CBC100 | 高承实：区块链技术本质与应用

人类大概起源于三十万年以前，而后用了大概三千年学会说话并创造出文字；再到一八三七年电报产生，一八七五年电话发明，一九四六年计算机诞生，二十世纪九十年代互联网普及，二十世纪九十年代手机普及，二零零八年区块链产生。这些是人类沟通交流中里程碑事件的汇总，而这些的产生都是为了扩大人类的沟通交流范围，提高沟通交流效率，降低沟通交流成本。

 本期《CBC100》邀请到密码学博士、中国工业与应用数学学会区块链专委会委员、中国计算机学会区块链专委会委员,、池州长三角数字经济产业研究院副院长、北京市社会公信建设促进会专家委员、前解放军信息工程大学计算机应用专业副教授、研究生导师高承实博士为大家分享“区块链技术本质与应用”。

二零零八年比特币的诞生被作为标志性事件，因为它与之前的事情在性质上完全不同。区块链很特殊，它是信息化和数字化发展到一定阶段之后出现的一种反逻辑、反常识的技术组合结构。

1）区块链是信息化，数字化发展到一定阶段之后才出现的。

2）区块链的出现是反逻辑、反常识的。从三十万年以前人类开始说话到上世纪九十年代，那些标志性事情的出现都是为了扩大沟通交流范围、提高沟通交流效率和降低沟通交流成本。而区块链却不同，它是消耗大量资源、低效率、慢速度、范围局限的。

3）区块链不是一种技术，而是技术结构组合或称作技术组合结构。截止目前，绝大部分系统都没有出现单独的区块链技术，而是把其他技术组合生成了一种新的技术结构组合。当然，如果把技术结构组合方式也成为一种技术，那则可以称区块链是一种技术。

每一个节点都是区块链中的一个单独计算机，每个区块是计算机上的一个存储空间。按照比特币系统，区块上记录的交易是a 给b 转了多少比特币，b 给c 转了多少比特币等。但交易记录不仅是a 给b 转了几个比特币，而且还要a 和b 都对这个交易记录进行数字化签名，而后打时间戳，按照格林威治时间即一九七零年一月一号零时零分零秒到现在大概有多少秒？之后，要计算当前区块内所有交易内容的一个的哈希值，用默克尔树方式把当前区块的哈希值记录到下一个区块的区块头部，这样就把所有区块的内容做成了一个链接连起来，叫做区块链。当哈希函数涉及到比特币系统中，由谁来记录，也就是一个挖矿的过程。在区块链系统中，所有节点上的内容都是完全一致的。

（一）区块链的特点

区块链具有数据公开透明、不可篡改、不可伪造、没有中心化系统和中央管理节点、集体维护系统、交易可追溯等特点。

1）数据可验证是区块链最核心的特点之一，也是区块链和传统互联网最根本的区别所在。传统互联网实现了广泛的连接，即人和人、人和机构、人和设备、设备和机构等之间的链接。例如，美团、滴滴、微信等之间的大规模连接后基于大数据的智能匹配来服务于人类的生产生活，这也叫消费互联网，但这种连接本质上并不可信。区块链却改变了这种不可信连接的性质，通过大量地资源消耗，使得这种连接变得可靠、可信、难以篡改，难以伪造。这就是区块链对比于传统互联网比较根本的改变。

实际上，区块链有其本身的应用领域，但并不可以解决所有问题。单从技术层面看，区块链通过数据全网一致性分发，使得所有节点达到一致协同，从而解决中央节点失效以及信息篡改问题，但这并不能解决系统和数据的安全性问题。

2）区块链通过对系统工作流程改造，提升整体效率，但却无法提高个别节点的单点效率。从信息记录保存，双方签名认证，再到全网范围一致性分发的这个过程使得区块链系统单点效率不高。

3）利用区块链解决链上数据和身份真实性问题，但仍存在链下数据和实物的真实性问题，这也是区块链系统用于溯源防伪和预言机遇到的最主要问题。

4）由于区块链系统技术的局限性，使其不适用于高并发任务场景和大数据量分发。

（二）区块链相对于传统互联网带来了哪些方面的价值跃升？

1）基于区块链的链上数据是公开透明、难以篡改且难以伪造的。在层面或社会组织治理层面提供了公共产品或公共服务的价值体现，例如说红十字会、国家财政部扶贫专项基金等，而公有链、联盟链、私有链都可以满足与可信组织连接的需要。

2）通过数据公开透明、难以篡改、难以伪造以及被所有节点独立验证来实现优化业务流程、增强业务协同。这个价值主要体现在经济层面，他所用的区块链系统主要是许可链，通过对整个业务上下游之间被许可的范围实现原有系统的去中心化，从而实现效率提升。

3）提升业务系统或信息系统的鲁棒性。鲁棒性就是保证系统的稳固，通过数据的一致性冗余、去中心化运行和系统纪律维护，杜绝单一关键节点对系统可能带来的潜在危害。

（三）区块链到底应该怎么使用以及适用于哪些产业？

1）区块链的链上数据进行全网一次性分发和最大程度冗余存储将会带来资源的极大消耗。从这个角度看，区块链的应用是局部而非整体的，是定制化而非普适性的。

2）区块链在技术上类似于人工智能系统，其在底层技术结构上有一定的共性。但具体的应用场景却不一样。区块链系统前期运行需要消耗大量资源，因此导致其场景应用较少；其次，区块链系统与业务场景的匹配方式需要不断调整且需要想象力；其三，区块链技术应用并不能给所有参与方都带来收益。而区块链用于两方场景，就必然存在两个不同主体，分为两种情况：其一是没有可信第三方，即可行的相关缺失。其二，两方之间可能存在第三方，但第三方权威不足。

3）数字化转型在消费互联网领域已广泛存在并在产业互联网中逐步开展应用。首先，什么是消费互联网和产业互联网？

互联网在消费领域的应用，实现了大规模的数字化迁移和大范围连接即它把不同的利益主体从物理世界迁移到数字世界，并实现智能匹配，换言之，消费互联网更多是互联网作用在交易环节。

产业互联网或工业互联网，在迁移的同时加上业务流程重构。它代表了互联网或新一代信息技术进入到生产制造环节。

区块链通过数据共享和数据的难以篡改和伪造，实现去中心化，从而优化业务流程和变革生产关系。这是数字化转型最深层次的变革。

传统互联网实现了广泛的连接，但属于弱连带连接，总体上符合小世界模型和幂律分布。传统互联网上的大部分节点是一个弱连带的关系。弱连带其本质是一个小事件模型、小社会性的六度分隔理论，即任何人之间不超过六个人就能达成连接。但是实际上互联网带来的是一个更加不平等的世界，是一个幂率分布。区块链系统中所有的节点构成了一个强一致性网络，所有的节点从功能到职能到数据是完全一致的，而这是传统互联网所不具备的。

数字化转型，即通过数字世界的逻辑，重新构造物理世界或现实世界的逻辑。从物理世界到数字世界的迁移同步，其最核心的网络、数据、业务关系逐渐渗透到其他的节点网络。不同的技术手段在数字化迁移和输入转型中有其各自的地位。例如，物联网和传感器负责获取海量数据；云计算、边缘计算、IPFS是按需做数据存储；人工智能是在大数据的基础上提高生产效率、解放生产力。

（四）区块链数据和大数据有何异同？

区块链数据由于其技术局限，仅仅存在小数据、长期数据或永久数据。从目前来看，区块链数据是单一数据类型数据，基本不能把图片、视频、音频都放到上面，这也决定了区块链上的数据一定是高价值数据，而大数据是海量数据规模快速流转、多种类型、价值密度低。区块链数据和大数据，是数据作为生产要素的两个不同表现形态，各有各的用处，不可互相替代，并且区块链系统上也不能直接处理大数据。

那么，哪些类型数据适合上区块链？

1）涉及多方利益的核心业务数据。这些数据需要被多方共享，数据来源需要相互确认且不可篡改、不可伪造。从而增强业务互信。例如，红十字会的数据、国家财政部扶贫专项基金数据等。

主体对客体的重要行为数据和客体的重要状态数据。因为主体是业务系统当中的能力要素，客体状态构成了业务系统状态的完整表达。主体和客体两个方面，描述了业务状态和业务状态的改变。2）客体的重要状态数据，例如，小区里社会管理中心对设备的改造，记录设备的状态，而这个数据在对系统而言就是一个重要数据。主体对客体的重要行为数据，例如，将维修人员是否去维修了，以及维修的质量如何作为一个行为进行记录，之后就可以实现对维修人员更细致的考评。

3）基于数据特征的数据。例如，主数据、源数据、大数据。这个层面也是未来构建复杂信息系统的底座和框架。在复杂信息系统中，将所有的数据通过链接方式或抽取特征值的方式存储到链上以保证数据的完整性和不可篡改性，这对于未来新系统的稳定可靠都将起到极其重要的作用。

（五）区块链和监管的关系

区块链本身是一个区域中心化和集体维护的系统。在具体业务中，是否需要去中心和去中介化？数据是否需要共享和被验证？这些都属于业务层面。而区块链带来的去中心化运营和系统激励维护，则属于区块链底层技术层面。

监管是业务层面，而内容和技术规则则需要服从于业务规则。同时还需要根据业务场景需要，监管部门制定相应的规则，对必要的交易内容进行签名，保证交易内容的合法合规。

（六）区块链如何从理想到现实以及如何通过协同来解决业务痛点？

首先，区块链与业务场景需求并不匹配。因为，区块链系统是基于单一类型参与方和同一性质节点实现的，数据的真实性全网可验证。但在现实的业务关系中，大部分业务场景中的参与方并非是单一类型，而不同类型的参与方在业务逻辑定位方面是存在差异的。

其一，不同类型业务参与方在业务流程中位置不同，即时序方面有差异；

其二，参与方在权限方面存在差异。目前区块链系统大部分使用智能合约来解决以上问题。但如果在整个智能合约中，参与方类型较多，功能较丰富，那么在定义上就会存在相当大的难度。同时，参与方的安全和系统的可靠性也会面临极大的挑战。由于节点在系统底层不存在功能和定位上的差别，而所有的任务都要在智能合约层来完成，就可能带来系统架构设计、编程逻辑等方面的困难，甚至部分业务逻辑难以在区块链系统上建立。

每一个节点都是区块链中的一个单独计算机，每个区块是计算机上的一个存储空间。按照比特币系统，区块上记录的交易是a 给b 转了多少比特币，b 给c 转了多少比特币等。但交易记录不仅是a 给b 转了几个比特币，而且还要a 和b 都对这个交易记录进行数字化签名，而后打时间戳，按照格林威治时间即一九七零年一月一号零时零分零秒到现在大概有多少秒？之后，要计算当前区块内所有交易内容的一个的哈希值，用默克尔树方式把当前区块的哈希值记录到下一个区块的区块头部，这样就把所有区块的内容做成了一个链接连起来，叫做区块链。当哈希函数涉及到比特币系统中，由谁来记录，也就是一个挖矿的过程。在区块链系统中，所有节点上的内容都是完全一致的。

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