[轉] 比特幣從「不瞭解」到「被誤解」——詳解區塊鏈技術

[From] http://news.ifeng.com/a/20170518/51115911_0.shtml

 

編者按：本文由 OKLink 區塊鏈研究院投稿，OKlink 爲國內領先的比特幣交易平臺 OKCoin 於2016年推出的基於區塊鏈技術的新一代全球金融網絡。文章做者：OKLink 區塊鏈研究院高級研究員周子涵。

在此次「比特幣勒索病毒」席捲全球以前，恐怕不少人只是聽過比特幣、但卻不瞭解比特幣，或者是覺得比特幣是一種比較貴的……Q幣？那麼就更別提比特幣的底層技術區塊鏈了。固然，這沒什麼不該該的，連最靠近新技術、新商業模式的創投圈，能真正說清楚比特幣和區塊鏈的朋友估計也不會不少。

因爲區塊鏈技術自己是底層技術的創新，區塊鏈概念從進入大衆視野直到今天，始終面臨不少不解和質疑：區塊鏈技術究竟是什麼？它的創新性體如今哪裏？有什麼意義？爲何會說區塊鏈技術是繼蒸汽機、電力、信息和互聯網科技以後，觸發下一輪顛覆性革命浪潮的核心技術？區塊鏈能夠有哪些商業應用價值？它的商業應用爲何發展緩慢？等等。 

本文試圖從比特幣區塊鏈的運行機制出發，解釋區塊鏈技術怎麼解決互聯網點對點貨幣轉移的問題，解讀區塊鏈技術的特性和創新性，進一步思考其技術應用的機會。 

比特幣的誕生和發展背景

2008年11月，一個化名中本聰的人發表《比特幣：一種點對點的電子現金系統》，首次提出了比特幣的概念。中本聰在論文中闡述了但願能夠建立一套「基於密碼學原理而不基於信用，使得任何達成一致的雙方可以直接進行支付，不須要第三方中介參與」的電子支付系統。能夠說，比特幣的出現，與國際貨幣體系內的缺陷息息相關，是人類貨幣體系的一次突破。 

2009年1月，以區塊鏈技術爲基礎的比特幣發行交易系統正式開始運行，隨着比特幣區塊鏈中第一個區塊生成，比特幣誕生。從最開始的只在技術工程師之間以娛樂爲目的流通，到逐漸具有了與實物、法幣兌換的能力，比特幣也就開始有了「價格」（比特幣與法幣間的公允匯率）。 

2010年起，世界上多個國家陸續出現比特幣交易平臺，大量投資者將比特幣做爲一種投資品競相買賣，比特幣價格開始在劇烈波動中上漲，並逐步在全世界範圍內被認知。而關於比特幣技術的安全性和可控性、比特幣交易的監管以及比特幣的法律地位等問題，各國政府在過去幾年中展開了持續的討論，態度不盡相同，但對於比特幣的底層技術——區塊鏈的研究和應用熱情卻不斷高漲。 

比特幣區塊鏈的設計理念和運行機制

能夠理解比特幣是一種在計算機網絡上經過算法創造出來（不受任何組織和我的操控干預）、被計算機程序規定總量恆定（具有相似黃金的稀缺保值性）、經過加密等手段實現了全部權的點對點轉移（可以不依賴任何中介自由的流通），基於人們對其發行交易體系的信任而逐漸造成貨幣價值的一種數字貨幣。 

而比特幣的核心價值不只在於它具有了全球範圍內的流通能力，更重要的是，它實現了不須要中心機構擔保的的點對點直接交易。

咱們現行的貨幣流轉系統裏，在互聯網上發生的貨幣轉移（不管是與咱們銀行帳戶可支取紙幣等值的電子化貨幣仍是虛擬遊戲幣等）都是依賴於一箇中心機構的，好比銀行、支付寶、QQ遊戲運營中心；而要實現數字貨幣在互聯網上點對點的直接交易，遠比咱們直覺覺得的要困難的多，能夠試想下，若是沒有銀行這個中心機構爲每一個用戶覈實記錄帳戶資金的變更，那咱們如何可以實現轉帳這個行爲？甚至如何擁有一個本身的帳戶？ 

比特幣區塊鏈則能夠理解爲一個帳務系統，一段時間內的交易信息被打包記入一個數據存儲單元（區塊）中，給這個區塊蓋上時間戳，一個個區塊按照時間順序連接起來造成一個區塊鏈帳本。 

固然，事實上，比特幣區塊鏈技術和其運行原理很複雜，理解它，咱們能夠先考慮——要實現電子貨幣的點對點傳輸必須解決哪些關鍵的問題呢？ 

1. 怎麼認證交易帳戶的身份？

即你只有證實你是你，你才能夠對你帳戶內資金進行支配（現行中心化系統中，中心單位經過在其總帳中爲用戶設置帳號和密碼來進行確認）。 

比特幣區塊鏈系統中，身份認證經過一對密鑰完成，每個帳戶建立時自動生成一對公鑰和私鑰，公鑰對外可見，私鑰僅由帳戶擁有者本身掌握。這對密鑰的特色是，其中一個密鑰加密過的信息，有且僅有另外一個與之配對的密鑰才能解密，並且用其中一個密鑰沒法推算出另外一個密鑰。 

交易過程當中，支付方A使用私鑰對既定信息進行加密，交易的記錄者可以使用公開的A的公鑰對加密內容進行解密驗證（以下圖），來判斷其是否爲A帳戶真實擁有者。相似地，支付方A用目標收款方B的公鑰加密既定信息，收款方B需使用本身的私鑰解密驗證才能得到收款資格。區塊鏈中所說的數字簽名，就是指這樣用惟一匹配的私鑰和公鑰完成加密解密驗證來證實身份的行爲。 

 

 

2. 怎麼確認一筆交易是否是有效？

其核心在於支付方如何證實本身的帳戶內有足夠的資金進行支付（現行中心化系統中，中心單位在其總帳中爲每一個帳戶設置餘額項，一筆收入以後餘額增多，一筆支出之後餘額減小，知足支出額小於帳戶餘額即可以執行支出）。 

比特幣區塊鏈中的驗證機制比較獨特，並不對支出帳戶的總餘額進行查驗，而僅需證實支出帳戶中至少還存在需支出額度便可，好比A須要支出20個比特幣給B則只須要證實——本身的帳戶在歷史交易中曾經收到過20個比特幣且這20個比特幣沒有被支出過。可事實上歷史交易中不必定有一筆還沒被消耗的收入正好是20個比特幣，若是是存在一筆25個比特幣的收入固然也能夠，那其交易信息記錄爲：

1. A帳戶曾在一筆編號爲m的交易中收到25個比特幣；

2. A支出20個比特幣給B；支出5個比特幣給回本身（以下圖所示，「輸入」即指明資金來源的那筆交易，「輸出」表示本筆交易中資金將去往何方）。這樣就實現了每一筆以前得到的資金都在下一筆交易中盡數消耗，不用記錄結餘。

 

 

上圖中交易n具體的確認過程是，在比特幣區塊鏈上運行着某一個客戶端節點的Alice向其餘節點廣播這筆交易信息並簽名，全部在線聽到這個交易信息的節點都有權對交易有效性進行驗證和記錄——驗證Alice的簽名、搜索確認交易m真實存在而且在這以前交易m沒有被其餘交易引用過；平均每一個10分鐘內經過了有效性確認的交易信息，會被記帳節點打包記錄進一個數據塊（也就是區塊），區塊成功鏈入區塊鏈中則表明着這個區塊上記錄的全部交易真正發生。 

比特幣區塊鏈經過給每一個區塊加蓋時間戳，準確記錄區塊生成前後時間——也就是所記錄交易發生的前後時間，以此來避免重複支付。若打包交易信息的過程當中前後接收到兩個矛盾的交易廣播（好比Alice在一筆交易廣播中,稱將交易m中收入的25個幣中的20個轉給Bob,另5個轉給本身；在另外一個廣播中將一樣來自交易m中的25個幣轉給了Mary），在記帳的節點一般會默認選擇記錄先聽到的那一筆。 

但麻煩的是，網絡通信會有延遲性，處於不一樣位置的節點聽到兩個廣播信息的順序可能並不同。

舉例來說，A要花20個比特幣從B處買一個電子設備，便須要發出「A從以前第m筆交易中得到25個比特幣，現將20個比特幣支付給B，5個比特幣支付給A」的廣播指令，但可能A居心不良，稍後很快又發出了另外一個廣播，說這25個比特幣要所有轉移到M帳戶（多是A本身的另外一個帳戶）。有可能部分節點先聽到了正確的向B支付的廣播，因而記錄下這一筆，後來再聽到的另一筆廣播則因沒法經過重複支付驗證而被忽略，而部分節點則先聽到而且記錄了另外一筆虛假信息。 

那麼有可能出現的一種狀況是，首先記錄了正確信息（A轉給B 20個幣）的區塊併入區塊鏈，B得知後覺得交易生效便將電子設備交付給了A。 

可是下一個區塊記錄者正好是一個先聽到了虛假信息的節點，於是認爲本身先聽到的轉給M帳戶25個幣的交易纔是正確的，前一個區塊中記錄的轉給B 20個幣的交易不成立，因而選擇不延續上一個區塊，而是把本身的新區塊連接到上上一個區塊後面，而以後的區塊記錄者也剛好認同新區塊並選擇在新區塊鏈後延續。那麼，再以後的區塊記錄者則會看到兩條分叉的區塊鏈，一條是記錄着那筆真實交易的較短的區塊鏈，一條是記錄着虛假信息的較長區塊鏈，在對交易信息的判斷沒有特別堅持的狀況下，新的記錄者每每會選擇在更長的區塊鏈上延續——更長的區塊鏈每每表明了更完整的交易記錄，因而，記錄正確交易的那個區塊則被拋棄，成爲失效的孤塊，那麼B則不得不承擔人財兩空的損失。 

相似狀況發生的機率雖然不大，但確實沒法徹底避免，因此比特幣區塊鏈交易造成了一個「等待六次確認」的原則，也就是說，上文中的B在得知記錄正確交易信息的區塊進入區塊鏈後先彆着急履行交易義務，而是須要等待以後5個區塊都陸續認可此區塊（即選擇在此區塊後面延長區塊鏈），方纔確認本身得到20個幣的交易真正發生。其緣由是，若是6次確認以後還有區塊記錄者妄圖推翻這筆交易，將記錄虛假信息的區塊併入區塊鏈，則必須推翻以前6個區塊的記錄，從倒數第7個區塊後面銜接新區塊，那麼這條新的區塊鏈則比另一條區塊鏈短了6個量級，這樣的狀況下，這條新區塊鏈被後續區塊記錄者認可的可能性則會很是很是小，幾乎不存在。 

3. 誰來記錄交易？怎麼保證交易可以被客觀記錄？

前面一直提到區塊記錄者，那麼區塊的記錄者究竟是誰呢？關鍵是怎麼保證記錄者可以客觀記錄交易信息呢？ 

每個比特幣區塊鏈節點都有權記錄任意節點廣播的交易信息，可是，平均每一個10分鐘內，每每僅有一個節點可以經過其餘節點的驗證得到一次記帳權，從而將本身記錄的新區塊放進區塊鏈（之因此設置10分鐘這樣一個較長的信息打包時間主要是爲了讓各個節點在通信可能存在障礙的網絡上更充分的接收、驗證信息）得到一次記帳權生成一個新區塊的過程俗稱——礦工挖到了一塊礦。 

首先，各個節點爲何要爭取記帳權？由於有獎勵！ 

面對已經有N個區塊鏈接而成的區塊鏈，得到第N+1塊區塊的記帳權即意味着在區塊鏈中生成了第N+1個新區塊。比特幣區塊鏈上，區塊生成的過程也就是比特幣被創造的過程，每個新區塊生成，就會有既定數量的比特幣被創造出來。（生成一個區塊能夠創造的比特幣數量被規定每4年減半一次，2009年1月第一個區塊生成時，世界上有了第一批50個比特幣，而2012年12月以後，每生成一個區塊只會創造出25個比特幣，以此類推不斷遞減，到達2140年將再也不有新的比特幣生成，那時候全世界比特幣的總量爲2100萬個。） 

記帳者的獎勵就是，得到所生成區塊新創造出來的比特幣！而且，廣播交易尋求記帳的交易者們能夠選擇支付給記錄者必定的辛苦費，廣播的交易信息中交易輸出金額小於交易輸入金額的部分，則默認支付給成功記錄了這筆交易的新區塊的建立者。 

接下來，怎麼實現交易信息的客觀記錄呢？ 

交易信息得以客觀記錄的重要前提有兩個：第一，避免區塊的記帳權被操縱，好比某個節點或者某個組織控制下的多個節點連續屢次得到記帳權，那麼他們就可能如咱們前文中擔憂的那樣，讓一些虛假交易連續獲得多個區塊確認以致於很難再被推翻；第二，在區塊鏈上的某些不聽從區塊鏈規則的壞節點隨機得到記帳權後，記錄虛假交易的行爲，可以被糾正。 

比特幣區塊鏈系統解決這兩個問題時有一個核心思想和一個基本假設，核心思想是，讓每一次記帳權的獲取都須要付出必定的成本，使操縱記帳權所需付出的成本遠高於可能得到的利益，從而讓每一個節點出於對自身利益最大化的考慮，自發、誠實地遵照協議中預先設定的規則；假設則是，大多數節點們可以理性判斷承擔成本和風險去作壞並不如遵照規則可得到的經濟效益大，因此區塊鏈上的全部節點中，不存在高達51%的壞節點，沒法顛覆現行的規則。 

也就是大多數節點都是基於「得到一次記帳權不容易，我須要真實客觀的記帳，跟在一個不存在作壞嫌疑的區塊後面，也讓我後面的區塊們承認個人區塊，從而保證個人區塊在最長的鏈條上延續，也才能保證我建立區塊得到的比特幣獎勵有效」這樣的思想在履行記帳義務。那麼即便有個別壞節點得到了某次記帳權後沒有認真履行記帳義務，後面的好節點也會基於「相信大多數節點都是好節點，好節點們都會支持我這個好節點而不是以前的壞節點」從而推翻上一個區塊創建新的區塊！ 

實際運行中爲記帳權獲取所設置的成本是，區塊記錄者須要經過大量數學運算獲得一個很難被算出來的「隨機數」（如今平均要進行約2^ 32次不一樣隨機數的代入運算纔可能獲得一個符合要求的隨機數）！隨機數找到後，記帳者將填寫了隨機數的區塊廣播給其餘節點，其餘節點收到後則迅速驗證隨機數是否符合要求（隨機數很難算出來但很容易驗證）以及該區塊記錄的交易信息是否存在重複支付等。若是驗證經過則判斷其得到當前區塊的記帳權，那麼就會中止本身這一輪的運算，轉爲爭取下一個區塊的記帳權。也可能不很幸運的，兩個距離較遠的區塊幾乎同時算出隨機數，而且都已經獲得了部分節點的驗證承認——距離本身較近的節點會先聽到本身的廣播，那麼這兩個區塊哪個最終成功進入區塊鏈，則取決於以後得到記帳權的區塊選擇了在哪一個區塊後面延續本身的區塊，沒有被選中的那個區塊則成爲一個廢棄的孤塊。 

這是一種工做量證實的共識機制，即經過承擔必定的算力成本（電費和服務器費用等），完成了大量的計算工做而經過驗證獲取記帳權。其中隱含的條件是，某一個節點成功完成運算得到記帳權的機率與其服務器的運算能力佔全網絡運算能力的比例正相關，這也就解釋了爲何，要想操縱記帳權是須要付出不可思議的高昂成本的。 

4. 要是以前記錄的交易找不到了或者被篡改了怎麼辦？

現行中心化系統中，通常來講，中心單位所記錄的全部用戶的帳戶信息和歷史交易信息都保存在他們進行了強安全防禦的服務器上，而且進行了備份，以保證不丟失不損壞。那麼區塊鏈上記錄的信息如何來實現這些的？ 

以前咱們提到的，其餘節點驗證某個區塊以後則表示承認——贊成跟在這個區塊後面延續本身的下一個區塊（能夠叫作這個區塊成爲下一個區塊的父區塊），這裏具體的操做涉及到一個叫作哈希（Hash）算法的概念。

哈希算法，是一種能將任意長短的字符信息輕鬆轉化成一段固定長度的字符串（哈希值）的算法，哈希算法的主要特色是：1. 原始信息與輸出的哈希值具備惟一的匹配關係，改動原始信息中哪怕一個標點其哈希值都會產生明顯的變化；2. 沒法憑藉哈希值破解其原始信息；3. 在人類現有的計算能力範圍內，不存在重複的哈希值。 

區塊間的鏈接正是經過，下一個區塊將上一個區塊的「區塊頭」的哈希值寫入本身的區塊中（一個區塊由記錄着區塊基礎信息的「區塊頭」以及記錄着全部具體交易信息的「區塊體」構成），即將上一個區塊頭的「頭哈希」值填入新區塊的「父哈希」字段中，區塊與區塊之間經過「父哈希」創建起對應的鏈接關係，進而組成一條完整的區塊鏈。這就意味着，第一，咱們能夠經過索引當前區塊的「父哈希」一直追溯到第一個創世區塊；第二，若是有人妄圖篡改其中一個區塊上任意一個數據，則會引發一連串區塊哈希值的變化，其篡改行爲則會當即被識別。

 

 

另外，每個區塊上記錄的全部交易信息都保存在一個運用哈希算法的二叉樹數據結構中（Merkle樹）——將1到n筆交易數據看做是這個數據樹上最外層的n個葉子（末端節點）， 而後將末端節點兩兩分組計算哈希值，一組組哈希值造成新的一層節點數量更少的數據層，以此類推，直到咱們獲得一個單一的樹根節點，而只要記住「根哈希」，則任何企圖篡改交易數據的行爲都會被檢測到。 

僅把「根哈希」記錄在區塊的「區塊頭」部分，大大下降對「區塊頭」數據儲存的要求，比特幣區塊鏈上的每一個節點得以儲存整個區塊鏈上完整的區塊頭數據，實現了區塊鏈帳本在每一個節點處的備份。而且，Merkle樹數據結構下，經過驗證一筆交易通往根哈希的路徑便可簡潔快速的證實此筆交易是否存在在這個區塊上。

 

 

這就實現了交易記錄的可追溯和不可篡改！ 

附上一張區塊鏈結構示意圖，能夠直觀瞭解下～

 

 

補充說明一下，其實在區塊鏈技術以前，人們也曾試圖在互聯網上點對點傳輸數字貨幣（本質上是數字信息）來實現無中介的價值轉移，但受限於數字信息的可複製性以及沒法解決重複支付問題，很難真正實現。而比特幣區塊鏈系統中，最偉大的創新是，貨幣擁有者再也不須要經過證實本身所持有數字貨幣的惟一有效性來爭取全部權，而是取決於全部權轉移的過程被區塊鏈網絡上的其餘節點們所承認——即你所擁有的比特幣數量其實是在那條最多的節點承認的長期共識的區塊鏈上，你能夠有效支出的比特幣的數量。 

區塊鏈技術的特性和延展性

出於對比特幣區塊鏈設計思想之精妙的歎服，以上分享了大量比特幣區塊鏈運行機制的細節。但其實，對一些細節的不理解並不影響對區塊鏈技術以及技術應用的分析。並且比特幣區塊鏈系統中的一些設置，好比平均每10分鐘生成一個新區塊、每一個區塊有1M大小等，並非區塊鏈系統設計時必須遵循的原則，在探討區塊鏈技術時候，咱們仍是應該從技術的核心特性和創新性出發。 

事實上，區塊鏈並非一個單一方向的技術創新，而是基於原有的密碼學、分佈式數據庫、P2P通信等技術的融合創新解決方案，其最大的創新能夠說是引入了一種用隨機我的構成的羣體來代替傳統的中心單位掌管系統運行的共識機制和獎勵機制。 

總結起來，區塊鏈技術方案的基礎特性、內生特性及重要延展性以下：

• 基於P2P通信技術和共識機制實現的去中心化

不一樣於中心化網絡模式，P2P網絡中每一個節點擁有相同的網絡權力，不存在中心的服務器。全部節點間經過特定的軟件協議共享部分計算資源、軟件或者信息內容。在比特幣出現以前， P2P網絡計算技術已被普遍用於開發各類應用，如文件共享和下載軟件、網絡視頻播放軟件等。

 

 

區塊鏈技術去中心化的核心在於，經過技術手段使單個組織和我的能夠在統一共識的規則下按分佈式的方式提升協做效率。去中心的主要價值則在於：1. 減小交易信息中轉流程，提升交易處理效率；2. 剔除了中心機構運營的那部分紅本負擔；3. 網絡上全部節點平等參與交易的驗證、記錄，排除了被任何中心組織控制的風險。

• 基於密碼學的去信任——實質是信息可以被客觀記錄且不可篡改

其實去中心化與去信任相輔相成不可分割，正是在一個沒有中心權威擔保的交易網絡中（或者說正是由於要推翻對中心權威擔保的依賴），咱們才須要經過技術手段解決信任的問題，而若是沒法實現去信任，去中心網絡將失去運行的基礎。 

去信任意味着用技術規則加持信用，經過算法實現自我約束，任何惡意欺騙系統的行爲都會遭到其餘節點排斥。其在區塊鏈中的本質體現是，全部交易信息可有效確認並客觀記錄、歷史交易可追溯且不可篡改。這主要依賴於前文中提到的非對稱密碼算法（私鑰和公鑰）以及哈希算法來實現。 

整個系統中的全部節點可以在自信任的環境下自動安全地交換數據，節省了信任創建的成本；信息經過確認後則被永久記錄、不可篡改，極大的提高數據在安全存儲和溯源方面的能力。

• 基於分佈式數據庫的分佈式網絡

區塊鏈分佈式網絡，即由衆多運行着區塊鏈客戶端的節點們構成的點和點彼此相連的拓撲狀網絡。

在這個網絡中，每一個節點共享一套開放數據庫，即每一個節點同步儲存、更新數據。其主要價值在於：1. 分佈式數據結構充分利用每一個節點的儲存、計算資源，避免了對中心運算設備軟硬件的巨大投入；2. 每一個節點都擁有一份數據庫備份，單個節點受攻擊形成的信息損壞或者丟失不影響總體數據的安全；3. 基於各個節點的數據共享，可實現節點間的互操做，資源利用率提升。

• 區塊鏈技術的內生特性：隱私保護

這裏須要強調的是，區塊鏈網絡中的隱私性和透明性並不衝突，透明性主要是指交易數據歷史記錄的共享開放，即數據操做行爲的可見、可追蹤，側重對操做行爲合規性的共同監管；而隱私性特指對帳戶身份信息的保護——從兩方面理解，一方面是指帳戶身份與真實公民身份不掛勾（在我國現行監管政策中，要求比特幣交易實名制），另外一層則是指帳戶身份權限中的信息數據僅支持帳戶持有者操做，而傳統中心化網絡中中心單位有權對各個帳戶信息進行瀏覽和調整。 

帳戶信息的隱私性一樣是基於密碼學來實現的，任何公鑰地址下的信息內容僅由對應私鑰持有者才能解讀或者進行解讀受權，這對私密信息網絡傳輸造成了有力的安全保障，在信息開放共享的環境下加強了信息傳輸對象的可控性。

• 區塊鏈技術的重要延展性：智能合約帶來的自動化

早在1994年，密碼學家尼克·薩博就提出了智能合約的概念， 簡單理解，就是把合約內容進行數字化編碼生成一個計算機程序，當預先設定的條件被觸發時，智能合約可以自動執行合約條款。可是在過去中心化的體系中，智能合約意義並不明顯，由於保存在中心繫統中的合約能夠被系統全部者隨時修改甚至刪除。 

而基於區塊鏈的智能合約則充分具有了自治、自足的能力，從雙方達成合約協定開始，經過將合約內容編寫成計算機程序儲存在區塊鏈中，合約中涉及參與方將有權在區塊鏈上跟蹤、監督合約的履行狀況，一旦知足約定條件，合約可以自動執行完成權利和義務的交割。若是說傳輸比特幣的區塊鏈實現了數字貨幣在任何節點間的直接交換，那麼傳輸智能合約的區塊鏈則實現了任何可編程的智能資產的去中心化交易。好比，預先創建的智能合約可以在某人已經償還完全部房貸後，自動執行合約，將抵押的房屋全部權從銀行自動轉讓到我的名下。 

日趨完善的智能合約將根據交易對象的特色和屬性產生更加自動化的協議，這排除了沒必要要的人工參與，節省了大量的簽約成本和履約成本，尤爲涉及大量、高頻、低價值的交易，經濟性尤其凸顯。 

區塊鏈技術特性能夠匹配哪些應用

1. 不一樣主體間溝通效率低、連通成本大的領域

• 跨境支付

傳統的跨境支付清算須要藉助多個機構，先後須要通過開戶行、央行、境外銀行等多道手續。不一樣機構有本身獨立的帳務系統，系統間並不相通，所以須要多方創建代理關係、在不一樣系統進行記錄、與交易對手進行對帳和清算等，而且傳統的支付體系沒法實現去信任，只能經過相似保證金系統的第三方機構對交易雙方信用進行保障，這經常致使跨境支付費用高昂且速度很慢。跨境匯款中間銀行的角色擁有不一樣的貨幣帳戶，協助雙方進行貨幣兌換，跨貨幣處理很慢，成本高。 

而基於區塊鏈解決跨境支付則能夠構建一個由多個跨境支付需求方構成的聯盟鏈（區塊鏈公有鏈對全部網絡用戶自由開放，聯盟鏈則對部分通過受權的用戶開放），網絡中各個節點之間以聯盟鏈共識的虛擬貨幣爲媒介進行點對點的貨幣傳輸，省去任何第三方中介環節，作到交易即結算——不須要任何第三方擔任交易對手對雙方帳戶變更進行調整、對帳，大大下降成本的同時，能夠很是迅速的完成支付。 

案例：Ripple 

在全球跨境支付市場上，率先利用區塊鏈技術實現其商業化應用的是由瑞波幣實驗室開發的跨境支付網絡 Ripple 。Ripple 主要爲銀行提供基於區塊鏈協議的外匯轉帳方案，致力於替代 SWIFT 打造一個基於區塊鏈的全球銀行的網絡金融傳輸協議。 

Ripple 經過其開發的 InterLedger 協議項目，爲不一樣記帳系統創建起溝通橋樑，打造一個全球統一的網絡金融傳輸協議。InterLedger 協議系統中，不一樣銀行能夠保持原有的記帳系統，使用 Ripple 提供的軟件，經過第三方「驗證端」自由傳輸貨幣，同時銀行間的交易能夠隱藏起來，「驗證端」經過加密算法來進行，不會看到交易的詳情，只有銀行自身的記帳系統能夠追蹤交易的詳情。 

Ripple網絡中，統一的分佈式記帳系統能夠經過許多節點以共識機制來驗證交易並記帳，不須要任何信任中心，能夠實現7天24小時全天候支付。而且由銀行、貨幣兌換商等金融機構在Ripple網絡中扮演作市商，匯款銀行能夠選擇本身信任的作市商，只要作市商足夠多，理論上可以提供具備市場競爭力的匯率水平，同時 Ripple 網絡也經過算法尋找最優匯率水平，作市商可以隨時隨地爲跨境支付服務，提升效率。

案例：OKLink 

與 Ripple 不一樣的是，OKLink 聚焦爲全球中小型金融參與者提供服務，Ripple 在跨境支付中使用瑞波幣爲媒介，而OKLink使用的是OKD，二者做爲中轉代幣從使用價值而言並無區別。 

具體的業務場景是，使用 OKLink 服務的匯款公司和收款公司註冊成爲 OKlink 區塊鏈網絡中的一個受權節點，節點與節點之間能夠直接進行 OKD 的轉移，買賣雙方則前後經過 OKD 與當國法幣的兌換來實現不一樣主權貨幣間的跨境支付、結算，省掉了全部中間環節費用，包括 OKLink 和收付款公司的全部費用，整個網絡只在中間匯率基礎上收取不超過0.5%的費用，極大地節省了中小企業在小額跨境匯款中的成本。而利用區塊鏈網絡中「交易及結算」的特質實現快速交易，10分鐘以內完成包括支付、匯率換算、結算在內的全部匯款過程，相較於傳統跨境匯款流程中平均等待三四個工做日能夠說是飛躍式的發展。

• 證券的登記與清結算

證券登記即證券發行人創建和更新證券持有人名冊的行爲，伴隨證券交易發生。在中心化證券體系中，市場參與者將全部證券登記和結算任務委託給中央登記結算機構，維護這種中央結構體系的公信力須要極爲繁雜的規章制度和審計流程。而傳統證券交易須要通過資產託管人、證券經紀人、中央銀行和中央登記結算機構才能完成，系統之間兼容性低、處理方式各異，整個流程效率低、成本高，從交易指令發出到結算結束一樣須要T+3天的時間，冗長的結算流程致使更久的資金佔用和更長的風險敞口。並造就了強勢中介，處於信息劣勢的投資者每每得不到權益保障。 

基於區塊鏈技術的證券登記結算系統，可下降系統風險和成本，提升結算效率，以實時全額結算模式來做爲中央對手方制度的補充和替代。 

區塊鏈技術能夠使彼此之間沒有創建傳統信任關係的經濟主體在同一個區塊鏈體系中達成平等合做關係，各個節點能夠展開充分自由的溝通，節省了信息不對稱形成的交易成本。而且大大簡化中間環節和交易流程，提升了市場交易效率，有助於推進交易結算實現T+0的實時全額交易。 

案例：tØ 

美國十大零售商之一 Overstock 2015年建立了區塊鏈證券發行平臺 tØ，稱證券無須經過納斯達克等交易平臺可直接在區塊鏈上完成交易，同年12月美國證券交易委員會（SEC）已批准 Overstock 經過區塊鏈來發行本公司的股票。該平臺致力於基於區塊鏈發行數字資產，如債券、股票等，顛覆現有的T+3結算模型，成爲一個更高效透明的「交易即結算」的證券發行交易平臺。 Overstock 於2015年、2016年前後在 tØ 發行了債券和股票。 

案例：Linq 

納斯達克經過與區塊鏈初創企業 Chain 合做，已正式上線了用於私有股權交易的 Linq 平臺。經過 Nasdaq Linq 私募的股票發行者享有數字化全部權，同時Linq可以極大地縮減結算時間。Chain指出：如今的股權交易市場標準結算時間爲3天，區塊鏈技術的應用卻能將效率提高到10分鐘，這能讓結算風險下降99%，從而有效下降資金成本和系統性風險。該平臺還爲其服務的公司提供了管理估值的儀表盤、權益變化時間軸圖、投資者我的股權證實等功能，讓發行公司和投資者能更好地跟蹤和管理證券信息。 

2. 對於信息的追溯、保真有強烈需求的領域

• 供應鏈——防假冒僞劣

充斥在市場中的假冒僞劣商品層出不窮，製假售假現象屢禁不止。愈來愈多的假冒僞劣商品混入市場，不但嚴重擾亂了正常市場秩序，也埋下了使用假冒僞劣商品的隱患。對於商品的溯源保真，尤爲是高單價奢侈品和直接關係到身體健康的醫藥食品領域的商品，需求很是迫切。可是因爲供應鏈一般由多個企業節點構成，並且多層級間信息不對稱或信息傳遞扭曲失效，致使對於商品來源的鑑定異常困難。 

基於區塊鏈+物聯網，從源頭開始，爲物品進行身份標識（物品指紋），經過傳感裝置將商品流轉過程當中倉儲、物流、分銷、零售等主要環節的關鍵信息提取記錄在區塊鏈網絡中，在區塊鏈可追溯不可篡改的特性保證下，消費者可經過配套智能設備對商品進行掃描識別，掌握商品生產製造及流轉過程當中全部關鍵信息。 

案例：Provenance 

Provenance 是一家基於區塊鏈技術爲企業提供供應鏈溯源服務的公司。Provenance 可以在區塊鏈上記錄全球零售供應鏈上全流程的信息，讓消費者可以實時進行檢索，提高供應鏈上的信息透明度。用戶能夠經過與互聯網相鏈接的設備來監視目標對象，以透明的方式全流程追蹤貨物的原產地以及中間的交易過程。在區塊鏈上，消費者不只能夠查看產品的靜態屬性信息，還能夠查看產品從生產商到經銷商再到終端消費者的中轉運輸流程——消費者只需從智能手機上就能夠了解到沿途每一步的信息更新。

• 公證認證

在傳統認證方式下，當事人虛構、隱瞞事實，或者提供虛假證實材料的現象屢有發生。識別假戶口本、假結婚證、假房產證、假學歷證等一般須要認證人員的一雙「慧眼」。稍有不慎，就可能使一些人矇混過關，騙取認證書，並損害他人的合法權益。所以，傳統的認證方式依賴於公證人員有極強的專業素質和社會責任感，沒法徹底保證所認證物的真實性。並且，現行認證手續繁瑣、流程複雜，「人工+紙質」認證方式，效率低且成本高。 

若是使用區塊鏈，用戶只須要將所要認證的物品經過區塊鏈進行記錄，則可以實現認證信息的準確性以及認證過程的安全性，最終能生成可靠、精確、不可篡改的存在性證實、全部權證實，遏制了造假狀況的發生。

案例：公證通Factom 

Factom 是一家致力於利用區塊鏈技術來進行文件認證、數據管理、檔案記錄的保存與驗證的公司，可應用於資信證實、專利保護、身份證實、產權保護、醫療檔案、審計等領域。基於區塊鏈的鏈式結構的數據存儲，登記在Factom 上的歷史記錄被永久地保存下來，且全部的信息都將能夠追溯。以 Factom 用來管理土地產權轉讓合同協議爲例，若是土地產權轉讓通過雙方的共同認定，而且轉讓的土地產權並不是僞造且經過區塊鏈的驗證（存在性證實），那麼和其相關的鏈將被更新，以反映上述結果（過程性證實）。但以前土地產權更改的歷史記錄不會丟失，它所記錄的內容和順序在Factom上都不能被更改或隱藏（可審計性）。 

3. 對於大致量數據的安全運算和共享有較高要求的領域 

• 物聯網

物聯網是在互聯網的基礎上延伸擴展的網絡，用來實現物品間的信息交換和通訊。物聯網的應用對於人類社會進入到智能居家、智能交通、智能消費的嶄新時代有着重要的意義，包括前文中提到的區塊鏈結合物聯網來改造供應鏈管理。 

有機構預測，在將來5年時間裏，全世界將有超過250億個設備、傳感器和芯片處理超過50萬億G的數據。物聯網的價值就在於將這些數據捕捉並分析，從大量的信息和噪音中識別和分離出最爲重要的數據，可是，中心化網絡能夠達到的速度和成本難以知足更大規模的物聯網設備需求——就目前的狀況看，中心化的網絡能夠應對10億級別的移動互聯網設備，隨着接入量增大，提供支持和服務的數據中心基礎設施的投入和維護成本將沒法估量。另外，如此龐大的數據的安全防禦問題也是一個嚴峻的考驗。依賴於中心網絡實現的信息共享很大程度上將制約物理節點間的通訊效率以及對新節點的擴展。 

區塊鏈分佈式儲存技術充分利用每一個設備自身的計算和儲存能力，避免搭建集中雲和中心大型服務器羣的巨大軟硬件成本投入；並且，基於區塊鏈分佈式數據共享，物聯網中數以億計的智能設備在交互過程當中，能夠了解其餘設備的功能，以及不一樣用戶圍繞這些設備的權限和指令，即能跟蹤設備之間的關係、設備和用戶之間的關係，提高對運行環境的認知，增強對自身角色和行爲控制的能力。 

案例：ADEPT 

2015年初，IBM 和三星集團宣佈聯合打造基於區塊鏈技術的物聯網系統 ADEPT。ADEPT 系統基於區塊鏈架構，使用 BitTorrent（文件共享）、Ethereum（以太坊）、TeleHash（終端到終端加密）支撐。IBM 和三星但願這套系統可讓物聯網裏的各類設備自動運轉，好比家電發生故障時能夠自動發送信號並進行軟件更新，以及設備與設備之間進行數據和計算能力的交互。已經實現的典型場景：使用區塊鏈技術將洗衣機加入物聯網之中，經過獲取用戶的洗衣頻率和每次洗衣服的數量，分析用戶是否有按期運動的習慣、是否生育嬰兒，還能夠自動估算剩餘洗衣液的可用時間，甚至自動完成在線下單的購買行爲。 

案例：Filament 

Filament 將眼光轉向了工業領域，尤爲是石油、自然氣、製造業、農業等行業。Filament 重點開發兩個硬件單位——傳感器裝置 Filament Tap，以及可粘附設備表面的智能模塊 Filament Patch，Filament 要實現的核心功能是：保障智能設備數據存儲和通訊安全；安裝了 Tap和Patch 的智能硬件能夠實現脫離網絡鏈接的長距離通訊，服務於工業規模的設備部署。 

案例：Slock.it 

Slock.it 則是經過區塊鏈實現閒置資源共享，致力於將智能合約嵌入到多個物聯網設備和應用程序之中，讓任何人均可以不經過中間商，直接出租、出售或者共享任何物品。在其設計的自治結構中，用戶能夠在移動應用上隨時隨地跟蹤、控制出租或使用連入物聯網的各個物品，每次共享完結時，還能夠實時收取費用進行收入分配。 

4. 對於信息共享有較高需求，但具備隱私保護性的領域 

共享醫療信息有助於醫療資源浪費、醫療效率低下以及醫療費用高昂等問題的解決。然而目前醫療信息共享存在諸多困難：首先，技術上難以實現兼容，各醫院電子病歷系統不盡相同；其次目前的醫療共享平臺沒法保障我的健康隱私不受到侵犯。 

經過在區塊鏈上存儲和管理我的醫療記錄信息，每一個人的健康記錄被編碼成數字資產，我的能夠經過私鑰將訪問權限授予醫生、藥店、保險公司等。在區塊鏈上定向分享用戶的醫療記錄，一方面打通用戶各個場景中的醫療健康管理需求，一方面可實現全球範圍內的醫療機構臨牀案例研究；同時，區塊鏈可進行多簽名複雜權限的管理，利用區塊鏈數據以確保醫療敏感數據不被泄露。 

案例：Dokchain 

醫療 API 公司 PokitDok 近期宣佈與英特爾達成合做，共同研發「Dokchain」醫療區塊鏈解決方案。英特爾將爲 PokitDok 提供其開源軟件 Hyperledger Sawtooth 做爲 Dokchain 的底層分佈賬，並將英特爾芯片用於處理區塊鏈交易。

Dokchain 爲用戶提供身份管理功能，即便用Dokchain 的用戶能夠在線驗證醫療交易各方的信息，經過驗證後則能夠啓動交互行爲——在處方記錄、醫藥消費、醫療保險等各個領域都已經有所實踐。下降醫療欺詐、有效保護患者隱私是 Dokchain 進行功能部署的核心考量。 

5. 人爲審覈、執行不肯定性大的領域

• 資產交易

不管是企業全部資產仍是我的資產的轉移交易每每伴隨着多重認證確權、資格審查、關聯取證的複雜過程，達成一致進行交易執行前須要多個部門和相關交易人的多方介入和溝通，而資產交易是金融經濟活動中的主要構成，其執行效率低、糾紛解決成本大很大程度上影響了商業社會財富的流通和增值，尤爲是在資產證券化扮演着如此重要的金融突破口的當下。 

資產智能化、智能資產合約執行自動化是有力提高資產交易效率和處理完善度的重要路徑。基於區塊鏈智能合約，將資產交易的初始全部權以及全部權轉移實施條件以計算機程序的方式編碼入智能合約，觸發規定條件則自動完成資產全部權的轉移或者分割，一方面極大提高了交易速度，另外一方面，避免了沒必要要的人工協調成本。 

現階段，以股票、債券等金融產品爲表明的數字資產的自動化交易已取得不錯的發展成果，而審覈任務更加繁重、執行效率尤其低下的有形資產的智能化交易則還須要相對漫長的發展。 

試想，咱們經過智能合約執行房屋資產的交易，在做爲交易資產的房屋自己並不支持智能操控的條件下，僅完成合同規定的房屋全部權的變動並不等同房屋資產的交易完成，至少，你尚未拿到鑰匙！這就意味着仍然不可避免人爲介入來進行房屋實地勘察和交接的大量操做。因此，資產智能化交易的全面應用須要等待一個金融體系、認證體系以及物聯網絡搭建都更爲成熟的大環境的到來。 

 

最後，必需要強調的是，區塊鏈技術解決方案的具體應用毫不是對其中某個功能的割裂使用，每每是集合了以上多個方面甚至是所有的優點來進行區塊鏈技術應用的設計。在這裏，咱們想要強調的是，區塊鏈應用的發展機會最有生命力的領域，應該是可以最大限度發揮區塊鏈特殊技術魅力的地方，一切從現實場景的痛點需求出發，而並不是只是爲告終合而結合。目前來看，區塊鏈底層技術的進步尤爲是智能合約的平臺性開發以及區塊鏈商業應用的向前推動，已經初步具有了政府支持、行業規範引導的良好環境，圍繞區塊鏈去中心化、去信任、分佈共享、隱私保護、智能自動等技術特性，將有更多區塊鏈技術應用融入咱們的平常生活和生產中來！同時，關於區塊鏈技術的擴容、延展性、穩定性等侷限也須要持續不斷的優化解決方案。 

寫在後面的話：本文中對於區塊鏈技術應用的討論，側重於圍繞應用場景與區塊鏈核心特性的結合點展開。更多前沿應用的方向，尤爲是，國內區塊鏈初創企業的應用拓展最新狀況，會在後續展開討論！文中觀點不足之處，還請指正，期待與更多區塊鏈行業從業者、研究者多交流！做者我的微信：maaba12929