区块链概念特征及核心技术分析

相关概念

区块链技术起源于技术极客中本聪电子现金系统2008年发表的基础论文《比特币：一种点对点》。狭义的区块链是一种结合数据的去中心化互联网公共账本将链中的块按时间顺序排列成特定的数据结构，并通过密码学的手段保证数据不可篡改、不可伪造。 ，使用分布式共识机制和数学算法集体生成和更新数据，使用密码学来确保数据传输和使用的安全性，并使用自动化脚本。使用代码（智能合约）编程和操作数据的新型去中心化基础设施和分布式计算范式). 区块链是共识算法、非对称加密算法等计算机技术的创新应用模式ithm，分布式存储技术，互联网时代的P2P网络技术。区块链数据由所有节点共同维护，每个参与节点都可以复制和获取。一份完整记录的副本可以在没有中央权威的弱信任环境下建立分布式信任机制，保证系统中的数据公开、透明、可追溯、不易被非法篡改。经过几年的发展，区块链的相关概念不断丰富。目前主要涉及以下几个重要概念。

共识机制。 “共识机制”是指形成共识或达成协议的运作方式、方法和规则。区块链共识机制保证分布式数据库数据的一致性以去中心化的方式维护。区块链常用的共识机制主要有以下几类：工作量证明机制、权益证明机制、份额授权证明机制和验证池机制。区块链共识机制主要由相应的共识算法实现。

时间戳。时间戳通常是唯一标识某个时刻的字符序列。具体来说，它是一个完整的、可验证的“标记”，表明一段数据在某个时间之前存在。区块链中的时间戳是区块链数据库中一定时间内发生的所有事件的唯一且不可更改的记录。

智能合约。智能合约的概念首先由学者 Nick Szabo 于 1994 年定义为一组数字定义的承诺，包括合同参与者可以执行这些承诺的协议。区块链的出现加深了对智能合约的定义。具体来说，智能合约是一个事件驱动的、有状态的计算机代码，它在可复制的共享区块链数据分类账上运行。程序代码是现实世界中合约和规则的算法实现，可以实现对数据的主动或被动处理、对链上各类智能资产的控制和管理等功能。

公链。公链通常是指没有官方组织和管理机构，没有中央服务器，世界上任何人、任何节点都可以按照系统规则自由访问网络，参与记账和共识过程并开展工作，可以获得会计和其他活动信息。有效确认的区块链。公链利用密码学来保证数据传输不可篡改，并利用密码学验证和共识机制在相互陌生的网络环境中建立共识，从而形成去中心化的信用机制。公链主要适用于加密数字货币、大众电子商务、互联网金融等应用场景。公链的典型代表是比特币和以太坊。

附属链。联盟链是需要注册和许可的区块链，仅限于联盟成员的参与。加入需要申请和身份验证，并提供对参与成员的管理、认证、授权、监控、审计等一整套安全管理功能。联盟链上的读写权限和参与记账的权限根据联盟规则制定。整个网络由成员机构共同维护。网络接入一般通过成员机构的网关节点接入，共识过程由预选节点控制。一般来说区块链的特征，联盟链适用于行业机构之间的交易、结算或清算等应用场景。联盟链的确认时间和每秒交易数量与公有链有较大差异，对安全性和性能的要求也高于公有链。联盟链的典型代表是Hyperledger项目。

私有链。私有链一般是指建立在企业或私人组织内部，仅供企业或私人组织使用的区块链系统。私有链的运行规则是根据企业或私有组织的具体要求而制定的。应用场景包括企业或私人机构的数据库管理、办公审批、财务审计、预算和执行等。私有链的价值体现在提供安全性和灵活性。源，不可篡改的相关数据服务。私有链通常只存在于理论上。

侧链。侧链实际上并不是指特定的区块链，该术语是相对于主链而言的。侧链是指遵循侧链协议的区块链。侧链协议是指允许数字资产从主链安全转移到其他区块链区块链的特征，并可以从其他区块链安全返回主链的协议。

跨链。跨链是区块链之间互通的技术解决方案，可以实现跨链间壁垒的数据信息甚至价值的直接流通。跨链技术的作用和意义在于极大地促进了区块链之间的互操作性。无论是公链还是私链，跨链技术都是实现价值互联网的关键。它可以打通各种区块链形成的信息孤岛，是区块链扩展和连接的桥梁。

闪电网络。闪电网络是针对现有加密数字货币交易频繁、小额交易场景下大笔交易延迟等问题的安全链下交易解决方案。闪电网络主要包括两个核心机制：序列到期可撤销合约（RSMC）和哈希时间锁定合约（HTLC），本质上是利用哈希时间锁定智能合约来安全地进行零确认交易。通过设置巧妙的“智能合约”，用户可以在闪电网络上进行未经确认的交易。 RSMC 保证两个人之间的直接交易可以在链下进行。 HTLC保证任何两个人之间的转账都可以通过“支付”渠道完成。

核心技术

区块链主要涉及的核心技术包括共识算法、非对称加密算法、分布式存储技术、P2P网络技术。

共识算法。区块链作为分布式系统，是由多个主机节点通过异步通信组成的网络集群。节点之间需要状态复制，以确保主机达到共识状态。因此，区块链必须解决分布式场景下节点间的共识问题，通过共识算法可以不同程度地保证系统中不同节点数据的一致性和正确性。根据区块链的不同类型，共识算法主要可以分为两类。一种是公链场景中使用的共识算法，主要包括工作量证明算法POW、权益证明算法POS和委托权益证明算法DPOS。例如，比特币采用解决Hash256数学问题的方法，即工作量证明POW算法，保证账本数据在全网形成正确一致的共识。另一类是联盟链场景中使用的共识算法，主要包括拜占庭容错算法PBFT和RAFT。共识算法之间没有区别。共识算法的使用与应用场景高度相关。随着场景需求的不同，对共识算法的效率和安全性的要求也不同。选择合适的共识算法并调整要使用的共识算法。是适合场景的最佳选择。

非对称加密算法。非对称加密算法主要使用公钥和私钥来加密和解密数据的存储和传输。非对称加密技术在区块链中的应用场景主要包括信息加密、数字签名和登录认证。区块链系统中涉及的非对称加密算法主要有RSA、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）。在区块链系统中，基于非对称加密算法生成公钥和私钥的密钥对。公钥用于加密数据信息，对应的私钥用于解密数据。相反，对用私钥加密的数据信息进行数字签名，并解密对应的公钥，即验证签名。以比特币底层区块链技术为例，在比特币交易过程中，通过哈希函数将公钥转换为地址用于接受比特币，私钥用于比特币支付时的交易签名，从而实现确认付款人在此交易中。随时交易的比特币的所有权。

分布式存储技术。分布式存储相关技术起源于分布式存储系统在去中心化数据存储过程中使用的技术，包括分布式存储、分布式计算、CAP理论、共识算法等。备份、容错和一致性问题。区块链作为分布式存储系统，采用分布式存储技术。区块链基于分布式存储技术，将数据存储在多个独立的节点中，每个节点都参与区块链的记账和存储，从而避免了数据集中存储模式下可能出现的服务器崩溃风险。 区块链的高容错性保证了系统内所有内置服务从运行之初就可以稳定持续地维护，极大的保证了区块链系统的可靠性。

P2P 网络技术。 P2P是英文Peer-to-peer的缩写，所以P2P网络技术也称为点对点网络技术。 P2P网络技术是一种连接区块链系统中对等节点的网络技术。作为分布式网络，网络上的每个节点可以直接相互访问，无需经过中间实体，同时共享自身的资源，包括存储容量、网络连接容量、处理能力等。在区块链出现之前P2P网络技术已广泛应用于网络视频、网络语音、搜索、下载等各种应用领域。区块链技术应用中各个节点的通信和交互采用了比较成熟的P2P网络技术。因此，P2P网络技术是区块链的核心技术之一。

主要特点

去中心化。在治理方面，区块链没有中心化的组织或机构，任何节点之间的权利和义务都是平等的。区块链通过共识机制防止少数人控制整个区块链系统，因此区块链是去中心化的治理。在架构上，区块链是基于点对点的点对点网络。任何节点的损坏或丢失都不会影响整个系统的运行。该系统具有极好的鲁棒性，因此区块链是一个去中心化的架构。在存储方面，区块链是一种分布式存储技术。数据分布并存储在所有节点中，并达成共识。存储权限没有中心化控制，所以区块链也是存储去中心化。

基于技术的信任。区块链技术的信任机制基于现代密码学、共识机制、公开透明等原则，区块链系统中的节点可以在不知道对方基本信息的情况下交换可信信息，满足信息需求安全。 这样的技术体系可以让用户在没有统一中心节点背书的情况下达成共识并产生信任，几乎完全消除了系统内部价值交换过程中的摩擦成本，降低了系统运行成本，提高了效率。

数据是不可变的和可追溯的。由于区块链技术将自系统创建以来的所有交易行为记录在区块中，数据记录不可篡改或删除，因此可以查询和跟踪双方的信息交换活动。这种完全透明的数据管理系统为审计、操作日志记录、物流跟踪等操作提供了可靠的跟踪快捷方式。

系统和数据的高可靠性。从技术角度来看，区块链本质上是一个分布式数据库系统。以分布式数据存储的形式，区块链网络中的每个参与节点都可以获得一份完整数据库的副本。区块链数据由所有节点共同维护，每个参与维护的节点都可以获得一份完整记录的副本。除非同时控制整个系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，不能影响其他节点上的数据内容。因此，参与系统的节点越多，计算能力越强，系统中的数据安全性就越高。

高度可扩展性和包容性。基于区块链技术的数据库未来有望在全球范围内形成数个巨型数据库（公链），人类所有的价值交换活动（包括注册、开户、支付、交易、清算等）都可以在这些数据库。完成后，商业模式具有高度可扩展性和包容性。

发展历程

业界倾向于将区块链的发展分为三个阶段，分别是区块链1.0、区块链2.0和区块链3.0。迄今为止，区块链的发展主要经历了两个阶段，即以比特币为代表的区块链1.0和以智能合约为代表的区块链2.0。正在逐步走向区块链3.0阶段。

第一阶段：区块链 1.0 (2008-2012)。区块链1.0阶段始于2008年比特币白皮书的诞生，其主要特点是以比特币为代表的加密数字货币及相关金融基础设施的应用，包括支付结算设施、跨境支付设施比如Ripple提供了比较成熟的跨境支付区块链解决方案，实现跨境支付免电信费，降低交易成本。

第二阶段，区块链2.0（2013-至今）。区块链2.0阶段始于2013年以太坊项目，一个具有智能合约功能的公链平台。这一阶段的主要特点是区块链技术的应用超越了加密数字货币和金融基础设施的范围，可以更广泛地应用于金融领域，以可编程金融的形式出现。区块链2.0阶段应用的主要特点是：一是主要针对具体的对象，比如合约的双方。二是交易内容中主要特定数字资产的所有权或其他权益。例如，数字货币与智能合约的结合，在金融领域产生了更广泛的场景和流程优化应用，包括资产数字化，以及股票、债券等权益凭证的登记、转让、流通等。三是交易范围还比较有限，频率低，领域窄。例如，纳斯达克推出了 Linq，这是一个基于区块链的私募股权市场，为企业家和风险投资者提供私募股权转让和销售服务。区块链2.0的典型代表是以太坊，它是一个可编程的图灵完备的区块链，允许任何人通过其系统内的智能合约来构建和运行去中心化的应用程序。

第 3 阶段：区块链 3.0。目前业界对于区块链3.0阶段的具体时间划分没有统一的认识，但可以肯定的是，业界已经开始提前部署区块链3.0 一般来说，区块链3.0阶段被认为是基于区块链技术和超越货币和金融领域范围的更复杂的智能合约。以可编程的社会和经济活动的形式在司法和物流等各个领域进行深入应用。区块链3.0主要有以下特点：一是产品的表现形式主要是应用，包括实物产品和知识支付等其他虚拟产品。第二个是参与者是未指明的多数，而不是特定的一小部分人。三是市场交易行为将更加广泛，面向全行业、全社会。区块链3.0时代的应用主要体现在行业应用上，比如在政府、健康、科学、工业、文化艺术等领域的应用。区块链3.0技术的应用可以解决各行业的信任问题，提高社会经济运行效率，真正实现从信息互联网到价值互联网的转变。

重要价值

从技术角度看，区块链是集共识算法、非对称加密算法、分布式存储技术、P2P网络技术等为一体的互联网应用技术体系，可实现数据记录、数据存储管理和数据传播方式，推动信息互联网向价值互联网转变。区块链技术本身有望成为与超文本传输​​协议 HTTP 同等重要的价值传输协议。从市场应用的角度来看，区块链的去中心化、透明化、不可篡改等特性在技术上解决了信任问题，在一定程度上实现了去中介化，从而有助于降低中介存在带来的交易成本。 此外，区块链可以减少商业摩擦，降低信任成本，促进经济活动。总的来说，区块链的重要价值可以从以下几个方面来解释。

首先，去中介化有望降低中介成本。区块链是一种去中心化的分布式账本。首先，去中心化实现点对点交易。分布式账本保证交易能够快速反映在每个交易参与者的账本中，实现交易与清算的同步。因此，区块链消除了中心化清算组织。这种交易中介存在的必要性降低了交易中介的成本。以金融行业为例，区块链技术将对金融行业的基础设施产生巨大影响。银行支付清算系统、证券清算登记系统、跨境结汇系统等中心化系统交易费用高、效率低。区块链脱媒和交易清算同步可以大大提高支付清算效率，有利于经济发展。活动的发展。其次，区块链保证了全网数据记录的公开、透明和不可篡改，从技术上解决了信任问题，成为人与人之间无需相互信任的大规模协作的有效信任工具。在一定程度上替代了信托中介，有利于降低信托中介的成本消耗，有利于社会降低中介成本。

第二，不可变时间戳可以解决数据追踪和信息防伪问题。区块链技术为我们的信息防伪和数据追踪提供了创新手段。当今社会，从假冒红酒、劣质奶源、高仿奢侈品，到会计包裹、虚假财务数据甚至地下钱庄交易，大量伪造的信息和数据充斥着整个市场。由于信息和数据在传输过程中经过多次易手和交换，很多情况下无法验证这些信息的真实性。区块链中的数据块依次连接，形成一条不可篡改的数据链。时间戳为所有数据信息贴上一组不可伪造的真实标签，可以实现全网数据交易记录的透明、不可篡改和可追溯。 ，有助于解决数据跟踪和信息防伪问题，对现实生活中打击假冒伪劣产品和虚假信息具有重要意义。此外，区块链技术中记录的可追溯性和不可篡改性为建设诚信社会提供了法律法规之外的技术工具。随着区块链技术的成熟，区块链技术有助于重塑社会信任体系，降低社会经济活动的信任成本，让社会管理更加高效低成本。

三是有效解决关键数据保护和授权访问问题。以用户隐私数据保护为例，当前的用户隐私数据保护面临着重大的安全问题。 2018 年 3 月，5000 万 Facebook 用户的数据泄露事件引发了全球对个人隐私数据保护的重大关注。用户隐私数据保护和授权访问体现在用户数据的获取、使用和审计上。区块链底层技术、哈希算法、加密技术和电子签名应用可以映射用户隐私数据并加密存储在区块链中。 ，任何个人或组织在访问用户的隐私数据时都需要获得用户的授权。只有经过用户的授权，其他个人和机构才有权访问和使用数据，任何访问和授权都会有可审计的记录。因此，区块链可以更好地解决当前信息化应用中比较突出的信息保护和授权访问问题。

第四，灵活的可编程特性有助于规范现有的市场秩序。当今社会的市场秩序还不够规范。转让资产时，不保证所转让资产在未来使用过程中不会偏离原资产规定的用途和方向。例如，政府对农业的补贴和慈善捐款用于其他目的。区块链技术的可编程性可以在资产或价值转移的过程中将一段代码写入智能合约，以指定资产未来的用途和范围，从而有效解决扶贫资金被挪用、挪用、挪用公款等问题。和盗用。区块链的可编程性还可以帮助互联网以智能合约的形式与现实世界的资产进行交互，更好地规范市场秩序。

五是助力实现商业组织重构和社会协作转型。区块链去中心化、数据不变性、可追溯性等特点，使区块链成为信任机器，在商业活动中建立个体之间的信任，从而帮助商业活动去中介化，实现商业组织形态。重构。此外，根据罗纳德科斯的说法，企业存在的原因是为了降低市场交易成本，基于区块链共识算法和智能合约编程构建的信任关系的数字化交易活动有望大大降低市场交易成本。这对企业的制度安排产生了影响，即企业的组织结构在某些条件下可能会消失。区块链作为信任机器，有助于实现个体之间的大规模协作、自治组织、自治治理，最终形成新的社会协作方式和商业模式，甚至引发生产关系的变化。