發布時間：2020-03-17所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：區塊鏈技術是對所有交易或者電子行為進行記錄的分布式數據記錄方案，即公開賬本技術。區塊鏈技術以其分布式、去中心化、不可造假的特性逐漸走進公眾的視線，引發了世界各行業的廣泛關注和討論。描述了區塊鏈技術的工作原理和它在金融和非金融領域的一
摘要：區塊鏈技術是對所有交易或者電子行為進行記錄的分布式數據記錄方案，即公開賬本技術。區塊鏈技術以其分布式、去中心化、不可造假的特性逐漸走進公眾的視線，引發了世界各行業的廣泛關注和討論。描述了區塊鏈技術的工作原理和它在金融和非金融領域的一些應用.分析了區塊鏈技術發展面臨的挑戰和商業機遇
關鍵詞：區塊鏈原理;應用領域：挑戰
1引言
區塊鏈技術是一種對一段時間內所有交易或者電子行為進行記錄的分布式數據記錄技術.即一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的鏈式數據結構。并以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式公開賬本技術。在區塊鏈上，每筆交易都可以被系統的參與者通過多數節點共識的機制進行審核。一旦被記載到區塊鏈上，相關的交易信息就不能被修改、刪除。區塊鏈上的區收稿日期：2016—11-02;修回日期：2016—12—11塊記錄了一定時間內被審核通過的每筆交易記錄。
比特幣是區塊鏈技術最本質的應用，它也因為在沒有政府的干預下構造了上百萬美元的匿名交易市場而成為最具爭議性的區塊鏈應用。然而，區塊鏈技術本身可以被金融和非金融領域應用的事實并沒有爭議。
現階段，電子金融領域建立在可靠的、可信任的第三方授權的基礎上。用戶網絡交易必須依賴于第三方機構對交易雙方進行身份和交易資格的確認。人們生活的電子世界在依靠第三方機構維系安全與個人電子資產隱私的背景中，并不是絕對的安全。因為第三方機構在這種背景下扮演了強有力的中心角色。而中心機構一旦被侵人，靠第三方機構維系的普通角色所面臨的電子安全風險將無法保證。
在這種背景下，區塊鏈的誕生通過對分布式共識的應用，對依靠第三方信任的電子世界規則提出了巨大改進。分布式共識和匿名性是其最重要的兩個關鍵特征。通過這些特征的綜合應用，在紛雜的網絡環境中，區塊鏈在沒有第三方信任機構的參與下，對網絡交易記錄、電子資產記載提出了分布式賬本的方式.有以下鮮明的特征。
(1)去中心化
去中心化是區塊鏈技術最本質的特征。區塊鏈技術的產生意味著在沒有中央處理節點的情況下，實現了全網所有數據的分布式記錄、存儲并且能夠保證數據記錄的真實性。區塊鏈技術通過P2P(點對點)協議組成網絡。不同于中心化網絡模式。P2P網絡中各節點的計算機地位平等，每個節點有相同的網絡權力，不存在中心化的服務器。
在這種去中心化的網絡環境中，全網所有在網節點：發有實質的區別，所有節點享有相同的權利和義務。區塊鏈網絡中的在網節點必須遵守同樣的密碼學規則。共同維護全網系統中的數據記錄。對數據的記錄、存儲過程，必須;礙到區塊鏈網絡內其他節點的批準后才能執行。由于所有：網節點并沒有第三方中介或者信任機構背書，所以在去中心化的區塊鏈網絡中，對單個節點的攻擊無法控制或者對整個區塊鏈網絡產生影響。P2P去中心化網絡模式與中心化網絡模式對比如圖1所示。
(2)數據及操作的透明性
區塊鏈技術作為分布式賬本技術，系統內所有的數據記錄及操作對于所有在網節點都是透明的。在典型的區塊鏈網絡中.每一個節點都能夠存儲全網發生的歷史交易記錄的完整、一致賬本。區塊鏈通過對非對稱加密算法、散列加密等密碼學技術的組合應用，保證區塊鏈信息在全網的高度透明性。并且區塊鏈網絡運行的程序、規則、節點的接入方式都是公開的，這是區塊鏈網絡信任的基礎。這些機制的運用，保證了區塊鏈中記錄的數據可以被全網所有節點審查、追溯。
(3)信息不可篡改性
區塊鏈區塊中的信息是不可篡改的，一旦數據信息被驗證通過寫入區塊并加入區塊鏈中，就無法被篡改。區塊鏈的數據信息必須經過全網大部分節點的審核以后，才能允許被記錄。除非能夠控制系統中51%l~A上在網節點，否則對單節點的區塊記錄篡改是沒有意義的。即對個別節點的賬本數據的篡改、攻擊不會影響全網總賬的安全性。這種信息的不可篡改性保證了區塊鏈數據的穩定性與可靠性。
(4)匿名性
區塊鏈技術在復雜的網絡環境中解決了在網節點問的信任問題。因而區塊鏈網絡中的交易節點可以在無需了解對方身份的情況下進行交易。區塊鏈網絡中的交易是基于加密地址，而不會對交易雙方身份進行認證。交易雙方僅需要公布自己的地址就可以與對方進行交易通信。這種匿名性的技術基礎就是非對稱加密算法。
區塊鏈網絡的節點使用非對稱加密技術構建節點間在匿名環境下的信任。所有節點維持自身的公私鑰對.對區塊鏈網絡節點間的通信信息進行加密和解密。節點公開發布自己的公鑰，保留自己的私鑰。進行信息傳遞的發送方，使用信息接收方公布的公鑰對將要傳遞的信息進行加密。信息接收方在接收到傳遞的加密信息后，使用自己的私鑰對加密過的信息進行解密。通過這樣的方式，節點間可以在不需要身份認證的情況下，完成匿名環境下的信任交易。常用的非對稱加密算法有RSA和ECC，非對稱加密算法的過程如圖2所示。
相關期刊推薦：《電信科學》是由中國通信學會和人民郵電出版社共同主辦的電信工程技術刊物，創刊于1956年，現已成為中國通信領域頗具影響力和權威性的雜志。以報道通信科技的最新成果和動態，介紹新的通信理論和技術知識，交流科研、設計、施工、生產和維護方面的實用技術和先進經驗，推動中國通信技術的發展為辦刊宗旨。主要讀者對象是從事通信工作的科研人員、工程技術人員、管理人員和通信院校師生。
2區塊鏈工作原理
區塊鏈技術不是單一的技術主體。而是多種技術整合的結果，包括密碼學、數學、計算機網絡等技術在內的有機整合完善了區塊鏈的去中心化的數據記錄方式。區塊鏈技術主要解決了在沒有第三方信任機構參與的情況下如何達成可靠的信任記錄的問題。其完整的架構如圖3所示。
互聯網金融與第三方可信機構有很密切的關聯。這些第三方金融機構在電子交易過程中扮演中介的角色，負責協調交易雙方的信息。在整個交易過程中，第三方機構承擔了審計、安全守衛、維持交易的責任。在線交易過程中存在的欺詐行為，突出了第三方金融機構的中介地位.同時也導致了較高的交易成本花費。比特幣是區塊鏈技術最本質的應用，但是區塊鏈技術的應用并不局限于電子貨幣。它可以被應用到電子資產在線交換的各個領域。本文以比特幣為例對區塊鏈技術源的相關原理、概念進行闡述。
比特幣基于密碼技術的基礎，在有交易傾向的雙方之間充當第三方中介的角色。在具體交易過程中。每一筆交易都通過電子簽名進行保護確認。在比特幣網絡中，交易的發起者通過自有私鑰對交易進行簽名，并發送到接收者的賬戶地址(即公鑰)。在花費比特幣時.比特幣的持有者需要證明自己擁有對交易簽名的私鑰。比特幣交易審核時，通過發送者的公鑰對其交易簽名進行驗證。進而確定交易方是否可以使用對應的比特幣
每一筆交易都將被廣播發送到比特幣網絡的每一個節點上，在節點通過審核后被記錄到生成的區塊鏈區塊中。所有比特幣網絡中的在網節點，共同維護生成的區塊鏈交易記錄。通過所有節點保存賬本記錄的方式，防止交易記錄造假、被篡改、被刪除等欺詐行為。交易的審核節點需要在記錄之前確保以下兩個事情。
·比特幣的花費者確實擁有對應的電子貨幣：在交易中的電子簽名驗證。
·比特幣花費者在其賬戶中擁有足夠的電子貨幣：通過檢查花費一方的賬戶(公鑰地址)在區塊鏈賬本上的交易記錄。
但是.在比特幣P2P網絡中，需要保持廣播的交易并不是按照它們產生的順序進行廣播的，每筆交易在比特幣網絡中通過節點一個接一個地形成廣播。因此在比特幣網絡中需要一定的機制處理這些并不是嚴格按照順序廣播的交易，進而防止雙重花費情況的發生。
區塊鏈技術的應用，正是比特幣解決“雙花”問題的關鍵。在比特幣系統中，對一段時間內交易進行收集、審核，并最終記錄在區塊上。通過把每一個區塊連接成區塊鏈，對每一筆交易進行追蹤。在同一個區塊上記錄的交易記錄可以看作同一段時間內發生的交易。這些區塊通過把前一個區塊的散列值寫入自身區塊頭字段的方式.按照區塊生成時間的先后順序連接成遵循時I'.-iJ~序排列的區塊鏈。
這種通過時間順序連接記錄交易的方式，帶來了另一個問題，即在比特幣網絡中的每一個節點都可以收集未確認的交易、生成區塊并把新生成的區塊廣播到全網其他節點。那么比特幣網絡怎么決定哪一個生成的區塊應該被鏈接到之前區塊鏈的末端?
比特幣系統通過引入一個計算數學難題來競爭區塊鏈的生成權，也就是大家熟知的工作量機制(POW)。每個節點生成區塊需要證明它付出了一定的計算資源來競爭解決對應的數學難題。具體來說。每個節點被要求尋找一個隨機數(nonce)，當這個隨機數、交易記錄與前一個區塊的散列值共同進行散列化后的數值的開頭包含一定數量的0，并且小于目標值，即散列(前一區塊的散列值+Merkle樹根+隨機數)<(目標散列)。
但是這個數學難題并不是一成不變的，比特幣系統通過調整它的難度來平衡區塊的生成時間。使系統內平均10min產生一個新的、被接受的區塊。在網節點通過貢獻其自身的計算資源來解決數學難題，競爭產生區塊。最早成功計算出數學難題解的節點，將有權利把本節點生成的區塊連接到區塊鏈末端，被其他節點接受，并被授予一定數量的比特幣作為對它貢獻計算資源的獎勵。
比特幣通過競爭計算散列值的方式，依據POW，保證平均每10min會有新的區塊產生，通過新區塊的生成來發行新的比特幣。最終生成的區塊鏈區塊格式如圖4所示。
具體的區塊鏈的工作流程如下。
·在網節點收集一段時間內所有的交易信息。
·接收節點對收到的交易信息進行檢驗
.審核交易是否合法。通過檢驗的交易記錄將被記錄到新區塊的主體中。
·在網節點通過對區塊主體中交易信息進行計算，結合區塊鏈當前末端區塊的散列值，計算尋找滿足條件的新區塊的散列值。
·最先計算得出滿足條件的散列值的節點，將把新生成的區塊信息廣播到全網其他節點。
·節點對該新生成區塊進行驗證，當審查無誤以后，所有節點接受該區塊。而接受的方式，就是把該新生成區塊確定為區塊鏈當前末端區塊。
通過以上的步驟，區塊鏈網絡中所有在網節點共同參與、維護、審查區塊鏈區塊的生成過程，并且區塊鏈網絡在網節點都維護相同的區塊鏈賬本記錄，保證了區塊鏈上區塊記錄的真實、可靠與不可篡改。
在區塊鏈中，區塊中的信息由區塊頭和區塊主體中的信息構成。其中，區塊主體中將記錄具體的交易信息，包括交易雙方的公鑰地址、交易數量、簽名驗證等信息。而區塊頭的大小為固定字節，以比特幣為例(見表1)，比特幣區塊頭大小始終為80byte。
通過區塊的散列值.可以唯一地標識出區塊鏈中的區塊。每一個區塊通過對前一區塊散列值字段的引用，指向前一區塊。通過時間戳+散列引用的方式，構建了區塊鏈為一條可以按照交易時間先后順序追蹤交易記錄的鏈條，確保了區塊鏈所記錄的交易次序是按照時間依次發生的。而引入隨機數+Merkle樹根+前一區塊的散列值的當前區塊散列值的計算方式，保證了交易信息的真實、可靠。
3區塊鏈在金融與非金融領域的應用
區塊鏈是完全開源的系統，原理及代碼都公開，并在運行過程中接受系統內所有節點的監督。圍繞區塊鏈這套開源體系能夠創造非常豐富的服務和產品。區塊鏈將可以讓人類以去中心化、去信任的方式來進行大規模協作。它能應用的領域將不僅僅限定在金融支付領域，可以被擴展到許多延伸行業，諸如去中心化的物聯網、租房、打車等應用。但是區塊鏈技術尚處于起步階段，雖然不少公司已經開始開發基于區塊鏈的應用，但還缺少成熟的產品。接下來。本文將對區塊鏈在出了電子貨幣意外的金融和非金融領域的應用進行介紹。
3.1金融領域應用
(1)私有證券
銀行、財團等組織必須在處理好交易安全的同時吸引投資者的資金。股票交易為二級市場列出公司的股份，需要使交易和結算活動在安全的環境下、按照時間順序進行。理論上.一些公司可以通過區塊鏈技術直接分配股份。這些被記錄在區塊鏈上的股份可以在二級市場上被出售和購買。
納斯達克計劃用區塊鏈技術開展自身私募股權業務。納斯達克在2014年開始它的私募股權交易業務。這項業務與將要IPO或者民營公司的財務報表和投資關系等事物有深切的關系。當前交易股權的程序因為第三方機構的參與而效率低下與緩慢。納斯達克加入了基于智能合約的區塊鏈項目以實施他們的私募股權業務。這項業務因此也變得更快、更有效率。且可追蹤。該項目的范圍可以從股票、紅利、有價證券等相關衍生物.延伸到銀行賬戶安全、抵押借款等領域。
(2)資產數字化記錄
各類能夠被一個或者多個標識符唯一確定標識的資產可以被記錄在區塊鏈上，如股權、債券、票據、收益憑證等，均可成為鏈上數字資產。這種方式可以驗證資產的歸屬權.同時也可以對交易記錄進行追蹤.在資產轉移時無需通過第三方中介機構就能發起交易。無論是物理財產，還是電子資產都可以通過區塊鏈公開賬本記錄對歸屬權、交易記錄進行公開的審計。
Everledger公司利用區塊鏈技術永久地記錄鉆石證書機器交易歷史。諸如重量、大小、顏色等可以標識鉆石的信息都被散列化以后注冊到區塊鏈的區塊上。因此保險公司、執法機構、擁有者等多方機構可以對鉆石進行審計。
SCISSCIAHCI
