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区块链的核心是去中心化 或将鼎新众多行业与领域

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2017-04-07 07:04:59 来源:上海证券报

  区块链(Blockchain)是一种去中心化的、由各节点参与的分布式数据库系统。区块链可以理解为一种公共记账的机制(技术方案),它并不是一款具体的产品。其基本思想是:通过建立一组互联网上的公共账本,由网络中所有用户共同在账本上记账与核账,来保证信息的真实性和不可篡改性。

  去中心化是区块链的最重要特征。区块链技术提供了一种无需信任单个节点、还能创建共识网络的方法。完备可追溯、去中心化和去信用化是区块链技术的三大特点。区块链的所有核心技术均围绕这三大问题设计。

  区块链具备颠覆一切行业的可能性。近年来,区块链应用已经从第一代的比特币,进化到了第二代的支付清算、证券交易、医疗、物流、政务服务、博彩娱乐等各个领域。目前,国内对区块链的认知多数还停留在比特币上,其他领域应用极少。随着“互联网+”战略的加快实施,未来我国的区块链产业也有望逐步培育起来。

  什么是区块链

  区块链(Blockchain)是一种去中心化的、由各节点参与的分布式数据库系统。区块链可以理解为一种公共记账的机制(技术方案),它并不是一款具体的产品。其基本思想是:通过建立一组互联网上的公共账本,由网络中所有用户共同在账本上记账与核账,来保证信息的真实性和不可篡改性。而之所以名字叫“区块链”,是因为使其用一串密码学方法相关联产生的数据块,每一个数据块中包含过去一段时间内所有交易信息,用于验证其信息的有效性并产生下一个区块。

  光看区块链的定义较为晦涩,我们可通过比特币来初步了解区块链。比特币是与区块链绑定在一起同时诞生的,也是目前区块链最成功的应用。比特币是一种 P2P 形式的电子货币,它不需要特定的机构(中央银行)来发行,而是由计算机程序(算法)生成。这种电子货币可以在网络中进行点对点的支付,即从发行到流通,比特币都是去中心化的运作模式,这与传统货币有本质上的区别。

  比特币采用的去中心化存储是区块链的核心理念。在传统的金融交易中,银行是交易体系的中心。每个用户的信息和资金都由银行统一集中管理,存储在银行的中心数据库中。当用户甲对另一个用户乙发起交易时,必须经历以下流程(见图1)。

  而对于使用区块链技术的比特币来说,其在交易过程中剔除了银行这一中心。每个比特币用户的电脑都是一个节点,每个节点都能存储数据,节点之间相互联网,交易信息面向网络中所有的节点公开。当用户甲对另一个用户乙发起一笔交易时,网络中的所有节点都能看到且予以记录。当且只有一定数量以上的节点认可这笔交易后,此交易才算通过审核并完成(见图2)。

  在交易过程中,区块链特有的技术特征保证了数据真实性与完备性。在去中心化的分布式存储网络中,某些节点数据遭到恶意破坏、篡改或遗失对交易的正常进行都不会带来任何影响。网络中的任何一个节点既是监管者也是交易者,共同认可交易的合规性,数据存储也由所有节点一同维护。

  区块链的核心是去中心化

  去中心化是区块链的最重要特征。在现实生活中却存在着大量像政府部门、银行、媒体、学校、电子商务网站这样的中心化体系。这是因为,首先,受不完善的信用、契约、制度等因素影响,市场失灵(market failure)的现象经常会发生,完全竞争市场几乎不能实现。其次,人与人之间的交流、交易主要依托信息和资金,而信息的收集往往需要消耗大量成本,资金的往来则需要可靠的信用背书。在信息流通和信用保障不够便利的时代,用户之间直接的点对点沟通缺乏安全和效率,这时中心化的中介组织就应运而生。

  中介组织通常表现为以一个或几个企业(机构)组成的中心节点,通过专业化、大批量地搜集处理,将所有的信息或资金汇聚其中,进行交换或交易。在法律、监管机构以及市场机制的约束下,交易信息和资金的安全性与可靠性能够得到保障——所以我们常说要“相信政府、相信大银行、相信大企业”。同时,由于中介组织集聚了所有信息与资金,在为用户提供便利服务的同时,会收取一定的平台或中介费用作为收益。中介组织可以从中获益也是整个中心化体系得以维持的前提。

  中心化体系具备一些优点:首先,中心化系统交易效率高。由于将信息和资金汇集到中心节点进行批量处理,在高速计算机服务器与大数据技术的帮助下,可同时处理上万笔交易(典型如银行系统与电商系统,2015年“双十一”淘宝交易峰值为8.9万笔/秒)。其次,中心化系统商业模式成熟、交易较为便利。中介组织通过牵线信息和货币交易可以获得可观收益,因此其就具备较强的动力去保障交易的稳定,不断提高交易服务质量。

  然而,从直觉上看,两点之间直线最短,人与人之间最有效率的联系方式唯有直接沟通。具体而言,中心化体系存在很多不容忽视的问题:其一,不同中心之间的互联成本较高。在中心化的体系中,资源都掌握在各中心手中,而各中心的运作模式与管理体系并不相同,打通各中心的成本就非常高。其二,中心化体系缺乏透明。对普通用户而言,中心化体系的实际运作模式就像“黑箱”一样,各中介组织对用户开放的仅是最简单的输入输出环节,中间过程一般用户都一无所知。交易安全完全依赖于中介组织的能力与意愿,存在诸多隐患。相对于将分散在全球各地的数据而言,集中存储在中介组织的数据更容易遭到恶意篡改破坏。其三,中心化体系交易成本偏高。在现有的各种商业模式下,中介组织会对被控制的中心化体系内所有用户收取一定费用作为收益,这就相当于体系内的一种“征税”,人为推高了交易成本。

  目前,信息去中心化已取得较大进展,但价值与货币去中心化较为缓慢。互联网的出现,从本质上解决了信息去中心化问题。在互联网出现之前,很多行业的信息(如新闻、广告、通信、教育及衣食住行相关的信息)都是由相关中介机构收集之后再在市场中出售。互联网技术出现以后,信息的共享与实时更新成为一种不可逆的趋势,发生在人们身边的信息很快即可同步到互联网中去,这种信息的传递渠道变更极大地改变了市场格局与人们的生活,大量低效率的中介机构被互联网信息共享技术所取代。互联网技术成功实现了信息的去中心化,但却无法实现价值的去中心化。

  例如,我们现如今可以在互联网上共享自己的生活信息、知识和资料等,但却不敢在互联网上直接与陌生人交易。现有互联网中的金融体系,多是由政府银行提供或者第三方提供的支付系统,还是依靠中心化的方案来解决。这些中心化方案,主要凭借某个大公司或者政府信用作为背书,将所有价值转移计算放在一个中心服务器(集群)中。事实上,通过中心化的信用背书来解决,也只能将信用局限在一定的机构、地区或者国家的范围之内。在纷繁复杂的全球体系中,要凭空建立一个全球性的信用共识体系是很难的,由于每个国家的政治、经济和文化情况不同,要实现两个国家的企业和政府完全互信几乎做不到——区块链技术就试图解决这一问题,打破中心化体系的信用枷锁,实现全球节点间的信用与货币互联。

  区块链有哪些技术特征

  在信息网络化的大背景下,当需要与不熟悉的对手方进行价值交换活动时,人们如何做才能防止不会遭受恶意欺骗,从而做出准确的决策?区块链技术则正可以解决这一问题——它提供了一种无需信任单个节点、还能创建共识网络的方法。完备可追溯、去中心化和去信用化是区块链技术的三大特点。区块链的所有核心技术均围绕这三大问题设计。

  1. 区块链的结构设计保证了其记录数据完备可追溯

  区块链是由“区块+链”构成。区块(block),是指存放已记录数据的文件,里面按时间先后顺序记录了已发生的所有价值交换活动。每个区块均由三部分构成:本区块的ID(本区块块大小、生成时间等所有信息)、所有交易单(每一笔交易的详细情况)与在其先后的区块ID(即前后区块中所有价值交换信息经过算法压缩后形成的一个字符串)。区块的生成时间由系统设定,通常平均每几分钟会生成一个区块。由于每个区块中都包括了前一个区块和后一个区块的ID,这种设计使得每个区块都能找到其前后节点,从而可以一直倒推至起始节点,形成一条完整的交易链条,即构成区块链。

  “区块”+“链”=完整历史:从第一个区块开始,到最新产生的区块为止,区块链上存储了系统全部的历史数据。“区块”+“链”=时间戳(time stamp):区块链让全网所有节点都在每一个区块上盖一个时间戳来记账,表示这个信息是这个时间写入的,形成了一个不可篡改、不可伪造的数据库。时间戳可以证明某人在某天确实做过某事,可以证明某项活动的最先创造者是谁。任何事情的“存在性”证明变得十分简单,区块链上的每一条交易数据,都可以通过链式结构追本溯源,一笔一笔进行验证。

  2. 区块链使用的对等网络技术可实现去中心化

  区块链存储数据时使用的是对等网络技术(peer-to-peer,P2P,又称点对点技术),是没有中心服务器、依靠用户群交换信息的互联网体系。与有中心服务器的中央网络系统不同,对等网络的每个用户端既是一个节点,也有服务器的功能。网络中的资源和服务分散在所有节点上,信息的传输和服务的实现都直接在结点之间进行,可以无需中间环节和服务器的介入。

  P2P架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个结点之间进行的,部分结点或网络遭到破坏对其他部分的影响很小。对等网络技术要求各节点“人人皆兵”。对等网络设计了一整套协议机制,让全网每一个节点在参与记录的同时也来验证其他节点记录结果的正确性。只有当全网大部分节点(或甚至所有节点)都同时认为这个记录正确时,记录的真实性才能得到全网认可,记录数据才允许被写入区块中。根据 P2P 网络层协议,记录成功后,消息由单个节点被直接发送给全网其他所有的节点,实现分布式传播。信息拦截者无法通过特定传播路径来拦截想要截获的信息,因为每个节点都收到了信息。

  对等网络技术通过“链式防守”保障数据安全。对等网络让数据能实时记录的同时,并在每一个参与数据存储的网络节点中不断实时更新,这就极大地提高了数据库的安全性。即使个别节点发生故障(如数据丢失、遭到黑客攻击等),整个数据库系统也不会受到任何影响,因为其他节点存储的数据依然可用。分布式存储的思维完全去除了中心化存储时的中心点,保证了数据存储的安全性。在分布式记录、分布式传播和分布式存储的去中心化保障下,可以说,没有任何人、任何机构甚至任何国家能控制这种系统,所有交易行为均由市场自发形成。除非网络中所有节点同时遭到攻击集体崩溃,否则区块链体系可以一直正常运转下去。

  3. 区块链使用的非对称加密技术可实现去信用化

  面对互联网中互不相识的节点,对于区块链中记录下的交易,我们能否毫不怀疑地予以百分百信任呢?答案是肯定的。区块链使用了密码学中的“非对称加密”,解决了节点间的相互信任问题。所谓非对称加密,是指我们在“加密”和“解密”的过程中分别使用两个密码,这两个密码具有非对称的特点。加密时的密码(被称为公钥)和解密时的密码(被称为私钥)是一对:如果用公钥对数据进行加密,只有用对应的私钥才能解密,从而获取对应的数据价值;如果用私钥对数据进行签名,那么只有用对应的公钥才能验证签名,验证信息的发出者是私钥持有者。

  在中心化的系统中,我们只需要向中介组织证明自己身份,即可进行交易。例如,我们在银行系统进行交易时,只需输入密码,就能证明自己是账户主人,支配账户内的资产。而在区块链的系统中,由于没有中心节点,任何节点之间的权利都是平等的。这就意味着,想要证明“我是张三”,就必须向全网所有节点亮出证据,即让全网所有节点都相信我拥有“张三的密码”,但还不能让他们知道密码是什么。

  非对称加密就是能达到这一效果的“神器”。当甲把某项资产转移给乙时,他使用乙的公钥对交易进行加密,然后将交易信息向全网公开,该交易唯有使用乙的私钥才能打开。使用椭圆离散对数的非对称加密算法非常安全,在不拥有私钥的情况下,破解难度极高,可能性几乎为零。因此,当乙解开了交易密码后,即可证明自己是资产的拥有者,并得到全网认可与记录。可见,完善的加密技术保证了,我们无需辨别交易对方是“好人”还是“坏人”,也不需要第三方机构对交易进行信用背书,就可放心地与任何对手方进行交易。区块链凭借其严谨的加密算法与认证体系,真正实现了去信用化。

责任编辑:由佳 RF13266
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