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区块链简介及行业实践

区块链及相关概念

名词解释:比特币,区块链,分布式账本,挖矿,摘要算法,非对称加密算法,共识机制,智能合约。

区块链:分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术相结合的新型应用模式。

分布式账本:一个可以在多个站点、不同地理位置或者多个机构组成的网络中分享的数据库。

挖矿:比特币系统中争取记账权从而获得奖励的活动,部分区块链也继承了这样的记账权争夺机制,缺点是很浪费计算资源。

摘要算法:一种单向加密算法,可以将源文件加工成固定长度的字符。常见的摘要算法MD5,SHA系列。

非对称加密算法:加密和解密使用不同密钥的加密算法,也称公私钥加密。需要两个密钥,也称公私钥,两个密码是一对,如果用公开密钥对数据进行加密,只有用对应的私有密钥才能解密;如果用私有密钥对数据进行加密,那么只有用对应的公开密钥才能解密。通常公钥公开,私钥自己保存。通常来说用公钥计算私钥仅存在数学上的可能。因为不需要传输私钥,安全性保密性比较好。比特币(部分区块链系统也是)的一条交易记录会有对应的摘要,包含用摘要算法对交易内容执行的结果,然后用私钥对结果进行加密(这个过程也称签名)。

共识机制:区块链系统中实现不同节点之间建立信任、达成共识的数学算法。 常见的有POW,POS(还有DPOS等变种),DBFT等。

智能合约:用计算机语言去自动化判断和执行(取代法律语言去记录)的条款。

比特币:是一种数字货币交易系统,没有固定的计算和存储节点,依托本身规则的激励、业务规则和安全保障机制,分布式的运行在世界上愿意参与比特币系统的互联网节点上。

比特币还有一些特性如匿名机制、激励机制等是区块链系统可以支撑的一种账户和事务管理方式。如比特币的匿名机制仅靠地址和密钥进行验证,而地址是通过公钥计算出来的,公钥又可以通过私钥计算出来,地址拥有者需要保障的就是私钥的隐秘性。比特币的激励机制是挖坑奖励,抢到打包权的节点(也称挖坑成功)将可以为自己增加一定数量的交易点数(比特币)。

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比特币数据架构示意图

由于比特币本身是个个人试验性的项目,对私钥管理和安全性没有设计,完全依赖私钥拥有者自身。将来设计类似的数字货币系统,需要考虑私钥安全管理,私钥安全管理有自身目前的比特币的地址机制如下:

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比特币地址算法

前期研究一般认为区块链是比特币的底层技术,包含分布式计算和存储、共识机制、点对点协议、散列算法、签名算法等,构成的一套协议体系。现在通常把比特币归属于区块链技术的1.0版本,只有记账和交易能力。以太坊在此基础上丰富了区块链在记账能力以外的能力,把条件判断等程序能力引入到链上,使得区块链可以自动执行更多功能。添加和丰富智能合约,通常被认为是区块链的2.0版本。这时候的链仍然是开放的,互联网上都可以按协议加入和退出。

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区块链技术演进

区块链技术应用

IBM等大企业根据自身技术优势和市场地位,意图依托开源社区等方式,推动相关产品和能力的平台化发展。区块链的形式和样式也不断增加,发展出私有链(也称专有链)、联盟链和公有链,私有链和联盟链因为拥有相对可靠的存在机制,不需要使用效率很低的POW方式,可以寻求更高效的共识方式,不同的链也有很多技术和标准的不同,这个时期就是目前所处的时期,各行各业都开始思考,区块链是否会对已有的互联网体系产生影响。

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三种典型链的对比

从实际使用的角度,区块链技术集是一系列技术,本身可以分解成一个个单点技术,不同的组合形式可以产生不同的效果,加密技术和其他互联网技术一样,是可选择的技术组件,标准框架需要根据不同行业自身业务特性来设计。可以通过基础组件+功能插件+自定义部分的方式来制定方案。

体系化的不可篡改属性是区块链对所有业务领域最大的影响。因为非对称加密算法等安全技术所附带的不可篡改属性(以及延伸出的不可抵赖等能力),这种体系化的不可篡改对财务、合同、业务数据等关键数据的处理上,将带来相当大的影响。跨机构监管也将因为这种不可篡改性而得到极大的便利,可以低成本实现非常精细的监管和调控,监管方式越是容易规则化的领域,越是如此。“每个参与者都是监管者”将不再是口号,而将是可以通过技术手段支持的一种选择。

区块链与云计算、大数据、人工智能、物联网和下一代通信网络等技术都有结合的方式,并且可以将自身的特点附加到其中。这使得业界普遍看好区块链的发展前景,并积极探索结合和落地的方式,以便发挥其独特属性,创造新的价值。

区块链是安全技术向业务领域渗透融合的创新产物,是将加密算法为代表的安全技术融合到业务流程中,形成对原有业务的属性附加。对审计、验真、核对(对账是最简单的一种)等,因为可以通过计算机自动完成,具有低成本的优势,属于基础能力的创新。目前的技术标准、功能架构和用法都在发展中,没有各行业都接受的统一标准,估计各行业会形成符合自身行业特点的行业规范,然后以对接形式实现跨行业整合。下面对区块链对不同行业的业务领域产生何种影响,如何落地为系统进行设计:

1、金融领域

金融领域是受区块链冲击最大的领域,区块链可以为行业监管带来极大便利,不论是行业监管机构还是金融机构本身内部监管都可提升到一个全新的水平。我国12种需要牌照的的银行、保险、信托、券商、金融租赁、期货、基金、基金子公司、基金销售、第三方支付牌照、小额贷款、典当基本都会受到影响。随着行业信息化水平的提升和内外部监管手段的便利性,部分业务实现完全自动化水平也是可以预见的,金融服务成本将会大幅降低,普惠金融将会以极低成本惠及更多人。如今在跨境支付、票据/业务单据管理、资产交易、验真和抵押等场景都有相关厂家在进行系统搭建和业务实践。

央行在数字货币的制定上也参考了区块链的思维方式,以便在建立“央行-银行”二元模式的基本架构上,承载更多的功能,目前原型系统已经上线试运行。

埃森哲的研究报告显示,区块链将可以显著降低当前银行的成本。

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埃森哲投资银行模型-区块链影响

2、供应链管理和供应链金融

供应链管理和供应链金融是区块链可以发挥价值的另一大领域,供应链因为本身参与方较多,流程配合节点较多,权益在各方转换频繁,导致现实世界都通过系统对接方式实现数据处理和校验成本过高,而以区块链为基础的流程纪录系统因为不可篡改属性,对参与各方来说属于业务判断的基石,通过建立支持非标准业务的区块链系统,可以有效减少各方纠纷,合力合理完成费用和权益的确定。

开放可信的供应链是区块链为基础的供应链系统可以实现的场景。不同于以往每个厂家各管一段,系统可以在保障隐私的情况下实现商品、业务、资金流向等的全流程贯通,监管每件商品的来源和去处,杜绝凭空出现或是消失的商品和流程(或是建立对此类事件的跟进处理机制),最终消费者和监管者也将有能力了解每件消费品的所有原料来源,中间生产和流转过程。

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IBM自身全球供应链信息上链项目实现的价值

3、审计与企业治理领域

审计与企业治理领域也是区块链可以发挥价值的一个领域,区块链系统可以纪录企业运行过程中财务、合同、业务流程和人员组织架构等数据,结合行业业务本身的规律和资金支付等外部数据,在不可篡改的纪录上进行企业业务的审计和治理架构的管理。由于过程数据都具有不可篡改的属性,这会是平时常见的各种造假和伪造手段失去依托,从而大大简化审计过程,在信息化程度较高的企业和部门可以实现自动化。

更进一步,企业将可以实现分布式自治,企业内部和企业间将可以无需借助人际关系的信任,而是依赖区块链标准化的智能合约进行协作,这些协作本身流程数据的纪录可以支持自动结算,并且在完税和审计方面也可以自动完成,大大提升企业业务的效率。

根据国家《关于防范代币发行融资风险的公告》,大家应警惕代币发行融资与交易的风险隐患。

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