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區(qū)塊鏈 分布式賬本 區(qū)別 區(qū)塊鏈基礎架構及關鍵技術

核心提示區(qū)塊鏈只是分布式賬本技術的一種形式，區(qū)塊鏈分布在點對點的網(wǎng)絡上并由其管理

今天來聊兩個基本概念，區(qū)塊鏈與分布式賬本。區(qū)塊鏈是一種分布式賬本，但是它又不完全等同超級賬本，人們有時會交替使用“區(qū)塊鏈”和“分布式賬本”，到底他們的區(qū)別在哪里？這篇文章就帶大家徹底分清區(qū)塊鏈與分布式賬本

一、分布式賬本

分布式賬本是分布在多個節(jié)點或計算設備上的數(shù)據(jù)庫，分布式網(wǎng)絡中的每個節(jié)點復制并存儲一份相同的賬本副本

不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫利用中央管理員用戶控制數(shù)據(jù)存儲，分布式分類賬有一個同步數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以提供可審計歷史信息記錄，對任一網(wǎng)絡成員都可見。分布式賬本最突出的特征是其不由任何單個機構或個人維護，而是由網(wǎng)絡中的每個節(jié)點單獨構建和記錄。并且分布式分類賬依賴于與區(qū)塊鏈相似的共識原則

雖然在技術上是去中心化的，但是運營主體不一定是中心的。比如，公司里之前只有財務部在記賬，為了防止出錯，現(xiàn)在公司的賬本由全公司的成員一起記。這就是分布式賬本

分布式賬本技術大大降低了信任成本。分布式賬本的結構和結構可以幫助我們減輕對銀行、政府、律師、公證人和監(jiān)管合規(guī)官員的依賴

二、區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈只是分布式賬本技術的一種形式，區(qū)塊鏈分布在點對點的網(wǎng)絡上并由其管理

由于它是一個分布式賬本，因此可以在沒有中央服務器的管理的情況下運行，并且可以通過數(shù)據(jù)庫復制和信任計算來維護其數(shù)據(jù)質量

但是，區(qū)塊鏈的結構使它有別于其他類型的分布式賬本。區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)被分組并以塊的形式組織起來，這些塊按照時間順序依次連接形成一條鏈，并使用密碼學技術對其進行安全保護

區(qū)塊鏈本質上是一個不斷增長的記錄列表，它的數(shù)據(jù)記錄使用“僅可添加”的結構，即只允許將數(shù)據(jù)添加到鏈上，要更改或刪除已經(jīng)錄入的數(shù)據(jù)是不可能的。密碼簽名和將記錄連成鏈是將區(qū)塊鏈和分布式賬本區(qū)分開的特點

用白話講就是，區(qū)塊鏈實際上是分布式賬本的一個子集。每個區(qū)塊鏈都是一個分布式賬本，但不是每個分布式賬本都是區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈使用了分布式記賬這種技術，但是同時區(qū)塊鏈還使用了其他技術例如密碼學來保證區(qū)塊鏈的有序性、公開性和不可篡改性

也就是說，分布式賬本在技術上的是去中心化的，運營上可以保持中心化。而區(qū)塊鏈則在技術和運營方面都是去中心化的。就像比特幣，在沒有中心管理者的情況下依舊平穩(wěn)運行了十多年

以下是分布式、去中心與中心化的示例

三、區(qū)別

兩者最關鍵的區(qū)別在于：區(qū)塊鏈有激勵層的存在，它的應用是可以包含激勵機制的。分布式賬本也有分布式的數(shù)據(jù)庫，也能實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫之間的協(xié)調，但是它沒有激勵層，其實就是一個協(xié)調得挺好的數(shù)據(jù)庫。分布式數(shù)據(jù)庫可以賦予某人特殊的權限，它在應用上可以是非去中心化的。但一個純粹的區(qū)塊鏈無論在技術層還是應用層都是完全去中心化的，并且包含激勵機制

區(qū)塊鏈發(fā)展及其在金融領域的應用

作為金融科技領域的一項重要技術創(chuàng)新，區(qū)塊鏈被視為構建未來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)態(tài)的核心關鍵技術，可實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)從信息互聯(lián)到價值互聯(lián)的升級。事實上，區(qū)塊鏈是一個采用共識機制、去中心化、分布式的共享賬本或數(shù)據(jù)庫，通過密碼學加密技術，保證這一賬本或數(shù)據(jù)庫的全網(wǎng)公開、透明的一致性，其分布式組網(wǎng)方式以及加密不可撤回及篡改的特性，保證了加密信息可以用點對點的方式，安全、保密地進行快捷傳輸和交易。盡管目前區(qū)塊鏈技術尚處于發(fā)展的初級階段，但作為去中心化記賬平臺的核心技術，區(qū)塊鏈被認為在金融、征信、教學、醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)、經(jīng)濟貿易、智能設備等眾多領域都擁有廣泛的應用前景

區(qū)塊鏈基礎架構及關鍵技術

區(qū)塊鏈是基于密碼學原理而不是基于信用，使得互聯(lián)網(wǎng)上任何達成一致的交易雙方直接支付，從而不需要第三方信用中介機構的參與。本質上，區(qū)塊鏈是一個分布式賬本，一種通過去中心化、去信任的方式集體維護一個可靠數(shù)據(jù)庫的技術方案，是分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式

（一）區(qū)塊鏈的基礎架構和模式。區(qū)塊鏈系統(tǒng)由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成，包含了從底層數(shù)據(jù)結構到共識機制到頂層應用協(xié)議的眾多內容。其中，數(shù)據(jù)層封裝了底層數(shù)據(jù)區(qū)塊以及相關的數(shù)據(jù)加密和時間戳等技術；網(wǎng)絡層則包括分布式組網(wǎng)機制、數(shù)據(jù)傳播機制和數(shù)據(jù)驗證機制等；共識層主要封裝網(wǎng)絡節(jié)點的各類共識算法；激勵層將經(jīng)濟因素集成到區(qū)塊鏈技術體系中來，主要包括經(jīng)濟激勵的發(fā)行機制和分配機制等；合約層主要封裝各類腳本、算法和智能合約，是區(qū)塊鏈可編程特性的基礎；應用層則封裝了區(qū)塊鏈的各種應用場景和案例。區(qū)塊鏈系統(tǒng)每層分別完成一項核心功能，各層之間互相配合，實現(xiàn)一個去中心化的信任機制?？梢哉f，區(qū)塊鏈技術最具代表性的創(chuàng)新點即為基于時間戳的鏈式區(qū)塊結構、分布式節(jié)點的共識機制、基于共識算力的經(jīng)濟激勵和靈活可編程的智能合約

按參與對象范圍的不同，區(qū)塊鏈可粗略區(qū)分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈。劃分的標準不是參與節(jié)點的多少，而是整個系統(tǒng)中記賬節(jié)點的門檻和記賬權的分散度

（二）區(qū)塊鏈的核心和關鍵技術。1.共識機制。機器共識機制即區(qū)塊鏈節(jié)點就區(qū)塊信息達成全網(wǎng)一致共識的機制，是區(qū)塊鏈的核心理論和技術。FLP不可能定理已經(jīng)證明，在存在故障進程的異步系統(tǒng)中不存在有限時間內達成“共識”理論解。這也意味著，理論上，在存在“女巫”節(jié)點的異步網(wǎng)絡環(huán)境中，不可能在有限時間內有達成一致共識的精確算法，因而必須尋找其可行的“工程解”，而目前出現(xiàn)的在特定環(huán)境中的各類共識機制就是求解“工程解”具體算法。區(qū)塊鏈常用的共識機制主要包括：PoW（Proof of Work，工作量證明）、PoS（Proof of Stake，權益證明）、DPoS（Delegate Proof of Stake，股份授權證明）等

通常，區(qū)塊鏈應用需要根據(jù)不同場景而選擇不同共識機制，如合規(guī)監(jiān)管方面是否支持超級權限節(jié)點對全網(wǎng)節(jié)點及數(shù)據(jù)進行監(jiān)管、交易達成共識被確認的性能效率、共識過程中耗費的CPU及網(wǎng)絡輸入輸出和存儲等計算機資源、防攻擊防欺詐的容錯能力等。事實上，只要合適的機制能保證記錄的可靠可追溯、不同節(jié)點具有相對平等的權利，則機制的不同并不改變區(qū)塊鏈的本質?？梢哉f，共識算法的創(chuàng)新將是推動區(qū)塊鏈產業(yè)化的重要力量

2.數(shù)據(jù)存儲。在區(qū)塊鏈技術中，數(shù)據(jù)以區(qū)塊的方式永久儲存。區(qū)塊按時間順序逐個先后生成并連接成鏈，每一個區(qū)塊記錄了創(chuàng)建期間發(fā)生的所有交易信息。區(qū)塊的數(shù)據(jù)結構一般分為區(qū)塊頭（header）和區(qū)塊體（body）。其中，區(qū)塊頭用于鏈接到前一個區(qū)塊并且通過時間戳特性保證歷史數(shù)據(jù)的完整性；區(qū)塊體則包含了經(jīng)過驗證的、區(qū)塊創(chuàng)建過程中產生的所有交易信息

3.網(wǎng)絡協(xié)議。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡協(xié)議一般采用P2P協(xié)議，確保同一網(wǎng)絡中的每臺計算機彼此對等，各個節(jié)點共同提供網(wǎng)絡服務，不存在任何“特殊”節(jié)點。不同的區(qū)塊鏈系統(tǒng)會根據(jù)需要制定獨自的P2P網(wǎng)絡協(xié)議，比如比特幣有比特幣網(wǎng)絡協(xié)議，以太坊也有自己的網(wǎng)絡協(xié)議

4.加密算法。散列算法也叫數(shù)據(jù)摘要或者哈希算法，其原理是將一段信息轉換成一個固定長度并具備以下特點的字符串：如果某兩段信息是相同的，那么字符也是相同的；即使兩段信息十分相似，但只要是不同的，那么字符串將會十分雜亂隨機并且兩個字符串之間完全沒有關聯(lián)。本質上，散列算法的目的不是為了“加密”而是為了抽取“數(shù)據(jù)特征”，當然也可以把給定數(shù)據(jù)的散列值理解為該數(shù)據(jù)的“指紋信息”。典型的散列算法包括MD5、SHA1/SHA256和SM3，其中SHA2和SM3這兩種算法效率和安全性大致相當且應用較為廣泛

非對稱加密算法由對應的一對唯一性密鑰（即公開密鑰和私有密鑰）組成的加密方法。任何獲悉用戶公鑰的人都可用用戶的公鑰對信息進行加密與用戶實現(xiàn)安全信息交互。由于公鑰與私鑰之間存在的依存關系，只有用戶本身才能解密該信息，任何未受授權用戶甚至信息的發(fā)送者都無法將此信息解密

5.隱私保護。目前區(qū)塊鏈上傳輸和存儲的數(shù)據(jù)都是公開可見的，僅通過“偽匿名”的方式對交易雙方進行一定的隱私保護。對于某些涉及大量的商業(yè)機密和利益的業(yè)務場景來說，數(shù)據(jù)的暴露不符合業(yè)務規(guī)則和監(jiān)管要求。目前，業(yè)界普遍認為零知識證明、環(huán)簽名和同態(tài)加密等技術比較有希望解決區(qū)塊鏈的隱私問題

6.智能合約。智能合約可視作一段部署在區(qū)塊鏈上可自動運行的程序，其涵蓋的范圍包括編程語言、編譯器、虛擬機、事件、狀態(tài)機、容錯機制等。虛擬機是區(qū)塊鏈中智能合約的運行環(huán)境。虛擬機不僅被沙箱封裝起來，事實上它被完全隔離。也就是說運行在虛擬機內部的代碼不能接觸到網(wǎng)絡、文件系統(tǒng)或者其他進程。甚至智能合約之間也只能進行有限的調用。本質上，智能合約是一段程序，存在出錯的可能性，甚至會引發(fā)嚴重問題或連鎖反應，因此需要做好充分的容錯機制，通過系統(tǒng)化的手段，結合運行環(huán)境隔離，確保合約在有限時間內按預期執(zhí)行

區(qū)塊鏈在金融領域中的應用探索

金融領域是區(qū)塊鏈技術的重要應用領域。區(qū)塊鏈本質上是一個去中心化分布式賬本，相當于一種全民參與記賬的方式，在當今科技驅動金融發(fā)展的時代，區(qū)塊鏈成為最新的科技驅動力量。區(qū)塊鏈技術為解決經(jīng)濟和金融等領域的信任問題，提供了底層支持技術，其擁有的高可靠性、簡化流程、交易可追蹤、節(jié)約成本、減少錯誤以及改善數(shù)據(jù)質量等特性，使其有可能再次重塑全球金融業(yè)的基礎框架，尤其是信用傳遞交換機制，并加速金融創(chuàng)新與產品迭代速度，極大提高金融運行效率。區(qū)塊鏈在金融領域的主要應用包括以下幾個方面

（一）數(shù)字貨幣。以比特幣為代表的數(shù)字貨幣是區(qū)塊鏈技術最廣泛也是最成功的運用。與傳統(tǒng)紙幣相比，發(fā)行數(shù)字貨幣能有效降低貨幣發(fā)行、流通的成本，提升經(jīng)濟交易活動的便利性和透明度。因此，在互聯(lián)網(wǎng)時代，貨幣從實物形態(tài)到紙幣再到數(shù)字貨幣是一較為確定的趨勢。2015年起，英國、俄羅斯、歐洲央行均表示正著手研究區(qū)塊鏈技術，中國央行也在大力推進數(shù)字貨幣，并認為區(qū)塊鏈技術是可供選擇的技術方案之一?？梢灶A見，央行發(fā)行數(shù)字貨幣是歷史趨勢，而區(qū)塊鏈諸多技術特點能較好滿足可靠、可追溯，且有利于執(zhí)行精準的貨幣政策的潛力。而一旦央行推出基于區(qū)塊鏈的數(shù)字貨幣，將對現(xiàn)行金融體系產生廣泛而深遠的影響

（二）證券交易。對于傳統(tǒng)證券發(fā)行，中間人往往控制著市場，比如國內證券海外上市首先要經(jīng)過國內證監(jiān)會審核，然后國外交易所審核，審核后在一級市場發(fā)行，二級市場交易，繁復冗長的流程往往導致發(fā)行成本的增加。而區(qū)塊鏈的誕生很有可能使得全球的資產模式從先審核后發(fā)行變成先發(fā)行后審核，從而使得證券發(fā)行免去諸多中間人環(huán)節(jié)。區(qū)塊鏈技術通過證券的去中心化交易，不僅可以幫助顯著削減發(fā)行、追蹤及交易加密證券的成本，而且能夠避免傳統(tǒng)證券市場經(jīng)常發(fā)生的操縱行為?；趨^(qū)塊鏈技術的去中心化交易系統(tǒng)（如BitShares），既具備傳統(tǒng)交易所系統(tǒng)功能，同時又不依靠任何中心化機構或服務器來自動運行，系統(tǒng)內所有交易資產或產品可由任何人創(chuàng)建并交易。當然，這也不可避免地帶來監(jiān)管困難的問題。由于運行的計算機及參與交易的人可能遍布世界各地，任何人可發(fā)行任何證券資產，使得司法管轄權難以界定；同時，隨著資產規(guī)模的不斷擴大，其管理也將變得越來越難

（三）票據(jù)市場。對于票據(jù)市場，區(qū)塊鏈的應用將是未來的核心。一方面，以區(qū)塊鏈技術為基礎實現(xiàn)票據(jù)市場的點對點交易，能夠打破票據(jù)中介的現(xiàn)有功能，實現(xiàn)票據(jù)價值傳遞的去中介化；另一方面，區(qū)塊鏈的信息不可篡改性也使得票據(jù)一旦完成交易，將不會存在賴賬現(xiàn)象，可避免“一票多賣”、打款背書不同步等行為，有效防范票據(jù)市場風險。另外，區(qū)塊鏈交易記錄前后附帶相連的時間戳，也提供了透明化可信任的追溯途徑，從而有效降低監(jiān)管的審計成本。當然，除了票據(jù)之外，諸如場外股權、債券轉讓等其他非場內交易性金融資產，利用區(qū)塊鏈賬本的安全透明、不可篡改及易于跟蹤等特性，對其登記、發(fā)行或管理進行數(shù)字化實現(xiàn)，往往也能促進市場的高效安全運行。與前所述類似，區(qū)塊鏈應用于場外證券類資產登記發(fā)行還存在法律合規(guī)、投資者匿名監(jiān)管及數(shù)字證券與真實世界價值對接等問題

（四）支付清算。區(qū)塊鏈分布式記賬技術可有效拓展現(xiàn)代支付清算機制，使得銀行間、交易所等機構的管理成本大大減少且支付清算的效率得到顯著提升。當前，商業(yè)貿易、證券交易的支付清算一般需要借助于銀行，傳統(tǒng)的交易方式要經(jīng)過開戶行、對手開戶行、境內清算組織、國際清算組織、境外銀行等，過程中每一機構都有自己的賬務系統(tǒng)，彼此之間需要建立代理關系，互有授信額度。同時，每筆交易需要在本銀行記錄，還要與交易對手進行清算、對賬等，導致速度慢、成本高。與傳統(tǒng)支付體系相比，通過區(qū)塊鏈技術進行支付是由交易雙方直接完成，不涉及中間機構，即使網(wǎng)絡中部分結點癱瘓也不影響整個系統(tǒng)運行?；趨^(qū)塊鏈技術構建一套通用的分布式銀行間金融交易協(xié)議，為接入銀行提供跨境、任意幣種實時支付清算服務，將會使得跨境支付更加便捷高效且成本低廉

（五）客戶識別。全球金融機構都要受到政府嚴格監(jiān)管，其中最重要的一條即金融機構在向客戶提供服務時必須履行客戶識別（KYC）責任。傳統(tǒng)方式下，KYC是非常耗時的流程，缺少自動驗證消費者身份的技術，因此無法高效地開展工作。在傳統(tǒng)金融體系中，不同機構間的用戶身份信息和交易記錄無法實現(xiàn)一致、高效的跟蹤，使得監(jiān)管機構的工作難以落到實處。對此，區(qū)塊鏈技術可實現(xiàn)數(shù)字化身份信息的安全、可靠管理，在保證客戶隱私的前提下提升客戶識別的效率并降低成本

趨勢及展望

目前，區(qū)塊鏈在理論研究和應用實踐上還是兩張皮。如果將實現(xiàn)比特幣理念的技術——去信任環(huán)境下通過機器實現(xiàn)共識（即拜占庭容錯共識）作為區(qū)塊鏈技術核心，則區(qū)塊鏈在技術和理論上還遠未達到大規(guī)模應用階段。如果將添加哈希（hash）值字段的分布式賬本技術（DLT）（非拜占庭容錯共識環(huán)境）稱為區(qū)塊鏈，則這種上世紀90年代就已出現(xiàn)的技術也談不上什么高新和神秘，只能說是新瓶裝舊酒。另外，區(qū)塊鏈也并非僅僅只是“區(qū)塊+鏈”的數(shù)據(jù)結構。隨著區(qū)塊鏈技術的發(fā)展，特別是數(shù)據(jù)層的技術和底層拓撲結構的不斷創(chuàng)新，當前，已經(jīng)涌現(xiàn)出諸如有向無環(huán)圖(Directed acyclic graph)和哈希圖(Hash  Graph)等新興的區(qū)塊“鏈”數(shù)據(jù)結構，這些新數(shù)據(jù)結構將以單一鏈條為基礎的區(qū)塊鏈技術的范疇拓展為基于圖結構的區(qū)塊“鏈”或分布式賬本

區(qū)塊鏈技術還處于發(fā)展的早期階段，將其推廣應用于各行業(yè)尤其是金融領域尚存在諸多問題難點。首先，缺乏統(tǒng)一技術標準。區(qū)塊鏈的底層技術并不成熟且尚未統(tǒng)一，大多數(shù)平臺在性能安全性方面還有所欠缺。其次，實踐方面缺少可靠案例。盡管目前最大的區(qū)塊鏈應用——比特幣最高市值超過3000億美元，但若承載每天上萬億美元的大規(guī)模交易，還需要對區(qū)塊鏈技術做進一步測試。其三，平臺重置成本較高。對傳統(tǒng)金融機構而言，區(qū)塊鏈技術應用的基礎建設投資成本過高，且將原有業(yè)務遷移至新平臺的風險較大，機構推倒重來意愿并不強。最后，人才資源匱乏。市場缺乏既懂金融又懂區(qū)塊鏈的跨界人才，而國內區(qū)塊鏈技術儲備與創(chuàng)新以及相關產業(yè)發(fā)展需要大量的綜合型人才

為此，政府部門應緊密跟蹤美國、歐盟、英國、日本等發(fā)達國家和地區(qū)對推動區(qū)塊鏈發(fā)展的政策措施，同時結合我國區(qū)塊鏈技術研究和應用發(fā)展現(xiàn)狀，及時出臺區(qū)塊鏈技術和產業(yè)發(fā)展扶持政策，重點支持關鍵技術攻關、系統(tǒng)解決方案研發(fā)和公共服務平臺建設等。鼓勵重點企業(yè)、科研高校和用戶單位加強聯(lián)合，加快共識機制、可編程合約、分布式存儲、數(shù)字簽名等核心關鍵技術攻關。支持有條件企業(yè)特別是大企業(yè)加大研發(fā)投入力度，構建區(qū)塊鏈通用開發(fā)平臺，降低區(qū)塊鏈技術研發(fā)和應用成本。加快人才培養(yǎng)體系建設。鼓勵并支持重點高校設置區(qū)塊鏈專業(yè)課程，推動重點企業(yè)和高校聯(lián)合，建設區(qū)塊鏈人才實訓基地，加快培養(yǎng)區(qū)塊鏈專業(yè)技術人才。另外，相關監(jiān)管部門應密切關注區(qū)塊鏈技術的發(fā)展動向，加強研究和技術儲備，及時建立并完善區(qū)塊鏈產業(yè)監(jiān)管規(guī)則和技術應用標準，防止出現(xiàn)技術濫用及野蠻生長給金融運行帶來額外風險

作為未來金融科技的底層技術，區(qū)塊鏈具有很強的戰(zhàn)略意義。在未來金融科技探索上，國內金融業(yè)應加強頂層設計，加快推動區(qū)塊鏈技術研發(fā)、實踐和應用，積極參與區(qū)塊鏈金融的國際合作和國際區(qū)塊鏈聯(lián)盟及標準的創(chuàng)設，以爭取國際金融戰(zhàn)略制高點，提升我國金融核心競爭力，讓金融更好地為實體經(jīng)濟服務

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