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区块链技术与应用：未来的一场技术革命
区块链技术起源于中本聪提出的《比特币：一种点对点的电子现金系统》，其中的“区块”是指每一个信息块内含有一个时间戳，含有时间戳的信息区块彼此连接，构成的信息区块链条，便是“区块链”。
区块链是一种通过去中心化，去信任化的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。从数据方面来看，区块链是一种单个节点或多个节点无法有意更改数据记录的分布式数据库，其分布化体现在对数据的分布式存储和分布式记录。从技术方面来看，区块链技术是多种技术融合后的新兴技术成果，通过多项技术的组合发展完善后，形成一种更为高效的数据记录，存储和表达的方式。
（图片来源于网络）
区块链按照中心化可分为以下三类：（1）去中心化的公共链：无预先设定参与权限，权限对公众完全开放，记账者为所有参与人员组成，所有参与节点之间的信任机制为工作量证明机制，多使用于网络节点之间无信任基础的情况，例如比特币，以太坊等电子货币的流通使用。（2）多中心化的联盟链：由具有参与权限的成员组成，记账者由参与人员协商确定，所有参与节点之间的信任机制为共识机制，多使用于连接多个公司或中心化组织之间的清算。（3）中心化的私有链：由具有中心控制权限的成员组成，所有参与节点之间的信任机制为互信机制，多用于节点之间高度信任的情况，例如R3银行联盟。
区块链的目的在于验证所参与节点之间所传递信息的有效性，保证交易数据，确定交易数据的准确性。
在此以比特币的节点网络交易流程为例，介绍去中心化型区块链是如何实现信息有效性，数据准确性的。第一步，节点A利用系统所配给的私钥对前一次交易和下一节点B签署一个数字签名，并将此签名附加在该币的末尾，产生一笔新交易。第二步，节点A将交易单广播至网络系统，该币便发送给节点B，同时每个节点都将接收到的交易细则记录入一个区块内。第三步，每一个节点通过解一道SHA256的数学难题，去获取创建新区块的权利，并在得到合法记账权后获得相应的比特币奖励。第四步，当一个节点找到解时，便会向全系统广播该区块记录的所有盖时间戳交易，并由其他节点验证核对该解的合法性。第五步，当其他节点验证核对该区块记账合法后，所有节点便会在此合法区块之后继续竞争下一区块的合法记账性，以此往复便形成了一个合法记账的区域链。值得一提的是，通过区块链技术，比特币的运行成为人类历史上第一次不借助第三方中介机构参与便可实现参与者互信的转账行为。
（图片来源于网络）
通过对比特币运作过程的简单概述，我们可以大致总结出以下五点技术特点：（1）去中心化：网络中无中心化的物理节点与管理机构，网络功能的维护由网络中具备维护能力的正常节点完成，各节点地位平等，一个节点或多个节点损坏不会影响到整体的运作。（2）去中介信任：网络节点之间的数据传输是以匿名形式进行，并通过数学算法来建立分布式结构与各节点之间的信任关系，使各节点之间的互通往来不需要以信任机制为担保。整个系统通过公开透明的数学算法运作，使每一次运作细则都对各节点可见。（3）数据库可靠：网络各节点皆可获得一份完整数据库的拷贝。并且运用非对称加密技术（哈希散列，PKI公钥体系）对数据进行加密处理，借助强大算法来抵御外部攻击，保证区块链数据不会被修改，伪造。如若有意修改数据库内容，则不仅需要同时控制总数51%的节点，并且计算机的算力要有能力支持其伪造篡改区块的速度快于区块链系统的更新速度，才可完成操作，否则伪造篡改的区块会被很快发现并被弃用。（4）集体维护：分布式系统中所有节点均可参与数据区块的验证过程，每一个节点都享有相同的权利并承担相应的义务。（5）时序性：采用带时间戳的链式区块结构储存数据从而为数据增加了时间维度，使其拥有可验证性和可追溯性。
而反观由第三方中介机构支持的网络系统，在其运行过程中所有节点要进行交易都必须通过系统唯一的中介结构进行，而此中介机构便成为了唯一的运行维护者与特权参与者，这种系统结构决定了该系统较易崩溃，维护成本较高，信息无法完全共享等技术劣势。
基于以上两种网络系统的对比，我们可以看出区块链的主要优势在于无需第三方中介机构的参与，数据高度安全可靠，运行过程中高效透明且成本较低等特点。因此有关区块链技术的应用已经受到了欧美等国的陆续关注，并开始了相关应用的落实。IBM已经开发一整套包括成员管理，区块链管理，交易管理，区块链基础设施和技术开发环境在内的技术框架和标准；爱沙尼亚也开始采用国家级公钥基础设施PKI，采用区域链技术管理公民身份信息，企业管理信息和政府行政事务等；纳斯达克，澳大利亚证交所ASX，Overstock平台也都开始尝试区块链技术的部分应用。同时区块链技术应用的兴起也开始被我国部分行业所关注，中央银行已经表示有意在不久以后推出数字货币，在一定程度上推动人民币的国际化并减轻美元对人民币的冲击；部分区块链公司也开始着手开发基于证券交易的区块链技术应用与基于区块链技术的外汇交易产品；同时以区块链技术为基础开发的商业平台也将会出现，并开始挑战以淘宝为代表的第三方中介平台。
就目前来看区块链的技术与应用程度尚处于萌芽状态，仍有较多问题需要解决。比如如何实现真正意义上的隐私保护；如何降低商业化成本；如何落实系统监管；如何获取行业市场等多方面对该技术的潜在价值的认可；如何优化系统结构攻克技术瓶颈。如若能够尽快解决以上仍存问题，那么区块链技术必定从一种新兴趋势逐渐演变成为一场技术革命，并对未来世界产生深远影响。
出品：科普中国
制作：中国矿业大学 邓浩然
监制：中国科学院计算机网络信息中心
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什么是区块链技术？区块链到底是什么？什么叫区块链？
狭义来讲，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与存储数据、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、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与计算方式。
【基础架构】
一般说来，区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。 其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点 。
拓展资料：
【区块链核心技术】
区块链主要解决的交易的信任和安全问题，因此它针对这个问题提出了四个技术创新：
1.分布式账本，就是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点都记录的是完整的账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。
区块链的分布式存储的独特性主要体现在两个方面：一是区块链每个节点都按照块链式结构存储完整的数据，传统分布式存储一般是将数据按照一定的规则分成多份进行存储。二是区块链每个节点存储都是独立的、地位等同的，依靠共识机制保证存储的一致性，而传统分布式存储一般是通过中心节点往其他备份节点同步数据。
没有任何一个节点可以单独记录账本数据，从而避免了单一记账人被控制或者被贿赂而记假账的可能性。也由于记账节点足够多，理论上讲除非所有的节点被破坏，否则账目就不会丢失，从而保证了账目数据的安全性。
2.非对称加密和授权技术，存储在区块链上的交易信息是公开的，但是账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到，从而保证了数据的安全和个人的隐私。
3.共识机制，就是所有记账节点之间怎么达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。区块链提出了四种不同的共识机制，适用于不同的应用场景，在效率和安全性之间取得平衡。
区块链的共识机制具备“少数服从多数”以及“人人平等”的特点，其中“少数服从多数”并不完全指节点个数，也可以是计算能力、股权数或者其他的计算机可以比较的特征量。“人人平等”是当节点满足条件时，所有节点都有权优先提出共识结果、直接被其他节点认同后并最后有可能成为最终共识结果。
4.智能合约，智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据，可以自动化的执行一些预先定义好的规则和条款。以保险为例，如果说每个人的信息（包括医疗信息和风险发生的信息）都是真实可信的，那就很容易的在一些标准化的保险产品中，去进行自动化的理赔。
在保险公司的日常业务中，虽然交易不像银行和证券行业那样频繁，但是对可信数据的依赖是有增无减。因此，笔者认为利用区块链技术，从数据管理的角度切入，能够有效地帮助保险公司提高风险管理能力。具体来讲主要分投保人风险管理和保险公司的风险监督。
参考资料：
区块链-百度百科
什么是区块链
区块链的意思是一个信息技术领域的术语。从本质上讲，它是一个共享数据库，存储于其中的数据或信息，具有“蠢并不可伪造”“全程留痕”“可以追溯”“公开透明”“集体维护”等特征。
它最早出现在1991年，由一群研究人员用来给数字化文档打时间戳。以使得这些文档不能被篡改，看上去区块链技术就像一位公证人一样。
一条区块链就是对所有人完全公开的分布式账本，它有一个很有趣的属性：一旦数据被记录到区块链中后就带烂迹很难再发生改变。那么它到底是如何工作的呢？接下来让我们首先来观察一下单个区块的组成。
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相关资料
一般说来，区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等。
区块链能应用在哪些方面？
1、金融领域
区块链在国际汇兑、信用证、股权登记和证券交易所等金融领域有着潜在的巨大应用价值。将区块链技术应用在金融行业中，能够省去第三方中介环节，实现点对点的直接对接，从而在大大降低成本的同时，快速完成交易支付。
比如Visa推出基于区块链技术的 Visa B2B Connect，它能为机构提供一种费用更低、更快速和安全的跨境支付方式来处理全球范围的企业对企业的交易。要知道传统的跨境支付需要等3-5天，并为此支付1-3%的交易费用。
Visa 还联合 Coinbase 推出了首张比特币借记卡，花旗银行则在区块链上测试运行加密货币“花旗币”。
2、物联网和物流领域
区块链在物联网和物流领域也可以天然结合。通过区块链可以降低物流成本，追溯物品的生产和运送过程，并且提高供应链管理的效率。该领域被认为是区块链一个很有前景的应用方向 [22] 。
区块链通过结点连接的散状网络分层结构，能够在整个网络中实现信息的全面传递，并能够检验信息的准确程度。
这种特性一 定程度上提高了物联网交易的便利性和智能化。区块链+大数据的解决方案就利用了大数据的自动筛选过滤模式，在区块链中建立信用资源，可双重提高交易的安全性，并提高物联网交易便利程度。为智能物流模式应用节约时间成本。
区块链结点具有十分自由的进出能力，可独立的参与或离开区块链体系，不对整个区块链体系有任何干扰。区块链 +大数据解决方案就利用了大数据的整合能力，促使物联网基础用户拓展更具有方向性，便于在智能物流的分散用户之间实现用户拓展。
3、公共服务领域
区块链在公共管理、能源、交通等领域都与民众的生产生活息息相关，但是这些领域的中心化特质也带来了一些问题，可以用区块链来改造。
区块链提供的去中心化的完全分布式DNS服务通过网络中各个节点之间的点对点数据传输服务就能实现域名的查询和解析，可用于确保某个重要的基础设施的操作系统和固件没有被篡改，可以监控软件的状态和完整性，发现不良的篡改，并确保使用了物联网技术的系统所传输的数据没用经过篡改。
4、数字版权领域
通过区块链技术，可以对作品进行鉴权，证明文字、视频、音频等作品的存在，保证权属的真实、唯一性。作品在区块链上被确权后，后续交易都会进行实时记录，实现数字版权全生命周期管理，也可作为司法取证中的技术性保障。
例如，美国纽约一家创业公司Mine Labs开发了一个基于区块链的元数据协议，这个名为Mediachain的系统利用IPFS文件系统，实现数字作品版权保护，主要是面向数字图片的版权保护应用。
5、保险领域
在保险理赔方面，保险机构负责资金归集、投资、理赔，往往管理和运营成本较高。通过智能合约的应用，既无需投保人申请，也无需保险公司批准，只要触发理赔条件，实现保单自动理赔。
一个典型的应用案例就是LenderBot, 是 2016 年由区块链企业 Stratumn、德勤与支付服务商 Lemonway 合作推出，它允许人们通过 Facebook Messenger 的聊天功能；
注册定制化的微保险产品， 为个人之间交换的高价值物品进行投保，而区块链在贷款合同中代替了第三方角色。
6、公益领域
区块链上存储的数据，高可靠且不可篡改，天然适合用在社会公益场景。公益流程中的相关信息，如捐赠项目、募集明细、资金流向、受助人反馈等，均可以存放于区块链上，并且有条件地进行透明公开公示，方便社会监督。
结构
区块链是一种分散的、分布式的、通常是公共的数字分类账，由称为块的记录组成，用于记录多台计算机上的交易，因此任何涉及的块都无法追溯更改，而不会更改所有后续块。这允许参与者独立且相对便宜地验证和审计交易。
使用对等网络和分布式时间戳服务器自主管理区块链数据库。他们通过以集体利益为动力的大规模协作得到验证。这样的设计促进了稳健的 工作流程，其中参与者对数据安全的不确定性很小。区块链的使用消除了数字资产无限可重复性的特征。
它确认每个价值单位只转移一次，解决了长期存在的双重支出问题。区块链被描述为一种价值交换协议。区块链可以维护所有权，因为当正确设置以详细说明交换协议时，它提供了强制要约和接受的记录。
1、块
区块保存成批的有效交易，这些交易被散列并编码到Merkle 树中。每个区块都包含区块链中前一个区块的加密哈希，将两者联系起来。链接的块形成一个链。这个迭代过程确认了前一个块的完整性，一直回到初始块，这被称为创世块。
有时可以同时生成单独的块，从而创建一个临时分叉。除了安全的基于散列的历史记录之外，任何区块链都有一个指定的算法来对不同版本的历史进行评分，以便可以选择得分较高的一个。未被选择包含在链中的块称为孤块。
支持数据库的对等点不时有不同版本的历史记录。他们只保留他们已知的数据库的最高分版本。每当对等方收到得分较高的版本（通常是添加了一个新块的旧版本）时，他们就会扩展或覆盖自己的数据库，并将改进结果重新传输给对等方。从来没有绝对保证任何特定条目将永远保留在历史的最佳版本中。
区块链通常被构建为将新区块的分数添加到旧区块上，并给予奖励以扩展新区块而不是覆盖旧区块。因此，一个条目被取代的概率随着更多的块被构建在它之上而呈指数下降，最终变得非常低。
2、权力下放
通过在其对等网络中存储数据，区块链消除了集中保存数据所带来的许多风险。去中心化的区块链可以使用ad hoc 消息传递和分布式网络。缺乏去中心化的一个风险是所谓的“51% 攻击”，在这种情况下，中央实体可以控制超过一半的网络，并可以随意操纵特定的区块链记录，从而允许双重支出。
点对点区块链网络缺乏计算机破解者可以利用的集中漏洞；同样，它没有中心故障点。区块链安全方法包括使用公钥密码学。甲公共密钥（一个长的，随机的前瞻性数字串）是在blockchain的地址。通过网络发送的价值代币被记录为属于该地址。
一个私钥就像是给它的所有者访问他们的数字资产或手段以其他方式和各种功能相互作用是blockchains现在支持一个密码。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区块链的副本。数据质量由海量数据库复制和计算信任来维护。不存在集中的“官方”副本，也没有用户比其他用户更“受信任”。
交易使用软件广播到网络。消息是在尽力而为的基础上传递的。挖矿节点验证交易，将它们添加到他们正在构建的区块中，然后将完成的区块广播给其他节点。
区块链使用各种时间戳方案，例如工作量证明，序列化更改。替代的共识方法包括股权证明。一种分散blockchain的增长伴随着的风险集中，因为该计算机资源需要处理更大量的数据变得更昂贵。
3、开放性
开放区块链比一些传统的所有权记录更加用户友好，虽然对公众开放，但仍然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。这场正在进行的辩论中的一个问题是，一个由中央机构负责和授权（许可）验证者的私有系统是否应该被视为区块链。
许可链或私有链的支持者认为，术语“区块链”可以应用于任何将数据分批处理到时间戳块的数据结构。这些区块链作为多版本并发控制的分布式版本(MVCC) 在数据库中。正如 MVCC 防止两个交易同时修改数据库中的单个对象一样，区块链防止两个交易在区块链中花费相同的单个输出。
反对者表示，许可系统类似于传统的企业数据库，不支持去中心化数据验证，并且此类系统没有针对操作员篡改和修改进行加固。
Computerworld 的Nikolai Hampton表示，“许多内部区块链解决方案只不过是繁琐的数据库”，“如果没有明确的安全模型，专有区块链应该受到怀疑。”
以上内容参考 百度百科-区块链
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