。

硬币、纸币、电子化货币、区块链中的Token等为载体的价值属于价值网络。

1.2.1.3 区块链网络与传统网络的区别

区块链是一种传递价值(value)的网络,通过传输一些特别设计的数据来实现价值的转移。传统互联网是信息传递的网络。传统网络与区块链网络的区别如表1所示。

SEQ \* ARABIC 1 传统网络与区块链网络的区别

传统网络

区块链网络

功能

数据传输

价值转移

实现途径

数据复制

价值记录

意义

数据分享

达成共识

结构

集中式、分布式

分布式

1.2.2 纸质书籍与纸币

纸质书籍是一种信息的载体。纸质报纸、杂志、画作等也是信息的载体。

纸币是一种价值的载体。同样,硬币、塑料币等也是价值的载体。

纸质书籍与纸币的区别如 REF _Ref63762202 \h \* MERGEFORMAT 2所示。

SEQ \* ARABIC 2 纸质书籍与纸币的区别

纸质书籍

纸币

承载的内容

纸质书籍承载了信息

纸币承载了价值

内容的唯一性

每本纸质书籍代表的信息相同,不具有唯一性

每张纸币都不同,分别代表一定的价值,具有唯一性

内容的可复制性

内容代表了信息,可复制,越复制越多

内容代表了价值,不可复制

可转移性

信息可以复制传递,复制传递后自己的并不减少

价值可以转移,转移出去后自己的就没有了

1.2.3 纸币与电子化货币

随网络的应用,诞生了电子化货币。例如网络银行、信用卡等通过电子化的货币来承载价值。在价值转移时,纸币需要完成物理转移,电子化货币则通过传输电子数据来完成。

纸币和电子化货币的区别如 REF _Ref63762235 \h \* MERGEFORMAT 3所示。

SEQ \* ARABIC 3 纸币和电子化货币的区别

纸币

电子化货币

介质载体

物理介质

电子数据

交易场所

现场交易

网络交易

有无记录

无记录

有转移记录

可追踪性

不易追踪

可追踪

防伪措施

基于图案、技术的防伪

依赖于可信中心提供的防伪功能

抵制双花

物理介质属性抵制重复消费

可信中心的信用提供抵制重复消费的能力

中介依赖性

无需中介

需要金融机构等中介

1.2.4 电子化货币到区块链

电子化货币和区块链都可用于价值的传递。在传递价值时,两者都不需要物理介质的交换,都是使用电子数据的传递来实现。但两则在一些特性上有较大差异。

电子化货币和区块链的区别如 REF _Ref65512181 \h 4所示。

SEQ \* ARABIC 4 电子化货币和区块链的区别

电子化货币

区块链

可信性

由金融机构担保

由数学保证

记录方式

数据库

区块

可追踪性

易于追踪

不易追踪

抵制双花

可信中心的信用提供抵制重复消费的能力

共识算法提供抗双重消费(双花)能力

中介依赖性

需要金融机构等中介

无需中介

交易容量

交易带宽

确认速度

门槛要求

对参与者门槛要求高

低,人人可参与

1.3 区块链的特征

区块链具有一些独特信息。

1.3.1 共识性

共识机制保证各个参与者对区块链工作方式有相同的认识,并对数据产生信任。

共识机制的重要作用之一是使得修改大量区块的成本极高,从而几乎是不可能的。

以采用工作量证明的区块链网络(比如比特币、以太坊)为例,只有拥有51%的算力才可能重新生成所有区块以篡改数据。但是,破坏数据并不符合拥有大算力的玩家自身利益,这种实用设计增强了区块链上的数据可靠性。

1.3.2 去中心化

去中心化是区块链最突出最本质的特征。

区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施,没有中心管制。

通过分布式计算和存储,各个节点实现了信息自我验证、传递和管理。

1.3.3 开放性

区块链技术基础是开源的。

整个系统信息高度透明。 除了交易各方的私有信息被加密外,区块链的数据对所有人开放。

任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关的应用。

1.3.4 安全性

只要不能掌控全部数据节点的51%算力,就无法肆意操控修改网络数据。这使区块链本身变得相对安全,避免了主观人为的数据变更。

1.3.5 匿名性

除非有法律规范要求,单从技术上来讲,各区块节点的身份信息不需要公开或验证,信息传递可以匿名进行。

1.3.6 不可修改性

区块链最容易被理解的特性是不可修改的特性。

不可篡改是基于"区块+"block+chain)的独特账本而形成的。存有交易的区块按照时间顺序持续加到链的尾部。要修改一个区块中的数据,就需要重新生成它之后的所有区块。

1.3.7 独立性

基于协商一致的规范和协议(类似比特币采用的哈希等各种数学算法),整个区块链系统不依赖其他第三方。所有节点能够在系统内自动安全地验证、交换数据,不需要任何人为的干预。

1.4 核心技术

1.4.1 分布式账本技术

分布式账本指的是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成,而且每一个节点记录的是完整的账目。因此它们都可以参与监督交易合法性,同时也可以共同为其作证。

跟传统的分布式存储有所不同,区块链的分布式存储的独特性主要体现在两个方面:

l  一是区块链每个节点都按照块链式结构存储完整的数据。传统分布式存储一般是将数据按照一定的规则分成多份进行存储。

l  二是区块链每个节点存储都是独立的、地位等同的,依靠共识机制保证存储的一致性。而传统分布式存储一般是通过中心节点往其他备份节点同步数据。没有任何一个节点可以单独记录账本数据,从而避免了单一记账人被控制或者被贿赂而记假账的可能性。由于记账节点足够多,理论上讲除非所有的节点被破坏,否则账目就不会丢失,从而保证了账目数据的安全性。

1.4.2 非对称加密技术

存储在区块链上的交易信息是公开的,但是账户身份信息是高度加密的。 采用了非对称加密,只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到,从而保证了数据的安全和个人的隐私。

1.4.3 共识技术

共识机制就是所有记账节点之间怎么达成共识,去认定一个记录的有效性,这既是认定的手段,也是防止篡改的手段。区块链提出了四种不同的共识机制,适用于不同的应用场景,在效率和安全性之间取得平衡。

区块链的共识机制具备"少数服从多数"以及"人人平等"的特点,其中"少数服从多数"并不完全指节点个数,也可以是计算能力、股权数或者其他的计算机可以比较的特征量"。人人平等"是当节点满足条件时,所有节点都可以提出共识结果、直接被其他节点认同后并最后有可能成为最终共识结果。

以比特币为例,采用的是工作量证明,只有在控制了全网超过51%的记账节点的情况下,才有可能伪造出一条不存在的记录。当加入区块链的节点足够多的时候,这基本上不可能,从而杜绝了造假的可能。

常用的共识机制主要有 PoWPoSDPoSPBFTPAXOS等。由于区块链系统中没有一个中心,因此需要有一个预设的规则来指导各方节点在数据处理上达成一致,所有的数据交互都要按照严格的规则和共识进行 ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"qduIDtU7","properties":{"formattedCitation":"[1]","plainCitation":"[1]","noteIndex":0},"citationItems":[{"id":"WYH2oCri/yr3U4cjv","uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=952e7a12-761d-42f3-a02e-c79aec41b1f6","http://www.mendeley.com/documents/?uuid=a875ce51-b657-4592-9620-bd153ab8fa30","http://www.mendeley.com/documents/?uuid=e0e97ced-9974-4257-85c5-f5663f9ac0d4"],"uri":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=952e7a12-761d-42f3-a02e-c79aec41b1f6","http://www.mendeley.com/documents/?uuid=a875ce51-b657-4592-9620-bd153ab8fa30","http://www.mendeley.com/documents/?uuid=e0e97ced-9974-4257-85c5-f5663f9ac0d4"],"itemData":{"author":[{"dropping-particle":"","family":"区势传媒","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"container-title":"www.elecfans.com","id":"ITEM-1","issued":{"date-parts":[["2019"]]},"title":"区块链的关键技术是哪些技术","type":"webpage"}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [1]

1.4.4 智能合约

智能合约允许在没有第三方的情况下进行可信交易。只要一方达成了协议预先设定的目标,合约将会自动执行交易。这些交易可追踪且不可逆转。具有透明可信、自动执行、强制履约的优点 ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"N21wxZdL","properties":{"formattedCitation":"[1]","plainCitation":"[1]","noteIndex":0},"citationItems":[{"id":"WYH2oCri/yr3U4cjv","uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=e0e97ced-9974-4257-85c5-f5663f9ac0d4","http://www.mendeley.com/documents/?uuid=a875ce51-b657-4592-9620-bd153ab8fa30","http://www.mendeley.com/documents/?uuid=952e7a12-761d-42f3-a02e-c79aec41b1f6"],"uri":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=e0e97ced-9974-4257-85c5-f5663f9ac0d4","http://www.mendeley.com/documents/?uuid=a875ce51-b657-4592-9620-bd153ab8fa30","http://www.mendeley.com/documents/?uuid=952e7a12-761d-42f3-a02e-c79aec41b1f6"],"itemData":{"author":[{"dropping-particle":"","family":"区势传媒","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"container-title":"www.elecfans.com","id":"ITEM-1","issued":{"date-parts":[["2019"]]},"title":"区块链的关键技术是哪些技术","type":"webpage"}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [1]

1.4.5 对等网络技术

区块链一般使用P2P对等网络来传递区块数据。