區(qū)塊鏈技術(shù)與應(yīng)用前瞻綜述①

王赫彬

(陸軍工程大學(xué) 吉林長春 130600)

區(qū)塊鏈在比特幣應(yīng)用上是構(gòu)建比特幣系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)，采用區(qū)塊鏈技術(shù)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了交易信息加密和有源數(shù)據(jù)構(gòu)建。通過P2P技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電子信息系統(tǒng)的在線支付，雙方不需要通過第三方金融機(jī)構(gòu)就可以進(jìn)行交易，隨著系統(tǒng)的推廣越來越多的人研究比特幣技術(shù)，系統(tǒng)和區(qū)塊鏈技術(shù)在底層技術(shù)的應(yīng)用上加大重視度，區(qū)塊鏈技術(shù)由此更加擁有了用武之地。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)定義概述

作為一項(xiàng)新技術(shù)區(qū)塊鏈技術(shù)將諸多的跨學(xué)領(lǐng)域、學(xué)科內(nèi)整合在一起，如密碼學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)等，區(qū)塊鏈技術(shù)通過數(shù)據(jù)項(xiàng)加上時(shí)間戳進(jìn)行了哈希，構(gòu)成一種新的底層技術(shù)。時(shí)間戳服務(wù)通過對(duì)區(qū)塊數(shù)據(jù)項(xiàng)的串聯(lián)，在時(shí)刻加上時(shí)間戳的數(shù)據(jù)上形成了一個(gè)鏈，使用密碼學(xué)方法關(guān)聯(lián)產(chǎn)生數(shù)據(jù)塊。每個(gè)區(qū)塊連接在一起，每個(gè)隨后的區(qū)塊對(duì)之前的區(qū)塊加以恩前，更加具有安全可靠、去信任化、去中心等特征[1]。

1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)的迅猛發(fā)展得到了金融機(jī)構(gòu)的重視

隨著我國的金融和科研機(jī)構(gòu)的理論研究和實(shí)踐區(qū)塊鏈技術(shù)，在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展得到了大力推進(jìn)。有研究報(bào)告表明，區(qū)塊鏈技術(shù)是蒸汽機(jī)信息和互聯(lián)網(wǎng)科技之后一項(xiàng)具有顛覆性革命前力的核心技術(shù)。

目前區(qū)塊鏈技術(shù)在學(xué)術(shù)研究方面，正在對(duì)運(yùn)行原理和關(guān)鍵技術(shù)加大研究力度，以區(qū)塊鏈基礎(chǔ)技術(shù)、區(qū)塊鏈基礎(chǔ)技術(shù)，包括哈希算法、Merkle樹、時(shí)間戳服務(wù)、權(quán)益證明機(jī)制、P2P網(wǎng)絡(luò).以哈希技術(shù)為例，區(qū)塊鏈技術(shù)采用二進(jìn)制校驗(yàn)數(shù)據(jù)完整性進(jìn)行加密算法的快速查找，應(yīng)用在區(qū)塊鏈中的希算法，以太仿賬戶地址節(jié)點(diǎn)信息作為運(yùn)算中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，在區(qū)塊鏈中將需要被簽名的數(shù)據(jù)進(jìn)行哈希運(yùn)算。工作量證明機(jī)制、Merkle樹、哈希算法的延伸應(yīng)用，在驗(yàn)證文件對(duì)比中應(yīng)用較多。分布式環(huán)境下，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就像一棵樹，其葉子結(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)塊，非葉子節(jié)點(diǎn)是子節(jié)點(diǎn)的希值。在區(qū)塊鏈中，每個(gè)區(qū)塊采用二叉樹型的Merkle樹，進(jìn)行數(shù)據(jù)的掃描表示生成該交易集合的數(shù)字簽名，支持快速歸納和檢驗(yàn)區(qū)塊中交易的完整性和存在性。

1.2 時(shí)間戳服務(wù)重視的是對(duì)比特幣需求進(jìn)行推動(dòng)

交易中心化的信用系統(tǒng)，如銀行依靠國家機(jī)器進(jìn)行重復(fù)的技術(shù)解決使用資金，使交易中資金的所屬權(quán)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，每個(gè)區(qū)塊都會(huì)蓋上正確的時(shí)間戳，以表示按照時(shí)間順序發(fā)展的正確列表。

1.3 工作量證明機(jī)制

工作量證明機(jī)制取決于當(dāng)前目標(biāo)的機(jī)器運(yùn)算程度，在一個(gè)節(jié)點(diǎn)找到執(zhí)師，經(jīng)過大量的計(jì)算工作量證明結(jié)果值進(jìn)行哈希運(yùn)算，最終達(dá)成了共識(shí)，在最終區(qū)塊進(jìn)行大量的計(jì)算，得到了驗(yàn)證的效率較高的POW值。

1.4 P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)

P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)分散在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，部分節(jié)點(diǎn)地位平等，各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠以獨(dú)立的個(gè)體參與系統(tǒng)的運(yùn)行。單個(gè)節(jié)點(diǎn)即便遭到攻擊，也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此P2P技術(shù)又稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)，在沒有中心服務(wù)器、依靠用戶群交互信息的互聯(lián)網(wǎng)體系下，P2P網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行中心化的服務(wù)器運(yùn)行，具有高容錯(cuò)的優(yōu)勢(shì)。

1.5 權(quán)益證明機(jī)制

權(quán)益證明機(jī)制相比POW來說，能夠維持區(qū)塊鏈的正常運(yùn)行，這種機(jī)制，根據(jù)貨幣持有量和時(shí)間來進(jìn)行信息的分配，區(qū)塊的產(chǎn)生沒有消耗大量的算力前提下，在這種機(jī)制下，貨幣價(jià)值可以被明確的確定。

1.6 非對(duì)稱加密技術(shù)在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的公鑰能夠解開

公鑰公開和私鑰保密在比特幣系統(tǒng)中，由私鑰公鑰通過橢圓曲線加密算法生成正確的數(shù)字簽名，確保能夠得到交易信息的驗(yàn)證。

表1 區(qū)塊結(jié)構(gòu)

2 區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)分析

區(qū)塊鏈自發(fā)展以來，基于區(qū)塊鏈技術(shù)之上的比特幣數(shù)字貨幣相繼出現(xiàn)。目前在進(jìn)化進(jìn)程上，區(qū)塊鏈從數(shù)字貨幣發(fā)展為區(qū)塊鏈社會(huì)，從類型上分區(qū)塊鏈可以分為公有、私有和行業(yè)區(qū)塊鏈等。公有區(qū)塊鏈?zhǔn)亲钕瘸霈F(xiàn)的區(qū)塊鏈，被認(rèn)為是完全去中心化的某些預(yù)選節(jié)點(diǎn)控制的區(qū)塊鏈。私有區(qū)塊鏈指的區(qū)塊鏈進(jìn)行記賬操作，不對(duì)外公開。行業(yè)鏈結(jié)合了供有鏈的公開開放和私有鏈的高度集中，是一種混合型的模式[2]。

區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)首先為區(qū)塊結(jié)構(gòu)（見表1）：從上一區(qū)塊產(chǎn)生到區(qū)塊創(chuàng)建產(chǎn)生的所有交易都囊括在區(qū)塊結(jié)構(gòu)中，區(qū)塊頭結(jié)構(gòu)包含兩組元數(shù)據(jù)，如時(shí)間戳、難度、目標(biāo)等。另一組包括區(qū)塊的字段、版本號(hào)等，區(qū)塊鏈特性，包括信息透明性、不可更改性、可靠開放性的。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

區(qū)塊鏈技術(shù)在發(fā)展中，由于過大的完整賬本的存儲(chǔ)出現(xiàn)受限，在信息發(fā)放上容易受到網(wǎng)絡(luò)廣播性能的影響，在交易效率上呈現(xiàn)低下的狀態(tài)，算力浪費(fèi)，干個(gè)節(jié)點(diǎn)，獨(dú)自升級(jí)成本較高。因此進(jìn)行區(qū)塊鏈的主要技術(shù)平臺(tái)應(yīng)用，應(yīng)建立在以太仿區(qū)塊鏈、開源項(xiàng)目等基礎(chǔ)之上。智能合約的理念就是以太坊的部署，達(dá)到合約的條件的合約自動(dòng)觸發(fā)，在不信任的環(huán)境下可以執(zhí)行合約?；趨^(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在使用加密哈希驗(yàn)證數(shù)據(jù)塊的同時(shí)，區(qū)塊的哈希值形成了區(qū)中心化的數(shù)據(jù)賬本，區(qū)塊鏈的應(yīng)用前景是非常廣泛的，目前機(jī)遇和挑戰(zhàn)共存，組建區(qū)塊鏈大聯(lián)盟和制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，攜手金融科技公司發(fā)展區(qū)塊鏈核心業(yè)務(wù)，推廣局部區(qū)域的應(yīng)用，快速實(shí)施試點(diǎn)，都可以降低交易成本，提高效率[3]。

除了金融業(yè)，區(qū)塊鏈也可以應(yīng)用在其他行業(yè)中，例如區(qū)塊鏈技術(shù)的不可篡改性適用在驗(yàn)證個(gè)人身份信息上，一旦身份信息被篡改就會(huì)觸發(fā)條款，使得所有者知曉。區(qū)塊鏈技術(shù)還可以預(yù)測(cè)市場，隨時(shí)隨地訪問Augur,消除虛擬化服務(wù)器的風(fēng)險(xiǎn)。電子商務(wù)更是充分利用區(qū)塊鏈技術(shù)，免去中間繁冗環(huán)節(jié)，達(dá)到直接交易，例如去中心化的淘寶平臺(tái)。區(qū)塊鏈技術(shù)完全改變了原有的交易流程和信息保存方式已經(jīng)毋庸置疑。諸多巨頭紛紛建立區(qū)塊鏈超級(jí)聯(lián)盟已經(jīng)驗(yàn)證了區(qū)塊鏈繁榮的前景。

4 結(jié)語

區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)更加廣泛的趨勢(shì)，從單純的數(shù)字貨幣過渡到廣泛的金融業(yè)，深入到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。例如跨境支付、物聯(lián)網(wǎng)等金融領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，作為當(dāng)下最熱門的技術(shù)之一，區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用，加大研究力度，投入更多的精力，以擴(kuò)展其應(yīng)用前景。