区块链技术及其应用研究

贾民政

摘要：区块链作为比特币的底层技术是近几年来新兴的热门技术，其安全、去中心化等特点引起了人们的关注，特别是基于区块链的数字货币的成功发行更是在金融领域产生了不小的影响。本文介绍了区块链的相关概念及其特点，对涉及到的相关的技术进行了简述，分析了区块链在社会管理等领域的应用，对其发展前景进行了探讨。

关键词：区块链；比特币；共识机制

中图分类号：TP309.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）01-0189-01

1 区块链简介

区块链技术最早起源2008年，最初由中本聪在比特币中提出。随着比特币的流行和价格暴涨，区块链技术引起了人们的关注更成为国内外的一个研究热点。区块链技术是一种去中心化、去信任化的分布式数据库技术方案[1]，这里的分布式包含两层含义即是指数据的存储也是指数据的记录方式都是分布式。在存储过程中区块链上的所有节点都参与存储，在记录过程中系统集体记录，共同维护，从效果的角度来看在密码学技术的支持下区块链可以生成一套记录时间有先后、不可篡改、可信任的数据库，这套数据库是去中心化存储且数据安全能够得以有效保证[2]。区块链是一个个区块组成的链式结构，区块链技术具有如下的特征：

（1）去中心化。区块链中的数据的存储、验证等都采用基于P2P的分布式系统，系统中的所有节点共同参与、共同维护，不存在中心节点，不存在主从关系，所有节点的权利和义务都是平等的。

（2）开放性。区块链特别是公开链对所有人都是公开的、透明的，用户可以方便的应用区块链接口进行查询及开发应用等一系列操作，另外区块链系统往往还是开源的，提供了灵活的编程脚本。

（3）可靠性。区块链采用分布式的数据库存储系统，区块链中任何一个节点都有整个系统数据库的完整备份，保证了信息的安全可靠及不可篡改，信息一旦添加到区块链中就基本上不能被更改，除非控制系统中一半以上的节点同时进行更改，而且每个节点从自己的利益角度考虑也不允许这样的事情发生。区块链节点越多数据库越可靠，它很好的解决了人与人之间信任的问题，建立以一种无需人为干预的信任机制。

（4）安全可信。区块链技术使用了信息安全中的非对称密码、哈希算法等技术来抵御破坏者的攻击，保证了数据的安全可信。

（5）匿名性。在区块链系统中，采用与用户公钥相关的地址作为用户标识，通过运行共识算法实现节点间的信任，在交易的过程中用户只需要公开地址，不需要公开真实身份[3]，用户可以拥有很多地址，交易只与地址挂钩，在区块链网络上无法通过地址查找到用户的真实身份，保证了交易的匿名性。

2 区块链的相关技术

完整的区块链系统要完成数据的存储、网络的运行、交易的提交、验证等众多功能，区块链本身也是一个交叉性的学科涉及到了很多技术，主要有：

密码学技术：为了保证交易的安全，区块链采用非对称加密算法生成公钥和私钥密钥对，实现数字签名，钱包地址的生成等，在比特币系统中采用了非对称加密算法中的椭圆曲线加密算法（ECC）。哈希函数也广泛应用于区块链中如工作量证明算法等，区块链中的数据不仅包含交易记录等还包含该数据的哈希值。数字签名技术也在区块链中被用到以判断信息的发送者及防止信息被篡改。

Merkle树：区块链系统采用了Merkle二叉树，用于快速归纳和校验区块数据的完整性，以提高整个系统的运行效率增强可扩展性。

P2P网络：P2P网络是一种分布式的对等网络，区块链网络建立在P2P网络上，所有网络中的节点地位平等，以实现去中心化。

时间戳：时間戳用于唯一标识某一时刻，每个区块数据在生成时都会打上时间戳，保证了区块链中的数据的不可篡改及可追溯。

分布式数据库：区块链本身就是分布式数据库，所有节点共同记录，保证了数据库的可靠性。

共识机制：区块链网络是去中心化的，而且要保证各个节点的一致性，这就要求在没有中心控制的情况下实现各个节点之间的彼此信任达成共识，这就是共识机制。目前的共识机制主要工作量证明（PoW）、权益证明共识（PoS）、授权股份证明（DPOS）、空间证明（POSp）、存储证明（POSr）、获取性证明（POR）等机制。

3 区块链技术的应用

区块链的去中心化、可靠、不可篡改、可追溯等特点使其能够很要的应用在各个领域。

在金融领域中，区块链技术可以应用于数字货币、支付清算、金融交易、股权、债券、众筹信贷及金融相关衍生品等多个方面，典型的应用如比特币、莱特币、以太币等电子货币。

在知识产权领域区块链技术可以应用于发明专利、著作权、商标、艺术品的证明及保护。

在物联网领域区块链技术可以帮助建立去中心化、有较强可扩展能力、安全和隐私保护能力、以及无需信任的交互能力的物联网架构，实现物品溯源、防伪等。

在教育领域区块链技术可以用于学生的档案管理、成绩管理、学历及学位管理等。

在社会管理方面可以用于个人的身份认证、信用管理、司法公证等，另外还可以应用在公共投票领域，可以排除人为操纵的可能，更加安全并且具有匿名性。

另外区块链还可以应用在房地产、医疗行业、娱乐业、智慧城市、审计系统、供应链管理、法律应用等各个领域。

4 结语

区块链技术的发展越来越受到人们的重视，其范围已从最早的金融货币领域扩展到了社会服务、日常生活等领域中去。但区块链的研究和应用还都刚刚处在起步阶段，未来基于区块链的新应用必将改变现在的信任和价值传递体系。

参考文献

[1]何蒲，于戈，张岩峰，等.区块链技术与应用前瞻综述[J].计算机科学，2017，44（4）：1-7.

[2]林小驰，胡叶倩雯.关于区块链技术的研究综述[J].金融市场研究，2016（2）：97-109.

[3]邹均，张海宁，唐屹，等.区块链技术指南[M].北京：机械工业出版社，2016.