01 區塊鏈概念

區塊鏈可以借由密碼學，串接并保護內容的串聯交易記錄（又稱區塊）。在區塊鏈中，區塊內容具有難以篡改的特性，每一個區塊都包含了前一個區塊的加密散列、相應時間戳記以及交易數據（通常用Hash樹計算的散列值表示）。用區塊鏈串接的分布式賬本能讓交易雙方有效地記錄交易，且可長期查驗。

02 區塊鏈原理

區塊鏈技術可以認為是要解決互聯網時代下的“拜占庭將軍問題”，即在網絡中的中心節點和信息傳遞通道都缺乏可信度的情況下，如何使網絡中的各個節點達成共識。

區塊鏈技術在去中心化、各節點無須事先信任的情況下，通過加密算法、共識機制和特定的數據存儲方式，構建一個集體維護的可靠的數據模式，實現數字資產在網絡節點之間的轉移。

區塊鏈采用了特定的“塊—鏈”存儲結構（見圖2-2）。

▲圖2-2 “塊—鏈”存儲結構

首先，數據被按時間順序劃分成區塊，每一個區塊存放一段時間內的所有價值交換信息，所有節點存儲這段時間內的數據，并且長期保存，各個節點通過特定的計算爭奪領導權，將下一時間段的信息進行打包分發，并通過某種特定的信息添加到上一區塊的后面，構成區塊鏈結構。

這種區塊鏈結構的特點就是可以保證數據的完整性，因為每一個區塊都會存儲它被創建之前的所有價值交換信息；還可以保證數據的嚴謹性，因為一旦新的區塊被加入鏈中，之前的區塊就再也不能修改。

區塊鏈實現了從記錄到傳輸再到存儲的全面分布式的模式，數據傳輸、數據驗證、數據存儲都去中心化，所有參與者共同構建數據庫。

區塊鏈采用非對稱加密算法以提高數據的可信賴度，非對稱加密即指加密和解密使用不同的密碼，即公鑰和私鑰。加密數據所用的密碼被稱為公鑰，是所有人都知道的、可以用來給信息加密的密碼；解密數據所用的密碼被稱為私鑰，是只有該信息的接收者知道并用于解密的密碼。公鑰加密的信息只有使用對應的私鑰才可以解密。

實際情況中，假設甲向乙發送一個信息，甲、乙各自生產一對公鑰與私鑰用以加密和解密，甲、乙分別保管自己的私鑰并向對方告知公鑰，如果甲向乙發送信息，那么甲用乙的公鑰進行加密并向乙發送加密后的信息，乙收到消息后用自己的私鑰解密，網絡中其他參與者均無法解密。這種算法強度高的加密方式保證了區塊鏈信息的可信賴度。

區塊鏈使用數學方法解決信任問題，用算法代替中心化的第三方機構，為人們創造信用，幫助人們達成共識。

區塊鏈利用腳本使系統可以直接定義完成價值交換活動所需要的條件，有了腳本，區塊鏈技術就有機會使系統不斷成長，去處理一些新出現的交易模式，確保其時效性和實用性。

腳本中包含大量指令，每次價值交換都會記錄指令，比如接收價值的一方如何接收，以及花費掉自己曾收到的留存價值需要滿足什么附加條件等。腳本的可編程性使其可以靈活改變花費掉留存價值的附加條件，如增加所需公鑰的數量。它也可以在發送價值時規定價值再轉移的條件。

區塊鏈系統由數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成（見圖2-3）。

▲圖2-3 區塊鏈技術體系

D一層：數據層，存儲底層數據、非對稱數據加密和時間戳等基礎數據。

D二層：網絡層，含有分布式組網機制、數據傳播機制、數據驗證機制等。

第三層：共識層，封裝有各類共識機制算法，確定記賬決定方式，這關系到整個系統的安全性和可靠性。目前較為知名的由共識層封裝的共識機制有工作量證明機制（PoW，Proof of Work）、股份授權證明機制（DPoS，Delegated Proof of Stake）、權益證明機制（PoS，Proof of Stake）等。

第四層：激勵層，在區塊鏈技術體系中使用的經濟手段，包括經濟激勵的發行以及分配，多出現在公有鏈中。

第五層：合約層，封裝區塊鏈系統中的腳本代碼、算法以及智能合約，幫助區塊鏈靈活地處理數據。

第六層：應用層，封裝了各種應用場景和案例，如電商購物、新聞瀏覽、視頻觀看等。

03 區塊鏈特點

區塊鏈技術具有去中心化、信息不可篡改、信息透明和可共同維護等特點，下面將分別進行詳細闡述。

1. 去中心化

去中心化就是指網絡中各個節點的地位相等，傳輸內容和交易數據不再需要通過某個中心節點進行（見圖2-4），數據也不再存儲在中心節點上，這樣可以防止因中心節點權力過大而引起的風險。區塊鏈模式中，每個節點都存儲數據交易中所有的價值交換數據，取代了中央計算機存儲所有信息的模式。

▲圖2-4 去中心化網絡

另外，每個節點不僅會參與數據存儲，還會驗證其他節點記錄信息的正確性。只有當某個記錄的正確性被大部分節點認同，或者所有節點的對比結果一致時，它才可以被寫入鏈中。

同時，為了保護數據信息不會因節點受攻擊或其他意外而丟失，區塊鏈會對所有數據進行分布式存儲（將數據存儲在網絡中的每一個參與的節點中），并實時更新，極大地提高了數據庫的安全性。

2. 信息不可篡改

區塊鏈網絡中，每個參與節點都保存一份完整的交易歷史記錄，這樣，任何一個節點想篡改這些歷史記錄，別的節點都可以拿出自己的數據備份進行證偽。所以，信息一旦被寫入區塊中，就不能更改、撤銷了。

3. 信息透明

區塊鏈中的項目和數據都是公開透明的。區塊鏈項目組會公示項目信息和項目代碼，區塊中的數據經處理后被公開在區塊鏈上，意味著所有的交易信息都是公開可見的。極短時間內，區塊信息會被發送到網絡中的所有節點上，實現全網數據同步，每個節點都能回溯交易雙方過去的所有交易信息。

4. 可共同維護

在整個區塊鏈系統中，無論是價值的提供者還是價值的接收者，都可以充當維護者，共同維護整個區塊鏈信息的可靠性。

區塊鏈系統是開放的，除了價值交易雙方的私有信息被加密外，系統還由其中所有參與節點共同維護，任何一個節點都可以通過公開的接口查詢區塊鏈數據和開發相關應用，共同維護整個系統的信息透明度和可信賴性。

04 區塊鏈通用應用

區塊鏈技術已經廣泛應用于生活中各個領域，例如金融、醫療、內容社交平臺、慈善、教育、版權保護、投票等。

1. 金融

區塊鏈具有的信息透明、不可篡改的特點，在金融領域得到深入應用。各類金融資產如股權、債券、基金等都可以被融入區塊鏈中，以“數字資產”的形式在區塊鏈上進行存儲和交易?？缇持Ц?、數字貨幣、數字票據、支付清算、征信管理、證券交易和保險管理等方面也能從區塊鏈技術中獲益。

例如，傳統的證券交易需要由證券公司、銀行、中央結算機構以及交易所多方協同工作才能共同完成，導致效率低、成本高，容錯率也很低，一個環節出現漏洞就會造成巨大的問題和損失。然而，在區塊鏈技術應用在證券交易中后，各參與方便可獨立地完成整個結算流程。

再比如，跨境支付是金融領域的重要組成部分，但效率低、速度慢。然而，在區塊鏈點對點的技術應用到跨境支付領域后，匯款通道變得透明，交易歷史數據可追溯，讓收款方、匯款方都安心，也大大提高了效率和速度。

2. 醫療

區塊鏈在醫療信息安全與隱私保護方面有著極其重要的應用。在當前中心化的信息管理系統下，各種黑客攻擊和系統漏洞導致信息安全問題極大，而醫療領域存儲著很多用戶的私密資料，數據泄露問題一旦發生，就會造成極其嚴重的后果。因此，醫療領域需要森嚴的安全措施保護數據。

區塊鏈的去中心化的特點則有針對性地解決了這個問題。去中心化的病人醫療健康信息數據存儲與共享的建立大大有益于醫療行業。

3. 內容社交平臺

目前，很多內容社交平臺都是中心化的，如抖音、微博、微信公眾號等，中心化的意思是中心決定節點，節點必須依賴中心，節點離開了中心就無法生存。因此，平臺需要做的就是提供平臺，然后用戶通過平臺為自己帶來流量，進而利用流量獲利。

區塊鏈技術可以給內容社交平臺注入新的血液，它利用分布式管理將平臺去中心化，在新的去中心化系統中，每個人都是一個節點，任何人也都可以成為一個中心。這樣平臺可以將權力分散到用戶身上，用戶也可以貢獻出自己的力量并獲得平臺的獎勵和經濟回報。

4. 慈善

人們捐贈愛心、傳遞善意是一件美好而偉大的事，但是層出不窮的慈善黑幕事件給這件美好的事情增添了污點。慈善體系的不透明為這類事情提供了契機，也引發捐贈者對這個行業的擔憂。

區塊鏈技術可以大大提高慈善領域的信息透明度，讓捐贈者有權對慈善體系和流程進行監督，進而鼓勵捐贈者放心捐助，形成良性循環，改善慈善事業。

如利用區塊鏈技術建立公開透明的、不可篡改的信息體系，從善款的流向到受捐贈者的身份確認，建立慈善領域的監督問責機制，增加捐贈者對機構的信任和信心，同時也保護了捐贈方和受贈方的隱私。

5. 教育

教育系統中，學歷認證一直十分重要，人工驗證紙質版證書的效率低下，且紙質版證書有丟失的風險。區塊鏈由所有參與者進行維護且不可篡改，使用區塊鏈存儲和保護學生的證明文件，可以簡化流程并提高學歷認證的效率。

學生的學歷信息和檔案記錄等全部存儲在區塊鏈中，當學生需要證明自己學歷和相關信息時，只需讓對方加入鏈并看見自己的文件即可。同時，區塊鏈具有去中心化的特點，證書不會因為中心機構關閉而消失，數據永遠存在。

6. 版權保護

版權保護在中國一直是大家十分關注且亟待解決的問題。但是版權登記成本較高、效率低，以及版權保護的效率低、效果差的問題一直存在。將區塊鏈技術應用到版權保護領域，對版權所有者和其版權產出的數據進行存儲，可以實現對所有權的溯源，從而達到保護版權的目的。

更高效、便捷、有效的保障內容生產者權益的方式，能激勵更多的創作者繼續創造新的內容，創作者通過將作品記錄于區塊鏈，實現對原創作品的追蹤，一旦發生糾紛或者盜用事件，可以盡快展開進一步的措施。

7. 投票

在部分國家，投票被用于進行總統選舉。投票本著公平公正、少數服從多數的原則，但是由于系統透明度低，投票結果容易引起部分參與者的懷疑。區塊鏈去中心化和透明化的特點正好可以有針對性地解決這個問題，使投票透明、真實性強。