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区块链是什么?区块链的特点与核心技术

aidai订阅号2019-02-08 15:30:25


什么是区块链、区块链的特点以及四大核心技术。

区块链是比特币的重要概念,是比特币的最核心最底层的技术,它本质上是一个去中心化

区块链技术被称为分布式账本技术,具有安全存储数据、信息不可伪造和篡改的特点,可以自动执行智能合约,无需任何中心化机构的审核,能有效解决参与各方的信任问题。

区块链的特点

1、去中心化:由于使用分布式核算和存储,不存在中心化的硬件或管理机构,任意节点的权利和义务都是均等的,系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护。

2、开放性:系统是开放的,除了交易各方的私有信息被加密外,区块链的数据对所有人公开,任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用,因此整个系统信息高度透明。

3、自治性:区块链采用基于协商一致的规范和协议,比如一套公开透明的算法,这使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据,使对人的信任改成了对机器的信任,任何人为的干预不起作用。

4、信息不可篡改:一旦信息经过验证并添加至区块链,就会永久的存储起来,除非能够同时控制住系统中超过51%的节点,否则单个节点上对数据库的修改是无效的,因此区块链的数据稳定性和可靠性极高。

5、匿名性:由于节点之间的交换遵循固定的算法,因此交易对手无须通过公开身份的方式让对方自己产生信任,对信用的累积非常有帮助。

区块链技术的兴起:解决信任问题

现有的信息互联网架构是基于TCP/IP 协议构建的中心化架构。TCP/IP 协议虽然能保证信息传递渠道的可靠性,但不能保证所传递信息的真实性。而信息的真实性,即信息不对称问题是现代金融理论研究的一个重要问题。区块链技术之所以能够得到金融科技界的广泛关注,主要是其解决了信息传递中的信用问题,也称“拜占庭将军问题(ByzantineFailures)”。王永利(2016)认为,区块链很可能成为下一代全球信用认证和价值互联网的基础协议。

(一)拜占庭将军问题

拜占庭将军问题由Leslie Lamport(1982)提出,核心是解决信任问题。拜占庭帝国(东罗马帝国)国土辽阔,驻守边疆的各支军队距离远,将军间依靠信差传递消息。根据规定,只有在所有将军和副官达成共识的情况下,才能攻打敌人。但是,由于军队内部存在叛徒和间谍,其发出的错误信息可能会影响出兵决定。“拜占庭将军问题”就是在已知存在叛徒的情况下,忠诚的将军如何不受影响,形成正确共识的问题。

将“拜占庭将军问题”应用到金融科技领域,就是处理分布式系统的信息交互问题。即当网络中任意节点都无法相互信任时,如何防范信息被篡改并形成共识进行安全的信息交互。

区块链技术解决了“拜占庭将军问题”。区块链技术是弱中心化、自信任的底层架构技术,由区块链技术构建的系统存在一个公开、透明的账本,通过共识机制解决信任问题,使所有节点都能进行安全的数据交换,不必担心信任问题。

(二)区块链的共识机制

区别于传统由中心化(如交易、清算中心等)机构进行信息更新和验证的模式,区块链通过形成共识机制解决信用问题,利用弱中心化的模式实现网络各节点的自证明。以比特币为例,比特币主要以工作量证明(Proof of Work,POW)机制作为共识机制。交易记账权或区块建设权需要节点通过算力竞争获得——节点通过计算解决复杂的数学问题,构成了工作量证明机制。并且,随着求解难度的不断增加,计算量也随之增加。工作量证明机制中,其他节点通过验证结果的方式,确定求出解的节点完成了相应工作量。

除工作量证明机制外,区块链技术还存在其他共识机制,如权益证明机制(Proof of Stake,POS)、股份授权证明机制(Degate Proof of Stake,DPOS)等。权益证明机制通过每一笔交易销毁的币天数(CoinDays)①实现权益证明,从而克服了工作量证明机制浪费算力的问题。股份授权证明机制则是通过实施科技式民主来抵消中心化的影响:由拥有投票权的人投票选出区块链的生产者签署(生产)区块;在每个区块被签署之前,要验证前一个区块已经被受信任节点签署。区别于其他保障加密货币安全的算法,在股份授权证明机制下,每个客户端都能决定可以信任谁的问题,而不必信任拥有资源最多的人。该机制可以最大化有投票权人的利益,同时最小化维护网络运行和安全的成本。

区块链技术通过共识机制产生了“智能信任”(Coded Trust),可以作为可靠的数据库记录各种信息。除共识机制外,区块链系统记录的信息字段与生成时间相对应,一个区块经过验证链接到区块链后,会被永久存储。该信息具有唯一和不可篡改性。通过共识机制等技术保证,区块链技术较好地解决了信任问题,可以为金融行业创造自信任的金融生态。

区块链将成为管理未来智能城市的解决方案

区块链最令人期待的亮点之一就是在物联网“智能城市”发展中的应用,能够解决目前城市面临的许多问题。届时,基于区块链构建的物联网中的智能设备将被运用到监测桥梁、道路、电网等城市基础设施的实时情况中,区块链可以把这些智能设备连接到一起进行统一管理,帮助它们更高效地监测。

今年,将会有更多的城市项目参与进来,测试区块链中存储的信息、数据的完整性,这将帮助人们更好地了解未来如何打造智能城市。

区块链将提供更高级别的安全性和隐私保护

区块链代表了密码学与安全领域数十年来研究与突破的高潮,它提供了一种完全不同的方法来存储信息并执行功能,这使其特别适合对安全性及匿名性要求较高的环境,帮助加强网络安全、避免网络攻击。

区块链能够帮助防止数据操纵和欺诈、防止分布式拒绝服务攻击(DDoS),并有效保护用户的网络隐私。区块链为网络安全提供了一种前所未有的技术支持,它可以为用户身份安全、交易和通讯安全、关键基础设施安全等保驾护航,从而支持网络平稳安全地运行。

区块链也是一种网络协议,如果说互联网是信息传输的技术协议,那么区块链就是价值传输的技术协议。

和信息的传输一样,人类实现高效率、安全的价值传递也经历了一个漫长的历史过程。在货币没有出现之前,人与人之间是以物换物,在交易之前会出现意外,比如苹果坏了或者被抢了,后来为了降低成本和风险,也为了方便携带,才有了货币。随着时间的发展,人类的需求越来越大,这时候信用就显得尤为重要,于是有了中介,有了第三方。人类为了确保信用,还让法律或者警察来维护。现实中,很多规则的维护者往往会破坏规则。



区块链项目在金融领域的可能应用方向


1、区块链信用卡


区块链信用卡是指平台聚合自有数据和第三方数据,以大数据和区块链为底层技术构建风控模型,面向小微企业和个人发行的以加密货币或法币支持的虚拟信用卡。区块链信用卡为小微企业和个人提供循环借贷、现金分期或账单分期等金融服务,是数字金融的基础业务。


区块链信用卡是区块链和大数据共同支持的金融业务。业务运营方生产、聚合、挖掘、分析与客户相关的账户、身份、交易、结算、物流、通讯、征信等大规模结构化数据和社交网络、物联网等非结构化大数据,建设和优化数据模型,实时判断客户全方位信息,确定客户身份、交易、投资、融资和消费习惯,准确预测客户行为轨迹、投融资能力和信用状况,为客户精确配置金融产品和服务。


2、虚拟货币


虚拟货币是价值的数字表示,由私人开发者发行且拥有自己的计价单位。虚拟货币可以通过电子方式获得、存储、访问及交易,只要交易各方同意使用,可以用于多种目的。虚拟货币的概念涵盖了广泛的“货币”种类,包括发行者的简单借据(如网络或移动优惠券和航空里程)、黄金等资产背书的虚拟货币和比特币等“加密货币”。


作为价值的数字表示,虚拟货币应被列入广义的数字货币。然而,与其他的数字货币不同,如电子货币是法定货币的数字支付机制,由法币计价。而虚拟货币有自己的计价单位,并非由法币计价。



虚拟货币方案包括两个关键要素:

1)价值的数字表示或“货币”,其可在各方之间转移;

2)潜在的支付和结算机制,包括分布式账本系统(见分布式账本部分)。


虚拟货币方案对真实世界的商品、服务、国家货币或其他虚拟货币具有不同程度的可兑换性,不可兑换虚拟货币(或封闭方案)只能在独立的虚拟环境中运行。在这些系统下,虚拟货币与法币(或其他虚拟货币)的交换,或在虚拟领域之外对商品和服务的支付则极大受限。相比之下,可兑换虚拟货币(或开放方案)允许虚拟货币与法币(或其他虚拟货币)交换,及在实体经济中支付商品和服务,可兑换虚拟货币与真实经济的接触水平远大于封闭方案情形。


虚拟货币方案可以通过中心化、去中心化或混合模式来运行。虚拟货币方案的运作包括三个组成部分:

1)虚拟货币的发行和赎回;

2)在虚拟货币使用和流通中贯彻内部规则的机制;

3)支付和结算的过程。


每个操作领域可由一个可信的中央(和私营)方管理,或在参与者中通过去中心化的方式进行管理。混合方案同样可存在,即部分功能由一个中心机构执行,其他功能则在市场参与者中分布式执行。


去中心化虚拟货币方案通过加密技术实现运作,因而获得“加密货币”之名:


在去中心化系统中,没有中央方(例如中央银行)来管理系统或发行虚拟货币。相反,中央方被一个内部协议框架所取代,其管控系统运作,并允许系统参与者们自己执行交易验证。由于支付和交易都通过系统进行,这些参与者(常被称为“矿工”)因执行支付处理功能(称为“挖矿”)而被奖励新生产的“货币”。这种做法有两个目的:它将新生产的虚拟货币引入系统,并使虚拟货币方案的分布式运作得以实现。与法币相反,加密货币不代表对任何人的负债。


这些系统允许发行的货币单位数量既可有限也可无限,在大多数这种系统中(包括比特币),目前都有对最终发行的货币单位数量的限制。然而,不包括这种限制的新系统正在出现。


大多数加密货币为“伪匿名”。虽然加密货币的交易被公开记录,但仅可获知用户的虚拟货币“地址”,无法由其追溯用户的真实世界身份。同样,加密货币交易比现金更透明,但比其他形式的在线支付更匿名。


加密货币挑战法币的标准概念。现有法币的价值由中央银行及政府的信用背书,中心发行的虚拟货币依靠私人发行人的信用背书,而私人发行的货币的价值在历史上一直由私人发行人的信用和商品储备支撑。与此相反,加密货币的价值没有任何背书,它们的价值仅源于预期别人也认为其有价值并使用。


虚拟货币可通过多种方式获得。可转换虚拟货币通常可由法币或其他虚拟货币购买或交换得到,渠道是虚拟货币交易所、交易平台或与其他虚拟货币持有人直接交易,它们也可以在对商品或服务的支付中获得。如上所述,去中心化的虚拟货币可通过参与交易验证过程(例如“挖矿”)获得。虚拟货币通常存储在“虚拟货币钱包”中,既可直接使用虚拟货币钱包应用软件,也可使用虚拟货币钱包服务提供商的中介服务。


辅助服务供应商已进入市场。作为消费者和商家/零售商之间的中介,支付服务商将支付的虚拟货币转换为法定货币,并承担交易的汇率风险。在加密货币的情况下,一些服务供应商提供额外的匿名服务,进一步模糊交易的可追溯性。


3、分布式记账


交易中要求记账和现代支付系统一般为集中形式。通常情况下,中央银行清算会员金融机构的支付请求,把款项从中央总账的一个账户移动到另一个账户。会员金融机构同样调整自己内部总账的单个会员或持有人账户的头寸。中央银行负责其中央总账的准确性并及时验证交易以防止双重支付(double-spending)或伪造。系统的稳定性取决于央行作为诚实的经纪人被赋予的信任,其有能力确保中央总账免受篡改或失效。


计算技术已经可以支持建立基于分布式账本的中心化结算系统在横跨支付系统的各个节点上分布。集中系统有一个主要总账保存跟踪交易,其由受信的中央对手方所维护。在分布式账本系统,中央总账的多个副本由大量单独私人实体通过整个金融系统的网络进行维护。网络的分布式账本——因此单独交易——通过使用来自计算和密码学的技术得以验证,通常由所谓的区块链(block-chain)技术所衍生。这些技术允许跨越网络的成员对于总账的有效性达成共识。


这种分布式账本概念加强了去中心化虚拟货币的基础,例如比特币背后的区块链技术。分布式账本提供了去中心化虚拟货币特定单位使用的相关交易的完整历史记录。它提供了一个安全永久记录,即不能由一个单独的实体来操作也不需要中央登记。



通过降低成本和允许更广泛的金融包容,分布式账本技术具有改变金融的潜力。原则上,它可以独立于虚拟货币,可应用于需要快速、准确、安全的记录保存的任何领域(如土地和信贷登记,现有的货币、证券和其他资产交易的支付和结算基础设施)。特别是,分布式账本可以设计用于法定货币计价的交易,而不仅用于虚拟货币。




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