区块链四大核心技术的研究与应用

区块链的四大核心技术报告人：XXX2区块链四大核心技术的简介Contents目录3区块链四大核心技术的应用4区块链的一些误解1区块链简介1区块链简介1.1什么是区块链？从狭义上来讲，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。从广义上来讲，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。1.2为什么会出现区块链？随着计算机科学技术的飞速发展，互联网已经成为信息社会发展的重要保证，但也引发了各种各样的隐患，如网络安全漏洞、黑客攻击威胁、隐私信息泄露、数据造假、版权侵犯、电信诈骗以及网络治理难以统筹等问题，这些都限制着互联网的进一步发展。虽然现有的互联网解决了信息的低成本、高效率传输的问题，但没有解决信息的信任问题。现有互联网的信任需要依靠中心化的机构来建立和维持，由此派生出来的问题就是互联网日益中心化。中心化的问题是容易形成垄断，特别是数据垄断和隐私侵犯问题，同时也会出现单点故障、易受攻击等安全问题。1.2为什么会出现区块链？互联网发展到现在已经出现诸多问题限制其快速发展，给现有产业带来了很多隐患。而区块链多中心、分布式的存储与决策架构，能够有效地解决当前互联网不能处理的价值转移问题。同互联网一样，未来区块链将会深入应用到社会经济和产业的各个角落，对互联网下半场的社会经济和产业带来不可估量的价值与意义。1.3为什么这么重视区块链？现有互联网的局限性催生了下一代互联网，下一代互联网必须突破的问题是：如何去中心化地建立一个全球范围内的互联网信任机制；如何让互联网演进到保证信息、价值安全，传递可靠的价值互联网。基于信任机制的交易将形成信用，信用的流通可以形成价值。价值互联网正是建立在基于去中心化算法信任的数字货币基础之上。区块链是推动分布式大规模协作的最佳技术。因此从社会学来看，将来以区块链的算法信任为基础的数字货币体系，将可以在全球经济体系中扮演重要的价值公平交换角色。区块链作为下一代的互联网应用协议，在数字经济时代数据权益的确立和保护，建立诚信的商业和社会体系方面将发挥重要作用。1.3为什么这么重视区块链？与以往的科学技术主要改变生产力不一样，区块链是一种可以改变生产关系的技术。它将信用公证的权利从中心机构转到每个个体手中，建立分布式的透明公共账本，由互联网的各个节点记账和公证，搭建分布式的共识体系来建立信任和监控。区块链的出现预示着下一代互联网（价值互联网）即将诞生，可以更深层次变革现有的社会生产关系，进一步适应和促进生产力的发展。区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法、智能合约等计算机技术的新型应用模式，是多种技术有机结合的技术体系。这些技术以新的架构组合在一起，形成一种可信的数据记录、存储、表达和安全的价值转移方式，将成为下一代互联网的核心基础。1.4区块链的发展（三个阶段）第一阶段：区块链1.0，可编程货币。区块链技术伴随比特币的产生而产生，其最初的应用范围完全聚集在数字货币上，主要包括以比特币为代表的虚拟货币，是区块链技术目前最成功的应用。第二阶段：区块链2.0，可编程金融。受到数字货币的影响，人们开始将区块链技术的应用范围扩展到其他金融领域。基于区块链技术可编程的特点，人们尝试将“智能合约”的理念加入到区块链中，形成了可编程金融。有了合约系统的支撑，区块链的应用范围开始从单一的货币领域扩大到涉及合约功能的其他金融领域，如银行间结算、跨境支付、股权登记转让等。1.4区块链的发展（三个阶段）第三阶段：区块链3.0，可编程社会。随着区块链技术的进一步发展，其“去中心化”功能及“数据防伪”功能在其他领域逐步受到重视。人们开始认识到，区块链的应用也许不仅局限在金融领域，还可以扩展到任何有需求的领域中去，让更广阔的应用场景覆盖人类社会生活的方方面面，涵盖备案管理、知识产权存证、物联网、教育应用和政府管理等诸多方面。在各类社会活动中，区块链可以实现信息的自证明，不再依靠某个第三方机构获得信任或建立信用，从而提高整个系统的运转效率。1.5区块链的社会价值和意义进一步发展了分布式计算技术；解决了价值转移的问题；解决了中心化的信用风险和信用成本的问题；升级了社会经济模式。2区块链四大核心技术的简介2.1区块链四大核心技术分布式记账共识机制智能合约非对称加密技术四大核心技术2.2什么是分布式记账？分布式记账，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了完整的账目，因此它们都可以监督交易的合法性，同时也可以共同为其作证。不同于传统的中心化记账方案，分布式记账没有任何一个节点可以单独记录账目，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。另一方面，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。2.3什么是共识机制？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的一种机制，这种机制既是认定的手段，也是防止篡改的手段。区块链提出了多种不同的共识机制，适用于不同的应用场景，在效率和安全性之间取得平衡。区块链的共识机制主要有工作量证明机制、权益证明机制、授权股权证明机制。2.4什么是智能合约？从用户角度来讲，智能合约通常被认为是一个自动担保账户，例如，当特定的条件满足时，程序就会释放和转移资金。从技术角度来讲，智能合约被认为是网络服务器，只是这些服务器并不是使用IP地址架设在互联网上，而是架设在区块链上，从而可以在其上面运行特定的合约程序。但是与网络服务器不同的是，智能合约不依赖某个特定的硬件设备，所有人都可以看到智能合约，因为这些智能合约的代码和状态都在区块链上（假设区块链是公开的），并由所有参与挖矿的设备来执行。2.5什么是非对称加密技术？非对称加密（公钥加密）是指在加密和解密两个过程中使用不同的密钥。在这种加密技术中，每位用户都拥有一对钥匙：公钥和私钥。在加密过程中使用公钥，在解密过程中使用私钥。公钥是可以向全网公开的，而私钥需要用户自己保存。这样就解决了对称加密中密钥需要分享所带来的安全隐患。非对称加密与对称加密相比，其安全性更好：对称加密的通信双方使用相同的秘钥，如果一方的秘钥遭泄露，那么整个通信就会被破解；而非对称加密使用一对秘钥，一个用来加密，一个用来解密，而且公钥是公开的，秘钥是自己保存的，不需要像对称加密那样在通信之前要先同步秘钥。3区块链四大核心技术的应用3.1分布式记账的应用3.1.1效率不足领域例如贸易融资交易业务，一笔贸易融资交易通常需要一至三周时间才能完成，这对于银行来说效率是非常低的。区块链分布式记账技术提供了提高效率的途径。主要做法是建立一个共享账簿，将利益相关者都作为记账者，账簿进行加密设置，以限制交易中相关部分或“事件”仅有与该部分业务相关的被授权方可以访问。各方均在帐簿上添加交易的相关记录，各记录之间保持前后连贯和一致，相关记录可以成为参与方开展业务的依据。例如，当进口商在账簿中添加收获记录时，账簿可以自动提示银行依据合同和收货记录向出口商付款。3.1分布式记账的应用3.1.2供应链可视性欠缺领域供应链可视性是指对商品在生产、分销和销售过程中的各个阶段的跟踪能力。供应链的日益全球化意味着追踪整个流程中的相关参与者和参与情况是很困难的，尤其是在供应链处于国外管辖权的情况下。通过区块链分布式记账技术进行集成，可以实现对整个供应商的追踪。以服装供应链为例，各个参与者可以通过使用移动设备发送信息，在共享账簿中生成和更新流转记录。这个记录是不可变的，记载着供应链中所有流转情况，为所有参与方提供信息。最终用户可以查询到成衣原料的产地、质量等信息。3.1分布式记账的应用3.1.3信任缺乏领域在信任缺乏领域，往往存在着低效率的重复工作。以保险行业为例，经纪人、保险公司和再保险公司都必须对所有交易对手进行客户调查，这意味着他们出于同样的原因，在相同的源信息上重复同样的事情。分布式账簿可以作为一个“信任引擎”用于记录所有客户的个人文件、组织或机构所持有的验证信息，其所有文件都会被加密，只有信息持有者（个人、组织或机构）拥有密钥。当信息持有者希望开展业务时，可以向对方提供一个密钥子集，交易对方就可以使用密钥查看信息持有者的身份信息，消除延迟、降低成本和减少花费在进行客户调查上的总体时间。3.2共识机制的应用3.2.1工作量证明机制的应用工作量证明机制的最著名的应用当属比特币，在比特币网络中，只有在控制了全网超过51%的记账节点的情况下，才有可能伪造出一条不存在的记录。当加入区块链的节点足够多的时候，这基本上不可能，从而杜绝了造假的可能。假如节点有任何的作弊行为，都会导致网络的节点验证不通过，直接丢弃其打包的区块，这个区块就无法记录到总账本中，作弊的节点耗费的成本就白费了，因此在巨大的挖矿成本下，也使得矿工自觉自愿的遵守比特币系统的共识协议，也就确保了整个系统的安全。3.2共识机制的应用3.2.2权益证明机制的应用2012年出现的点点币是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用，点点币最大的创新就是采矿方式混合了工作量证明机制和权益证明机制，采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络安全。3.2共识机制的应用3.2.3授权股权证明机制的应用比特股是一类采用授权股权证明机制的密码货币，引入了见证人这个概念。见证人可以生成区块，每一个持有比特股的人都可以投票选举见证人，得到总同意票数中的前N票（N通常定义为101）的候选者就可以当选为见证人。见证人的候选名单每个维护周期（1天）更新一次，然后随机排列，每个见证人按序有2秒的时间权限生成区块，若见证人在给定的时间片不能生成区块，区块生成权限交给下一个时间片对应的见证人。3.3智能合约的应用3.3.1数字身份。智能合约可以允许个人拥有和控制包含数据，信誉度和数字资产的数字身份。它允许个人决定向对手披露何种数据，为企业提供深入了解客户的机会，且交易对手不必持有敏感数据来验证交易。这虽然促进了解客户的需求，但减少了责任。此外，它还提高了依从性，弹性和互操作性。3.3.2证券。智能合约可以简化资本表管理，能够绕开证券保管链中的中间人，便于自动支付股息，股票分割和债务管理，同时降低了操作风险。结合分布式账本上的证券，智能合约能够将工作流程数字化。3.3智能合约的应用3.3.3贸易金融。智能合约可以通过快速信用证和贸易支付开启来简化国际货物转移，同时获得更大的金融资产的流动性。它们还可以提高买家，供应商和机构的融资效率。3.3.4财政数据记录。财政组织可以利用智能合约进行准确，透明的财务数据记录。智能合约允许跨组织间进行统一财务数据，改进财务报告并降低审计成本。通过提高数据的完整性，智能合约支持市场稳定性不断增长，此外，它们还通过允许组织之间分摊成本来降低会计成本。分布式账本网络和遗留系统之间的互操作性对于财务报告而言非常重要。3.3智能合约的应用3.3.5其他。此外，智能合约还能应用于抵押、土地所有权记录、供应链管理、汽车保险、临床试验、癌症研究等其他方面。3.4非对称加密技术的应用非对称加密技术主要可应用于医疗行业：创建安全和可信的护理记录。信任是为病人提供医疗服务的基础。患者需要信任医疗机构人员，以其获得正确的医疗照护。或者，医护人员相信患者诚实地执行医嘱。医疗区块链项目可以通过非对称加密手段为医患提供身份验证服务。记录病人的授权意见。患者的医疗信息记录共享的一个关键因素是，需要获得患者的同意。这是医疗信息数据共享必须遵守的职业道德。通过在不可更改的区块链信息中，捕获患者身份的同意授权语句，可以保证医疗保健专业人员放心使用这些数据。4区块链的一些误解区块链的一些误解区块链构建了一个不依赖第三方的、自运行的社会信任网络，不仅推动了整个社会的价值互联，也