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如今，區(qū)塊鏈已成為一個熱門詞匯。在一系列新興的分布式賬本技術中，區(qū)塊鏈已成為全球豐富，發(fā)展最快的分布式網(wǎng)絡，例如比特幣，以太坊等，它們是可用于交易和資產(chǎn)交換的可信賴媒介。自2009年推出比特幣以來，區(qū)塊鏈技術在其價值、可行性、普及度等方面都經(jīng)歷了許多起伏。但是，到2020年，區(qū)塊鏈的可行性已通過各種開創(chuàng)性的用例和技術得到證明。
回溯過去幾千年的發(fā)展歷程，賬本已經(jīng)成為貿(mào)易的中心，賬本被用作各種資產(chǎn)記錄的保存載體，例如記錄商品、貨幣和財產(chǎn)的交換。分布式賬本作為這個概念的擴展，其本質(zhì)是可以在多個站點、地理區(qū)域或機構之間共享的資產(chǎn)存儲載體。網(wǎng)絡中的所有參與者都有相同的副本，對賬本的任何更改都會反映給所有人。分布式賬本也已經(jīng)存在了數(shù)千年，第一個實現(xiàn)是羅馬帝國使用的銀行系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許人們參與其整個地區(qū)的交易。
九十年代開始，這些思想進一步擴展到了數(shù)字領域。1991年，一家冰淇淋廠提出了使用許多分散但相互關聯(lián)的共享賬本副本的概念。Stornetta與Haberto合作開發(fā)了一種密碼安全的存檔，可以在不泄露記錄內(nèi)容的情況下驗證記錄。這種機制使協(xié)作創(chuàng)建數(shù)字分布式賬本的能力遠遠超過了基于紙張的賬本。這項早期工作促使了分布式賬本技術DLT概念的提出，DLT被定義為在沒有中央管理員或集中式數(shù)據(jù)存儲的情況下，在多個站點、國家或機構中復制、共享和同步數(shù)據(jù)的共識技術。其中，Distributed Ledger Technology(DLT)各個部分定義如下：
- Distributed：分布式反映了其分散而非集中的特性;
- Ledger：賬本代表了記錄的數(shù)據(jù)庫;
- Technology：技術定義了用于同步數(shù)據(jù)的協(xié)議，以便數(shù)據(jù)庫可以以分散的方式運行，而無需中央機構對其進行管理。
就像文中提到的那樣，DLT和區(qū)塊鏈經(jīng)常被用作同義詞，但實際上，區(qū)塊鏈是DLT的一種特殊類型，它包含自己的一組規(guī)則和功能，包括將交易組織成一條由區(qū)塊組成的鏈條。區(qū)塊鏈定義了實現(xiàn)DLT的特定方式，而DLT通常具有更廣泛的范圍和靈活的結構。
像DLT一樣，區(qū)塊鏈是一種分布式賬本，無需交易中心即可永久存儲不可變也不可否認的交易記錄。區(qū)塊鏈中的算法將若干個交易組合形成一個個的區(qū)塊，并將每個區(qū)塊添加到現(xiàn)有的區(qū)塊序列中，顧名思義，形成一個鏈。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫架構相反，區(qū)塊鏈要求參與者之間形成共識，新的信息被收集到區(qū)塊中并使用哈希加密簽名鏈接到前面的區(qū)塊后。此過程確?？沈炞C性，因為在不更改哈希值的情況下無法對信息進行操作，并且每個哈希值均構成該信息的一部分，被認為是唯一代表數(shù)據(jù)內(nèi)容的數(shù)字指紋。
網(wǎng)絡上的每個節(jié)點都維護賬本的共享副本，并且為了進行同步，需要一個對等網(wǎng)絡以及一種共識算法來確保在節(jié)點之間添加和復制區(qū)塊。有一種共識算法稱為工作量證明(Proof of Work, PoW)，參加該過程的是稱為礦工的特殊節(jié)點，將此證明過程稱為挖礦。在PoW中，礦工通過解決一個復雜的數(shù)學難題來相互競爭，第一個解決難題的人是獲勝的礦工。獲勝的礦工驗證新交易，將其記錄在區(qū)塊鏈上，并通過數(shù)字令牌獲得獎勵。但是，交易的記錄過程一般很慢，通常需要花費幾秒鐘來添加一個塊，比特幣就使用PoW機制。雖然區(qū)塊鏈作為比特幣背后的技術而聞名，但現(xiàn)在有數(shù)百種不同的區(qū)塊鏈提供了超越加密貨幣的多種功能。
此外，PoW是專為開放的公共網(wǎng)絡而設計的，因此通常不適合大多數(shù)企業(yè)的應用。特別是對于國防部的情況，網(wǎng)絡是私有且安全的，就可以使用除PoW之外的其他更有效的共識算法，這些算法不需要使用加密貨幣或令牌。例如，流行的Quorum企業(yè)區(qū)塊鏈中使用了權威證明、拜占庭容錯或基于Raft的共識，每秒可實現(xiàn)數(shù)千筆交易。
公鏈或私鏈?
區(qū)塊鏈可以是公共的(公鏈)也可以是私有的(私鏈)。顧名思義，公鏈不提供訪問許可要求，因此該網(wǎng)絡是完全公開的，就像比特幣一樣。與私鏈相比，公鏈往往分散得多，并且運行速度也較慢。
現(xiàn)在大多數(shù)的區(qū)塊鏈是私鏈，需要訪問權限才能參與，通常著重于兩個主要方面：誰可以加入網(wǎng)絡?以及誰有權訪問哪些交易?通常，私鏈的所有者可以定義誰可以參與網(wǎng)絡，還可以定義誰可以訪問網(wǎng)絡中的哪些內(nèi)容。有關私鏈的信息通常僅由其批準的成員進行驗證。
對于私鏈，有許多不同的方法可以定義誰有權訪問什么。在更高級別上，可以使用現(xiàn)有的身份驗證和授權機制來確定誰可以訪問網(wǎng)絡以及每個用戶可以訪問網(wǎng)絡的哪些內(nèi)容。但是，網(wǎng)絡本身可以定義更精細的粒度。例如，Quorum在節(jié)點層面和事務層面定義許可。它使用網(wǎng)絡許可來定義哪些節(jié)點可以連接到指定節(jié)點，以及該指定節(jié)點可以連接到哪些節(jié)點，這樣可以確保僅列出的節(jié)點成為網(wǎng)絡的一部分。其次，Quorum所謂的安全區(qū)加密技術對有效負載/事務進行加密，以使其僅對網(wǎng)絡的一個子集專用。
錢包和密碼簽名
大多數(shù)區(qū)塊鏈使用錢包的概念，最初以這種方式命名是因為它存儲了一個特殊的密鑰，該密鑰可以訪問加密貨幣。但是，現(xiàn)在即使是在不使用加密貨幣的網(wǎng)絡上，仍然使用錢包，并且該錢包包含標識網(wǎng)絡上用戶/錢包的加密憑據(jù)，并且允許用戶簽名交易，從而使每筆交易都可識別。一個簡單的錢包可以使用非對稱密鑰系統(tǒng)生成。這些系統(tǒng)有兩個密鑰：可以共享的公共密鑰和保密的私有密鑰。對于區(qū)塊鏈，它們構成了錢包的基礎，該錢包使用了這兩個密鑰和一個派生密鑰，即地址。它包含：
- 私鑰：不能公開的密鑰;
- 公鑰：可以公開的密鑰;
- 網(wǎng)絡上的地址：通常是利用公鑰的哈希碼生成的。由于哈希碼是單向函數(shù)，因此不可能從該地址反推出公鑰。
每個區(qū)塊鏈中的交易都有一個可以通過數(shù)字簽名來識別的所有者，該數(shù)字簽名是使用錢包中的私鑰和交易內(nèi)容創(chuàng)建的。從技術上講，數(shù)字簽名是使用用戶的私鑰對交易內(nèi)容的哈希碼進行加密。這提供了一種既可以標識事務的創(chuàng)建者，又可以驗證事務內(nèi)容尚未更改的機制。實際上，在區(qū)塊鏈中，此哈希碼驗證執(zhí)行兩次，每個事務一次，每個區(qū)塊一次。
在區(qū)塊鏈上存儲大數(shù)據(jù)?
如上所述，在區(qū)塊鏈上存儲數(shù)據(jù)可確保其完整性和不可否認性。但是，如果數(shù)據(jù)很大，該怎么辦?大數(shù)據(jù)將使得區(qū)塊鏈迅速膨脹，使其昂貴且效率低下。解決這個問題的方案是使用所謂的脫鏈數(shù)據(jù)。脫鏈數(shù)據(jù)允許將數(shù)據(jù)的指紋或哈希碼存儲在鏈上，并將數(shù)據(jù)存儲在外部存儲介質(zhì)中。哈希碼是一種加密機制，可以為任何大小的文件生成一個固定大小的指紋。因此以這種方式，實際上可以確保兩個文件永遠不會生成相同的指紋，意味著哈希碼唯一地表示文件的內(nèi)容。
因此，如果我們將文件的哈希碼存儲在區(qū)塊鏈上，然后將該文件存儲在另一存儲介質(zhì)中，則可以確保兩件事：
- 文件的內(nèi)容自存儲以來不會被更改：因為如果被更改的話，哈希碼將與外部存儲的文件不匹配;
- 標識存儲外部文件的用戶：因為每筆交易都是由用戶使用其錢包進行簽名的。
脫鏈是跟蹤區(qū)塊鏈上外部文件或數(shù)據(jù)集的絕佳策略，因為它可以最大程度地減少了鏈上的存儲，同時為外部數(shù)據(jù)提供了不可否認的審計線索。這意味著可以將區(qū)塊鏈與現(xiàn)有數(shù)據(jù)和系統(tǒng)無縫使用，極大地保證數(shù)據(jù)的完整性和可追蹤性，并且可以跨越不同的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和應用程序聚合數(shù)據(jù)的多個副本。
就在幾年前，我們拋棄Web 2.0(即Google和Facebook等“大技術”公司)的想法幾乎是不切實際的。但是分布式共識協(xié)議的出現(xiàn)使對等交易可以取代依靠中央機構來保存或傳輸數(shù)據(jù)的方式。比特幣和以太坊證明了這一概念，并為未來的發(fā)展提供了極大的可能性。
注:本文翻譯自《POTENTIAL USES OF BLOCKCHAIN BY THE U.S.DEPARTMENTOF DEFENSE》
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