区块链科普

1区块链的概念2区块链的实现技术2.1哈希算法2.2公钥和私钥2.3Merkle树2.4时间戳2.5智能合约3区块链的运行原理4区块链的应用场景5区块链的未来发展6区块链技术面临的问题目录1.区块链的概念广义的来说，区块链是分布式数据存储，点对点传输，共识机制，加密算法等计算机技术的新型应用模式。狭义的来说，区块链是数据库的一种。他拥有大量的记录，并将这些记录全部存放在区块内，每个区块通过加密签名，链接到下一个区块。人们可以像使用账本一样使用区块链，可以共享，也可以被拥有适当权限的人查阅，通俗的说，区块链其实就是公开的分布式账簿系统。以比特币的区块链为例，每一个参与交易者都是区块网络的节点，每个节点都有一份完整的公共账簿备份，上面记载着自比特币开始到现在的所有交易信息，每一个节点的每一笔交易都将发送到区块网络的每一个节点，从而所有的节点上的账簿都能验证这笔交易并进行更新，账簿分区块存储，随着交易进行，新的区块会不断附加到该链上，形成的链状结构就是区块链。广义来说区块链是一个点对点的动态的网络，与传统的中心化集中式架构不同，每个节点不再区分客户端和服务器的关系，每个节点既可以提供服务可以请求服务，可以实现资源的共享和利用，同时里面的节点是动态变化的，可以增加新的节点，也可以有原节点的退出。广义区块链狭义的来说区块链是一个分布式的账簿系统。狭义区块链2区块链的实现技术2.1哈希算法采用哈希算法实现信息的不可篡改。首先利用SHA-256的哈希算法对账本信息进行加密，给区块链上的第一个区块上打一个唯一的标签，之后的每一个区块也进行加密打上唯一的标签，同时又包含前一个区块的标签，然后采用单向密码体制保证标签的不可篡改，它的思想是首先接收一段明文，以一种不可逆的方式将其转化为一段长度较短，位数固定的输出散列。这个加密过程不可逆，无法通过密文得到明文，散列和明文是一一对应的。所以区块链的哈希值可以唯一的准确的标识一个区块。2.2公钥和私钥利用公钥，私钥标识身份。在区块链当中是按照公钥加私钥的方式传播信息的。用户可以公布自己的公钥，公钥用来验证收方用户身份信息，发送具体信息是通过收方的私钥进行加密的，然后发送方发送已经被收方公钥加密的信息，此时就只有收方的私钥才能解密。这样就保证了分布式网络中点对点信息传递的安全，实现了点对点数据传递。2.3Merkle树Merkle树简化了验证程序。MerkleTree，就是存储hash值的一棵树，Merkle树的叶子是数据块（文件、文件的集合)的hash值。非叶节点是其对应子节点串联字符串的hash。为什么存储hash呢，因为存储哈希保证了数据的正确性，如果存储原数据，数据发生改变，很难发现，而hash的特点是只要数据发生一丁点改变，计算出来的hash值就会完全不一样。注：1.hash就是散列，就是把任意长度的数据输入通过特定的散列算法变换成固定的长度数据输出，该数据就是散列值。2.树是一种数据结构，树是由一个集合以及在该集合上定义的一种关系构成。Merkle树的原理Merkle树是怎么简化验证程序的？咱们用另一个节点下载并验证该节点的数据正确与否，如上图：1.他会下载一个hash表就是数据上图的表关系并不是真正的数据;2.我们假如数据是abcd,计算出的hash是ABCD，下载时候是把数据进行切割，切割成一个个数据块，（A,B,C,D然后一个个下载，下载下来之后他就会把数据一个个做hash）;3.下载的哈希表进行对比，如果正确，那么依照表把一对一对进行hash运算，如果有剩余的单身哈希，单独对它进行hash，一直到顶层;4.对照下载的hash表，如果发现有分支不一样那么久会单独去下载这个分支而不是整个分支，这样无论是检验还是下载就简单而高效。2.4时间戳区块链为每一笔交易盖上时间戳，证明了交易的存在性，这样时间戳（格林威治时间1970年01月01日00时00分00秒|北京时间1970年01月01日08时00分00秒)起至现在的总秒数）的应用对应着每一次交易的认证，一个区块相当于一页账簿，每笔交易在账簿中的记录是按照时间顺序排列的，时间戳使得数据区块形成了一个新的结构，这个结构使得各个区块通过时间戳连接起来，形成了一个区块链条。区块按照时间的先后顺序排列使得账簿页与页之间有了连续性，同时每一笔交易都有了唯一性。2.5智能合约智能合约指的是一段部署在分布式账本中的代码，它可以处理信息，接收，储存和发送价值，是一个能够自动执行合约条款的计算机程序，类似于Java中的条件语句，以这样一种方式与现实的资产进行交易。3区块链的运行原理区块是区块链的基本结构单元，区块由包含元数据的区块头和一系列交易数据的区块主体组成，它是一个记录交易信息的数据容器。工作原理如右图：4区块链的应用场景银行业：本质上来说，银行是一个安全的存储仓库和价值的交换中心，而区块链作为一种数字化的、安全的以及防篡改的总账账簿可以达到相同的功效。事实上，瑞士银行UBS和在英国的巴克莱银行都已经开始进行实验，希望将它作为一种方法来加速推动后台系统功能以及清结算能力。同时利用区块链自动化智能合约和可编程的特点，能够极大地降低成本和提高效率。支付和现金交易：利用区块链创建一个更直接的支付流，它可在国内或跨国界，并且无需中介，以超低费率几乎瞬时速度的方式支付。选举投票：选举需要对选民身份认证、安全的保存记录以追踪选票，以及能够信赖的计数器来决定谁是胜选者。区块链可以为投票过程，选票跟踪和统计选票而服务，以至于不会存在选民欺诈、记录丢失或者不公平的行为。基于在区块链上的投票交易，选民会同意的最终计数，因为他们可以计算自己的票，因为区块链的审计线索，可以确认没有票被修改或删除。总结来说就是利用区块链的智能合约可以降低人们之间的信任风险和为此所负担的费用成本。还有就是利用区块链的数据难以修改的公信，降低对其所维护的成本费。5区块链的未来发展1区块链行业应用加速推进，从数字货币向非金融领域渗透扩散区块链技术作为一种通用性术，从数字货币加速渗透至其他领域，和各行各业创新融合。我们认为，未来区块链的应用将由两个阵营推动。一方面，IT阵营，从信息共享着手，以低成本建立信用为核心，逐步覆盖数字资产等领域。另一方面，加密货币阵营从货币出发，逐渐向资产端管理、存证领域推进，并向征信和一般信息共享类应用扩散。2企业应用是区块链的主战场，联盟链/私有链将成为主流方向在企业级应用中，大家更关注区块链的管控、监管合规、性能、安全等因素。因此，我们认为，联盟链和私有链这种强管理的区块链部署模式，更适合企业在应用落地中使用，是企业级应用的主流技术方向。3应用催生多样化的技术方案，区块链性能将不断得到优化未来，区块链应用将从单一到多元方向发展。票据、支付、保险、供应链等不同应用，在实时性、高并发性、延迟和吞吐等多个维度上将高度差异化。这将催生出多样化的技术解决方案。我们认为，区块链技术还远未定型，在未来一段时间还将持续演进，共识算法、服务分片、处理方式、组织形式等技术环节上都有提升效率的空间。6区块链技术面临的问题块链安全问题日益凸显，安全防护需要技术和管理全局考虑。区块链系统从数学原理上讲，是近乎完美的，具有公开透明、难以篡改、可靠加密、防DDoS攻击等优点。但是，从工程上来看，它的安全性仍然受到基础设施、系统设计、操作管理、隐私保护和技术更新迭代等多方面的制约。未来需要从技术和管理上全局考虑，加强基础研究和整体防护，才能确保应用安全。