區塊鏈（Blockchain）是什麼

區塊鍊是利用塊鍊式數據結構來驗證與存儲數據、利用分佈式節點共識算法來生成和更新數據、利用密碼學的技術保證數據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據的一種全新的分佈式基礎架構與計算範式。目前，區塊鏈被很多大型機構稱為徹底改變業務乃至機構運作模式的重大突破性技術。在金融、物聯網、公益慈善、醫療健康、供應鍊等領域，越來越多的企業機構開始探索區塊鏈在行業中的應用前景，規劃基於區塊鏈技術的數據流通路線圖。

區塊鏈興起與演變之路

區塊鏈技術起源於化名為“中本聰（Satoshi Nakamoto）的學者在 2008 年發表的奠基性論文《比特幣：一種點對點電子現金系統》。文章提出，希望可以創建一套“基於密碼學原理而非基於信用“的電子支付系統，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，標誌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運營和管理的情況下，多年來運行非常穩定。其原因就在於比特幣的發行方式都是由程序和加密算法預先設定後，在全世界的多個節點上運行，沒有任何人和機構可以篡改，不受任何單一用戶控制。後來，人們把這種基於密碼學與分佈式存儲的底層技術抽象提取出來，稱之為區塊鏈技術。

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

區塊鏈根據應用場景和設計不同，主要分為公有鏈、聯盟鍊和私有鏈：

（1） 公有鏈：以比特幣、以太坊和所有數字貨幣為代表，各個節點可以自由進入或退出區塊鍊網。

（2） 聯盟鏈：各個節點通常代表實體組織機構或個人，通常需要經過授權後加入或退出網路。由於各機構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：各個節點的准入和退出權限均由內部控制，通常是在特定機構內用於內部數據管理與審計。

區塊鍊主要優勢特點

現有的區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，實現點對點的交易、協調和協作。在區塊鏈系統中，沒有任何一個機構或個人可以實現對全局數據的控制，而任一節點停止工作都不會影響系統整體運作，這種去中心化的網絡將極大地提升數據安全性。

（2） 不可篡改性：區塊鏈利用加密技術來驗證與存儲數據、利用分佈式共識算法來新增和更新數據，區塊鏈需要各節點參與驗證交易和出塊；修改任一數據需要變更所有後續記錄，修改單節點數據難度極大。

（3） 公開透明與可溯源性：寫入的區塊內容將備份複製到各節點中，各節點都擁有最新的完整數據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塊數據。區塊鏈中的每一筆交易通過鍊式存儲固化到區塊數據中，同時通過密碼學算法對所有區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：區塊鏈去中心化的特徵決定了它的集體維護性。傳統中心化機構通常要身兼三職：數據存儲者、數據管理者和數據分析者，區塊鏈則以對等的方式由各參與方共同維護，各方權責明確，無需向第三方機構讓渡權利，實現共同協作。

區塊鏈核心關鍵技術

從技術角度來講，區塊鏈並不是一個全新的技術，而是集成了多種現有技術進行的組合式創新，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）。由於區塊鏈系統中沒有一個中心，因此需要有一個預設的規則來指導各方節點在數據處理上達成一致，所有的數據交互都要按照嚴格的規則和共識進行；

（2） 密碼學技術：密碼學技術是區塊鏈的核心技術之一，目前的區塊鏈應用中採用了很多現代密碼學的經典算法，主要包括：哈希算法、對稱加密、非對稱加密、數字簽名等。

● HASH 摘要算法：HASH 算法的目的是針對不同輸入，產生一個唯一的固定長度的輸出。 HASH 算法有 3 個特點：一是不同的輸入數據產生的輸出數據必定不同；二是輸入數據的微小變動會導致輸出的較大不同；三是給定已知輸出數據，無法還原出原始的輸入數據。常用的 SHA-256 算法就是針對任意長的數據數列輸出 256 位數據，實際使用中 SHA256 用於對區塊鏈的每個區塊數據進行 HASH 摘要后防止篡改, 同時結合 Merkle Tree 數據結構實現部分區塊數據的 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據進行加密處理，然後將加密後的密文發送給接收者，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據。在對稱加密算法中，使用的密鑰只有一個，發收信雙方都使用這個密鑰對數據進行加密和解密，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據進行加密，只有用對應的私有密鑰才能解密；如果用私有密鑰對數據進行加密，那麼只有用對應的公開密鑰才能解密。其實現機密信息交換的基本過程是：甲方生成一對密鑰並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後再發送給甲方；甲方再用自己保存的另一把專用密鑰對加密後的信息進行解密。

● 數字簽名算法： 區塊鏈技術中使用到的數字簽名技術用於驗證信息的完整性和真實性，基本流程如下：發送者將需要簽名的原始數據進行 HASH 摘要，然後對摘要信息用私鑰加密後與原始數據一起傳送給接收者。接收者只有用發送者的公鑰才能解密被加密的摘要信息，然後用同樣 HASH 函數對收到的原文產生一個摘要信息，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，因此數字簽名能夠驗證信息的完整性。此外，信息發送者擁有私鑰且不公開，因此只有發送者本人才能構造基於其私鑰的簽名信息，可以確保簽名真實性。 ECDSA 是區塊鏈技術中常用的數字簽名技術。

（3） 分佈式存儲：區塊鍊是一種點對點網絡上的分佈賬本，每個參與的節點都將獨立完整地存儲寫入區塊數據信息。分佈式存儲區別於傳統中心化存儲的優勢主要體現在兩個方面：

● 每個節點上備份數據信息，避免了由於單點故障導致的數據丟失。

● 每個節點上的數據都獨立存儲，有效規避了惡意篡改歷史數據。

（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，只要一方達成了協議預先設定的目標，合約將會自動執行交易，這些交易可追踪且不可逆轉。具有透明可信、自動執行、強制履約的優點。

區塊鏈未來發展趨勢

面對區塊鏈技術帶來的機遇與挑戰，全球各行各業都在進行積極佈局，試圖通過這一“組合式創新”技術改變原有的業務與管理模式，構建一個多方參與、安全信任的新型生態體系。區塊鏈的未來發展趨勢主要體現在以下幾個方面：

（1） 產業滲透：雖然區塊鏈的底層架構源於比特幣，但作為一種通用技術，區塊鏈正加速從數字貨幣向其他領域滲透，和各行各業創新融合。目前，金融服務、數字資產、慈善公益等行業紛紛投入到區塊鏈應用的探索中，利用日誌存證、信息追溯等特點，改變行業內原有的交易不公開透明等問題。相信在未來，區塊鏈將在更多的領域發揮作用。諸如醫療健康等涉及到大規模數據交互的行業，必將通過區塊鏈技術實現數據的可信交易，破除現有的利益壁壘，打造一個全新的數據行業內外安全共享生態體系；

（2） 多中心化：區塊鏈的核心並不是“為了去中心化而拋棄中心化管理”，而是構建多方信任機制。在未來，隨著跨鏈技術的不斷發展，區塊鏈的架構將演變為多方共同參與的可信任體系。即在多方信息不對稱、背景不清晰的情況下，構建多方賴以信任與合作的新生態。未來在多中心化和去中心化之間，將會存在一個中間區域，而不同區塊鏈系統根據特定場景需求，將呈現不同的非中心化程度。

（3） 技術融合：以雲計算、大數據、物聯網為代表的新一代信息技術正滲透進各行各業。未來區塊鏈的發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。以區塊鏈與物聯網結合為例，物聯網是互聯網在實體經濟中的延伸，通過計算機技術實現物品與物品之間的信息交換與通信。區塊鏈系統是典型的點對點網絡，具有分佈式異構特徵，天然適合於在物聯網中建立各主體的共識機制，制定交互規則，構建去中心化控制的交易網絡。因此，如何通過區塊鏈與其他技術的融合，實現產業創新，將成為區塊鏈未來發展的重要課題。

（4） 標準規範：企業應用在未來將是區塊鏈的主戰場，聯盟鏈將成為主流方向。與公有鏈不同，在企業級應用中，人們不僅關注通過軟件和算法來構建信任基礎，更重要的是如何從用戶體驗與業務需求出發，構建一套基於共識機制、權限管理、智能合約等多維度的生態規則。面對不斷演進的區塊鏈技術，同步考慮相應的技術標準和法律法規，增加區塊鏈的可信程度，建立區塊鏈的應用準則加強監管，防範風險。