出品：科普中国
制作：邓浩然，中国矿业大学
监制：计算机网络信息中心
区块链技术起源于中本聪提出的《比特币：一种点对点的电子现金系统》，其中“块”是指每个信息块包含一个时间戳，有时间戳的信息块相互连接形成一个信息区块链，也就是“区块链”。
区块链是一种通过去中心化和信任来集体维护可靠数据库的技术方案。从数据的角度来看，区块链是一个单个节点或多个节点不能有意改变数据记录的分布式数据库，其分布性体现在数据的分布式存储和记录上。从技术角度来看，区块链技术是多种技术融合后的新兴技术成果。多种技术结合发展完善后，形成了更高效的数据记录、存储和表达方式。
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区块链按中心化可分为以下三类：(1)去中心化公链：没有预设的参与权限，权限完全公开，记账人由所有参与者组成，所有参与节点之间的信任机制为工作量证明机制，多用于网络节点之间没有信任基础的情况，如比特币、以太坊等电子货币的流通和使用。(2)多中心联盟链：由具有参与权限的成员组成，记账人由参与者协商确定。所有参与节点之间的信任机制是一种共识机制，多用于连接多个公司或集中组织进行清算。(3)集中式私有链：由具有中央控制权限的成员组成。所有参与节点间的信任机制是相互信任机制，多用于节点间信任度高的情况，如R3银行联盟。
区块链的目的是验证参与节点之间传递信息的有效性，保证交易数据，确定交易数据的准确性。
以比特币的节点网络交易过程为例，介绍了去中心化的区块链如何实现信息有效性和数据准确性。在第一步中，节点A使用系统分配的私钥为上一笔交易和下一笔交易签署数字签名，并将此签名附加到货币的末尾，以生成新的交易。第二步，节点A向网络系统广播交易指令，钱发给节点b，同时，每个节点将收到的交易明细记录到一个块中。第三步，每个节点通过解决一个SHA256的数学问题获得创建新块的权利，获得合法记账权后获得相应的比特币奖励。第四步：当一个节点找到解决方案时，它会将这个块中记录的所有带时间戳的事务广播给整个系统，其他节点会验证解决方案的合法性。第五，在其他节点验证该区块合法记账后，所有节点将继续争夺这个合法区块之后的下一个区块的合法记账，从而形成合法记账的区域链条。值得一提的是，通过区块链技术，比特币的操作成为人类历史上第一个无需第三方中介参与，就能实现参与者之间相互信任的转账行为。
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通过对比特币运行过程的简单概述，可以大致总结出以下五个技术特点：(1)去中心化：网络中没有集中的物理节点和管理机构，网络功能的维护由网络中具有维护能力的正常节点完成。每个节点地位平等，一个或多个节点损坏不会影响整体运行。(2)去中介信任：网络节点之间的数据传输匿名进行，分布式结构与节点之间通过数学算法建立信任关系，使得节点之间的通信不需要信任机制来保证。整个系统通过公开透明的数学算法运行，使得每一个运行规则对每个节点都是可见的。(3)可靠的数据库：网络中的所有节点都可以获得完整数据库的副本。而且使用非对称加密技术(hash hash，PKI公钥系统)对数据进行加密，使用强大的算法抵御外部攻击，确保区块链数据不会被修改或伪造。如果有意修改数据库的内容，不仅需要同时控制总节点数的51%，而且计算机的计算能力必须能够支持伪造和篡改块的速度要快于区块链系统的更新速度，才能完成操作，否则伪造和篡改的块会很快被发现并丢弃。(4)集体维护：分布式系统中的所有节点都可以参与数据块的验证过程，每个节点享有相同的权利，承担相应的义务。(5)计时：采用带时间戳的链块结构存储数据，为数据增加了时间维度，使其可验证、可追溯。
另一方面，在第三方中介组织支持的网络系统中，所有节点在运行过程中必须通过系统特有的中介结构进行交易，这个中介组织成为唯一的操作者和特权参与者。这种体系结构决定了系统容易崩溃，维护成本高，信息不能充分共享。
基于上述两个网络系统的比较，我们可以看出，区块链的主要优势在于无需第三方中介机构的参与，数据的安全性和可靠性高，运营的高效性和透明性以及低成本等特点。因此，区块链技术的应用越来越受到欧美等国家的重视，相关应用的实施已经启动。IBM开发了包括会员管理、区块链管理、交易管理、区块链基础设施和技术开发环境在内的一整套技术框架和标准；爱沙尼亚也开始采用国家公钥基础设施PKI，采用区域链技术管理公民信息、企业管理信息和政府行政事务；纳斯达克、ASX、澳交所Overstock平台也开始尝试区块链技术的一些应用。与此同时，区块链技术应用的兴起也开始引起中国一些行业的关注。央行已表明近期推出数字货币的意向，这将在一定程度上推动人民币国际化，减少美元对人民币的冲击。一些区块链公司也开始开发基于证券交易的区块链技术应用和基于区块链技术的外汇交易产品；与此同时，基于区块链技术的商业平台也将出现，并开始挑战以淘宝为代表的第三方中介平台。
目前，区块链的技术和应用还处于起步阶段，还有许多问题需要解决。比如如何实现真正的隐私保护；如何降低商业化成本；如何实施系统监管；如何得到行业市场和其他各方对这项技术潜在价值的认可；如何优化系统结构，克服技术瓶颈？如果能尽快解决上述问题，那么区块链技术将从一种新兴趋势逐渐演变为一场技术革命，对未来世界产生深远影响。
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