發布時間：2020-04-02所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:本文從技術層面解析區塊鏈的核心，介紹了區塊鏈相關計算機技術、數學知識以及區塊鏈的信息交互原理，總結了區塊鏈技術的三大價值和優缺點，并對未來應用前景進行預測。 關鍵詞：區塊鏈技術原理應用價值 一、區塊鏈概念 嚴格來說，區塊鏈與區塊鏈技術是
摘要:本文從技術層面解析區塊鏈的核心，介紹了區塊鏈相關計算機技術、數學知識以及區塊鏈的信息交互原理，總結了區塊鏈技術的三大價值和優缺點，并對未來應用前景進行預測。
關鍵詞：區塊鏈技術原理應用價值
一、區塊鏈概念
嚴格來說，區塊鏈與區塊鏈技術是兩種概念，區塊鏈是指利用數學和技術手段記錄數據信息，對達到指定大小的數據進行打包形成區塊并鏈接進入往期區塊形成統一數據鏈的數據記錄方式。區塊鏈技術則是指不依賴第三方、通過自身分布式節點進行數據交互、驗證、存儲的一種技術方案。一般情況下提到的區塊鏈均指區塊鏈技術。
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區塊鏈技術起源于比特幣，卻并不局限于比特幣。區塊鏈因自身特點，可以應用到信用證明、權益交易等領域，因此區塊鏈技術受到多方關注。如2016年1月中國人民銀行行長周小川在北京數字貨幣研討會上提出需要關注區塊鏈等技術對金融發展帶來的影響。
區塊鏈技術的重大意義在于實現了不可信環境中可信信息交互問題。區塊鏈技術去中心化、安全5等特點也具有較高的創新意義。在實際應用中，區塊鏈可以根據去中心化的程度分為公共鏈、聯盟鏈、私有鏈，公共鏈類似比特幣完全去中心化，聯盟鏈則具有一定中心權威機構，私有鏈則是具有完全中心機構的區塊鏈技術應用。
二、區塊鏈技術原理
于區大，比特有技術已有一定的區別，但核心技術構架并未改變，本文仍以比特幣底層區塊鏈技術作為標準對區塊鏈技術進行介紹，主要內容如下：
(一)相關知識介紹
1.P2P網絡
一般網絡系統都是由服務器與客戶端組成，而P%P網絡則只通過客戶端直接通信，客戶端可能既是數據讀取者也是數據發送者，信息可能需要經過多次轉發才能到達最終使用者。由于P%P網絡的這種廣播特性，重要數據保密性及信息發送者的驗證成為重要問題。
2、非對稱加密算法
通過設置一對秘鑰，分別用于信息加密與解密。可以公開一個秘鑰，成為公鑰(PublicWey)，另一個保密并成為私鑰(Privatekey)。加密信息使用公鑰，私鑰則用作解密，在得知一個秘鑰的情況下無法推算出另一個秘鑰。如果一對秘鑰滿足這樣的條件，這一類加密算法被統稱為非對稱加密算法。
3.哈希(Hah)算法—散列函數
哈希算法可以將任意長度的輸入經過轉換得到固定長度的輸出，具有單向及固定長度輸出的特點，一般用作驗證數據的完整性。
(二)信息交互
原理通過研究比特幣交易流程，可以理解區塊鏈應用中如何實現交互信息的記錄。以在比特幣交易中所有者1嘗試有者2支付為例，所有者1則提供:資金來源(即上次交易單的哈希值，交易單1此時已通過P2P全網認證)、支付金額、收款地址(所有者2的公鑰)、交易單1的內容與所有者2的公鑰連接后通過哈希算法得到的哈希值，再用所有者1的私鑰進行加密，得到的密文作為數字簽名放在新的交易內容中。新的交易內容后，所有者1希值并作為新交易單的3,將3和新交易單內容向P2P全網廣播。交易數據M情況如圖1所示。
當進行全網廣播后，P2P網絡其他節點，通過新交易單中上次交易單的3獲取交易單1，根據所有者1的公鑰對交易單2中的數字簽名進行?密得到哈希值，同時將交易單1的內容與所有者2的么H月連接并希值，如果兩次計算得到的哈希值相同，貝何以認為交易有效。
(三)區塊鏈原理
由于P2P網絡沒有可信中心服務器，無法實現準確的時間同步，因此各個節點時間可能存在延遲。在交易過程中可能存在不同節點收到信息不一致的情況。為了規避該問題，通過人為設定一段時間將交互數據打包，形成一個區塊。區塊的生成通過最先完成特定數學運算的產生，當多個節點得到案時產生的區塊，這候會以交易鏈長的區塊作為主鏈，其它的。
區塊鏈通過時間戳的方式解決了區塊的排序問題。在客戶端生成區塊時記錄上一個區塊通過哈希算法得到的哈希值，實現了區塊生成次序與系統時間脫鉤。另外，一*旦區塊的次序固化，當攻擊者試圖改變某區塊內交易時，需要對該區塊及以后的區塊進行重新計算及修改，在P2P網絡中幾乎不可能實現，更好地達到了安全性要求。區塊鏈結構示意圖如2示。
三、區塊鏈價值
區塊鏈技術起源于比特幣，隨著公共鏈、聯盟鏈、私有鏈應用后，其價值在更多的應用中逐步體現出來，根據這些分層應用情況，可以總結出區塊鏈技術的價值共性：
(一)解決了“信”的問題。區塊鏈技術提供了一種無需信任單個節點，還能按照共識基礎進行安全信息交互而不用擔心數據篡改的方法，應用技術手段實現了不可信渠道的信息傳遞，也解決了不可信用戶之間可信交互的驗。
(二)解決了“賬”的問題。區塊鏈技術在記錄信息交互過程中使用2P網絡實現客戶端節點全數據記錄，具有足夠的數據冗余，保障了賬的保存安全。另外根據區塊鏈技術構架，如果要對區塊內部數據進行非法篡改，需要控制P2P全網51.的客戶端節點，這也意味著篡改難度極大。
(三)解決了“實”的問題。區塊鏈技術限制參與信息交互者，如不能被全網證明擁有某權益等，則不能進行交互，不能實現類似信用透支之類的操作。這進一步夯實了區塊鏈帶來的價值體系—不可預支。通過“實”可以實現權益的證明，如資金、房產，也可以實現對信息的驗證，如證書、執照的證明。
四、區塊鏈優缺點
(一)區塊鏈的優點
1.安全性:區塊鏈技術的安全性主要體現在信息交互能夠有效避免人工干預。去中心化特性及信息交互時嚴格遵守指定的數學規則，可以有效保障信息交互防篡改;參與區塊鏈交互者在安全保存私鑰的前提下，信息交互的安全能夠得到有效保障。
2.便捷性:區塊鏈技術對信用問題的解決對，在交不需的權威機構身份驗證，信息交互時更為便捷。同時由于無需構建專用存儲環境、丨旨用體系，在構建應用環境、建設相關應用時更為便捷。
3.透明性:區塊鏈的交互信息由于具備分布式記賬、全副本、可追溯等特點，對于任何信息交互均可以追蹤和查詢，可以提升信息交互的透度。
(二)區塊鏈的缺點
1.安全性問題:區塊鏈應用中的賬戶即為用戶的公鑰，進行信息交互的手段則是私鑰。一旦私鑰丟失，用戶原有參與信息交互的權利隨即丟失，沒有中心機構可以實現信息重置，這種對安全性的擔憂，是技術無法解決的。另外在防篡改方面，雖然必須在掌控全網51.以上客戶端節點的基礎上才能夠對區塊鏈的信息交互記錄進行篡改，但通過整合算力等技術手段，仍然有可能對區塊鏈應用的安全造成。
2.調解難題:區塊鏈應用由于去中心化很難實現糾紛調解。即便是私有鏈，也可能存在著由于權益導致的糾紛，發生糾紛后就算有類似糾紛調解機構或者機制，也存在著調解難的問題。承擔調解職責的第三者因為沒有相關的私鑰，無法實現強制操作，必須調解雙方達到共識并進行操作，才能完成權益的重新分。
3.延時問題：由于P2P網絡的天然缺陷，必然造成時間的同步問題，所以高度的實時同步很難做到。另外交易的確認需要全網客戶端參與，具有較高的延時特性，所以區塊鏈會有一定的實時交互問題。這一問題在比特幣的流通中也存在，是相對傳統貨幣的弱勢。
4.資源浪費問題:區塊鏈技術需要在P2P網絡參與客戶端中存儲整個信息交互賬簿，對數據存儲具有較高的要求，如比特幣運行至今，若完全保存所有區塊需要60G以上的存儲空間，重復的數據存儲造成較為嚴重的存儲資源浪費;區塊鏈在信息交互中進行數據加密、哈希運算、形成新區塊時需要大量的算力，相對中心結構的應用具有明顯的算力資源浪費。
五、區塊鏈技術應用前景
目前，納斯達克、紐交所、花旗銀行等數十家金融機構已對區塊鏈技術進行了多種嘗試，如2015年紐交所宣布投資比特幣交易平臺Coinbase;2015年1%月美國納斯達克推出基于區塊鏈技術的證券交易平臺Linq，成為區塊鏈技術應用的重要里程碑;2016年1月英國政府發布了一份名為《分布式賬本技術:超越區塊鏈》的報告，主要介紹了區塊鏈如何減少金融詐騙、錯誤、改造流程等，最重要的是試圖由政府參與數字貨幣與區塊鏈的立法。根據目前的發展情況，預判區塊鏈未來主要發展前景如下：
(一)從發展現狀來看，公共鏈主要應用集中于數字數子貨幣
主要有比特幣、來特幣(Litcoin"、域名幣(Namecoin"、點點幣(Peercoin"等，這些數字貨幣應用改造過的區塊鏈技術能夠在一定程度上提高交易效率、實現更多的隱私保護、降低交易成本、交易可以強制回滾等，這可以改善部分區塊鏈技術的缺點。
(二)從發展可行性來看，聯盟鏈在金融領域將大有作為
聯盟鏈一般是由多個中心化機構聯合組成，是介于私有鏈和公有鏈之間的區塊鏈應用，特別適合在產業、行業內部進行應用。聯盟鏈本質上不是簡單的去中心、反中心，而是多中心或弱中心。
建立銀行業聯盟鏈，可以實現更低成本、更準確、更安全的金融服務。銀行業作為金融機構體系的主體，在經營領域具有業務綜合、功能全面、覆蓋面廣等特點。通過銀行業聯盟鏈應用，可以逐步實現更多的金融領域的聯盟鏈應用，進而對支付體系產生一定的改變。基于現有金融體系的構架，聯盟鏈應用需要關注點：
1.建立銀行業聯盟鏈組織構架
建立銀行業聯盟鏈，首先應考慮組織構架，才能夠明確、統一具體的技術標準、應用規范，因此需要權威機構對區塊鏈技術在銀行業的使用制定行業標準、技術協議等。權威機構在面對未來可能的國際標準協議制定時，也具有較強的話語權。
2.以自金融為出發，逐步拓展跨行業應用
“自金融”是互聯網時代提出的新概念，可以理解為居民之間的直接投融資行為，也可以理解為去中介機構、去交易媒介的交易行為。銀行業聯盟鏈的建設應以銀行、客戶為中心，實現快速的自金融服務，并逐步拓展銀行之間、銀行客戶之間的自金融服務。
3.銀行業聯盟鏈仍需要解決的一些問題
區塊鏈由于其技術構架帶來的天然缺陷，致使實時交易無法實現。聯盟鏈雖然可以一定程度上規避該問題，但由于銀行業對實時交易的高要求，仍然需要關注交易實時性問題，該問題可以從網絡提速、節點數量控制、時間校準、統一應用、基礎協議等方面進行考慮。
如何實現安全、可信的初始交易貨幣輸入是銀行業聯盟鏈的另一難題。比特幣根據算法實現單位時間內產生定量貨幣，并根據節點計算量進行分配。而聯盟鏈由于多中心特點，如何實現可靠貨幣源是一大難題。依托唯一的權威中心作為貨幣源機構進行資金的證明是一個比較可行的方案，同時應更多地考慮實現資金來源的全網信任，更好地體現區塊鏈技術的“數字化信用”優勢。另外需要注意的是由于區塊鏈技術對交易的嚴格校驗，一旦初始貨幣輸入錯誤、異常則難以調整，因此對輸入準確性、貨幣源的機構信息安全性要求較高。
4.金融監管、調解將出現新的改變
金融領域、貨幣領域聯盟鏈一旦形成后，貨幣流轉認的過是清算、結和過程，監管需要的交易數據不再依賴于現場查賬、數據對比、統計報送等傳統手段，規避了數據收集、反饋、交流中容易出現的、失真、片面等問題。任意中心的全賬本數據能提供非常準確的交易數據，但數據類型單一、與監管需求數據存在差距，同時也面臨著交易復雜、數據量大、監管規則配置繁瑣等問題。如何實現自動化的監管對象確認、規則配置、數據分析、數據篩選將是新的問題。
此外，聯盟鏈無法較好地規避調解難題。金融糾紛發生后，中心機構是否能夠強制實現交易回滾是實現調解的關鍵，技術上可以實現但引入類似機制則會系，這是一個很難規避的問題。聯盟鏈解決調解難題不光需要制定可靠的技術方案，更應建立合理的約束管理機制。
(三)從區塊鏈技術應用方向進行考慮，當前主流方向主要有三大類別
信息安全服務,區塊鏈2P網絡中客戶端均有同樣的數據副本，實現了數據的存儲不再依賴極少的中央服務系統;信息交互使用時間戳、數字簽名等手段，避免了受到黑客攻擊時數據受到非法篡改的情況;區塊鏈技術的多重簽名擴展技術可以保證重要數據的訪問權限不易被非法獲得。這些應用特點可以實現用戶個人隱私數據的安全存儲服務，例如個人的財產、醫療等隱私信息。
公共信用服務：區塊中哈希值效驗、時間戳等嚴格界定了區塊的次序，保了區塊信息的不和。此區作政府機構頒發的證書、執照、許可證，甚至可為個人身份的，實現選舉投票、主評議等。在對相關進行驗證時，任意時間都可以通過區塊鏈數據訪問快的真實性，減少原有通過紙質、人工進行復雜驗證的損耗。
金融交易服務:區塊鏈的不可預支價值體系保障了區塊承載權益的“真實性”，保障了不可信雙方間進行金融權益交易的安全性。因此可以用于資金交易、債券交易、網絡借貸等商業模式，能夠避免繁瑣的身份驗證、交易清算過程，降低金融交易成本。金融交易服務是區塊鏈技術應用中最早也是最為適合的應用環境。
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