區塊鏈

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區塊鏈(Block Chain)

目錄

什麼是區塊鏈

  區塊鏈起源於中本聰的比特幣,作為比特幣的底層技術,本質上是一個去中心化的資料庫。是指通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠資料庫的技術方案。

  區塊鏈技術是一種不依賴第三方、通過自身分散式節點進行網路數據的存儲、驗證、傳遞和交流的一種技術方案。因此,有人從金融會計的角度,把區塊鏈技術看成是一種分散式開放性去中心化的大型網路記賬薄,任何人任何時間都可以採用相同的技術標準加入自己的信息,延伸區塊鏈,持續滿足各種需求帶來的數據錄入需要。

  通俗一點說,區塊鏈技術就指一種全民參與記賬的方式。所有的系統背後都有一個資料庫,你可以把資料庫看成是就是一個大賬本。那麼誰來記這個賬本就變得很重要。目前就是誰的系統誰來記賬,微信的賬本就是騰訊在記,淘寶的賬本就是阿裡在記。但現在區塊鏈系統中,系統中的每個人都可以有機會參與記賬。在一定時間段內如果有任何數據變化,系統中每個人都可以來進行記賬,系統會評判這段時間內記賬最快最好的人,把他記錄的內容寫到賬本,並將這段時間內賬本內容發給系統內所有的其他人進行備份。這樣系統中的每個人都了一本完整的賬本。這種方式,我們就稱它為區塊鏈技術。

  區塊鏈技術被認為是互聯網發明以來最具顛覆性的技術創新,它依靠密碼學和數學巧妙的分散式演算法,在無法建立信任關係的互聯網上,無需藉助任何第三方中心的介入就可以使參與者達成共識,以極低的成本解決了信任與價值的可靠傳遞難題。

  比特幣點對點網路將所有的交易歷史都儲存在“區塊鏈”中。區塊鏈在持續延長,而且新區塊一旦加入到區塊鏈中,就不會再被移走。區塊鏈實際上是一群分散的用戶端節點,並由所有參與者組成的分散式資料庫,是對所有比特幣交易歷史的記錄。比特幣的交易數據被打包到一個“數據塊”或 “區塊”(block)中後,交易就算初步確認了。當區塊鏈接到前一個區塊之後,交易會得到進一步的確認。在連續得到6個區塊確認之後,這筆交易基本上就不可逆轉地得到確認了。

  區塊鏈在網路上是公開的,可以在每一個離線比特幣錢包數據中查詢。輕量級比特幣錢包使用線上確認,即不會下載區塊鏈數據到設備存儲中。

  數字貨幣容易被傳統金融機構視做一種新的貨幣,但實際上其底層技術的意義和價值遠遠大於其貨幣屬性。以比特幣為例,一般意義上它被當作一種點對點形式的數字貨幣,但從技術層面來說,它實際上是一個點對點的去中心化網路平臺,這樣一個網路平臺依托的正是區塊鏈技術。數字貨幣是依靠區塊鏈技術搭建的全球點對點網路平臺。以比特幣為代表的,區塊鏈在數字貨幣領域的應用,也被稱為Blockchain 1.0[1]

區塊鏈的起源

  若要解釋何謂區塊、區塊鏈,還得從1982年提出的拜占庭將軍問題說起。

  拜占庭位於如今的土耳其的伊斯坦布爾,是東羅馬帝國的首都。由於當時東羅馬帝國國土遼闊,為了防禦目的,因此每個軍隊都分隔很遠,將軍與將軍之間只能靠信差傳遞消息。 在戰爭的時候,拜占庭軍隊內所有將軍和副官必需達成一致的共識,決定是否有贏的機會才去攻打敵人的陣營。但是,在軍隊內有可能存有叛徒和敵軍的間諜,左右將軍們的決定又擾亂整體軍隊的秩序。在進行共識時,結果並不代表大多數人的意見。這時候,在已知有成員謀反的情況下,其餘忠誠的將軍在不受叛徒的影響下如何達成一致的協議,拜占庭問題就此形成。

  拜占庭將軍問題實際是對網路世界容許入侵體系的模型化。

  拜占庭的忠實將軍們要在叛徒存在且不抓出叛徒的情況下,使其決策形成一致。對應到通信世界中,人們要在容許一些搗亂或失效協議存在的情況下,解決問題。後來,人們發現,區塊和區塊鏈可以解決拜占庭將軍問題[2]

  區塊鏈起源於比特幣標誌著上輪金融危機起點的雷曼兄弟倒閉後兩周,2008年11月1日,一位自稱中本聰(Satoshi Nakamoto)的人發表了《比特幣:一種點對點的電子現金系統》一文,闡述了基於P2P網路技術、加密技術、時間戳技術、區塊鏈技術等的電子現金系統的構架理念,這標志著比特幣的誕生。兩個月後理論步入實踐,2009年1月3日第一個序號為0的比特幣創世區塊誕生。幾天後2009年1月9日出現序號為1的區塊,並與序號為0的創世區塊相連接形成了鏈,標志著區塊鏈的誕生。

  近年來,世界對比特幣的態度起起落落,但作為比特幣底層技術之一的區塊鏈技術日益受到重視。在比特幣形成過程中,區塊是一個一個的存儲單元,記錄了一定時間內各個區塊節點全部的交流信息。各個區塊之間通過隨機散列(也稱哈希演算法)實現鏈接(chain,後一個區塊包含前一個區塊的哈希值,隨著信息交流的擴大,一個區塊與一個區塊相繼接續,形成的結果就叫區塊鏈[3]

區塊鏈的特征[3]

  從區塊鏈的形成過程看,區塊鏈技術具有以下特征。

  一是去中心化。區塊鏈技術不依賴額外的第三方管理機構或硬體設施,沒有中心管制,除了自成一體的區塊鏈本身,通過分散式核算和存儲,各個節點實現了信息自我驗證、傳遞和管理。去中心化是區塊鏈最突出最本質的特征。

  二是開放性。區塊鏈技術基礎是開源的,除了交易各方的私有信息被加密外,區塊鏈的數據對所有人開放,任何人都可以通過公開的介面查詢區塊鏈數據和開發相關應用,因此整個系統信息高度透明。

  三是獨立性。基於協商一致的規範和協議(類似比特幣採用的哈希演算法等各種數學演算法),整個區塊鏈系統不依賴其他第三方,所有節點能夠在系統內自動安全地驗證、交換數據,不需要任何人為的干預

  四是安全性。只要不能掌控全部數據節點的51%,就無法肆意操控修改網路數據,這使區塊鏈本身變得相對安全,避免了主觀人為的數據變更。

  五是匿名性。除非有法律規範要求,單從技術上來講,各區塊節點的身份信息不需要公開或驗證,信息傳遞可以匿名進行。

區塊鏈發展面臨的主要挑戰[3]

  從實踐進展來看,區塊鏈技術在商業銀行的應用大部分仍在構想和測試之中,距離在生活、生產中的運用還有很長的路,而要獲得監管部門和市場的認可也面臨不少困難,主要有:

  (一)受到現行觀念、制度、法律制約。區塊鏈去中心化、自我管理、集體維護的特性顛覆了人們目前的生產生活方式,淡化了國家、監管概念,衝擊了現行法律安排。對於這些,整個世界完全缺少理論準備和制度探討。即使是區塊鏈應用最成熟的比特幣,不同國家持有態度也不相同,不可避免阻礙了區塊鏈技術的應用與發展。解決這類問題,顯然還有很長的路要走。

  (二)在技術層面,區塊鏈尚需突破性進展。目前,區塊鏈應用尚在實驗室初創開發階段,沒有直觀可用的成熟產品。比之於互聯網技術,人們可以用瀏覽器、APP等具體應用程式,實現信息的瀏覽、傳遞、交換和應用,但區塊鏈明顯缺乏這類突破性的應用程式,面臨高技術門檻障礙。再比如,區塊容量問題,由於區塊鏈需要承載複製之前產生的全部信息,下一個區塊信息量要大於之前區塊信息量,這樣傳遞下去,區塊寫入信息會無限增大,帶來的信息存儲、驗證、容量問題有待解決。

  (三)競爭性技術挑戰。雖然有很多人看好區塊鏈技術,但也要看到推動人類發展的技術有很多種,哪種技術更方便更高效,人們就會應用該技術。比如,如果在通信領域應用區塊鏈技術,通過發信息的方式是每次發給全網的所有人,但是只有那個有私鑰的人才能解密打開信件,這樣信息傳遞的安全性會大大增加。同樣,量子技術也可以做到,量子通信——利用量子糾纏效應進行信息傳遞——同樣具有高效安全的特點,近年來更是取得了不小的進展,這對於區塊鏈技術來說,就具有很強的競爭優勢

區塊鏈系統的運行方式[4]

  首先,中本聰很清楚建立一個支付系統的信用必須解決防止“重覆支付”問題,也就是不能造假幣。中心化的信用系統是靠國家機器防止造假幣。“比特幣”怎麼辦呢?中本聰的偉大創新是給每一筆交易“蓋時間戳”(timestamp)。每十分鐘一個區塊(block:相當於網路賬簿),把這十分鐘的全網交易都正確的蓋上時間戳。問題是誰來蓋呢?中本聰並沒有假設互聯網上都是雷鋒,他同意亞當.斯密的觀點:市場上的人是貪婪的。他讓所謂自稱“礦工”的人去競爭這十分鐘一個區塊的記賬權,競爭的規則就是正確記賬的同時要去解SHA256難題,誰能證明自己的電腦算力最快(所謂PROOF OF WORK 機制),ta就能競爭到這十分鐘區塊的合法記賬權,並得到二十五個比特幣的獎勵。這就是所謂俗稱的“挖礦”過程,實際是建立一個全網總賬——區塊鏈的去中心化信用過程,所以礦工更本質的職能是“記賬員”!

  中本聰在其比特幣白皮書中,比較詳盡的敘述了這個信用系統建立的過程:

  第一步:每一筆交易為了讓全網承認有效,必須廣播給每個節點(node:也就是礦工);

  第二步:每個礦工節點要正確無誤的給這十分鐘的每一筆交易蓋上時間戳並記入那個區塊(block);

  第三步:每個礦工節點要通過解SHA256難題去競爭這個十分鐘區塊的合法記賬權,並爭取得到二十五個比特幣的獎勵(頭四年是每十分鐘五十個比特幣,每四年遞減一半);

  第四步:如果一個礦工節點解開了這十分鐘的SHA256難題,ta將向全網公佈ta這十分鐘區塊記錄的所有蓋時間戳交易,並由全網其他礦工節點核對;

  第五步:全網其他礦工節點核對該區塊記賬的正確性(因為他們同時也在蓋時間戳記賬,只是沒有競爭到合法區塊記賬權,因此無獎勵),沒有錯誤後他們將在該合法區塊之後競爭下一個區塊,這樣就形成了一個合法記賬的區塊單鏈,也就是比特幣支付系統的總賬——區塊鏈。

  一般來說,每一筆交易,必須經過六次區塊確認,也就是六個十分鐘記賬,才能最終在區塊鏈上被承認合法交易。以下是比特幣的記賬格式:

  所以所謂“比特幣”,就是這樣一個賬單系統:它包括所有者用私鑰進行電子簽名並支付給下一個所有者,然後由全網的“礦工”蓋時間戳記賬,形成區塊鏈。

區塊鏈的發展前景[5]

  區塊鏈的發展趨勢是全球性的。英國已經把區塊鏈列為了國家戰略,新加坡央行在2015年就已經支持了一個基於區塊鏈的記錄系統,日本目前在區塊鏈領域也處於領先地位。R3CEV作為首個以創建分散式賬本應用為目標而成立的商業聯盟,目前在全世界範圍內擁有包括花旗、摩根、富國、渣打等50多位成員。

  而國內目前已成立了中國分散式總賬基礎協議聯盟、中國區塊鏈應用研究中心、金融區塊鏈聯盟等,以推動區塊鏈產業研究與合作。繼區塊鏈被正式列入“十三五”國家信息化規劃,區塊鏈技術研究已然處於最好的觸發點。

  然而目前國內的區塊鏈創業項目基本還處於研究設想、小範圍試驗階段,少有成型的商業模式,缺乏正式機構組織的推動。因此,建立大而強的聯合體,推動並提高我國區塊鏈技術領域的研究、應用和開發水平,促使我國相關產業走出去,在新一輪國際競爭中搶占技術標準和專利的制高點和話語權,將是未來我國在區塊鏈技術領域的著重發力點。

區塊鏈的應用領域

  可以用區塊鏈的一些領域可以是:

  • 社交通訊
  • 文件存儲
  • 存在性證明
  • 身份驗證

  我們可以把區塊鏈的發展類比互聯網本身的發展,未來會在internet上形成一個比如叫做finance-internet的東西,而這個東西就是基於區塊鏈,它的前驅就是bitcoin,即傳統金融從私有鏈、行業鏈出發(區域網),bitcoin系列從公有鏈(廣域網)出發,都表達了同一種概念——數字資產(DigitalAsset),最終向一個中間平衡點收斂。

  區塊鏈的進化方式是:

  • 區塊鏈2.0——數字資產與智能合約
  • 區塊鏈3.0——DAO、DAC(區塊鏈自洽組織、區塊鏈自洽公司)-->區塊鏈大社會(科學,醫療,教育etc,區塊鏈+人工智慧)。

  區塊鏈的應用也如火如荼的展開了,在金融、物流、公共服務等領域都有大量案例。

  1、區塊鏈在金融領域的應用前景

  區塊鏈國際匯兌信用證股權登記證券交易所等金融領域有著潛在的巨大應用價值。

  將區塊鏈技術應用在金融行業中,可省去第三方中介環節,實現點對點的對接,從而在大大降低成本的同時,快速完成交易支付。

  比如Visa推出基於區塊鏈技術的 Visa B2B Connect,它能為機構提供一種費用更低、更快速和安全的跨境支付方式來處理全球範圍的企業對企業的交易。要知道傳統的跨境支付需要等3-5天,併為此支付1-3%的交易費用

  又比如納斯達克推出基於區塊鏈的交易平臺 Linq,Linq 的具體應用場景是非上市公司的股權管理和股權交易。

  Visa 還聯合 Coinbase 推出了首張比特幣借記卡花旗銀行則在區塊鏈上測試運行加密貨幣“花旗幣”。

  2、區塊鏈在物聯網和物流領域的應用前景

  區塊鏈在物聯網和物流領域也可以天然結合。通過區塊鏈可以降低物流成本,追溯物品的生產和運送過程,並且提高供應鏈管理的效率。該領域被認為是區塊鏈一個很有前景的應用方向。

  德國一個初創公司 Slock.it 做了一個基於區塊鏈技術的智能鎖,將鎖連接到互聯網,通過區塊鏈上的智能合約對其進行控制。只需通過區塊鏈網路向智能合約賬戶轉賬,即可打開智能鎖。用在酒店裡,客人就能很方便地開門了,這是真正的共用經濟

  3、區塊鏈在公共服務領域的應用前景

  區塊鏈在公共管理能源、交通等領域都與民眾的生產生活息息相關,但是目前這些領域的中心化特質也帶來了一些問題,可以用區塊鏈來改造。

  例如,烏克蘭敖德薩地區政府已經試驗建立了一個基於區塊鏈技術的線上拍賣網站,通過該平臺以更加透明的方式來銷售和出租國有資產,避免此前的腐敗和欺詐行為的發生。

  西班牙 Lugo 市政府則利用區塊鏈建立了一個公開公正的投票系統。

  愛沙尼亞政府與 Bitnation 合作,在區塊鏈上開展政務管轄,通過區塊鏈為居民提供結婚證明、出生證明、商務合同等公證服務。

  4、區塊鏈在認證、公證領域的應用前景

  區塊鏈具有不可篡改的特性,所以在認證和公證也有巨大的市場。

  Bitproof 是一家專門利用區塊鏈技術進行文件驗證的公司。區塊鏈初創公司 Bitproof 已經與霍伯頓學校(Holberton School)開展合作,該校宣佈將利用比特幣區塊鏈技術向學生頒發學歷證書,解決學歷造假等問題。

  5、區塊鏈數字版權領域的應用前景

  通過區塊鏈技術,可以對作品進行鑒權,證明文字、視頻、音頻等作品的存在,保證權屬的真實、唯一性。作品在區塊鏈上被確權後,後續交易都會進行實時記錄,實現數字版權全生命周期管理,也可作為司法取證中的技術性保障。

  例如,Ujo Music 平臺藉助區塊鏈,建立了音樂版權管理平臺新模式,歌曲的創作者與消費者可以建立直接的聯繫,省去了中間商費用提成。

  6、區塊鏈在預測市場和保險領域的應用

  在保險理賠方面,保險機構負責資金歸集投資理賠,往往管理和運營成本較高。通過智能合約的應用,既無需投保人申請,也無需保險公司批准,只要觸發理賠條件,實現保單自動理賠。

  典型的應用案例 是 LenderBot,是 2016 年由區塊鏈企業 Stratumn、德勤與支付服務商 Lemonway 合作推出,它允許人們通過 Facebook Messenger 的聊天功能,註冊定製化的微保險產品, 為個人之間交換的高價值物品進行投保,而區塊鏈在貸款合同中代替了第三方角色。

  7、區塊鏈在公益慈善上的應用

  區塊鏈上存儲的數據,高可靠且不可篡改,天然適合用在社會公益場景。

  公益流程中的相關信息,如捐贈項目、募集明細、資金流向、受助人反饋等,均可以存放於區塊鏈上,並且有條件地進行透明公開公示,方便社會監督

  例如 BitGive 平臺。BitGive 是一家非營利性慈善基金會,致力於將比特幣及相關技術應用於慈善和人道主義工作中。2015 年,BitGive 公佈慈善 2.0 計劃,應用區塊鏈技術建立公開透明的捐贈平臺, 平臺上的捐款的使用和去向都會面向捐助方和社會公眾完全開放。

區塊鏈相關問答[6]

  問:區塊鏈解決了什麼問題嗎?

  答:區塊鏈最重要的是解決了中介信用問題。在過去,兩個互不認識和信任的人要達成協作是難的,必須要依靠第三方。比如支付行為,在過去任何一種轉賬,必須要有銀行或者支付寶這樣的機構存在。但是通過區塊鏈技術,比特幣是人類第一次實現在沒有任何中介機構參與的情況下,完成雙方可以互信的轉賬行為。這是區塊鏈的重大突破。

  問:區塊鏈是比特幣嗎?或者比特幣就是區塊鏈嗎?

  答:區塊鏈技術是比特幣的底層技術,在早期並沒有太多人註意到比特幣的底層技術。但是當比特幣在沒有任何中心化機構運營和管理的情況下,在多年裡非常穩定的運行,並且沒有出現過任何問題。所以很多人註意到,該底層技術技術也許有很大的機制,而且不僅僅可以在比特幣中使用,也許可以在許多領域都能夠應用這種技術。於是把比特幣技術抽象提取出來,稱之為區塊鏈技術,或者分散式賬本技術。所以從某個角度來看,比特幣可以看成是區塊鏈第一個應用,而區塊鏈更類似於TCP/IP這樣的底層技術,以後會擴展到越來越多的行業中。

  問:所有的區塊鏈都需要挖礦嗎?

  答:並非所有的區塊鏈項目都會採用類似於比特幣這樣的“工作量證明”方式,這更多出現在早期的區塊鏈項目中。如果採取其他的證明機制,如“權益證明(Proof of Stake,PoS)”、“股份授權證明機制(DPoS,Delegate Proof of Stake)”都是不需要採取這樣的挖礦方式。

  問:區塊鏈和大數據什麼關係?區塊鏈會取代大數據?

  答:區塊鏈和大數據關係並不是很大。大數據主要的是對於海量數據進行管理,而區塊鏈的核心是在沒有中心化中介計入的情況下實現數據的高安全性和高可靠性。所以區塊鏈和大數據並不互相衝突,也不會取代,完全是面對不同場景情況下對於數據的不同解決方案。

  問:區塊鏈和雲計算雲存儲有什麼關係?區塊鏈是雲計算或雲存儲嗎?

  答:雲計算通常定義為通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源,但是提供雲計算平臺的往往是一個中心化機構。而區塊鏈組成的網路一般是沒有特定的機構,所以區塊鏈更接近分散式計算系統的定義,屬於分散式計算的一種。不過,區塊鏈是能夠實現雲存儲的,不同於目前中心化提供雲存儲空間,區塊鏈有一些提供去中心化的雲存儲方案。這樣的項目包括Storj,Sia,Maidsafe。

  問:區塊鏈是軟體嗎?是用什麼程式寫的?

  答:區塊鏈不是一種特定的軟體,就像“資料庫”這個三個字表現的意思一樣,它是一種特定技術的設計思想。可以用絕大多數語言來實現它,而且實現的方式也有許多種。而且區塊鏈技術目前還在快速發展中,相對而言,目前區塊鏈技術設計思想還是比較簡單的,也許在未來會變得愈加複雜。

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參考文獻

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評論(共6條)

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223.104.6.* 在 2016年3月13日 14:52 發表

沙發

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Johnz (討論 | 貢獻) 在 2016年5月26日 12:08 發表

區塊鏈現運用於哪些層面?最突出核心的是?

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Alexanderwang (討論 | 貢獻) 在 2016年8月8日 18:42 發表

區塊鏈技術將會比人工智慧更加優秀

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219.137.207.* 在 2017年12月15日 17:58 發表

區塊鏈是先於比特幣的吧?

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(討論 | 貢獻) 在 2018年1月13日 10:49 發表

雖然看不懂,但是感覺很厲害的樣子

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1.200.46.* 在 2018年4月6日 12:44 發表

不明覺厲

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