第二节
区块链的基本概念

一、区块链定义

目前区块链没有一个统一的定义。根据工业和信息化部指导发布的《区块链技术和应用发展白皮书（2016）》的解释：狭义上，区块链是一种在对等网络下通过透明和可信规则，按照时间顺序构造的一种块链式数据结构，并以密码学方式保证数据的不可篡改和不可伪造；广义上，区块链是一种分布式技术架构与计算模式，涉及密码学、经济学、数学等多个学科的理论基础，通过特定数据结构、共识算法、激励机制、智能合约和安全设计实现一个去中介化的、多方参与的可信分布式自治系统。

区块链是分布式账本技术的一种形式，与其他类型分布式账本的主要差别在于区块链的链式数据结构和密码签名。一方面，区块链上的数据被分组并以“块”的形式组织起来，这些“块”按照时间顺序依次连接形成一条链，如图 2-5所示。区块链是一个分布式账本，可以在没有中央服务器的管理下运行，并且可以通过数据库复制和信任计算来维护其数据质量。另一方面，区块链使用密码学技术对其进行安全保护。具体地说，区块链在每个区块头中存储上一个区块数据的hash散列的同时，将当前区块数据的hash散列存储在下一个区块头中，如图 2-6 所示。因此，任何一个区块数据的篡改都会导致后续所有区块都不能识别该区块，从而阻止了区块链数据的篡改和伪造。

区块链中的重要概念包括区块链、交易、区块和账户。如果把区块链看作是一个对等网络中的分布式账本，交易就是对账本的每一个查询或更新操作。图 2-7 显示了比特币中的交易数据结构，图 2-8 显示了以太坊中的交易数据结构。不同区块链的交易数据结构存在一定差异，比如以太坊交易比比特币交易多了“Gas”字段，用于限制每笔交易的最大开销和防止交易处理逻辑进入死循环。总的来说，一个区块链交易一般包括了 9 个字段：

•交易hash；

•所在区块；

•交易时间；

•交易费用；

•交易确认数；

•区块hash；

•交易发起者；

•交易接收者；

•交易金额。

区块是区块链中存储数据的计量单位。比特币设置每个区块的大小为不超过 1 MB，并且最多只能存储 1 000 笔交易，新的交易需要等到下一个区块被挖出来才能被记录到区块链中，从而确认交易。以太坊的区块大小没有限制，但每个区块的gas是有上限的，每个区块耗完对应的gas后就不能再写入数据了。通过区块链浏览器可查看每个区块大小和每个区块中的交易数量，如图2-9 和图 2-10 所示。此外，经测试，目前比特币生成一个区块大约需要 10 分钟，而以太坊生成一个区块大约只需要 15 秒，速度约为比特币的1 ／40。由于以太坊区块的容量没有限制且出块速度快，因此，以太坊交易的处理速度远远超过比特币。

区块链账户是一种新型记账单位。简单来说，区块链账户有 3 大要素：私钥、公钥和地址。一般而言，私钥通过随机数生成，随后基于椭圆曲线加密算法推导出公钥。为了方便使用，再由公钥推导出地址，并且这个过程是单向不可逆的，即不能由地址反推出公钥，也不能由公钥反推出私钥。因此，只要保证了私钥的不公开，泄漏公钥和地址都不会对账户产生安全威胁。在区块链中，公钥和私钥一般成对出现，比如公钥加密和私钥解密，私钥签名和公钥验证。账户地址指示了一个用户标识，一般用于接收数据和发送数据。

区块链的基本工作原理就是账户在由多个主机组成的分布式系统中，实现互相通信和以区块为单位存储交易记录，每个主机存储一个区块链账本副本，以保证交易信息的一致性和不可篡改性。

二、区块链类别

区块链按是否有准入控制（许可控制），可以分为两种类型的区块链：许可区块链和无许可区块链。不同种类的区块链具有不同的特征和优缺点。

1. 许可区块链

如果一个区块链是许可区块链（Permissioned Blockchain），它可要求一个参与者在登录注册或处理交易时，提交许可验证信息，以便赋予每个参与者可以访问和记录区块链数据的权利。许可区块链在行业级企业中比较流行，因为安全控制、身份角色和权限等级定义对于企业来说十分重要。例如，生产产品的制造商使用许可区块链，通过将物流合作伙伴和原材料供应商，加入该区块链中，可以协同管理产品供应链，并且不泄露各参与方的数据隐私安全。构建许可区块链的开发人员可以通过角色和权限定义，开放不同的产品数据视图；同样地，构建许可区块链的开发人员也可以开放一些关于产品基本信息的数据视图供所有参与者阅读，比如库存信息、成交量和产品建议价格等。许可区块链通过在联盟企业间共享部分信息，可以提高企业合作多方的协同管理能力。

2. 无许可区块链

一个区块链是无许可区块链（Permissionless Blockchain），在这个区块链中，每个参与者都拥有可以提交和验证交易的权利，而没有特殊许可要求。无许可区块链作为一种分布式账本，因其公开透明、去中心化、不可篡改等特点受到广泛关注。目前，无许可区块链在加密货币、物联网（ IoT）和车载Ad-Hoc网络（VANET）等诸多领域都展现出了良好的应用前景。

毛球科技公司分析了许可区块链和无许可区块链的主要特征和优缺点，见表 2-1。总的来说，许可区块链仅允许被授权实体作为共识节点来访问和操作区块链中的数据；不同的是，无许可区块链允许每个实体自由加入和离开。与许可区块链相比，无许可区块链面临更多隐私安全问题。首先，对于无许可区块链而言，虽然其开放性和透明度都有助于提高其信任度，但交易内容的披露可能会导致至关重要的隐私被泄露，尤其是在移动众包（MCS）和物联网等应用场景中，交易内容可能包含用户的敏感信息，比如家庭地址、电话等；其次，除了直接泄露隐私外，攻击者还可以通过账户ID跟踪用户的交易，分析交易规则和推测用户身份，从而间接泄露用户隐私；更糟糕的是，无许可区块链的透明性可能会导致用户数据的滥用，例如有竞争力的企业或个人可以采集和售卖用户的敏感信息（如用户习惯等）并从中受益。因此，无许可区块链面临着更大的隐私风险，监管部门未来可能会限制其实际应用。

三、区块链价值

随着区块链技术的发展，区块链的功能特性和战略价值已经不再局限于金融工具。从短期来看，区块链的战略价值主要在于降低成本；从长期来看，区块链的战略价值主要在于构建一个新的可信商业模式。

区块链最初影响主要是提高效率和降低成本。在传统中心化架构模式中，企业、政府或组织的数据存储在各自的服务器中，这导致数据是孤立的、不透明的。使用区块链基础设施来构建数据的共享平台，可以简化数据的核实步骤，增强跨平台数据的交互性，从而提高多企业协作业务的处理效率，即降低业务处理和数据共享的成本。比如，基于区块链的医疗记录管理，不仅有利于提高病情诊断的效率，还有利于研究人员对复杂病例的追踪研究。

从长远来看，区块链有利于促进构建一个新型的可信商业模式。随着时间的推移，区块链的价值将从推动降低成本转向启用全新的商业模式。最有希望和最具变革性的用例之一是创建一个分布式的、安全的信任体制系统——既适用于用户身份验证、信用评估，也适用于商业自治性监管和数据隐私保护。然而，由于目前在技术实施和政策法规方面的可行性，利用区块链创造新商业模式还有很长的一段路要走。

区块链对公司具有战略价值，因为它既可以在去中介的情况下降低成本，也可以在一段较长时间内创造新的商业模式。现有的数字基础设施和区块链为服务产品的增长降低了实验成本，许多公司正在进行尝试基于区块链的商业模式升级，比如趣链区块链是成都高新区开发的一个城市数字化公共安全管理平台——唯信VeTrust、南京-D-Health全球数字医疗链、百度区块链广告监播项目和蚂蚁链农村综合产权交易平台。然而，每个行业区块链的可行性主要还是取决于行业资产类型、区块链技术成熟度、行业相关标准、监管政策和产业生态系统。因此，以务实的怀疑态度评估这些因素对区块链可行性的影响，可以缩小区块链用例的选择范围从而保证区块链解决的是行业痛点问题，以便于企业能够在短期内便获得价值回报。 EKgO/+xSKdflWOY3Lzh/cY878CWPT0T61Oome1nYhPaiqHTyLREmg7zfiWajO65e