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什么是区块链?工信部指导发布的《区块链技术和应用发展白皮书2016》的解释是:狭义的讲,区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构,并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义来讲,区块链技术是利用块链式数据结构来验证和存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全性、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构和计算范式。
专业的解释或许有些拗口。顾名思义,区块链是一种数据以区块为单位生产和存储,并按照时间顺序首尾相连形成链式结构,同时通过密码学保证不可篡改,不可伪造及数据传输访问安全的去中心化分布式账本。
区块链是一个新的概念,但它所用的基础技术全是当前非常成熟的技术。如哈希运算、数字签名、P2P网络、共识算法以及智能合约等,在区块链兴起之前,已经在各种互联网应用中被广泛使用。
区块链是多种已有技术的集成创新,主要用于实现多方信任和高效协同。具有以下特性。
1.人人记账保证人人获取完整信息,从而实现信息透明。
在去中心化的系统中,网络中的所有节点均是对等节点,大家平等地发送和接收网络中的消息。所以,系统中的每个节点都可以完整观察系统中节点的全部行为,并将观察到的这些行为在各个节点进行记录,即维护本地账本,整个系统对于每个节点都具有透明性。这与中心化的系统是不同的,中心化的系统中不同节点之间存在信息不对称的问题。中心节点通常可以接收到更多信息,而且中心节点也通常被设计为具有绝对的话语权,这使得中心节点成为一个不透明的黑盒,而其可信性也只能藉由中心化系统之外的机制来保证。
2.节点间决策过程共同参与,共识保证可信性。
区块链系统是典型的去中心化系统,网络中的所有交易对所有节点均是透明可见,而交易的最终确认结果也由共识算法保证了在所有节点间的一致性。所以整个系统对所有节点均是透明,公平,系统中的信息具有可信性。
所谓共识,简单理解就是指大家都达成一致意见。其实在现实生活中,有很多需要达成共识的场景,比如投票选举,开会讨论,多方签订一份合作协议等。而在区块链系统中,每个节点通过共识算法让自己的数据跟其他节点的数据保持一致。
“防篡改”和“可追溯”可以被拆开来理解,现在很多区块链应用都利用了防篡改可追溯这一特性,使得区块链技术在物品溯源等方面得到了大量应用。
在此需要说明的是,"防篡改"并不等于不允许编辑区块链系统上记录的内容,只是整个编辑的过程被以类似“日志”的形式完整记录下来,且这个“日志”是不能被修改的。
“可追溯”是指区块链上发生的任意一笔交易都有完整记录的,我们可以针对某一状态在区块链上追查与其相关的全部历史交易。“防篡改”特性保证了写入到区块链上的交易很难被篡改,这为“可追溯”特性提供了保证。
区块链的去中心化特性决定了区块链的“去信任”特性:由于区块链系统中任意节点都包含了完整的区块校验逻辑,所以任意节点都不需要依赖其他节点完成区块链中交易的确认过程,也就是无需额外地信任其他节点。“去信任”的特性使得节点之间不需要互相公开身份,因此任意节点都不需要根据其他节点的身份进行交易有效性的判断,这为区块链系统保护用户隐私提供了前提。
区块链系统中的用户通常以公私钥体系中的私钥作为唯一身份标识,用户只要拥有私钥即可参与区块链上的各类交易,至于谁持有该私钥则不是区块链所关注的事情,区块链也不会去记录这种匹配对应关系,所以区块链系统知道某个私钥的持有者在区块链上进行了哪些交易,但并不知晓这个持有者是谁,进而保护了用户隐私。
区块链系统的高可靠体现在:(1)每个节点对等地维护一套数据并参与整个系统的共识。也就是说,如果其中某一个节点出故障了,整个系统能够正常运转,这就是为什么我们可以自由加入或者退出比特币系统网络,而整个系统依然工作正常;(2)区块链系统支持拜占庭容错。传统的分布式系统虽然也具有高可靠特性,但是通常只能容忍系统内的节点发生崩溃宕机的现象,而系统一旦被攻克(甚至只有一个节点被攻克),或者说修改了节点的消息处理逻辑,则整个系统都将无法正常工作。
最初大家只是片面的认为,区块链只能用于虚拟货币交易。随着我们对区块链传递信任本质的领悟,大家恍然大悟,需要传递信任的地方就需要区块链,因此区块链的应用一下被扩展到各种行业:供应链,政务服务,物联网,新能源,甚至庞大的互联网也只能说是区块链领域的一个分支。
随着区块链应用领域的不断拓展,我们的社会也由此向着可信社会的方向迈进。区块链是是构建未来价值互联网的基石。
什么领域适合区块链技术?
第一:存在去中心化,多方参与和写入数据需求;第二,对数据真实性要求高;第三,存在初始化情况下相互不信任的多个参与者建立分布式信任的需求。
典型案例:
华为物流部基于区块链进行货物跟踪,该区块链应用提升了数据安全性,隐私性,共享性,解决了商品转移过程中的追溯防伪问题,有效提高物流行业在结算处理效率,节约20%以上物流成本。
基于华为云区块链打造的供应链平台,该金融平台加强了供应链金融业务中多方信息的共享,简化企业间的互担保,风险分摊,机构信用评估等流程,提升企业过程融资效率,融资从半个月降低到2天,同时也降低违约处理成本。
数据内容版权区块链平台,数据内容版权公司能够为海量作品提供低成本,高效率的版权存证方案,版权存证处理流程由10-20天提升到实时版权存证,促进版权合理合法的快速流通。
逐渐应用于新兴市场经济如房屋租赁共享经济,社交网络,内容分发网络等场景中。
区块链系统以其特有的价值实现在数据流转过程中不可逆,从而保障数据的可靠性,区块链数据流转的可信性,将有效简化流程,提升效率,降低成本;区块链的系统架构和优势使构建产业生态更容易并降低产业成本。
可以预见,区块链是价值网络的基础,将逐渐成为未来互联网不可或缺的一部分,区块链技术也将逐步适应监管政策要求,逐步成为科技监管领域的重要组成部分。
高盛发布的区块链产业报告指出,区块链独有的性质使得它不仅有潜力优化现有市场,也有能力重构市场和创造新市场,具体包括以下几点:
未来5~10年,区块链有可能触及很多行业,最可能产生颠覆的行业包括金融业,共享经济和社交网络、存储和内容分发网络等。
在共享经济和社交网络应用中,区块链天生就具备去中心化的特性,这一点与共享经济的宗旨高度吻合。区块链作为一个区中心化的一致性共享数据账本,在此架构下,整个系统的运作都是公开透明的,它将让共享经济变得更加容易。
例如:
Synereo社交网络是基于加密、去中心化和点对点的网络平台,无需中央服务器,这意味着信息不会被阻挡或者被窃取。相反,Synereo平台由大量分散的节点支撑,由用户来运营,跟比特币的运作方式很相近。这就是说没有中心化实体能监视用户的行为,删除发帖,包括Synereo自己。用户只要能够连接网络,就可以加入这个社交网络。发帖并不暴露用户身份。如何平衡政府监管和用户隐私保护是该系统商业成功与否的非常关键的因素。
Slock.it 致力于发展共享经济的未来基础设施。我们将其称为通用共享网络(USN)。依托于公共以太坊区块链,通过共享网络将为用户提供一套可移动的桌面应用程序,通过它们,用户可以从世界任何地方找到、定位、租赁和调控由智能合同介导的对象。
OpenBazaar是一个结合了eBay与BitTorrent特点的去中心化商品交易市场,相对于易趣与亚马逊这些提供中心化服务的电子商务平台,通过OpenBazaar不需要支付高额费用、不需要担心平台收集个人信息导致个人信息泄露或被转卖用作其他用途。
传统型和云服务型厂商受限于昂贵的CDN基建成本,其CDN加速节点往往只能在大城市布点。如果这种大型节点遭受攻击,受影响的是千千万万的用户。而区块链+CDN,按照每个区块链硬件用户都成为一个加速节点的实际情况,加速节点是无限的,同时安全性能随节点数增加而无限叠加。已经有CDN服务供应商在该领域做尝试,共享着通过共享家庭闲置带宽和存储,获得激励,而CDN服务供应商通过共享者提供的资源获得大量的廉价带宽和存储。
在目前已有的落地场景中,大多数是现有业务的改进,远没有发挥区块链的潜在威力。前沿的研究认为区块链会催生一种自组织商业模式的兴起,即以区块链为基础架构,以人工智能为驱动引擎,让相同层次趋同利益对等诉求的相似/互补的人聚合到一起,安全透明的交互,形成新的商业生态。
区块链在金融行业以主角现身,在以后的发展中,区块链更有可能隐身到幕后。如果说互联网是信息的高速公路,区块链就是价值的安全航线和可信的价值互联网。它从网上那个无序混乱、真伪难辨的数据中提取有潜在价值的部分,以拥有者的信用作背书,在完成共识后,实现并放大价值。在整个过程中,区块链是互联网和应用(智能合同)的连接器,向下屏蔽垃圾数据,向上输送可信行为。
在新型的自组织模式中,人工智能是搜寻者的角色,它在A需要一个人时,就把B送到A跟前,而B正是A所寻找的那个一个。
一个例子来自健康行业。穿戴设备的兴起让人体的真实数据有了可靠的医用价值,个人数据成为一种资产,可以授权,可以转卖。而医疗机构急需这样的数据。如果双方能够找到合适的结合点,医用数据的爆发有助于让保健部分代替医疗。
还有创意娱乐业的实践。内容提供者把自己的创作定向发布,获取打赏。作品在打赏中升值,进入更大的传播空间,而观众也可以自由选择。
准则一:是否存储状态。我们可以将区块链通俗地理解为一个分布式的数据库,使用数据库的各参与方都可以存储使用数据,我们把存储的数据称之为“状态”。什么样的数据适合上链呢?简单说就是需要共享的,需要具备可信度,不能被篡改并且需要可追溯的数据。
准则二:是否多方协同写入。区块链一个突出特点就是去中心化,而多方协同写入才能够将区块链这种特点的优势完美地发挥出来。
中心化系统有如下弊端:
首先权利过于集中。中心化系统的一切数据来源都是数据中心,数据中心拥有至高无上的权利,数据的存储逻辑全部由中心决定。容易滋生“腐败”,指的是数据的篡改。
其次集中的数据难以使用。用户增多,对数据中心性能和扩展性提出了极高的要求。其二,新的部门想使用数据必须和数据中心进行对接,无形之中增加了数据使用成本。
最后是集中的系统抗攻击能力差。
准则三:多方是否互信。产生问题的根源都是因为我们的互联网非常善于处理信息分享,而不能解决“价值传递”或者“信任”这个事情。区块链的意义在于使得互不信任的各方可以通过区块链传递和获取信任,并且这种信任建立的成本是很低的,具有极高的性价比。
准则四:TTP是否能完美解决。可信第三方(Trusted Third Party,TTP)是在第一代互联网无法解决互信问题的前提下的产物。但是建立信任的纽带又是极其复杂和昂贵的,比如银行的在线业务和应用是需要银行以其强大的资本来提供公信力和背书,提供对业务纠纷的监管和决断。很多电商也是依赖于强大的资本来提供公信力和背书,其他更多中小企业并没有足够的实力和公信力来自建这种公信的系统,它们只能依赖强大的第三方提供信任服务。从中我们可以看到,TTP的最大缺点在于昂贵的高门槛,接入运营的复杂度高以及权利过于集中等弊端。权利集中意味着腐败,就有被人为渗透的可能,同时集中的系统普遍抗黑客攻击的能力较弱。判断应用是否适用区块链一个重要标准就是TTP是否能完美解决当前的信任问题。如果TTP能完美解决,那么确实没有上区块链的必要。需要注意的是,当前很多看似用TTP解决的信任问题其实解决的并不完美,例如电商和用户之间的纠纷,公信部门系统自身故障以及受到攻击产生宕机的事情也时有发生。因此,我们在判断应用是否适用于区块链的时候,并不是判断TTP能否解决信任问题,而是TTP的缺陷我们能否接受,TTP的成本能否接受。
准则五:是否限制参与。判断流程至此基本确定应该适合使用区块链了,是否限制参与这一指标只是用来判断我们的应用到底适合公链还是联盟链。
根据网络范围及参与节点特性、区块链可以划分为公有链、联盟链、私有链三类。
公有链中的“公有”就是任何人都可以参与区块链数据的维护和读取,不受任何单个中央机构的控制,数据完全开放透明。公有链系统完全没有中心机构管理,依靠事先约定的规则来运作,并通过这些规则在不可信的网络环境中构建起可信的网络系统。通常来说,需要公众参与、需要最大限度保证数据公开透明的系统,都适合选用公有链,如数字货币系统、众筹系统等。
公有链环境中,节点数量不定,节点实际身份未知,在线与否也无法控制,甚至极有可能被一个蓄意破坏系统者控制。在这种情况下,如何保证系统可靠可信的呢?实际在大部分公有链环境下,主要通过共识算法、激励或惩罚机制、对等网络的数据同步保证最终一致性。
公有链存在以下问题:
公有链采用的各类共识算法,都具有一个很严重的问题是产生区块的效率较低。如比特币中区块在6个基于它的后续区块生成后才能被认为是足够安全的,这大概需要一个小时,对于大多数企业应用来说根本无法接受。
目前公有链上传输的和存储的数据都是公开可见的,仅通过“地址匿名”的方式对交易双方进行一定的隐私保护,相关参与方完全可以通过对交易记录进行分析从而获取某些信息。这对于某些涉及大量商业机密和利益的业务场景来说也是不可接受的。另外在现实世界的业务中,很多业务(比如银行交易)都有实名制的要求,因此在实名制的情况下当前公有链系统的隐私保护确实很令人担忧。
交易的最终确定性指特定的某笔交易是否会最终包含进区块链中。PoW等公有链共识算法无法提供实时确定性,即使看到交易写入区块也可能后续再被回滚,只能保证一定概率的收敛。如在比特币中,一笔交易在经过1小时后可达到的最终确定性为99.9999%,这对现有工商业应用和法律坏境来说,可用性有较大风险。
为促使参与节点提供资源,自发维护网络,公有链一般会设计激励机制,以保证系统健康运行。但在现在有大多数激励机制下,需要发行类似于比特币或代币,不一定符合各个国家的监管政策。
联盟链通常应用在多个互相已知身份的组织之间构建,比如多个银行之间的支付结算、多个企业之间的物流供应链管理、政府部门之间的数据共享等。因此联盟链系统一般都需要严格的身份认证和权限管理,节点的数量在一定时间段内也是确定的,适合处理组织间需要达成共识的业务。联盟链的典型代表是Hyperledger Fabric系统。
有如下特点:
联盟链参与方之间互相知道彼此身份,对于要共同实现的业务在线下已经达成一致理解、因此联盟链共识算法较比特币PoW的共识算法约束更少,共识算法运行效率更高,如PBFT、Raft等,从而可以实现毫秒级确认,吞吐率有极大提升。
数据仅在联盟成员内开放,非联盟成员无法访问联盟链内的数据;即使在同一个联盟内,不同的业务之间的数据也进行一定的隔离,比如Hyperledger Fabirc的通道(Channel)机制将不同业务的区块进行隔离。
联盟链中的参与方为了共同的业务收益而共同配合,因此有各自贡献算力、存储、网络的动力,一般不需要通过额外的代币进行激励。
私有链和公有链是相对的概念,所谓私有就是指不对外开放,仅仅在组织内部使用。私有链是联盟链的一种特殊形态,即联盟中只有一个成员,比如企业内部的票据管理、账务审计、供应量管理,或者政府内部管理系统等。私有链通常具备完善的权限管理体系,要求使用者提交身份认证。相比传统数据库系统,私有链的最大好处是加密审计和自证清白的能力,没有人可以轻易篡改数据,即使发生篡改也可以追溯到责任方。
特点如下:
私有链规模一般比较小,同一个组织内已经有一定的信任机制,即不需要对付可能捣乱的坏人,可以采用一些非拜占庭容错类、对区块进行即时确认的共识算法,如Paxos,Raft等,因此确认时延和写入频率较公有链和联盟链都有很大提高,甚至与中心化数据库的性能相当。
私有链大多在一个组织内部,因此可充分利用现有的企业信息安全防护机制,同时信息系统也是组织内部信息系统,相对联盟链来说隐私保护要求弱一些。
区块链起源于别特币,并随着以比特币成为代表的加密数字货币兴起而家喻户晓。然而,伴随着加密数字货币泡沫的逐步消退,人们愈发清醒的认识到,比特币等加密数字货币并不等于区块链。区块链自身的去中心化、多方协同、防篡改等技术特征所发挥的作用逐渐凸显出来,成为企业关注的重点。以数字货币为核心的公有链无论在效率方面,还是在拓展性上,均远远无法满足真正的企业业务的需求。与之相对应的,面向企业应用的联盟链、私有链,正逐渐成为区块链蓬勃发展的中间力量。
以Hyperledger为代表的区块链联盟,参与企业成员已超过250家(截至2018年8月),其面向企业提供联盟链,私有链的核心技术,被众多科技巨头利用,正在向数以百计的企业提供区块链应用服务,服务客户遍布政府、金融、能源、供应商等多个领域。
而区块链的另一巨头以太坊,则联合了多个领域300多余家企业(包括微软,英特尔,摩根大通等),正在雄心勃勃地推进企业级以太坊联盟的建立,旨在通过联盟链/私有链技术,降低企业成本,实现成员间的高效互通。
因此,我们可以看到,随着区块链技术的逐步发展,企业应用正在成为区块链发展的主战场,而企业应用与区块链技术的深度结合,也成为区块链未来发展的一个必然趋势。
超级账本(Hyperledger)是一个由Linux基金会牵头并创立的开源分布式账本平台,于2015年12月被正是宣布启动,由若干个各司其职的顶级项目构成。开发成员包括:微软,甲骨文,IBM,Intel,空客,戴姆勒,摩根大通,联邦快递,招商银行,百度,阿里,华为,小米,腾讯等数百家国际知名科技公司。与其他区块链平台不同,Hyperledger的各个子项目都是锚定“平台”的,仅是提供一个基于区块链的分布式账本平台,并不发币。成员包括金融,银行,物联网,供应链,制造和科技行业的领头羊
超级账本项目的整体目标是区块链及分布式记账系统的跨行业发展与协作,并着重发展性能和可靠性,使之可以支持主要的技术、金融和供应链公司中的全球商业交易。它的目标是开发一个“开源的分布式账本框架,构建强大的行业特定应用、平台和硬件系统,以支持商业级交易”。
Hyperledger Fabric是超级账本项目中的基础核心平台项目,它致力于提供一个能够适用于各种应用场景的、内置共识协议可插拔的、可部分中心化(即进行权限管理)的分布式账本平台,是首个面向联盟链场景的开源项目。
Hyperledger Fabric是一个带有节点许可管理的联盟链系统。在传统的区块链系统中,系统对节点的加入没有限制,这使得系统的治理非常复杂。为了利用区块链的特性,同时避免复杂的系统治理,Fabric采用了带有许可认证的节点管理方式,也就是系统是在一系列已知的、具有特定身份标识的成员之间进行交互。虽然对于系统来说节点本身身份是已知的,但那时节点之间并不互相信任,所以节点之间还是需要一个一致性的算法来保证数据是可信的。
Fabric另外一个具有创新意义的做法是采用“执行-排序-验证-提交”模型。传统的区块链系统采用的是一种顺序执行的方式,交易是在排序完成之后或者是排序的过程中执行职能合约生成,这使得所有节点都必须要按照顺序执行智能合约,限制系统的可扩展性和性能。Fabric使用了一种不一样的架构,被称为“执行-排序-验证-提交”,使得Fabric有更好的扩展性和灵活性;而且交易预先执行的方式避免了非确定性的状态,也使得系统能够抵抗一些恶意攻击,如资源耗尽。在这样的模型基础上,Fabric能够将交易拆分为构建区块和更新状态两个阶段,一方面使得系统可以将交易的执行、排序、提交单独剥离出来,让系统的架构更加灵活;另一方面也使得系统架构更加具有扩展性,开发者可以针对不一样的企业需求,对执行、排序、验证、提交各个阶段制定不一样的服务。
关于Fabric应用的设计开发,如下图所示。通常区块链应用可分为呈现层、应用层、业务层和数据层。
相对于其他区块链平台,Fabric具有如下的几点拓展性和优化性。
我们正面临着区块链和去中心化技术带来的一场新的技术革命。正如被誉为“数字经济之父”、《区块链革命》的作者Don Tapscott讲到的:“区块链代表着互联网的第二个时代,它将深刻改变行业”。
在信息互联网时代,人们通过互联网传递信息,互联网公司通过重新组织信息创造价值(比如广告竞价排名、电商商品推荐等)。与此同时,这些具有中介性质的行业巨头位于网络顶端,承担着信任的创造和维护工作,并形成了一个互联网垄断时代。
然而在互联网的第二个时代,人们更多地希望通过互联网传递价值(例如:金钱、股票、身份信息等),然而价值传递的核心是信任,人们希望信任不再由这些强大的中介机构创造、而是通过一种共同参与的、公平可见的、安全的机制和技术完成、区块链使得信任的创造不再依赖于某一个组织或者机构,而是成为一种通过技术手段、共同协作完成的共识结果。无论是政务领域的区块链发票,还是金融领域的区块链跨境汇款,区块链技术的引入,使得信息传递不再仅仅是一组记录数据的拷贝,而是一种经过多方共识认可、具备法律效应、能够具体量化的价值体现。在ICT基础设施领域,区块链技术潜在地改变着CDN的生态,重构着漫游清算模式。可以说,区块链让互联网传递的不再只是信息,而是可以信任的价值。
基于区块链的价值互联网,正在以前所未有的速度扩展并影响着我们的生活,并且与互联网通信技术越来越紧密地耦合在一起,改变着当前的商业模式。未来随着价值物联网的不断发展,区块链无疑将成为承担价值交换的基础网络设施,而与之伴随的,是基于价值的可编程社会或将成为现实。
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