區(qū)塊鏈四大核心技術(shù)的研究與應(yīng)用

區(qū)塊鏈的四大核心技術(shù)報(bào)告人：XXX

12區(qū)塊鏈四大核心技術(shù)的簡(jiǎn)介Contents目錄3區(qū)塊鏈四大核心技術(shù)的應(yīng)用4區(qū)塊鏈的一些誤解1區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介21

區(qū)塊鏈簡(jiǎn)介31.1什么是區(qū)塊鏈？從狹義上來(lái)講，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N按照時(shí)間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連的方式組合成的一種鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以密碼學(xué)方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。從廣義上來(lái)講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)驗(yàn)證與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法來(lái)生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問(wèn)的安全、利用由自動(dòng)化腳本代碼組成的智能合約來(lái)編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計(jì)算方式。41.2為什么會(huì)出現(xiàn)區(qū)塊鏈？隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為信息社會(huì)發(fā)展的重要保證，但也引發(fā)了各種各樣的隱患，如網(wǎng)絡(luò)安全漏洞、黑客攻擊威脅、隱私信息泄露、數(shù)據(jù)造假、版權(quán)侵犯、電信詐騙以及網(wǎng)絡(luò)治理難以統(tǒng)籌等問(wèn)題，這些都限制著互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。雖然現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)解決了信息的低成本、高效率傳輸?shù)膯?wèn)題，但沒(méi)有解決信息的信任問(wèn)題?，F(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的信任需要依靠中心化的機(jī)構(gòu)來(lái)建立和維持，由此派生出來(lái)的問(wèn)題就是互聯(lián)網(wǎng)日益中心化。中心化的問(wèn)題是容易形成壟斷，特別是數(shù)據(jù)壟斷和隱私侵犯問(wèn)題，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)單點(diǎn)故障、易受攻擊等安全問(wèn)題。51.2為什么會(huì)出現(xiàn)區(qū)塊鏈？互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)諸多問(wèn)題限制其快速發(fā)展，給現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了很多隱患。而區(qū)塊鏈多中心、分布式的存儲(chǔ)與決策架構(gòu)，能夠有效地解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)不能處理的價(jià)值轉(zhuǎn)移問(wèn)題。同互聯(lián)網(wǎng)一樣，未來(lái)區(qū)塊鏈將會(huì)深入應(yīng)用到社會(huì)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)的各個(gè)角落，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)下半場(chǎng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)帶來(lái)不可估量的價(jià)值與意義。61.3為什么這么重視區(qū)塊鏈？現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的局限性催生了下一代互聯(lián)網(wǎng)，下一代互聯(lián)網(wǎng)必須突破的問(wèn)題是：如何去中心化地建立一個(gè)全球范圍內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)信任機(jī)制；如何讓互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)到保證信息、價(jià)值安全，傳遞可靠的價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)?；谛湃螜C(jī)制的交易將形成信用，信用的流通可以形成價(jià)值。價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)正是建立在基于去中心化算法信任的數(shù)字貨幣基礎(chǔ)之上。區(qū)塊鏈?zhǔn)峭苿?dòng)分布式大規(guī)模協(xié)作的最佳技術(shù)。因此從社會(huì)學(xué)來(lái)看，將來(lái)以區(qū)塊鏈的算法信任為基礎(chǔ)的數(shù)字貨幣體系，將可以在全球經(jīng)濟(jì)體系中扮演重要的價(jià)值公平交換角色。區(qū)塊鏈作為下一代的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議，在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代數(shù)據(jù)權(quán)益的確立和保護(hù)，建立誠(chéng)信的商業(yè)和社會(huì)體系方面將發(fā)揮重要作用。71.3為什么這么重視區(qū)塊鏈？與以往的科學(xué)技術(shù)主要改變生產(chǎn)力不一樣，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N可以改變生產(chǎn)關(guān)系的技術(shù)。它將信用公證的權(quán)利從中心機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)到每個(gè)個(gè)體手中，建立分布式的透明公共賬本，由互聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)記賬和公證，搭建分布式的共識(shí)體系來(lái)建立信任和監(jiān)控。區(qū)塊鏈的出現(xiàn)預(yù)示著下一代互聯(lián)網(wǎng)（價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)）即將誕生，可以更深層次變革現(xiàn)有的社會(huì)生產(chǎn)關(guān)系，進(jìn)一步適應(yīng)和促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展。區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法、智能合約等計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式，是多種技術(shù)有機(jī)結(jié)合的技術(shù)體系。這些技術(shù)以新的架構(gòu)組合在一起，形成一種可信的數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)、表達(dá)和安全的價(jià)值轉(zhuǎn)移方式，將成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的核心基礎(chǔ)。81.4區(qū)塊鏈的發(fā)展（三個(gè)階段）第一階段：區(qū)塊鏈1.0，可編程貨幣。區(qū)塊鏈技術(shù)伴隨比特幣的產(chǎn)生而產(chǎn)生，其最初的應(yīng)用范圍完全聚集在數(shù)字貨幣上，主要包括以比特幣為代表的虛擬貨幣，是區(qū)塊鏈技術(shù)目前最成功的應(yīng)用。第二階段：區(qū)塊鏈2.0，可編程金融。受到數(shù)字貨幣的影響，人們開(kāi)始將區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到其他金融領(lǐng)域?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)可編程的特點(diǎn)，人們嘗試將“智能合約”的理念加入到區(qū)塊鏈中，形成了可編程金融。有了合約系統(tǒng)的支撐，區(qū)塊鏈的應(yīng)用范圍開(kāi)始從單一的貨幣領(lǐng)域擴(kuò)大到涉及合約功能的其他金融領(lǐng)域，如銀行間結(jié)算、跨境支付、股權(quán)登記轉(zhuǎn)讓等。91.4區(qū)塊鏈的發(fā)展（三個(gè)階段）第三階段：區(qū)塊鏈3.0，可編程社會(huì)。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其“去中心化”功能及“數(shù)據(jù)防偽”功能在其他領(lǐng)域逐步受到重視。人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到，區(qū)塊鏈的應(yīng)用也許不僅局限在金融領(lǐng)域，還可以擴(kuò)展到任何有需求的領(lǐng)域中去，讓更廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋人類社會(huì)生活的方方面面，涵蓋備案管理、知識(shí)產(chǎn)權(quán)存證、物聯(lián)網(wǎng)、教育應(yīng)用和政府管理等諸多方面。在各類社會(huì)活動(dòng)中，區(qū)塊鏈可以實(shí)現(xiàn)信息的自證明，不再依靠某個(gè)第三方機(jī)構(gòu)獲得信任或建立信用，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。101.5區(qū)塊鏈的社會(huì)價(jià)值和意義進(jìn)一步發(fā)展了分布式計(jì)算技術(shù)；解決了價(jià)值轉(zhuǎn)移的問(wèn)題；解決了中心化的信用風(fēng)險(xiǎn)和信用成本的問(wèn)題；升級(jí)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)模式。112區(qū)塊鏈四大核心技術(shù)的簡(jiǎn)介122.1區(qū)塊鏈四大核心技術(shù)分布式記賬共識(shí)機(jī)制智能合約非對(duì)稱加密技術(shù)四大核心技術(shù)132.2什么是分布式記賬？分布式記賬，就是交易記賬由分布在不同地方的多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同完成，而且每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都記錄了完整的賬目，因此它們都可以監(jiān)督交易的合法性，同時(shí)也可以共同為其作證。不同于傳統(tǒng)的中心化記賬方案，分布式記賬沒(méi)有任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以單獨(dú)記錄賬目，從而避免了單一記賬人被控制或者被賄賂而記假賬的可能性。另一方面，由于記賬節(jié)點(diǎn)足夠多，理論上講除非所有的節(jié)點(diǎn)被破壞，否則賬目就不會(huì)丟失，從而保證了賬目數(shù)據(jù)的安全性。142.3什么是共識(shí)機(jī)制？共識(shí)機(jī)制，就是所有記賬節(jié)點(diǎn)之間怎么達(dá)成共識(shí)去認(rèn)定一個(gè)記錄的有效性的一種機(jī)制，這種機(jī)制既是認(rèn)定的手段，也是防止篡改的手段。區(qū)塊鏈提出了多種不同的共識(shí)機(jī)制，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，在效率和安全性之間取得平衡。區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制主要有工作量證明機(jī)制、權(quán)益證明機(jī)制、授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制。152.4什么是智能合約？從用戶角度來(lái)講，智能合約通常被認(rèn)為是一個(gè)自動(dòng)擔(dān)保賬戶，例如，當(dāng)特定的條件滿足時(shí)，程序就會(huì)釋放和轉(zhuǎn)移資金。從技術(shù)角度來(lái)講，智能合約被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，只是這些服務(wù)器并不是使用IP地址架設(shè)在互聯(lián)網(wǎng)上，而是架設(shè)在區(qū)塊鏈上，從而可以在其上面運(yùn)行特定的合約程序。但是與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器不同的是，智能合約不依賴某個(gè)特定的硬件設(shè)備，所有人都可以看到智能合約，因?yàn)檫@些智能合約的代碼和狀態(tài)都在區(qū)塊鏈上（假設(shè)區(qū)塊鏈?zhǔn)枪_(kāi)的），并由所有參與挖礦的設(shè)備來(lái)執(zhí)行。162.5什么是非對(duì)稱加密技術(shù)？非對(duì)稱加密（公鑰加密）是指在加密和解密兩個(gè)過(guò)程中使用不同的密鑰。在這種加密技術(shù)中，每位用戶都擁有一對(duì)鑰匙：公鑰和私鑰。在加密過(guò)程中使用公鑰，在解密過(guò)程中使用私鑰。公鑰是可以向全網(wǎng)公開(kāi)的，而私鑰需要用戶自己保存。這樣就解決了對(duì)稱加密中密鑰需要分享所帶來(lái)的安全隱患。非對(duì)稱加密與對(duì)稱加密相比，其安全性更好：對(duì)稱加密的通信雙方使用相同的秘鑰，如果一方的秘鑰遭泄露，那么整個(gè)通信就會(huì)被破解；而非對(duì)稱加密使用一對(duì)秘鑰，一個(gè)用來(lái)加密，一個(gè)用來(lái)解密，而且公鑰是公開(kāi)的，秘鑰是自己保存的，不需要像對(duì)稱加密那樣在通信之前要先同步秘鑰。173區(qū)塊鏈四大核心技術(shù)的應(yīng)用183.1分布式記賬的應(yīng)用3.1.1效率不足領(lǐng)域例如貿(mào)易融資交易業(yè)務(wù)，一筆貿(mào)易融資交易通常需要一至三周時(shí)間才能完成，這對(duì)于銀行來(lái)說(shuō)效率是非常低的。區(qū)塊鏈分布式記賬技術(shù)提供了提高效率的途徑。主要做法是建立一個(gè)共享賬簿，將利益相關(guān)者都作為記賬者，賬簿進(jìn)行加密設(shè)置，以限制交易中相關(guān)部分或“事件”僅有與該部分業(yè)務(wù)相關(guān)的被授權(quán)方可以訪問(wèn)。各方均在帳簿上添加交易的相關(guān)記錄，各記錄之間保持前后連貫和一致，相關(guān)記錄可以成為參與方開(kāi)展業(yè)務(wù)的依據(jù)。例如，當(dāng)進(jìn)口商在賬簿中添加收獲記錄時(shí)，賬簿可以自動(dòng)提示銀行依據(jù)合同和收貨記錄向出口商付款。193.1分布式記賬的應(yīng)用3.1.2供應(yīng)鏈可視性欠缺領(lǐng)域供應(yīng)鏈可視性是指對(duì)商品在生產(chǎn)、分銷和銷售過(guò)程中的各個(gè)階段的跟蹤能力。供應(yīng)鏈的日益全球化意味著追蹤整個(gè)流程中的相關(guān)參與者和參與情況是很困難的，尤其是在供應(yīng)鏈處于國(guó)外管轄權(quán)的情況下。通過(guò)區(qū)塊鏈分布式記賬技術(shù)進(jìn)行集成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供應(yīng)商的追蹤。以服裝供應(yīng)鏈為例，各個(gè)參與者可以通過(guò)使用移動(dòng)設(shè)備發(fā)送信息，在共享賬簿中生成和更新流轉(zhuǎn)記錄。這個(gè)記錄是不可變的，記載著供應(yīng)鏈中所有流轉(zhuǎn)情況，為所有參與方提供信息。最終用戶可以查詢到成衣原料的產(chǎn)地、質(zhì)量等信息。203.1分布式記賬的應(yīng)用3.1.3信任缺乏領(lǐng)域在信任缺乏領(lǐng)域，往往存在著低效率的重復(fù)工作。以保險(xiǎn)行業(yè)為例，經(jīng)紀(jì)人、保險(xiǎn)公司和再保險(xiǎn)公司都必須對(duì)所有交易對(duì)手進(jìn)行客戶調(diào)查，這意味著他們出于同樣的原因，在相同的源信息上重復(fù)同樣的事情。分布式賬簿可以作為一個(gè)“信任引擎”用于記錄所有客戶的個(gè)人文件、組織或機(jī)構(gòu)所持有的驗(yàn)證信息，其所有文件都會(huì)被加密，只有信息持有者（個(gè)人、組織或機(jī)構(gòu)）擁有密鑰。當(dāng)信息持有者希望開(kāi)展業(yè)務(wù)時(shí)，可以向?qū)Ψ教峁┮粋€(gè)密鑰子集，交易對(duì)方就可以使用密鑰查看信息持有者的身份信息，消除延遲、降低成本和減少花費(fèi)在進(jìn)行客戶調(diào)查上的總體時(shí)間。213.2共識(shí)機(jī)制的應(yīng)用3.2.1工作量證明機(jī)制的應(yīng)用工作量證明機(jī)制的最著名的應(yīng)用當(dāng)屬比特幣，在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，只有在控制了全網(wǎng)超過(guò)51%的記賬節(jié)點(diǎn)的情況下，才有可能偽造出一條不存在的記錄。當(dāng)加入?yún)^(qū)塊鏈的節(jié)點(diǎn)足夠多的時(shí)候，這基本上不可能，從而杜絕了造假的可能。假如節(jié)點(diǎn)有任何的作弊行為，都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證不通過(guò)，直接丟棄其打包的區(qū)塊，這個(gè)區(qū)塊就無(wú)法記錄到總賬本中，作弊的節(jié)點(diǎn)耗費(fèi)的成本就白費(fèi)了，因此在巨大的挖礦成本下，也使得礦工自覺(jué)自愿的遵守比特幣系統(tǒng)的共識(shí)協(xié)議，也就確保了整個(gè)系統(tǒng)的安全。223.2共識(shí)機(jī)制的應(yīng)用3.2.2權(quán)益證明機(jī)制的應(yīng)用2012年出現(xiàn)的點(diǎn)點(diǎn)幣是權(quán)益證明機(jī)制在加密電子貨幣中的首次應(yīng)用，點(diǎn)點(diǎn)幣最大的創(chuàng)新就是采礦方式混合了工作量證明機(jī)制和權(quán)益證明機(jī)制，采用工作量證明機(jī)制發(fā)行新幣，采用權(quán)益證明機(jī)制維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全。233.2共識(shí)機(jī)制的應(yīng)用3.2.3授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制的應(yīng)用比特股是一類采用授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制的密碼貨幣，引入了見(jiàn)證人這個(gè)概念。見(jiàn)證人可以生成區(qū)塊，每一個(gè)持有比特股的人都可以投票選舉見(jiàn)證人，得到總同意票數(shù)中的前N票（N通常定義為101）的候選者就可以當(dāng)選為見(jiàn)證人。見(jiàn)證人的候選名單每個(gè)維護(hù)周期（1天）更新一次，然后隨機(jī)排列，每個(gè)見(jiàn)證人按序有2秒的時(shí)間權(quán)限生成區(qū)塊，若見(jiàn)證人在給定的時(shí)間片不能生成區(qū)塊，區(qū)塊生成權(quán)限交給下一個(gè)時(shí)間片對(duì)應(yīng)的見(jiàn)證人。243.3智能合約的應(yīng)用3.3.1數(shù)字身份。智能合約可以允許個(gè)人擁有和控制包含數(shù)據(jù)，信譽(yù)度和數(shù)字資產(chǎn)的數(shù)字身份。它允許個(gè)人決定向?qū)κ峙逗畏N數(shù)據(jù)，為企業(yè)提供深入了解客戶的機(jī)會(huì)，且交易對(duì)手不必持有敏感數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證交易。這雖然促進(jìn)了解客戶的需求，但減少了責(zé)任。此外，它還提高了依從性，彈性和互操作性。3.3.2證券。智能合約可以簡(jiǎn)化資本表管理，能夠繞開(kāi)證券保管鏈中的中間人，便于自動(dòng)支付股息，股票分割和債務(wù)管理，同時(shí)降低了操作風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合分布式賬本上的證券，智能合約能夠?qū)⒐ぷ髁鞒虜?shù)字化。253.3智能合約的應(yīng)用3.3.3貿(mào)易金融。智能合約可以通過(guò)快速信用證和貿(mào)易支付開(kāi)啟來(lái)簡(jiǎn)化國(guó)際貨物轉(zhuǎn)移，同時(shí)獲得更大的金融資產(chǎn)的流動(dòng)性。它們還可以提高買家，供應(yīng)商和機(jī)構(gòu)的融資效率。3.3.4財(cái)政數(shù)據(jù)記錄。財(cái)政組織可以利用智能合約進(jìn)行準(zhǔn)確，透明的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)記錄。智能合約允許跨組織間進(jìn)行統(tǒng)一財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，改進(jìn)財(cái)務(wù)報(bào)告并降低審計(jì)成本。通過(guò)提高數(shù)據(jù)的完整性，智能合約支持市場(chǎng)穩(wěn)定性不斷增長(zhǎng)，此外，它們還通過(guò)允許組織之間分?jǐn)偝杀緛?lái)降低會(huì)計(jì)成本。分布式賬本網(wǎng)絡(luò)和遺留系統(tǒng)之間的互操作性對(duì)于財(cái)務(wù)報(bào)告而言非常重要。263.3智能合約的應(yīng)用3.3.5其他。此外，智能合約還能應(yīng)用于抵押、土地所有權(quán)記錄、供應(yīng)鏈管理、汽車保險(xiǎn)、臨床試驗(yàn)、癌癥研究等其他方面。273.4非對(duì)稱加密技術(shù)的應(yīng)用非對(duì)稱加密技術(shù)主要可應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)：創(chuàng)建安全和可信的護(hù)理記錄。信任是為病人提供醫(yī)療服務(wù)的基礎(chǔ)?；颊咝枰湃吾t(yī)療機(jī)構(gòu)人員，以其獲得正確的醫(yī)療照護(hù)?；蛘?，醫(yī)護(hù)人員相信患者誠(chéng)實(shí)地執(zhí)行醫(yī)囑。醫(yī)療區(qū)塊鏈項(xiàng)目可以通過(guò)非對(duì)稱加密手段為醫(yī)患提供身份驗(yàn)證服務(wù)。記錄病人的授權(quán)意見(jiàn)?；颊叩尼t(yī)療信息記錄共享的一個(gè)關(guān)鍵因素是，需要獲得患者的同意。這是醫(yī)療信息數(shù)據(jù)共享必須遵守的職業(yè)道德。通過(guò)在不可更改的區(qū)塊鏈信息中，捕獲患者身份的同意授權(quán)語(yǔ)句，可以保證醫(yī)療保健專業(yè)人員放心使用這些數(shù)據(jù)。284區(qū)塊鏈的一些誤解29區(qū)塊鏈的一些誤解區(qū)塊鏈構(gòu)建了一個(gè)不依賴第三方的、自運(yùn)行的社會(huì)信任網(wǎng)絡(luò)，不僅推動(dòng)了整個(gè)社會(huì)的價(jià)值互聯(lián)，也推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，更推動(dòng)著人類社會(huì)邁上新的臺(tái)階。但人們對(duì)區(qū)塊鏈也存在著一些如下所示的誤區(qū)：誤區(qū)一：區(qū)塊鏈?zhǔn)窃朴?jì)算里一個(gè)神奇的數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈在概念上是一個(gè)平面文件（一個(gè)簡(jiǎn)單交易記錄的線性列表），這個(gè)列表是“附加的，因此條目永遠(yuǎn)不會(huì)被刪除，但是這個(gè)文件會(huì)無(wú)限增長(zhǎng)，并且必須在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)中復(fù)制”。區(qū)塊鏈不允許存儲(chǔ)任何類型的物理信息，比如Word文檔或PDF文件。它只能提供一個(gè)“存在證明”，分布式賬本只能包含一個(gè)代碼，它可以證明某個(gè)文檔的存在