區塊鏈原理與技術;區塊鏈原理與技術應用

前言：自中央政治局24日下午就區塊鏈技術發展現狀和趨勢進行第十八次集體學習后，“區塊鏈”引起了整個社會的關注。對于這一新興技術，即使通過大量資料學習區塊鏈技術的特性和細節，往往仍難以建立對區塊鏈的高層次理解。因此，這也是本文的出發點，即從技術角度出發，為讀者建立一個完整清晰的區塊鏈技術認知框架。

區塊鏈技術起源于2008年的比特幣。傳統意義上，區塊鏈定義是：

一種去中心化的分布式賬本數據庫。去中心， 數據存儲的每個節點都會同步復制整個賬本，使得信息安全難以篡改。

這種傳統方式是通過描述區塊鏈的特性來進行定義的。但區塊鏈是一系列技術的特定組合形式，僅靠特性并無法建立對區塊鏈的真正認知。

換言之，分布式賬本、去中心不是區塊鏈的本質，難以篡改亦不是區塊鏈的本質。事實上，隨著技術發展，尤其是在許可區塊鏈(注1)這一更具落地價值的區塊鏈形式中，區塊鏈技術包含更多內涵與外延。

區塊鏈的本質是一個“和特定計算設備分離的“馮·諾伊曼架構”，是一個“可向第三方證明的可信計算范式”。

1936年艾倫·圖靈提出了圖靈機計算模型，而馮·諾伊曼在圖靈機的基礎上給出了工程上可以實現的馮·諾伊曼架構，開啟了信息化時代的繁榮。

直到現在，所有信息處理系統，包括物聯網，互聯網，服務器，手機等都遵循這種架構設計，其基本原理始終是下圖的結構。

如果我們用計算機體系結構的視角去看待區塊鏈，區塊鏈技術是一個馮·諾伊曼架構的延伸。在比特幣中，“輸入(Input)”是未定序未確認的比特幣交易，“輸出(Output)”是有序的經過確認的比特幣交易，而“內存(Memory)”中則是比特幣賬本的狀態。其“中央處理器(CPU)”執行的是編碼在比特幣節點軟件中的交易邏輯。

而在如今發展中的更具落地性的許可區塊鏈(注1)系統中，“輸入”是任意的數據，其“中央處理器”執行“智能合約(注2)”中的任意事先指定的邏輯運算，產生“輸出”并存儲數據至“內存”。因此，區塊鏈系統在計算機體系結構意義上，可實現與現有馮·諾伊曼架構相同的計算與存儲能力。

但是，現有的馮·諾伊曼架構的計算系統，其計算過程始終在一個具有單一的控制方的固定的物理計算設備上完成。

可能是一個手機，一臺電腦，甚至整個數據中心。只要做好黑客防范，這個系統的控制者可以相信這個計算系統。

然而，其他人卻沒有對系統信任的依據，也即系統的控制者無法用任何方式向第三方證明系統是可信的。

而這正是區塊鏈所攻克的問題。區塊鏈將馮·諾伊曼架構的計算架構進一步拓展，使其同特定的物理計算設備分離，這樣才能從根本上避免計算過程被單一的控制方掌控，讓所有人都可以信賴這個計算系統。

無論是工作量證明（PoW）、權益證明（PoS）或者拜占庭容錯（BFT）等共識機制，上述計算過程的實際步驟都在不同的物理基礎(節點)上完成。而不同共識算法的本質就是給出一個依次選擇這些物理基礎的方案，保證其公允，保證其安全。

同時在數據傳遞層面(提交輸入，獲取輸出)，藉由既有的點對點網絡技術，使得通信沒有唯一固定的接入點，不依賴特定的IP地址。

進而使得這個計算系統能夠在所有人的監督下，可信地完成計算過程，很難被篡改，也很難被惡意阻止。

具體來講，在區塊鏈計算范式中，將是多方企業和機構，共同控制這個計算過程，這一步計算在一家公司的計算機上完成，下一步計算在另一家機構的計算機上完成，各方接力計算過程。

在這個過程中，任何一方，如果篡改計算邏輯，或者惡意修改數據，立刻會被下一個計算接力的公司發現，并且回滾到上一步正確的計算步驟。

這個一旦預設好計算邏輯和規則，沒有任何一家公司可以篡改，也沒有任何一家公司可以操縱這個計算過程。

此外，一種常見的誤解是區塊鏈等于完全透明公開。在比特幣系統中，所有的數據都是公開的，但數據公開不等于身份公開，用戶間進行的比特幣交易行為無法與有效關聯，這是隱私的第一重含義，但此種隱私在聯盟鏈中往往是不需要的。

關于數據隱私，更具現實意義的第二重含義為：隨著區塊鏈技術的進一步發展，通過多通道，非對稱加密，數據摘要與簽名，零知識證明等技術的運用，如今區塊鏈中存儲的可以是不同形式的數據密文，從而在保證數據內容隱私性的前提下，數據在約定實體之間可以安全共享。

總體而言，區塊鏈技術通過“和特定計算設備分離的“馮·諾伊曼架構”，實現了與現有信息基礎設施同等的計算和存儲能力。

通過特定計算設備分離，將計算過程交由“多實體共同完成”，構建“可向第三方證明的可信計算范式”。

在時間概念上講，對過去，實現了數據的記錄與不可篡改；對現在，實現了針對數據和計算過程的共識，從而實現了貫穿過去與未來的系統性信任構建。

因此，區塊鏈技術是一種真實，安全，隱私，可信任的存儲與計算的集成技術體系。

注 1：也稱聯盟鏈，不同于比特幣等公鏈，是應用于實體企業和機構之間的區塊形式。許可鏈（Permissioned Blockchain）是指參與到區塊鏈系統中的每個節點都是經過許可的，未經許可的節點是不可以接入到系統中。許可鏈可以沒有代幣機制，即“無幣區塊鏈”。

注 2：“智能合約”可以理解為由程序語言編寫，在區塊鏈系統中執行的代碼邏輯。

（作者：鏈博科技，內容來自鏈得得內容開放平臺“得得號”；本文僅代表作者觀點，不代表鏈得得官方立場）