區(qū)塊鏈原理與應(yīng)用前瞻

史海建

摘 要：針對(duì)區(qū)塊鏈這一技術(shù)熱點(diǎn)，介紹區(qū)塊鏈的概念與特征，梳理區(qū)塊鏈在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)區(qū)塊鏈應(yīng)用特點(diǎn)，并對(duì)區(qū)塊鏈未來的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；應(yīng)用現(xiàn)狀；應(yīng)用前瞻

中圖分類號(hào)：TP311.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）10-0034-04

1 區(qū)塊鏈概述

1.1 區(qū)塊鏈的概念與分類

區(qū)塊鏈最早作為比特幣的底層技術(shù)出現(xiàn)，是基于對(duì)等網(wǎng)絡(luò)和密碼學(xué)技術(shù)搭建的去中心化分布式數(shù)據(jù)庫解決方案[1]。區(qū)塊鏈?zhǔn)菍?duì)以往信息化架構(gòu)的重大變革，其最突出的特點(diǎn)是借助于分布式技術(shù)和加密算法，建立基于網(wǎng)絡(luò)的信任，取代以往交易過程中依賴于第三方機(jī)構(gòu)建立的信任，實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)與處理的去中心化，如圖1所示。

在上圖1中，區(qū)塊是指存儲(chǔ)有信息與交易記錄的數(shù)據(jù)塊，區(qū)塊按照順序進(jìn)行連接形成區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈作為分布式共享賬本，通過P2P傳輸?shù)姆绞綄㈡溕系挠涗浥c信息傳輸給網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)（即接入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的終端，包括各類計(jì)算機(jī)或智能移動(dòng)終端等），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份與共享，通過這一機(jī)制確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性與安全性，同時(shí)各節(jié)點(diǎn)依托共識(shí)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的集體確認(rèn)與維護(hù)，確保數(shù)據(jù)的不可篡改性與可靠性。

根據(jù)參與區(qū)塊鏈建立與維護(hù)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)入與權(quán)限不同，區(qū)塊鏈可以劃分為公共區(qū)塊鏈、聯(lián)盟區(qū)塊鏈和私有區(qū)塊鏈三類。

公共區(qū)塊鏈：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送交易，同時(shí)可以參與區(qū)塊鏈記錄、維護(hù)與共識(shí)。公共區(qū)塊鏈?zhǔn)亲钤绲膮^(qū)塊鏈，目前作為區(qū)塊鏈重要應(yīng)用的各大主流數(shù)字虛擬貨幣（如比特幣、瑞波幣、彩色幣等）都是基于公有區(qū)塊鏈產(chǎn)生和實(shí)現(xiàn)。

聯(lián)盟區(qū)塊鏈：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中預(yù)先被選定的多個(gè)節(jié)點(diǎn)參與區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)記錄與維護(hù)共識(shí)，其他節(jié)點(diǎn)可以在系統(tǒng)中參與交易，同時(shí)可以通過區(qū)塊鏈系統(tǒng)提供的開放API進(jìn)行限定查詢。目前各大金融機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)的區(qū)塊鏈公共賬本項(xiàng)目（Linux基金會(huì)“超級(jí)賬本”和R3區(qū)塊鏈聯(lián)盟corda分布式賬本等）為聯(lián)盟區(qū)塊鏈的典型代表。

私有區(qū)塊鏈：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中只有唯一的節(jié)點(diǎn)具備數(shù)據(jù)記錄與維護(hù)的權(quán)限，區(qū)塊鏈僅僅作為分布式存儲(chǔ)解決方案，支持企業(yè)或個(gè)人進(jìn)行數(shù)據(jù)與記錄的錄入與存儲(chǔ)。目前已有相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行私有區(qū)塊鏈的研發(fā)。

1.2 區(qū)塊鏈的特征

區(qū)塊鏈主要有去中心化與低成本、透明高效、安全可靠等特征。[2]

1.2.1 去中心化與低成本

區(qū)塊鏈利用分布式技術(shù)和密碼學(xué)技術(shù)，建立基于機(jī)器信任的信息存儲(chǔ)與處理體系，對(duì)數(shù)據(jù)的去中心化存儲(chǔ)和集體維護(hù)，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中不存在中心化的硬件與管理機(jī)構(gòu)，降低了中心化存儲(chǔ)模式下的人員與設(shè)備成本。

1.2.2 透明高效

區(qū)塊鏈通過P2P傳輸?shù)姆绞綄⑿畔⑴c記錄傳遞到系統(tǒng)中所有的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)分布式存儲(chǔ)與備份，對(duì)于交易記錄合法性的確認(rèn)需要系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的參與，確保信息的透明性。同時(shí)由于區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)了信息與數(shù)據(jù)的分布式共享，可以避免信息的重復(fù)審核與錄入，使交易更加高效。

1.2.3 安全可靠

區(qū)塊鏈對(duì)記錄與信息進(jìn)行分布式備份與共享，系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有完整的記錄，當(dāng)系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)甚至多個(gè)節(jié)點(diǎn)受到攻擊或崩潰時(shí)，并不影響數(shù)據(jù)的安全性與完整性。同時(shí)當(dāng)企圖對(duì)區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改時(shí)，理論上必須控制超過一半的節(jié)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)，可行性差且成本高昂，區(qū)塊鏈具備可靠性。

1.3 區(qū)塊鏈核心技術(shù)與機(jī)制

區(qū)塊鏈主要基于存儲(chǔ)層面的分布式存儲(chǔ)技術(shù)，傳輸層面的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)（P2P）技術(shù)，應(yīng)用層面的加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

1.3.1 分布式存儲(chǔ)技術(shù)

分布式存儲(chǔ)技術(shù)是一種基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)，在分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中，各節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行本地實(shí)時(shí)備份。相比于中心化存儲(chǔ)模式，分布式技術(shù)更具實(shí)時(shí)性，同時(shí)數(shù)據(jù)的安全性更強(qiáng)。區(qū)塊鏈將數(shù)據(jù)（交易記錄）存儲(chǔ)在區(qū)塊中，并按時(shí)間順序鏈接成區(qū)塊鏈，通過P2P傳輸?shù)姆绞綄^(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)在所有節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)分布式存儲(chǔ)。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)（交易記錄）只有在獲得系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)后才能被確認(rèn)為有效記錄并計(jì)入?yún)^(qū)塊，這一機(jī)制保證了數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可信任。

1.3.2 對(duì)等網(wǎng)絡(luò)（P2P）

對(duì)等網(wǎng)絡(luò)是一種在對(duì)等者（Peer）之間分配任務(wù)和工作負(fù)載的分布式應(yīng)用架構(gòu)，其參與者通過網(wǎng)絡(luò)共享其所擁有的一部分硬件資源（處理能力、存儲(chǔ)能力、網(wǎng)絡(luò)連接能力、打印機(jī)等），對(duì)等網(wǎng)絡(luò)不依賴中心化服務(wù)器，各節(jié)點(diǎn)的地位與權(quán)利平等，節(jié)點(diǎn)既是服務(wù)的提供者，又是服務(wù)的使用者。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)通過P2P協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)（交易記錄）的分布式存儲(chǔ)與集體維護(hù)，確保數(shù)據(jù)的不可篡改性。

1.3.3 加密技術(shù)

加密技術(shù)是指為保障信息的安全性，利用技術(shù)手段將數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳送和解密還原的過程。依據(jù)加密與解密過所用的密鑰是否相同，可以將加密技術(shù)分為對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密兩類，對(duì)稱加密使用相同的密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，非對(duì)稱加密在“加密”和“解密”的過程中分別使用不同的密鑰，每位參與者都有獨(dú)立的一對(duì)公鑰（用于加密）與私鑰（用于解密），其中公鑰是公開可見的，密文發(fā)送者用接收者的公鑰對(duì)內(nèi)容進(jìn)行加密，但是只有用接收者的私鑰的才能對(duì)密文進(jìn)行解密，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中主要采用非對(duì)稱加密算法來確保傳輸?shù)陌踩浴?/p>

2 區(qū)塊鏈應(yīng)用領(lǐng)域與現(xiàn)狀

區(qū)塊鏈技術(shù)可以在保障內(nèi)容不被竄改的前提下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的去中心化存儲(chǔ)，具備高效透明、出錯(cuò)率低、節(jié)約成本、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、安全可靠的優(yōu)勢(shì)，近年來吸引了各方的關(guān)注與熱捧，針對(duì)將區(qū)塊鏈應(yīng)用到相關(guān)領(lǐng)域的探索方興未艾。

2.1 區(qū)塊鏈在金融領(lǐng)域的應(yīng)用

區(qū)塊鏈在金融領(lǐng)域的應(yīng)用，是借助區(qū)塊鏈的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，建立基于技術(shù)與算法的信任體系，解決金融領(lǐng)域運(yùn)行的關(guān)鍵——信任問題[3]，改善當(dāng)前依托于權(quán)威中介機(jī)構(gòu)（銀行、第三方支付平臺(tái)等）建立的信任體系成本較高、重復(fù)工作、效率較低、出錯(cuò)率高等問題。目前區(qū)塊鏈在金融領(lǐng)域的應(yīng)用探索主要集中在數(shù)字虛擬貨幣、銀行交易與清算、跨境支付、證券交易、財(cái)務(wù)審計(jì)等業(yè)務(wù)，區(qū)塊鏈在金融領(lǐng)域的應(yīng)用如表1所示。

2.2 區(qū)塊鏈在非金融領(lǐng)域的應(yīng)用

金融領(lǐng)域之外，在政府公共管理與服務(wù)、供應(yīng)鏈管理與防偽溯源、保險(xiǎn)業(yè)務(wù)、醫(yī)療服務(wù)等非金融領(lǐng)域，也進(jìn)行了針對(duì)區(qū)塊鏈的研究與應(yīng)用的探索與嘗試，具體應(yīng)用情況如表2所示。

2.3 區(qū)塊鏈應(yīng)用現(xiàn)狀總結(jié)

（1）針對(duì)區(qū)塊鏈應(yīng)用的探索與研究已在多個(gè)領(lǐng)域展開，并初步形成了產(chǎn)業(yè)鏈。目前，在金融、政府公共管理、供應(yīng)鏈、保險(xiǎn)以及醫(yī)療服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域，均已出現(xiàn)針對(duì)區(qū)塊鏈在本領(lǐng)域應(yīng)用的研究與探索，并開發(fā)出了響應(yīng)的產(chǎn)品與實(shí)例。同時(shí)區(qū)塊鏈近兩年來成為各界關(guān)注的熱點(diǎn)，截止到2016年初全球圍繞區(qū)塊鏈的投資已超過10億美元，并初步形成了包含區(qū)塊鏈基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)與協(xié)議服務(wù)提供商、產(chǎn)品與服務(wù)提供商、投資機(jī)構(gòu)、咨詢與服務(wù)機(jī)構(gòu)在內(nèi)的區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)鏈，涉及區(qū)塊鏈初創(chuàng)企業(yè)孵化、開發(fā)平臺(tái)與環(huán)境集成、產(chǎn)品與服務(wù)開發(fā)、推廣普及與咨詢服務(wù)等多個(gè)環(huán)節(jié)，有力地推進(jìn)了區(qū)塊鏈的不斷發(fā)展與推廣落地。

（2）金融領(lǐng)域是區(qū)塊鏈應(yīng)用的先行者與主力軍，是區(qū)塊鏈研究與應(yīng)用最活躍的領(lǐng)域。區(qū)塊鏈最早作為虛擬貨幣——比特幣的底層支撐技術(shù)出現(xiàn)，其去中介化、低成本、透明高效、安全可靠的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，完美契合了金融領(lǐng)域提升效率與節(jié)約成本的需求，能夠?yàn)榻鹑跈C(jī)構(gòu)提升服務(wù)效率、節(jié)約服務(wù)成本以及獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)提供有力支持。金融領(lǐng)域是最早關(guān)注區(qū)塊鏈的領(lǐng)域之一，眾多銀行與金融巨頭是最早關(guān)注與研究區(qū)塊鏈的機(jī)構(gòu)。目前區(qū)塊鏈在金融領(lǐng)域的應(yīng)用探索涉及數(shù)字貨幣、交易清算、跨境支付、證券交易等多個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，金融領(lǐng)域是目前針對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的研究與應(yīng)用最廣泛、最活躍的領(lǐng)域。

（3）區(qū)塊鏈應(yīng)用基本處于探索與試驗(yàn)階段，需要成熟的應(yīng)用實(shí)例推動(dòng)其落地。總體而言，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)與應(yīng)用的研究，大都處于技術(shù)可行性論證與試驗(yàn)使用階段，基于區(qū)塊鏈開發(fā)的軟件產(chǎn)品與服務(wù)，應(yīng)用范圍與主體十分有限，究其原因，首先是因?yàn)閰^(qū)塊鏈本身技術(shù)上還存在發(fā)展與改進(jìn)空間，其次對(duì)于長(zhǎng)期習(xí)慣于中心化信息處理模式的各界而言，接受區(qū)塊鏈這一去中心化的信息技術(shù)解決方案，需要一個(gè)不斷了解與理念轉(zhuǎn)變的過程，尤其是考慮到區(qū)塊鏈的應(yīng)用領(lǐng)域大都為數(shù)據(jù)敏感性較強(qiáng)的領(lǐng)域，一旦出現(xiàn)問題將會(huì)造成重大損失，區(qū)塊鏈的大規(guī)模落地與應(yīng)用，需要大量應(yīng)用實(shí)例，尤其是成熟實(shí)例的驗(yàn)證與支持。

3 區(qū)塊鏈應(yīng)用前景展望

3.1 區(qū)塊鏈未來有望成為全球性的基礎(chǔ)性協(xié)議，深度影響多個(gè)領(lǐng)域與方面

目前區(qū)塊鏈還處于起步發(fā)展階段，未被廣泛認(rèn)知與大規(guī)模落地應(yīng)用，但區(qū)塊鏈作為去中心化的數(shù)據(jù)庫技術(shù)解決方案，可以在降低成本及確保安全性的前提下，提升信息處理效率，完美契合相關(guān)領(lǐng)域?qū)π畔⑦M(jìn)行處理的需求，具備良好的發(fā)展前景與廣闊的應(yīng)用空間，將會(huì)獲得更多關(guān)注，被越來越多的行業(yè)與機(jī)構(gòu)所認(rèn)可與接受，未來有潛力成為類似于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的全球性基礎(chǔ)協(xié)議，未來將建立基于區(qū)塊鏈的全球信用體系，深度影響多個(gè)領(lǐng)域與社會(huì)生活多個(gè)方面。

3.2 區(qū)塊鏈應(yīng)用近期或?qū)⒂瓉肀l(fā)式增長(zhǎng)，成為被廣泛應(yīng)用的熱點(diǎn)技術(shù)

區(qū)塊鏈自2014年下半年開始成為關(guān)注與研究的熱點(diǎn)，短短兩年的時(shí)間內(nèi)發(fā)展迅速：眾多金融巨頭與互聯(lián)網(wǎng)知名企業(yè)紛紛關(guān)注區(qū)塊鏈及其最新進(jìn)展，并積極探索利用區(qū)塊鏈優(yōu)化其業(yè)務(wù)；區(qū)塊鏈成為創(chuàng)業(yè)熱點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)投資風(fēng)口，誕生了一批區(qū)塊鏈初創(chuàng)型公司，多家風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)將區(qū)塊鏈初創(chuàng)企業(yè)作為投資對(duì)象；建立了多個(gè)區(qū)塊鏈聯(lián)盟，開展區(qū)塊鏈領(lǐng)域內(nèi)的研究與合作，探索區(qū)塊鏈的應(yīng)用落地；相關(guān)研究與咨詢服務(wù)機(jī)構(gòu)針對(duì)區(qū)塊鏈的推廣普及與理論研究做了大量工作，在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)也開始出現(xiàn)區(qū)塊鏈的應(yīng)用實(shí)例，社會(huì)各界對(duì)區(qū)塊鏈的認(rèn)知度與認(rèn)可度不斷提升，一旦出現(xiàn)成熟的落地應(yīng)用實(shí)例，區(qū)塊鏈應(yīng)用將在短期內(nèi)爆發(fā)式增長(zhǎng)，區(qū)塊鏈極有可能成為繼大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等之后又一項(xiàng)被廣泛應(yīng)用且影響深遠(yuǎn)的技術(shù)。

3.3 區(qū)塊鏈未來將與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)融合應(yīng)用

區(qū)塊鏈作為近年出現(xiàn)的一項(xiàng)熱點(diǎn)技術(shù)，與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)之間存在緊密的聯(lián)系。區(qū)塊鏈具備安全可靠的特征，能夠?yàn)楹Ａ繑?shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析、海量用戶隱私保護(hù)提供安全可靠的解決方案，提升大數(shù)據(jù)技術(shù)安全性。區(qū)塊鏈與云計(jì)算技術(shù)的結(jié)合，可以建立去中心化的云計(jì)算架構(gòu)，降低成本的同時(shí)使云計(jì)算更加貼近大眾。而區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，構(gòu)建去中心化的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備的連通與交互，提升效率的同時(shí)，解決物聯(lián)網(wǎng)面臨的設(shè)備安全與用戶隱私兩大挑戰(zhàn)。未來區(qū)塊鏈的應(yīng)用，將會(huì)與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)融合，共同提供更加高效安全的信息技術(shù)解決方案，打造新的信息處理架構(gòu)與商業(yè)模式。

4 結(jié)語

區(qū)塊鏈技術(shù)是近年涌現(xiàn)的新一代信息技術(shù)，具有去中心化的特征和透明高效、安全性強(qiáng)且節(jié)約成本的優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)，在金融、公共管理、醫(yī)療、保險(xiǎn)等多個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)針對(duì)區(qū)塊鏈應(yīng)用的研究與探索。區(qū)塊鏈應(yīng)用具備良好的前景與廣闊的空間，未來將成為影響廣泛的應(yīng)用技術(shù)，且將與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)融合發(fā)展，共同打造更加高效安全便捷的信息技術(shù)解決方案。

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