区块链技术有未来吗？可以用来做什么？

【概览】

区块链是一种去中心化、分布式的数字分类账系统，用于记录许多设备之间的交易。不应更改任何记录。每个节点都可以独立，验证和审计交易相对简单。

它是通过使用密码学中的几个概念来实现的，例如数字签名和散列函数。区块链结合了以下两个概念：

1.给定一些数据，很容易计算出数据的校验和。

通过设计一些专门的哈希函数来计算这个校验和。这些函数旨在返回一个与输入长度无关的相同长度的值，称为散列或消息摘要。

这些函数必须满足以下要求：给定相同的输入，它们必须返回相同的输出（哈希/消息摘要）。

2.除了哈希值，一个块通常还包含时间戳和一些有效数据。每个数据块都使用一个数字签名，该签名可用于检测数据自签名以来的更改。当一个新的数据块被创建时，新创建的块也包含前一个块的哈希。

在大多数情况下，区块链以点对点的方式进行管理。所有节点都遵循一个通用协议，该协议指定节点应如何相互通信，如何创建和验证新块。一旦记录，任何给定块中的数据都不能轻易更改。更改此块意味着它之后的所有块也需要更改。

这种修改成本高，一般需要大多数节点的同意，甚至是所有节点的同意，具体取决于具体的区块链协议是如何规定的。

区块链在设计上是安全的。区块链技术特别适用于对记录正确性有严格要求的应用，如病历、身份管理、食品溯源和投票系统等。

区块链由 Stuart Haber 和 Scott Stornetta 于 1991 年发明，作为确保数字记录完整性的一种手段。 Haber 和 Stornetta 于 1995 年推出了世界上第一个商业区块链：Surety。

2008 年，中本聪在《比特币：一种点对点电子现金系统》一书中，使用 Haber 和 Stornetta 的两篇论文作为参考会计系统，即加密货币-比特币系统，创建了一个公开交易。比特币成为第一个解决双重支付问题的数字货币，不再需要权威机构或中央服务器的确认来完成交易。比特币的设计开创了新一代的区块链应用。

随着交易量的不断增加，区块链系统的数据也越来越大。 2014 年 8 月，比特币区块链文件的大小达到 20GB，其中包含系统内发生在网络上的所有数据的交易记录，2015 年 1 月，比特币区块链的大小已经增长到近 30GB，而从 2016 年 1 月到 2017 年 1 月，比特币区块链的大小已经从 50GB 增长到 100GB。到 2020 年初，账本大小已超过 200GB。

【主要概念】

区块链数据库使用对等网络和分布式时间戳服务器进行自主管理。它们支持由集体自身利益驱动的大规模协作身份验证。这样的设计有助于创建强大的工作流程。

区块链的使用消除了数字资产的无限重复性。可以保证每个价值单元只转移一次，解决了长期存在的双重消费问题。

区块链可以说是一种价值交换协议，可以用来维护产权。当交换协议发布时，区块链会保存一条交易记录，可以作为强制执行合约的凭证。

【封锁】

每个区块包含一批有效的交易数据，经过哈希处理后编码成默克尔树。每个区块都包含区块链中前一个区块的哈希值。这个规则所有的块都连接起来形成一条链。这条规则可以用来确认前一个区块的完整性，直到原始创世区块才能被验证。

有时，由于网络延迟等各种因素，可能会同时产生不同的区块，从而形成临时分叉。

为了解决这个问题，每条区块链都有指定的算法对不同版本的记录区块进行评分，可以选择评分较高的区块。未被选中的块称为孤立块。区块链系统只保留它所知道的数据库中得分最高的版本。每当节点接收到更高分的版本（通常是添加了新块的旧版本），它就会扩展或覆盖自己的数据库，并将改进的版本重新传输到相邻节点。

理论上，没有块是不可变的。

区块链通常将新区块的分数添加到旧区块中，并激励新区块扩展而不是覆盖旧区块。

因此，随着更多区块链区块的构建，条目被取代的概率呈指数级下降，最终变得非常低。例如，比特币使用工作量证明系统，其中累积工作量证明最多的链被网络认为是有效的。

在区块链中，计算以冗余方式执行，而不是传统的隔离和并行。

【出块时间】

区块时间是网络在区块链中生成一个新区块的平均时间。一些区块链每五秒创建一个新区块。

在加密货币中，这实际上是交易发生的时间，因此更短的块创建时间意味着更快的交易。以太坊的出块时间设置为 14 到 15 秒，而比特币的出块时间平均为 10 分钟。

[硬分叉]

硬分叉是规则的改变，在这种情况下，根据旧规则验证的块在新规则下被视为无效。

硬差异的结果将产生一个新的区块链：

如果一组节点继续使用旧规则，而其他节点使用新规则，则会发生永久分裂。

例如，以太坊链硬分叉以“纠正” The DAO 中的投资者，该 DAO 因代码中的错误而被黑客入侵。在这种情况下，硬分叉导致了以太链的分裂，形成了以太链和以太经典链。 2014 年，Nxt 社区有 5000 NXT 被盗，Nxt 社区被要求考虑使用硬分叉来减轻盗窃的影响。

最终，硬分叉提案被否决，经过协商和支付赎金，部分资金被收回。

此外，为了防止永久分叉，使用新规则的节点将恢复为旧规则，就像 2013 年 3 月 12 日比特币分叉的情况一样。

【去中心化】

通过在点对点网络上存储数据，区块链消除了与集中保存数据相关的大量风险。去中心化区块链使用临时消息传递和分布式网络系统。

点对点区块链网络可以消除计算机破解者可以利用的集中式漏洞点，它没有可能导致整个系统失败的集中式系统。区块链的安全方法包括公钥密码学的应用。

公钥（一长串随机数字）是区块链上的地址。在网络上发送的有价值的令牌被记录为属于该地址。

私钥就像一个密码，允许其所有者访问他们的数字资产或以其他方式与区块链支持的各种功能进行交互。

存储在区块链上的数据通常被认为是不可破坏的。

去中心化系统中的每个节点都有一个区块链副本。数据质量由海量数据库复制和计算信任共识来维持。不存在集中的“官方”副本，也没有一个用户比其他用户更“受信任”。

交易通过系统广播到网络。消息是基于最佳共识传递的。有效交易通过共识机制验证并添加到构建的区块中，然后将完成的区块广播到其他节点。

区块链使用各种时间戳方案，例如工作量证明等，并序列化修改。替代的共识方法包括权益证明、权威证明。

去中心化区块链的发展伴随着同样的中心化风险，因为处理大量数据所需的计算机资源变得更加昂贵。只有少数节点可能提供如此昂贵的资源。

【开放】

与一些传统的所有权记录相比，开放区块链更易于查看，尽管开放区块链对公众开放，但仍需要物理访问才能查看。由于所有早期的区块链都是未经许可的，因此对区块链的定义产生了争议。这场辩论的焦点是，由中央机构授权的私有验证器系统是否应该被视为区块链。

私有链的支持者认为，术语“区块链”可以应用于任何数据结构，将数据批处理到包含时间戳的块中，作为数据库中的多版本并发控制 (MVCC) 的分布式版本，就像 MVCC 防止两个交易从同时修改数据库中的单个对象，区块链也可以防止两个交易修改区块链中的同一个区块。

反对者称，私有链类似于传统的企业数据库，不支持去中心化的数据验证，且此类系统无法防止运营商篡改和修改。 “许多内部区块链解决方案只不过是繁琐的数据库，”Computerworld 的 Nikolai Hampton 说。 “在没有明确的安全模型的情况下，私有区块链应该受到挑战。”

[无需批准]

开放、无许可或公共区块链网络的巨大优势在于无需阻止不良行为者，也无需访问控制，这意味着无需他人批准即可将应用程序添加到网络中，使用区块链作为传输层。

比特币和其他加密货币目前通过工作量证明来保护其区块链。为了构建区块链，比特币使用了 Hashcash 谜题。虽然 Hashcash 是 Adam Back 在 1997 年设计的，但最初的想法是由 Cynthia Dwork、Moni Naor 和 Eli Ponyatovski 在他们 1992 年的论文“处理或打击垃圾邮件的定价”中首次提出的。

金融公司目前几乎没有考虑去中心化区块链的动机。

2016 年，美国对区块链相关项目的风险投资开始减少，但在中国有所增加。 "

比特币和许多其他加密货币使用开放区块链。

【私有区块链】

私有区块链使用访问控制层来管理谁可以访问网络。与公共区块链网络不同，私有区块链网络上的验证者由网络所有者审查。

【私有区块链的缺点】

Nikolai Hampton 在 Computerworld 中指出，“没有必要对私有区块链进行 '51%' 攻击，因为私有区块链的创建者已经控制了 100% 的区块创建资源。如果你在私有区块链上创建区块链工具企业服务器可能会被黑客入侵或入侵，您可以有效地控制其 100% 的网络并随心所欲地更改交易。”这与 2007-08 年金融危机或债务危机期间发生的情况类似。因为在金融危机中，政治上有权势的团体会做出有利于自己团体的决定，而牺牲其他团体的利益。并且“比特币区块链受到大量工作量证明的保护。任何私有区块链都不太可能尝试使用千兆字节的计算能力来保护记录，这将是耗时且昂贵的。”区块链内部也没有“竞争”比特币到底是干啥的，也没有更快地发现区块的激励措施。这意味着许多内部区块链解决方案只不过是繁琐的数据库。”

【区块链分析】

随着比特币、以太坊、莱特币等加密货币的普及，对公链的分析变得越来越重要。如果一个区块链是公开的，任何有技术能力的人都可以进入这个区块链进行观察和分析。

交易跟踪一直是许多加密货币、加密货币交易所和银行的一个问题。归咎于加密货币的一个重要原因是，“启用区块链的加密货币使毒品、武器、洗钱等非法黑市交易成为可能。”

这种认为加密货币是私密且无法追踪的观念导致许多用户将其用于非法目的。

实际上，并非如此，现在有专门的科技公司提供区块链跟踪服务，让加密货币交易所、执法部门和银行更清楚地了解加密货币资金和非官方加密货币交易所案例。

有人认为，这种发展将导致犯罪分子优先考虑门罗币等新的加密货币，这引发了区块链数据的公共可用性和个人隐私问题。这也是加密货币领域乃至区块链领域争论的关键。

【使用区块链】

区块链技术可以融入很多领域。目前，区块链的主要用途是作为加密货币的分布式账本，尤其是比特币。到 2016 年底，已有部分运营产品通过概念验证成熟。但到目前为止，企业界一直不愿将区块链置于业务结构的核心。

【加密货币】

大多数加密货币使用区块链技术来记录交易。例如，比特币网络和以太坊网络都是基于区块链的。 2018 年 5 月 8 日，Facebook 确认将开设一个新的区块链小组，该小组将由之前负责 Messenger 的 David Marcus 领导。 Facebook 计划中的加密货币平台 Libra 于 2019 年 6 月 18 日正式宣布。

【智能合约】

基于区块链的智能合约是无需人工干预即可部分或全部执行或强制执行的合约。智能合约的主要目标之一是自动托管。国际货币基金组织工作人员的一份讨论报告称，基于区块链技术的智能合约可能会降低道德风险并总体上优化合约的使用。但是“目前还没有可行的智能合约系统。”由于缺乏广泛使用，其法律地位尚不清楚。

【金融服务】

金融业正在银行业的主要业务领域采用分布式账本技术，根据 IBM 2016 年 9 月的一份研究报告，这种情况的实施速度比预期的要快。

银行对这项技术很感兴趣，因为它具有加速后台结算系统的潜力。

瑞银等银行正在开设专门研究区块链技术的新研究实验室，以探索如何将区块链用于金融服务以提高效率并降低成本。

德国银行 Berenberg 认为，区块链是一种“被过度炒作的技术”，虽然有许多“概念证明”，但仍然存在重大挑战，成功案例寥寥无几。

2018 年 12 月，Bitwala 推出了欧洲第一个受监管的区块链银行解决方案，让用户可以在一个地方管理他们的比特币和欧元存款，同时拥有德国银行账户的安全性和便利性。该银行账户由位于柏林的 solarisBank 托管。

区块链还催生了初始代币产品 (ICO) 和一种新的数字资产类别，即安全令牌产品 (STO)，有时也称为数字安全产品 (DSO)。有几家公司在这个领域开展业务，为合规的代币化、私人 STO 和公共 STO 提供服务。

【电子游戏】

区块链游戏 CryptoKitties 于 2017 年 11 月推出。该游戏于 2017 年 12 月成为头条新闻，当时一个加密猫角色——游戏中的虚拟宠物——售价超过 100,000 美元。 CryptoKitties 说明了游戏在以太坊网络上的可扩展性，这导致以太坊网络严重拥塞，当时占以太坊交易的 30% 左右。

CryptoKitties 还演示了如何使用区块链对游戏资产（数字资产）进行分类。

【供应链】

有几个行业团体正在努力将区块链应用于供应链物流和供应链管理。

Everledger 是 IBM 基于区块链的跟踪服务的首批客户之一。

沃尔玛和 IBM 正在使用区块链驱动的供应链监控系统进行试验——区块链的所有节点都由沃尔玛管理并驻留在 IBM 云上。

Hyperledger Grid 为区块链供应链解决方案开发开放组件。

【域名】

区块链域名是区块链的另一种用途。区块链域名不同于普通域名。区块链域名完全是域名所有者的资产，只能由所有者通过私钥控制。区块链域名为不想被审查的网站提供了解决方案。域名上实现了言论自由机制，因为除了私钥持有者之外，没有任何机构或个人可以干预和控制域名。

同样，区块链域名是传统钱包地址的更好替代品，因为人们可以轻松记住域名并使用它来接收付款。

【其他用途】

区块链技术可用于创建永久、公开、透明的分布式账本系统并聚合销售数据，跟踪数字资产的使用情况，并为内容创作者（如无线用户或音乐家）提供支付费用.

2017 年，两家 IBM 公司 ASCAP 和 PRS for Music 合作在音乐分发领域采用区块链技术。

Imogen Heap 的菌丝体服务也被提议作为基于区块链的替代方案，这将使艺术家能够更好地控制他们的歌曲和相关数据在粉丝和其他音乐家之间的流动方式。

采用区块链后，保险业有了点对点保险、参数保险和小额保险等新的分配方式。共享经济和物联网也将受益于区块链，因为它们涉及多方合作。

在线投票是区块链的另一种应用。

美国博物馆和图书馆服务研究所正在研究区块链在图书馆中的应用，并获得了美国博物馆和图书馆服务研究所的资助。

其他设计包括：

lHyperledger 是 Linux 基金会的跨行业合作项目，旨在支持基于区块链的分布式账本。该计划下的项目包括 Hyperledger Burrow（由 Monax 领导）和 Hyperledger Fabric（由 IBM 领导）。

lQuorum，摩根大通公司的私有区块链，具有用于合约应用程序的私有存储。

lTezos，去中心化投票。

lProof of Existence，一种在特定时间验证计算机文件是否存在的在线服务。

【区块链类型】

目前，至少有四种类型的区块链网络——公共区块链、私有区块链、联盟区块链和混合区块链。

【公有区块链】

公共区块链没有访问限制。任何有互联网连接的人都可以向它发送交易，也可以成为验证者（即参与共识协议的执行）。通常，此类网络使用权益证明或工作量证明算法，或两者​​兼而有之。

比较知名的公有区块链是比特币区块链和以太坊区块链。

【私有区块链】

私有区块链是一个权限管理系统，除非得到网络管理员的邀请或批准，否则不能加入。参与者和验证者的访问权限都受到限制。

【混合区块链】

混合区块链具有中心化和去中心化的双重特性。根据使用的中心化和去中心化的哪一部分，这些混合区块链的具体工作方式会有所不同。

【侧链】

侧链是与主区块链并行运行的区块链分布式账本系统的名称。来自主区块链的项目（通常代表数字资产）可以链接到侧链；这允许侧链独立于主区块链运行（例如，通过使用替代的记录保存方式、替代的共识算法等）。

【学术研究】

2014 年 10 月，MIT 比特币俱乐部在 MIT 校友的资助下，向 MIT 本科生提供了 100 美元的比特币访问权限。 Catalini 和 Tucker 在 2016 年的一项研究中显示，那些早期获得新技术但被要求延迟访问的人往往会拒绝该技术。

【使用动机】

研究人员对采用区块链技术的动机进行了广泛调查。詹森等人。也提供了一个分析框架，然而，Koens & Poll 后来指出，区块链技术的采用很大程度上是由非技术因素驱动的。

【合作】

商业和管理学界的学者已经开始研究区块链在支持协作中的作用。有学者认为，区块链既可以促进合作（即防止投机行为），也可以促进协调（即沟通和信息共享）。

这得益于区块链上记录的可靠性、透明度、可追溯性和信息的不变性。

区块链以不同于传统合同使用和关系规范的方式促进协作：

l与合同相比，区块链不直接依赖法律体系来执行协议。

l与使用关系规范相比，区块链不需要信任系统，也不需要合作者之间的直接联系。

【内部审计】

内部审计需要对组织有效性进行有效监督，这需要改变现有信息的获取方式。

使用区块链的前提是系统可以帮助审计人员识别和识别与交易相关的风险并将其暴露出来。

内部审计师协会已确定内部审计师需要解决这一变革性技术，这需要新的方法来识别威胁和风险并制定审计计划。这些因素在内部审计基金会的研究报告《区块链和内部审计》中进行了评估，美国注册会计师协会概述了区块链给审计师带来的新变化。

【工作量证明机制下区块链的能源使用】

国际清算银行批评了工作量证明机制下公共区块链的高能耗。来自加州大学伯克利分校国际计算机科学研究所的 Nicholas Weaver 通过工作量证明机制研究了区块链的在线安全性和公共区块链的能源消耗。过度组装导致能源供应不足。 2018 年，比特币用电量 31-45 太瓦时，共产生 17-22.90,000 吨二氧化碳。

[期刊]

2015 年 9 月，第一本致力于加密货币和区块链技术的同行评审学术期刊 Ledger 发表。其创刊号于 2016 年 12 月出版，涵盖与比特币等加密货币相关的数学、计算机科学、工程、法律、经济学和哲学的各个方面。

期刊要求作者在提交的论文上对文档哈希进行数字签名，然后在比特币区块链上打上时间戳，并要求作者在论文的第一页写上个人信息的比特币地址比特币到底是干啥的，以避免作者今后不再承认该帐户。

【总结】

本文简要讨论了区块链技术的主要概念、用例、类型和学术研究现状，希望为区块链相关业务发展提供指导和参考。