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)是近幾年來新興的熱門技術(shù)，其安全、去中心化等特點引起了人們的關(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，對涉及到的相關(guān)的技術(shù)進行了簡述，分析了區(qū)塊鏈在社會管理等領(lǐng)域的應(yīng)用，對其發(fā)展前景進行了探討。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；比特幣；共識機制

中圖分類號：TP309.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0189-01

1 區(qū)塊鏈簡介

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格暴漲，區(qū)塊鏈技術(shù)引起了人們的關(guān)注更成為國內(nèi)外的一個研究熱點。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)的存儲也是指數(shù)據(jù)的記錄方式都是分布式。在存儲過程中區(qū)塊鏈上的所有節(jié)點都參與存儲，在記錄過程中系統(tǒng)集體記錄，共同維護，從效果的角度來看在密碼學(xué)技術(shù)的支持下區(qū)塊鏈可以生成一套記錄時間有先后、不可篡改、可信任的數(shù)據(jù)庫，這套數(shù)據(jù)庫是去中心化存儲且數(shù)據(jù)安全能夠得以有效保證[2]。區(qū)塊鏈是一個個區(qū)塊組成的鏈式結(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、驗證等都采用基于P2P的分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)中的所有節(jié)點共同參與、共同維護，不存在中心節(jié)點，不存在主從關(guān)系，所有節(jié)點的權(quán)利和義務(wù)都是平等的。

（2）開放性。區(qū)塊鏈特別是公開鏈對所有人都是公開的、透明的，用戶可以方便的應(yīng)用區(qū)塊鏈接口進行查詢及開發(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)庫存儲系統(tǒng)，區(qū)塊鏈中任何一個節(jié)點都有整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的完整備份，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)點同時進行更改，而且每個節(jié)點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)點越多數(shù)據(jù)庫越可靠，它很好的解決了人與人之間信任的問題，建立以一種無需人為干預(yù)的信任機制。

（4）安全可信。區(qū)塊鏈技術(shù)使用了信息安全中的非對稱密碼、哈希算法等技術(shù)來抵御破壞者的攻擊，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)的地址作為用戶標識，通過運行共識算法實現(xiàn)節(jié)點間的信任，在交易的過程中用戶只需要公開地址，不需要公開真實身份[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)上無法通過地址查找到用戶的真實身份，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、網(wǎng)絡(luò)的運行、交易的提交、驗證等眾多功能，區(qū)塊鏈本身也是一個交叉性的學(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)塊鏈采用非對稱加密算法生成公鑰和私鑰密鑰對，實現(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：區(qū)塊鏈系統(tǒng)采用了Merkle二叉樹，用于快速歸納和校驗區(qū)塊數(shù)據(jù)的完整性，以提高整個系統(tǒng)的運行效率增強可擴展性。

P2P網(wǎng)絡(luò)：P2P網(wǎng)絡(luò)是一種分布式的對等網(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)點地位平等，以實現(xiàn)去中心化。

時間戳：時間戳用于唯一標識某一時刻，每個區(qū)塊數(shù)據(jù)在生成時都會打上時間戳，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：區(qū)塊鏈本身就是分布式數(shù)據(jù)庫，所有節(jié)點共同記錄，保證了數(shù)據(jù)庫的可靠性。

共識機制：區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是去中心化的，而且要保證各個節(jié)點的一致性，這就要求在沒有中心控制的情況下實現(xiàn)各個節(jié)點之間的彼此信任達成共識，這就是共識機制。目前的共識機制主要工作量證明（PoW）、權(quán)益證明共識（PoS）、授權(quán)股份證明（DPOS）、空間證明（POSp）、存儲證明（POSr）、獲取性證明（POR）等機制。

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、可追溯等特點使其能夠很要的應(yīng)用在各個領(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、藝術(shù)品的證明及保護。

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、有較強可擴展能力、安全和隱私保護能力、以及無需信任的交互能力的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，實現(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、成績管理、學(xué)歷及學(xué)位管理等。

在社會管理方面可以用于個人的身份認證、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)、娛樂業(yè)、智慧城市、審計系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理、法律應(yīng)用等各個領(lǐng)域。

4 結(jié)語

區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展越來越受到人們的重視，其范圍已從最早的金融貨幣領(lǐng)域擴展到了社會服務(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，未來基于區(qū)塊鏈的新應(yīng)用必將改變現(xiàn)在的信任和價值傳遞體系。

參考文獻

[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].計算機科學(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：機械工業(yè)出版社，2016.