区块链技术与应用

哈尔滨工程大学 区块链技术课程
计算机学院 2019065322 徐文溢

文章目录 前言简介第一节:区块链技术1. 比特币的简短历史2. 区块链技术:它是如何工作的? 第二节: 现有市场第三节：在金融和非金融领域引人注目的案例1. 金融方面的应用1.1 私人证券1.2 保险 2.非金融应用2.1.公证员2.2.区块链在音乐行业的应用2.3.分散的文件存在证明2.4.分散存储2.5.去中心化的物联网2.6.基于区块链的防伪解决方案 第四节:结论

前言

本文介绍了区块链技术以及区块链技术在金融和非金融领域一些引人注目的具体应用。然后，我们探讨了这项将彻底改变我们数字世界的技术所面临的挑战和商业机会。

简介

区块链本质上是一个分布式的记录数据库或公共账本，记录所有已执行的交易或数字事件，并在参与方之间共享。公共账本中的每一笔交易都由系统中大多数参与者的共识来验证。而且，一旦输入，信息永远不能被删除。区块链包含了有史以来每一笔交易的确定和可验证的记录。打个比方，在隐蔽处的饼干罐里偷一块饼干，比从在超市里的饼干罐里偷一块饼干要容易得多，因为超市里有很多的摄像头在暗中观察。

比特币是最受欢迎的例子，它与区块链技术有着内在的联系。但它也是最有争议的一个，因为它帮助实现了一个数十亿美元的全球匿名交易市场，没有任何政府控制。因此，它必须处理一些涉及国家政府和金融机构的监管问题。

然而，区块链技术本身是没有争议的，多年来一直完美无缺地运作，并成功地应用于金融和非金融界。去年，硅谷资本家马克·安德森(Marc Andreessen)将区块链分布式共识模型(Distributed Consensus Model)列为自互联网本身以来最重要的发明。法国巴黎银行的Johann Palychata在《Quintessence》杂志上写道，比特币的区块链，即让数字货币运作的软件，应该被视为像蒸汽机或内燃机一样的发明，它有可能改变金融世界和其他领域。

当前数字经济的建立是依赖于某一受信任的权威机构的。我们所有的在线交易都依赖于第三方——它可以是一个电子邮件服务提供商，告诉我们我们的电子邮件已经送达；它可以是一个认证机构，告诉我们某个数字证书是值得信赖的；或者它可以是一个社交网络，如知乎、微博等，使得关于我们的帖子只与我们的朋友分享；或者它可以是一家银行，告诉我们我们的钱已经可靠地送到了我们在一个遥远国家亲爱的人手中。然而我们在数字世界中的信息是不稳定的，因为我们的数字资产的安全和隐私依赖于第三方实体，而这些第三方可能被黑客攻击。

这就体现了区块链技术的优势。它有可能通过实现分布式共识来彻底改变数字世界，在这里，每一笔涉及数字资产的在线交易，无论过去还是现在，都可以在未来的任何时候得到验证。它在不损害数字资产和相关各方隐私的情况下做到了这一点。分布式共识和匿名性是区块链技术的两个重要特征。

区块链技术的优势超过了监管问题和技术挑战。区块链技术的一个关键新兴用例涉及"智能合约"。智能合约基本上是能够自动执行合同条款的计算机程序。如果参与实体之间的智能合约中的条件得到满足，那么参与合同协议的各方就可以以透明的方式，按照合同规定自动付款。

智能财产是另一个相关的概念，它是关于通过区块链使用智能合约控制财产或资产的所有权。该财产可以是实物，如汽车、房屋、手机等，也可以是非实物，如公司的股份。

区块链技术正在各领域中广泛得到应用，其中包括金融领域和非金融领域。

金融机构不再将区块链技术视为对传统商业模式的威胁。世界上最大的银行正在通过对区块链应用进行研究来寻找在金融这一领域的机会。非金融应用的机会也是非常多的。我们可以把所有法律文件、健康记录和音乐行业的版权支付记录、公证、私人证券等放在区块链上。通过存储数字资产的指纹而不是存储数字资产本身，可以实现匿名或隐私目标。

在这篇文章中，我们重点讨论了当今数字经济中每个行业由于区块链技术的出现而面临的颠覆。区块链技术有可能成为数字经济增长的新动力，我们越来越多地使用互联网来进行数字商务，并分享我们的个人数据和生活事件。

区块链领域有巨大的机会，这个领域的革命才刚刚开始。在本文中，我们重点关注区块链技术在公证、保险、私人证券和其他一些有趣的非金融应用领域的几个关键应用。我们首先介绍区块链的历史和技术本身。

第一节:区块链技术 1. 比特币的简短历史

2008年，一个以中本聪为名的个人或团体发表了一篇题为《Bitcoin: A Peer-To-Peer Electronic Cash System》的论文。这篇论文描述了一个点对点版本的电子现金，将允许在线支付直接从一方发送到另一方，而无需通过金融机构。比特币是这个概念的首次实现。现在，加密货币这个词被用来描述所有使用密码学来保证交易安全的网络和交易媒介。
这篇文章的第一作者希望保持匿名，因此至今没有人知道中本聪的真是身份。几个月后，一个实现新协议的开源程序被发布，该程序从50个币的创世块开始。任何人都可以安装这个开源程序，成为比特币点对点网络的一部分。从那时起，它的知名度越来越高。

2008

8月18日 注册域名“bitcoin.org”10月31日 比特币设计论文发表11月09日 比特币项目在SourceForce.net注册

2009

1月3日 创世区块(Genesis block)建立1月9日 比特币0.1版发布并在密码学邮件列表中公布1月12日 第一笔比特币交易，在区块170中，由中本聪给哈尔-芬尼。

从那时起，比特币的受欢迎程度就从未停止过增长。底层的区块链技术现在正在寻找金融以外的新的应用范围。

2. 区块链技术:它是如何工作的?

我们通过解释比特币的工作原理来解释区块链的概念，因为它与比特币有着内在的联系。然而，区块链技术适用于任何在线交换的数字资产交易。

互联网金融完全与可信第三方的金融机构联系在一起，这些机构处理和调解任何电子交易。受托第三方的作用是验证、保障和维护交易。在网上交易中，一定比例的欺诈是不可避免的，此时需要第三方的调解。这就导致了高额的交易成本。

比特币使用加密证明而不是对第三方的信任，让两个有意愿的当事人在互联网上执行在线交易。每笔交易都通过数字签名进行保护。每笔交易都被发送到接收方的"公钥"，并使用发送方的"私钥"进行数字签名。为了花钱，加密货币的所有者需要证明"私钥"的所有权。收到数字货币的实体使用发送者的"公钥"验证交易的数字签名。

每笔交易都会广播给比特币网络中的每一个节点，然后在验证后被记录在公共账本中。每一笔交易都需要被验证是否有效在它被记录在公共账簿之前。验证节点在记录任何交易之前需要确保两件事：

花费者拥有加密货币的数字签名验证。花费者的账户有足够的加密货币∶对照花费者的账户(“公钥”)检查每笔交易，以确保他/她的账户有足够的余额。

然而，有一个问题是要保持这些交易的顺序，这些交易被广播到点对点网络中的每个其他节点。这些交易并不是按照它们产生的顺序进行的，因此，需要一个系统来确保加密货币的双重消费不会发生。考虑到交易是通过比特币网络逐个节点传递的，不能保证在一个节点上收到的交易顺序与这些交易产生的顺序相同。

这意味着需要一种算法，使整个比特币网络能够就交易的顺序达成一致，这在一个分布式系统中是一项艰巨的任务。

比特币通过区块链技术解决了这个问题。比特币系统通过将交易放在称为区块的组中，然后通过区块链将这些区块连接起来，从而对交易进行排序。一个区块中的交易被认为是在同一时间发生的。这些区块以适当的线性时间顺序相互连接（像一条链)，每个区块都包含前一个区块的哈希值。

仍然存在一个问题。网络中的任何节点都可以收集未经确认的交易并创建一个区块，然后将其广播给网络中的其他节点，让它作为下一个区块的内容。网络如何决定哪个区块应该是区块链的下一个?不同的节点可以同时创建多个区块。我们不能依赖顺序，因为区块可以在网络中的不同点以不同的顺序到达。

比特币通过引入一个数学问题来解决这个问题：每个区块只要包含一个非常特殊的数学问题的答案，就会被区块链接受。这也被称为"工作z明"。生成区块的节点需要证明它已投入足够的计算资源来解决一个数学难题。例如，可以要求一个节点找到一个"nonce"，和前一个区块的哈希值进行哈希时，产生一个具有一定数量前导零的哈希值。所需的平均计算次数与所需的零位数量成指数关系，但验证过程非常简单，可以通过执行单个哈希值来完成。

这个数学问题并不容易解决，问题的复杂性可以调整。在一个特定的时间内，系统中产生一个以上的区块的概率非常小。第一个节点，为了解决这个问题，把区块广播给网络的其他部分。然而，小概率会有多个区块同时被解决，导致几个可能的分支。然而，因为解决的数学问题非常复杂，因此，区块链很快就会稳定下来。提供计算资源以解决难题并生成区块的节点被称为"矿工"节点，这些机器会得到经济奖励。

网络只接受最长的区块链为有效区块链。因此，攻击者几乎不可能引入欺诈性交易，因为它不仅要通过解决一个数学难题来生成一个区块，而且还必须同时与其他节点竞争，以生成所有后续区块，从而使其他节点接受其交易和区块为有效区块。这项工作非常困难，因为区块链中的区块是以密码学方式连接在一起的。

第二节: 现有市场

区块链技术在金融和非金融领域都找到了应用，这些领域传统依靠第三方可信的在线实体来验证和保障数字资产的在线交易。1994年，尼克-萨博发明了另一种应用"智能合约"。这是一个在参与方之间自动执行合同的伟大想法。然而，它并没有找到用途，直到加密货币或可编程货币的概念出现。现在，区块链和智能合约两个程序可以一起工作，当合同协议的预设条件被触发时，就可以触发支付。智能合约确实是加密货币世界的杀手级应用。

智能合约是由计算机协议自动执行的合约。使用区块链技术注册、验证和执行智能合约已经变得更加容易。许多以比特币和区块链技术运作的公司正在支持智能合约。在许多情况下，只有在满足某些条件情况下才能转让资产，而这些条件需要律师创建合同，银行提供托管服务，这些情况可以由智能合约取代。

以太坊因其可编程的平台能力而创造了很多新方向。以太坊允许任何人创建自己的加密货币，并使用它来执行、支付智能合约。以太坊本身也有自己的加密货币用于支付服务。以太坊已经在治理、自主银行、无钥匙访问、众筹、金融衍生品交易和使用智能合约结算等领域为广泛的早期应用提供动力。

另外，有许多区块链存在，以支持广泛的应用而不仅仅是加密货币。目前，工业界有三种方法来支持其他应用，同时也克服了比特币区块链的认知限制。

替代区块链是一种使用区块链算法来实现特定数字资产的分布式共识的系统。它们可以与母网络共享矿工，如比特币的网络，这被称为合并采矿。它们被建议用来实现如DNS、SSL认证机构、文件存储和投票等应用。

有色币是一个开源协议，它描述了一类方法，供开发者在比特币区块链的基础上，通过使用其数字货币以外的功能创建数字资产。

侧链是通过比特币合约由比特币支持的替代区块链，就像美元和英镑曾经由黄金支持一样。人们可能会有成千上万的侧链与比特币"挂钩"，它们都有不同的特点和目的，它们都利用了比特币区块链所保证的稀缺性和d性。比特币区块链可以反过来迭代，以支持侧链的额外功能。

IBM、三星、亚马逊、瑞银、花旗、Ebay=等公司都在探索区块链在其自身应用中的替代和新用途。接下来，我们简要介绍一下在这一领域正在做哪些有趣的应用和项目。

第三节：在金融和非金融领域引人注目的案例 1. 金融方面的应用 1.1 私人证券

让一家公司上巿是非常昂贵的。一个银行集团必须努力为交易提供担保并吸引投资者。证券交易所为二级巿场列出公司股票，使交易及时结算、清算并安全地运作。以现在的知识理论，公司有可能通过区块链直接发行股票。然后，这些股票可以在位于区块链之上的二级巿场上购买和出售。这里有一些例子。

纳斯达克私募股权。纳斯达克在2014年推出了其私募股权交易所。由于有多个第三方的参与，目前该交易所的股票交易过程是低效和缓慢的。纳斯达克已经与一家位于旧金山的初创公司合作，在区块链的基础上实施私募股权交易。该公司正在实施基于区块链的智能合约来实现交易所的功能。该产品预计将是快速、可追踪和高效的。

Medici正被开发为一个证券交易所，使用比特币2.0的Counterparty实现。这里的目标是创建一个尖端的股票市场。Counterparty是一个将传统金融工具实现为自我执行的智能合约的协议。这些智能合约促进、验证或执行了需谈判的合同，并消除了对实物文件的需求。这消除了对中介的需要，如经纪人、交易所或银行等。

Bitshares是驻留在区块链中的数字代币，并参考特定资产，如货币或商品。代币持有者可能有一个独特的功能，即赚取商品的利息，如黄金和石油，以及美元、欧元和货币工具。

1.2 保险

可以通过一个或多个难以销毁或复制的标识符来唯一识别的资产并在区块链中注册，这可以用来验证资产的所有权，也可以追踪交易历史。任何财产（(实物或数字，如房地产、汽车、实物资产、笔记本电脑、其他贵重物品）都有可能在区块链中登记，任何人都可以验证其所有权和交易历史，特别是保险公司。

Everledger是一家使用区块链创建钻石认证和钻石交易历史永久账本的公司。唯一能识别钻石的特征，如高度、宽度、重量、深度、颜色等，都被散列并登记在账本上。保险公司、执法机构、业主和索赔者都可以对钻石进行验证。Everledger提供了一个简单易用的网络服务API，用于查看钻石、创建/阅读/更新索赔（由保险公司）和创建/阅读/更新钻石报告。

2.非金融应用 2.1.公证员

验证文件的真实性可以使用区块链来完成，并消除了对中心化的需求。文件认证服务有助于证明文件的所有权(谁撰写的)，证明文件的存在(在某个时间)和证明文件的完整性(没有被篡改)。由于它是防伪的，可以由独立的第三方验证，这些服务具有法律约束力。使用区块链进行公证可以保证文件和寻求认证者的隐私。通过使用文件的加密哈希值在区块链中发布证明，将公证力提高到新的水平。它还消除了昂贵的公证费用和繁琐的文件传输方式。

Stampery是一家可以使用区块链为电子邮件或任何文件盖章的公司。它简化了电子邮件的认证，只需将其发送到专门为每个客户创建的电子邮件中。律师事务所正在使用Stampery的技术，用一种非常节省成本的方式来认证文件。

2.2.区块链在音乐行业的应用

由于互联网的发展和互联网上一些流媒体服务的出现，音乐产业在过去十年中发生了巨大的变化。它影响了音乐行业的每一个人——艺术家、唱片公司、出版商、词曲作者和流媒体服务提供商。确定音乐版税的过程一直是错综复杂的，互联网的兴起使其更加复杂，引起了艺术家和词曲作者对版税支付透明度的要求。

这就是区块链可以发挥作用的地方，它在公共账簿中维护一个全面、准确的音乐所有权信息的分布式数据库。除了所有权信息外，由"智能合约"决定的每部作品的版税分配也可以添加到数据库中。智能合约"将定义不同利益相关者之间的关系，并使其互动自动化。

2.3.分散的文件存在证明

在任何解决方案中，验证签名文件的存在或拥有是非常重要的。传统的文件验证模式依靠中央机构来存储和验证文件，这带来了一些的安全挑战。这些模式随着文件的老化而变得更加困难。

区块链技术为证明法律文件的存在提供了一种替代模式。通过利用区块链，用户可以简单地将与法律文件相关的签名和时间戳存储在区块链中，并随时使用本地区块链机制进行验证。

存在证明是一项简单的服务，允许人们匿名和安全地在线存储任何文件。这里需要注意的是，加密摘要或指纹-被存储在区块链中，而不是实际的文件北存储在区块链中，所以用户不需要担心隐私方面的问题。

这允许用户以后证明在某一时期的文件的存在。

这项服务的主要优点是安全和隐私，允许用户提供不能被第三方修改的文件的去中心化证明。文件的存在是通过区块链验证的，不依赖于单一的中心化实体。

2.4.分散存储

诸如Google Drive或One Drive等云文件存储解决方案在存储文件、照片、视频和音乐文件方面越来越受欢迎。尽管他们流行，但是云文件存储解决方案通常在安全、隐私和数据泄露等领域面临挑战。主要问题是，人们不得不将自己的机密文件交给第三方。

Storj提供了一个基于区块链的点对点分布式云存储平台，允许用户在不依赖第三方数据提供商的情况下传输和分享数据。这允许人们让个人计算设备中的空余磁盘空间给那些希望存储大文件，以换取基于比特币的小额支付。

没有中央控制，就可以消除大多数传统的数据故障和中断，以及大大增加安全、隐私和数据控制。Storj平台依赖于一种挑战算法，为用户提供激励，使其正确参与这个网络。通过这种方式，Storj平台可以定期加密检查文件的完整性和可用性，并向维护文件的人提供直接奖励。

在这里，基于比特币的小额支付既是一种激励，也是一种支付，而一个单独的区块链被用作文件元数据的存储。

2.5.去中心化的物联网

物联网在消费者和企业间越来越流行。绝大多数的物联网平台都是基于一个中心化的模型，在这个模型中，经纪人或枢纽控制着设备之间的互动。然而，这种方法对于许多设备需要在它们之间自主地交换数据的场景来说已经不切实际。这种特殊的要求导致了对去中心化物联网平台的努力。

区块链技术促进了去中心化物联网平台的实施，如安全和可信的数据交换以及记录保存。在这样的架构中，区块链作为总账本，保存着去中心化物联网拓扑结构中智能设备之间交换的所有信息的可信记录。

IBM与三星合作开发了一个平台ADEPT(Autonomous Decentralized Peer To PeerTelemetry)，使用比特币的底层设计元素来建立一个分布式的设备网络——去中心化的物联网(IOT)。ADEPT在平台中使用了三种协议：BitTorrent(文件共享)、Ethereum(智能合约)和TeleHash(点对点信息传递)。Filament是一家提供去中心化物联网软件的初创公司，它使用比特币区块链使设备在公共账簿上拥有独特的身份。

2.6.基于区块链的防伪解决方案

造假是现代商业的最大挑战之一。它也是数字商业世界今天面临的最大挑战之一。现有的解决方案是基于对第三方可信实体的信任，在商家和消费者之间引入了逻辑上的摩擦。

区块链技术以其去中心化的实施和安全能力为现有的防伪机制提供了一个替代方案。人们可以设想一个场景，在这个场景中，品牌、商家和巿场是区块链网络的一部分，其节点存储信息以验证产品的真实性。通过使用这种技术，供应链中的利益相关者不需要依赖一个中心化的实体来验证品牌产品的真实性。

BlockVerify提供基于区块链的防伪解决方案，为供应链引入透明度。它正在医药、奢侈品、钻石和电子行业中找到应用。

第四节:结论

总而言之，区块链是比特币的主要技术。分布式账本功能加上区块链的安全性，使其成为解决当前金融和非金融商业问题的非常有吸引力的技术。

人们对基于区块链的商业应用产生了巨大的兴趣，因此有许多初创公司在为此工作。大型金融机构都在投资探索在区块链上现有商业模式上的应用。同时，他们正在寻找区块链世界中的新商业模式。