區(qū)塊鏈是利用塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學的技術保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問控制的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎架構(gòu)與計算范式。目前，區(qū)塊鏈被很多大型機構(gòu)稱為徹底改變業(yè)務乃至機構(gòu)運作模式的重大突破性技術。在金融、物聯(lián)網(wǎng)、公益慈善、醫(yī)療健康、供應鏈等領域，越來越多的企業(yè)機構(gòu)開始探索區(qū)塊鏈在行業(yè)中的應用前景，規(guī)劃基于區(qū)塊鏈技術的數(shù)據(jù)流通路線圖。

區(qū)塊鏈興起與演變之路

區(qū)塊鏈技術起源于化名為“中本聰（Satoshi Nakamoto）的學者在 2008 年發(fā)表的奠基性論文《比特幣：一種點對點電子現(xiàn)金系統(tǒng)》。文章提出，希望可以創(chuàng)建一套“基于密碼學原理而非基于信用“的電子支付系統(tǒng)，任何人可以在不知道對方背景信息的情況下進行交易，且不需要第三方的介入。

這篇文章催生了比特幣，標志著人類社會的貨幣體系的全新實驗。眾所周知，比特幣在沒有任何中心化機構(gòu)運營和管理的情況下，多年來運行非常穩(wěn)定。其原因就在于比特幣的發(fā)行方式都是由程序和加密算法預先設定后，在全世界的多個節(jié)點上運行，沒有任何人和機構(gòu)可以篡改，不受任何單一用戶控制。后來，人們把這種基于密碼學與分布式存儲的底層技術抽象提取出來，稱之為區(qū)塊鏈技術。

2013 年，19 歲的 Vitalik Buterin 發(fā)布了題為“以太坊白皮書：下一代智能合約與去中心化應用平臺”的白皮書，提出基于通用的編程語言來創(chuàng)建各種各樣的分布式應用，被稱為“世界計算機”。2015 年，Linux 基金會發(fā)起 Hyperledger（“超級賬本”）開源項目，眾多金融機構(gòu)及 IBM、英特爾等巨頭加入合作。2016 年起，區(qū)塊鏈技術開始從加密數(shù)字貨幣向更多應用場景擴展，引發(fā)了全球區(qū)塊鏈應用浪潮。2016 年底，區(qū)塊鏈技術首次被列入國務院《“十三五”國家信息化規(guī)劃》，2017年工信部發(fā)布中國首個區(qū)塊鏈標準《區(qū)塊鏈參考架構(gòu)》。

區(qū)塊鏈根據(jù)應用場景和設計不同，主要分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈：

（1） 公有鏈：以比特幣、以太坊和所有數(shù)字貨幣為代表，各個節(jié)點可以自由進入或退出區(qū)塊鏈網(wǎng)絡；

（2） 聯(lián)盟鏈：各個節(jié)點通常代表實體組織機構(gòu)或個人，通常需要經(jīng)過授權后加入或退出網(wǎng)路。由于各機構(gòu)間通常存在相關利益，因此需要各方共同參與和維護；

（3） 私有鏈：各個節(jié)點的準入和退出權限均由內(nèi)部控制，通常是在特定機構(gòu)內(nèi)用于內(nèi)部數(shù)據(jù)管理與審計。

區(qū)塊鏈主要優(yōu)勢特點

現(xiàn)有的區(qū)塊鏈技術主要包含以下四個特點：

（1） 去中心化：無需第三方介入，實現(xiàn)點對點的交易、協(xié)調(diào)和協(xié)作。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，沒有任何一個機構(gòu)或個人可以實現(xiàn)對全局數(shù)據(jù)的控制，而任一節(jié)點停止工作都不會影響系統(tǒng)整體運作，這種去中心化的網(wǎng)絡將極大地提升數(shù)據(jù)安全性。

（2） 不可篡改性：區(qū)塊鏈利用加密技術來驗證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式共識算法來新增和更新數(shù)據(jù)，區(qū)塊鏈需要各節(jié)點參與驗證交易和出塊；修改任一數(shù)據(jù)需要變更所有后續(xù)記錄，修改單節(jié)點數(shù)據(jù)難度極大。

（3） 公開透明與可溯源性：寫入的區(qū)塊內(nèi)容將備份復制到各節(jié)點中，各節(jié)點都擁有最新的完整數(shù)據(jù)庫拷貝且所有的記錄信息都是公開的，任何人通過公開的接口都可查詢區(qū)塊數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈中的每一筆交易通過鏈式存儲固化到區(qū)塊數(shù)據(jù)中，同時通過密碼學算法對所有區(qū)塊的所有交易記錄進行疊加式 HASH 摘要處理，因此可追溯到任何一筆交易歷史。

（4） 集體維護性：區(qū)塊鏈去中心化的特征決定了它的集體維護性。傳統(tǒng)中心化機構(gòu)通常要身兼三職：數(shù)據(jù)存儲者、數(shù)據(jù)管理者和數(shù)據(jù)分析者，區(qū)塊鏈則以對等的方式由各參與方共同維護，各方權責明確，無需向第三方機構(gòu)讓渡權利，實現(xiàn)共同協(xié)作。

區(qū)塊鏈核心關鍵技術

從技術角度來講，區(qū)塊鏈并不是一個全新的技術，而是集成了多種現(xiàn)有技術進行的組合式創(chuàng)新，涉及到以下幾個方面：

（1） 共識機制：常用的共識機制主要有 PoW、PoS、DPoS、PBFT、PAXOS等（如圖）。由于區(qū)塊鏈系統(tǒng)中沒有一個中心，因此需要有一個預設的規(guī)則來指導各方節(jié)點在數(shù)據(jù)處理上達成一致，所有的數(shù)據(jù)交互都要按照嚴格的規(guī)則和共識進行；

（2） 密碼學技術：密碼學技術是區(qū)塊鏈的核心技術之一，目前的區(qū)塊鏈應用中采用了很多現(xiàn)代密碼學的經(jīng)典算法，主要包括：哈希算法、對稱加密、非對稱加密、數(shù)字簽名等。

● HASH 摘要算法：HASH 算法的目的是針對不同輸入，產(chǎn)生一個唯一的固定長度的輸出。HASH 算法有 3 個特點：一是不同的輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)必定不同；二是輸入數(shù)據(jù)的微小變動會導致輸出的較大不同；三是給定已知輸出數(shù)據(jù)，無法還原出原始的輸入數(shù)據(jù)。常用的 SHA-256 算法就是針對任意長的數(shù)據(jù)數(shù)列輸出 256 位數(shù)據(jù)，實際使用中 SHA256 用于對區(qū)塊鏈的每個區(qū)塊數(shù)據(jù)進行 HASH 摘要后防止篡改， 同時結(jié)合 Merkle Tree 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)部分區(qū)塊數(shù)據(jù)的 HASH 值驗

證。

● 對稱加密算法：對稱加密算法利用加密密鑰對原始數(shù)據(jù)進行加密處理，然后將加密后的密文發(fā)送給接收者，接收者利用同一密鑰及相同算法的逆算法對密文進行解密，才能使其恢復成原始數(shù)據(jù)。在對稱加密算法中，使用的密鑰只有一個，發(fā)收信雙方都使用這個密鑰對數(shù)據(jù)進行加密和解密，這就要求解密方事先必須知道加密密鑰。區(qū)塊鏈技術中常用的對稱加密算法有 AES。

● 非對稱加密算法：非對稱加密算法需要兩個密鑰：公開密鑰（Public Key）和私有密鑰（Private Key）。公開密鑰與私有密鑰是一對，如果用公開密鑰對數(shù)據(jù)進行加密，只有用對應的私有密鑰才能解密；如果用私有密鑰對數(shù)據(jù)進行加密，那么只有用對應的公開密鑰才能解密。其實現(xiàn)機密信息交換的基本過程是：甲方生成一對密鑰并將其中的一把作為公用密鑰向其它方公開；得到該公用密鑰的乙方使用該密鑰對機密信息進行加密后再發(fā)送給甲方；甲方再用自己保存的另一把專用密鑰對加密后的信息進行解密。

● 數(shù)字簽名算法： 區(qū)塊鏈技術中使用到的數(shù)字簽名技術用于驗證信息的完整性和真實性，基本流程如下：發(fā)送者將需要簽名的原始數(shù)據(jù)進行 HASH 摘要，然后對摘要信息用私鑰加密后與原始數(shù)據(jù)一起傳送給接收者。接收者只有用發(fā)送者的公鑰才能解密被加密的摘要信息，然后用同樣 HASH 函數(shù)對收到的原文產(chǎn)生一個摘要信息，如果與解密的摘要信息對比相同則說明收到的信息是完整的，在傳輸過程中沒有被修改，否則說明信息被修改過，因此數(shù)字簽名能夠驗證信息的完整性。此外，信息發(fā)送者擁有私鑰且不公開，因此只有發(fā)送者本人才能構(gòu)造基于其私鑰的簽名信息，可以確保簽名真實性。ECDSA 是區(qū)塊鏈技術中常用的數(shù)字簽名技術。

（3） 分布式存儲：區(qū)塊鏈是一種點對點網(wǎng)絡上的分布賬本，每個參與的節(jié)點都將獨立完整地存儲寫入?yún)^(qū)塊數(shù)據(jù)信息。分布式存儲區(qū)別于傳統(tǒng)中心化存儲的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面：

一、每個節(jié)點上備份數(shù)據(jù)信息，避免了由于單點故障導致的數(shù)據(jù)丟失。

二、 每個節(jié)點上的數(shù)據(jù)都獨立存儲，有效規(guī)避了惡意篡改歷史數(shù)據(jù)。

（4） 智能合約：智能合約允許在沒有第三方的情況下進行可信交易，只要一方達成了協(xié)議預先設定的目標，合約將會自動執(zhí)行交易，這些交易可追蹤且不可逆轉(zhuǎn)。具有透明可信、自動執(zhí)行、強制履約的優(yōu)點。

區(qū)塊鏈未來發(fā)展趨勢

面對區(qū)塊鏈技術帶來的機遇與挑戰(zhàn)，全球各行各業(yè)都在進行積極布局，試圖通過這一“組合式創(chuàng)新”技術改變原有的業(yè)務與管理模式，構(gòu)建一個多方參與、安全信任的新型生態(tài)體系。區(qū)塊鏈的未來發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1） 產(chǎn)業(yè)滲透：雖然區(qū)塊鏈的底層架構(gòu)源于比特幣，但作為一種通用技術，區(qū)塊鏈正加速從數(shù)字貨幣向其他領域滲透，和各行各業(yè)創(chuàng)新融合。目前，金融服務、數(shù)字資產(chǎn)、慈善公益等行業(yè)紛紛投入到區(qū)塊鏈應用的探索中，利用日志存證、信息追溯等特點，改變行業(yè)內(nèi)原有的交易不公開透明等問題。相信在未來，區(qū)塊鏈將在更多的領域發(fā)揮作用。諸如醫(yī)療健康等涉及到大規(guī)模數(shù)據(jù)交互的行業(yè)，必將通過區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可信交易，破除現(xiàn)有的利益壁壘，打造一個全新的數(shù)據(jù)行業(yè)內(nèi)外安全共享生態(tài)體系；

（2） 多中心化：區(qū)塊鏈的核心并不是“為了去中心化而拋棄中心化管理”，而是構(gòu)建多方信任機制。在未來，隨著跨鏈技術的不斷發(fā)展，區(qū)塊鏈的架構(gòu)將演變?yōu)槎喾焦餐瑓⑴c的可信任體系。即在多方信息不對稱、背景不清晰的情況下，構(gòu)建多方賴以信任與合作的新生態(tài)。未來在多中心化和去中心化之間，將會存在一個中間區(qū)域，而不同區(qū)塊鏈系統(tǒng)根據(jù)特定場景需求，將呈現(xiàn)不同的非中心化程度。

（3） 技術融合：以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術正滲透進各行各業(yè)。未來區(qū)塊鏈的發(fā)展必將以技術融合為切入點，共同解決單一技術的不足與難點，擴大應用場景，降低應用成本。以區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合為例，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)在實體經(jīng)濟中的延伸，通過計算機技術實現(xiàn)物品與物品之間的信息交換與通信。區(qū)塊鏈系統(tǒng)是典型的點對點網(wǎng)絡，具有分布式異構(gòu)特征，天然適合于在物聯(lián)網(wǎng)中建立各主體的共識機制，制定交互規(guī)則，構(gòu)建去中心化控制的交易網(wǎng)絡。因此，如何通過區(qū)塊鏈與其他技術的融合，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，將成為區(qū)塊鏈未來發(fā)展的重要課題。

（4） 標準規(guī)范：企業(yè)應用在未來將是區(qū)塊鏈的主戰(zhàn)場，聯(lián)盟鏈將成為主流方向。與公有鏈不同，在企業(yè)級應用中，人們不僅關注通過軟件和算法來構(gòu)建信任基礎，更重要的是如何從用戶體驗與業(yè)務需求出發(fā)，構(gòu)建一套基于共識機制、權限管理、智能合約等多維度的生態(tài)規(guī)則。面對不斷演進的區(qū)塊鏈技術，同步考慮相應的技術標準和法律法規(guī)，增加區(qū)塊鏈的可信程度，建立區(qū)塊鏈的應用準則加強監(jiān)管，防范風險。