1.1 區(qū)塊鏈關(guān)鍵概念

區(qū)塊鏈之所以為社會帶來了一個突破傳統(tǒng)、顛覆創(chuàng)新的機會，主要依賴于四項技術(shù)：分布式賬本、哈希算法、非對稱加密、智能合約。這四項技術(shù)是與區(qū)塊鏈息息相關(guān)的關(guān)鍵概念，我們必須有所了解。

1.1.1 分布式賬本：安全、可靠、真實

隨著技術(shù)的發(fā)展和時代的進步，分布式賬本走進了大眾視線。分布式賬本使用了區(qū)塊鏈，在安全程度和易用程度上遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的賬本結(jié)構(gòu)，具體可以從以下兩個方面進行說明。

1.數(shù)據(jù)公開、透明

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)儲存方案通過服務(wù)器或中央機房對數(shù)據(jù)進行儲存，而且在接入點增加一系列的安全防護后才能進行數(shù)據(jù)與客戶端的交互。這種方案依賴一個中心，如圖1-1所示。

在系統(tǒng)論中，一個系統(tǒng)的中心化程度越高，出現(xiàn)錯誤的可能性就越大。同樣，在數(shù)據(jù)儲存中，數(shù)據(jù)儲存方案的中心化程度越高，數(shù)據(jù)丟失或損壞的風險就越高。分布式賬本采取去中心化的設(shè)計，將數(shù)據(jù)分散，使數(shù)據(jù)必須在各階段進行確認，如圖1-2所示。

分布式賬本從區(qū)塊鏈中產(chǎn)生，在計算機和密碼學的支持下獲得了驗證，使橫跨網(wǎng)絡(luò)的參與者能夠在總賬的有效性方面取得共識。分布式賬本的出現(xiàn)使成本大大降低，同時也對因其技術(shù)而產(chǎn)生的算法創(chuàng)新產(chǎn)生了影響。人們期望通過分布式賬本對公共或者私營服務(wù)的實現(xiàn)方式進行改革，從而大大提高生產(chǎn)力。

分布式賬本是一種數(shù)據(jù)庫，參與其中的用戶可以得到真實賬本的副本，這個副本是唯一的，受共識機制的制約。這種數(shù)據(jù)庫的最大特點是可以在不同的網(wǎng)絡(luò)成員之間進行分享、復制和同步，整個過程沒有第三方的參與。

由于分布式賬本的每一個記錄都對應著一個時間和一個密碼簽名，因此，其記錄的交易都是可追溯和審計的。若要改動分布式賬本中的數(shù)據(jù)，必須得到接入網(wǎng)絡(luò)的多數(shù)用戶的確認才可以。而且，賬本的任何一處改動都會在與之對應的副本中體現(xiàn)出來?？梢哉f，賬本中的數(shù)據(jù)記錄就是由所有的參與者共同更新的，這個過程通常會在幾分鐘甚至幾秒內(nèi)完成。

總而言之，分布式賬本不僅可以追溯信息，還可以對每個節(jié)點進行監(jiān)督以保障市場的公平、規(guī)范。另外，因為在每個節(jié)點上都具有賬本的完整副本，所以賬本被篡改的可能性非常低，即使一部分數(shù)據(jù)被篡改，也可以通過數(shù)學算法甄別出來。

2.信息可回溯

在分布式賬本中，由于信息分布在網(wǎng)絡(luò)的多個節(jié)點中，而且每個節(jié)點中的信息都是實時同步的，因此，即使某個節(jié)點出現(xiàn)了問題，其他節(jié)點也不會受到影響，依然能將交易繼續(xù)進行下去，保持系統(tǒng)的正常運行。此外，分布式賬本還可以將原有系統(tǒng)中的信息進行備份，以確保自己在面對網(wǎng)絡(luò)攻擊時具有高強度的防御能力。

分布式賬本的彈性和透明性為信息可回溯提供了保障。信息的回溯性問題從過去到現(xiàn)在幾乎都是由中間機構(gòu)解決的，但由于中間機構(gòu)本身不掌握任何信息，因此，信息的真實性并沒有辦法保證。而分布式賬本的數(shù)據(jù)庫是共享的，其獨有的去中心化特征能夠把所有的信息都公開地記錄在賬本上，其不可篡改性也保證了信息的真實和有效。

區(qū)塊鏈的分布式賬本如果應用于數(shù)據(jù)和信息的儲存，那么很多問題都能夠從根本上解決。例如，一個投資項目從提出、發(fā)起到募集資金，再到之后的償還和票據(jù)的發(fā)行，每一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)都會記錄在分布式賬本中，以保證整個過程的安全、可靠。

1.1.2 哈希算法：信息不可篡改

哈希算法也被稱為“散列”，是區(qū)塊鏈的四大核心技術(shù)之一。因為一段數(shù)據(jù)只有一個哈希值，所以哈希算法可以用于檢驗數(shù)據(jù)的完整性。此外，在快速查找和加密算法方面，哈希算法的應用也非常普遍。

在互聯(lián)網(wǎng)時代，盡管人與人之間的距離更近了，但信任問題卻更嚴重了。目前，第三方的技術(shù)架構(gòu)都是私密且中心化的，這種模式很難從根本上解決互信及價值轉(zhuǎn)移等問題。因此，區(qū)塊鏈將利用去中心化的數(shù)據(jù)庫完成信任背書，實現(xiàn)全球互信的一大跨步。在這個過程中，哈希算法發(fā)揮了十分重要的作用。

區(qū)塊鏈利用哈希算法實現(xiàn)在無須信任的條件下自動、安全地交換數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈具體是這樣做的：它為信息發(fā)送加入成本，降低信息傳遞的速率，并加入一個隨機元素保證在一段時間內(nèi)只有一個參與者可以廣播信息。這里所說的成本是區(qū)塊鏈中基于哈希算法的“工作量證明”。哈希算法的任務(wù)是計算獲得的輸入數(shù)據(jù)，得到遺傳64位的隨機數(shù)字和字母的字符串。

輸入數(shù)據(jù)是指節(jié)點發(fā)送的當前時間點的總賬。計算機的算力使區(qū)塊鏈可以實時計算出單個哈希值，但區(qū)塊鏈只接受前13個字符是0的哈希值作為“工作量證明”。然而，前13個字符是0的哈希值是非常罕見的，需要花費10分鐘的時間才可以在數(shù)以億計的數(shù)據(jù)中找到一個。在一個有效的哈希值被計算出來前，網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)生產(chǎn)了無數(shù)個無效值，這就是降低信息傳遞的速率并使整個系統(tǒng)成功運行的“工作量證明”。

區(qū)塊鏈找到有效哈希值的時間為10分鐘，這是算法設(shè)置好的。算法的難度每隔兩周調(diào)整一次就是為了保證這10分鐘的間隔，不能多，也不能少?？傎~的信息每隔10分鐘就會在區(qū)塊鏈更新并在全網(wǎng)同步一次，因此，交易記錄是在網(wǎng)絡(luò)上的計算機之間進行對賬的。

哈希算法對信息傳遞速率的限制加上加密工具的使用讓區(qū)塊鏈成為一個無須信任的數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)。在區(qū)塊鏈上，交易、時間約定、域名記錄、政治投票系統(tǒng)或任何需要建立分布式協(xié)議的地方，參與者都可以達成一致。

區(qū)塊鏈通過哈希算法解決了信任問題。例如，專家們試圖為互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造一個分布式的域名系統(tǒng)；基于區(qū)塊鏈的互聯(lián)網(wǎng)選舉投票系統(tǒng)也在應用中。如果說互聯(lián)網(wǎng)攪動了一池春水，那么區(qū)塊鏈構(gòu)建的不依賴信任的交易系統(tǒng)則打開了閘門。

1.1.3 非對稱加密：公鑰與私鑰保證安全

區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)雖然是高度透明的，但關(guān)于用戶的信息則是高度加密的。一般來說，只有得到用戶的授權(quán)，企業(yè)或平臺才能得到用戶的信息，這樣的非對稱加密保證了用戶的安全和隱私。非對稱加密包含兩種密鑰，一種是公開密鑰，一種是私有密鑰，即公鑰和私鑰。

公鑰是公開的，所有人都能得到，但私鑰是由用戶自己保管的，通常不會公開，除了用戶本人，其他人無法通過公鑰推算出私鑰。另外，在非對稱加密中，當其中一個私鑰被加密時，只能用相應的另一個私鑰才可以解密。

非對稱加密的優(yōu)點是每一對私鑰都是唯一有效的，保密性較高，缺點是加密和解密的速度比較慢。在區(qū)塊鏈中，信息解密、數(shù)字簽名及登錄認證常常會采用非對稱加密，但當需要為大量的數(shù)據(jù)進行加密和解密時，這種方式并不適用。隨著區(qū)塊鏈的深入發(fā)展及當今社會對區(qū)塊鏈需求的增加，非對稱加密也被應用于多個領(lǐng)域，并不斷進行技術(shù)更新。

在交易可匿名方面，非對稱加密也可以發(fā)揮作用。交易需要區(qū)塊鏈的地址作為輸出地址或輸入地址，而區(qū)塊鏈的地址來源于非對稱加密，具有很大的空間，這就意味著地址之間出現(xiàn)重復的概率非常低。這種低重復率使每個用戶都可以在交易中生成不同的地址，以增強交易的匿名性和安全性。

區(qū)塊鏈是去中心化的框架，賬戶及密碼等敏感信息并不集中儲存在中心服務(wù)器上，這就避免了和傳統(tǒng)中心化系統(tǒng)一樣，因為中心服務(wù)器遭受攻擊而產(chǎn)生數(shù)據(jù)泄露問題。由此便可以看出，區(qū)塊鏈以密碼學為基礎(chǔ)，在非信任節(jié)點之間建立信任關(guān)系，與傳統(tǒng)的依靠中心機構(gòu)的隱私保護模式有很大不同。

區(qū)塊鏈和中心機構(gòu)對隱私保護的側(cè)重點不同。中心機構(gòu)是將所有的數(shù)據(jù)儲存到中心服務(wù)器上，這種模式的重點是保護數(shù)據(jù)在儲存和傳播過程中不會泄露。然而在區(qū)塊鏈中，數(shù)據(jù)雖然是公開、共享的，但攻擊者無法從中找出交易者的個人信息。

從現(xiàn)階段來看，區(qū)塊鏈的節(jié)點多為私人計算機，而不是傳統(tǒng)的中心服務(wù)器，很多關(guān)于隱私保護的算法無法適用于這個新興技術(shù)。因此，限制節(jié)點的權(quán)力、提高用戶的安全意識、加強區(qū)塊鏈供應商的防護水平便是未來的重點工作。

1.1.4 智能合約：數(shù)字化的承諾

在很多專家看來，區(qū)塊鏈與智能合約是相輔相成的，只要提到區(qū)塊鏈，就不得不提到智能合約。1994年，計算機科學家、加密大師尼克·薩博首次提出了智能合約，并給出了具體的定義：“一個智能合約是一套以數(shù)字形式定義的承諾，包括合約參與方可以在上面執(zhí)行這些承諾的協(xié)議?！蹦敲?，這個定義應該怎樣理解呢？

在理解這個定義前，我們有必要知道區(qū)塊鏈中的轉(zhuǎn)賬。假設(shè)Alice想把100個比特幣轉(zhuǎn)給Bob，那在區(qū)塊鏈中就會有這樣的記錄，如圖1-3所示。

這個轉(zhuǎn)賬記錄實際上就是一個合同，其中明確規(guī)定了Alice要給Bob轉(zhuǎn)100比特幣。不過，需要注意的是，上圖中有一個“解鎖信息”，這個“解鎖信息”是Alice在證明自己的身份時需要提交的信息。

在區(qū)塊鏈中，純UTXO（未花費的交易輸出）模式的合同并不能起到太大的作用，這一點可以從以下兩個方面進行說明：

比特幣是一個獨立運行的封閉系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)賬腳本沒有提供與外界進行交互的接口。因此，在轉(zhuǎn)賬腳本提交給區(qū)塊鏈前，所有的解鎖信息都必須被規(guī)定好，而且還要按照固定的方式運行。對于“合同”而言，這是與實際應用不符的。

在實際生活中，一個完整的合同需要嚴格按照流程制定，合同的執(zhí)行也需要花費較長的時間，如圖1-4所示。

上圖中的條件達成通常是一個外部輸入事件，也就是說，實際生活中的合同基本上都是“事件促使”型的。不過，區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)無法判斷出“事件”是不是已經(jīng)發(fā)生，而要想真正判斷出來，就必須通過鏈外輸入數(shù)據(jù)的方式。下面以電子商務(wù)為例對此進行說明。

某人（記為小張）在某電子商務(wù)平臺上購買了一臺筆記本電腦，當他提交訂單時，合同就已經(jīng)生成。這個合同包括小張需要在多長時間內(nèi)將貨款支付到第三方平臺上（事件1），然后賣家收到第三方平臺的發(fā)貨通知后需要為小張發(fā)貨，當小張收到貨物且檢查無誤后需要點擊確認收貨（事件2）。至此，如果不考慮售后，這個合同就算正式完成了。

在執(zhí)行合同的過程中，事件1是一個高度虛擬化的金融活動，可以在智能合約的助力下自動觸發(fā)。然而，事件2卻是一個發(fā)生在現(xiàn)實世界的活動，必須有“點擊確認收貨”的動作才可以同步到虛擬世界。在這種情況下，“點擊確認收貨”便成為虛擬世界的事件2。

由此來看，對于電商平臺的合同而言，事件1其實就是小張是否將貨款支付到了第三方平臺上，事件2則是小張有沒有完成“點擊確認收貨”的動作。值得注意的是，在這個合同中，“確認收貨”是與外部交互的一個關(guān)鍵接口，必須得到足夠的重視。

隨著區(qū)塊鏈的不斷發(fā)展，智能合約變得越來越普及。于是，在面對潛在的糾紛時，我們不需要親自解決，一切決定都可以交給代碼做。以購買航班延誤險為例，有了智能合約后，理賠就變得簡單了許多。

具體來講，投保乘客的個人信息、航班延誤險、航班實時動態(tài)都會以智能合約的形式記錄和儲存在區(qū)塊鏈中，只要航班延誤到已經(jīng)符合理賠條件的程度，理賠款就會在第一時間自動劃到投保乘客的賬戶上。這樣不僅提高了保險機構(gòu)處理保單的效率，還節(jié)省了投保乘客在追討理賠款時消耗的時間和精力。

可見，智能合約可以極大地便利我們的生活，也可以提升企業(yè)的工作效率。未來，區(qū)塊鏈將在智能合約的助力下獲得越來越好的發(fā)展，像電子商務(wù)、金融、醫(yī)療、教育等多個領(lǐng)域都將感受到區(qū)塊鏈和智能合約帶來的益處。