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区块链分布式账本是什么?区块链分布式账本原理

区块链分布式账本是什么?区块链分布式账本原理
随着区块链技术的逐步发展,大家对于区块链和区块链技术都有了越来越深的了解。在阅读区块链相关文章的时候,我们经常会看到一个词,那就是“分布式账本”,很多人就会想

随着区块链技术的逐步发展,大家对于区块链和区块链技术都有了越来越深的了解。在阅读区块链相关文章的时候,我们经常会看到一个词,那就是“分布式账本”,很多人就会想当然的认为区块链就是分布式账本。这其实是没错的,但也不能完全这么说。分布式账本确实是区块链的一部分,但不能笼统的说区块链就是分布式账本,毕竟区块链还有其他很多功能和用处。

区块链是一个由去中心化网络中,基于公式算法而达成的不可篡改的的账本,本身就是一个具有非常具体技术基础的分布式账本。通过加密数字签名(Cryptographic Signing),并用”账本“将记录连在一起,就形成了一个链条,这就是区块链和分布式账本技术的不同。同时,基于区块链的具体应用,大众和用户有机会就其结构、运行等方面阐述自己的观点,甚至施加影响。

区块链是一种防篡改的、共享的数字化账本,用于记录公有或私有对等网络中的交易。账本分发给网络中的所有成员节点,在通过哈希密码算法链接的区块的顺序链中,永久记录网络中的对等节点之间发生的资产交易的历史记录。

分布式账本,就是一个可以在多个站点、不同地理位置、不同机构里进行信息共享的技术。在这个网络里的每个参与者可以获得一个真实唯一的信息副本。账本里的任何改动都会在所有的副本中被反映出来。

在这个账本里,存储数据的安全性和准确性是通过公私钥以及签名的使用,去控制账本的访问权,从而实现加密保护。根据网络中已达成的共识规则,账本中的记录可以由一个、一些或者是所有参与者共同进行更新。

举例开始:

例子1:

数学常识告诉我们“1+1=2”,将“1+1=2”比喻成“记账内容”,那所有人类中的每个人就是“分布式账本”。在已知的数学逻辑下,如果有人想要指鹿为马说“1+1=3”,那就需要更改全人类的逻辑共识,但是难度相当大。

例子2:

将某名男子结婚比喻成“记账内容”,婚讯被广而告之就是“分布式记账”,倘若有一天他见异思迁看上了同个圈子里的某位姑娘,那单身就是“虚假的记账内容”,很难成为他把妹的借口了。

例子3:

将世界杯全球实况直播比作“分布式记账”,比赛过程就是“记账内容”,每个观看了实况直播的观众都是一个“账本”。而观众遍布全球,所以全体观众组合成了一个“分布式账本”。如果有人想要纂改比赛结果,得问问观众们答不答应。

综合以上例子我们可以看出:

分布式账本避免了传统中心化信息管理所带来的信任和安全风险,使信息纂改成本大幅提高,从而保证了信息的权威性。

在分布式账本技术中,虽然技术是去中心化的,但是其组织可能并不是去中心化的,也很难被外界所影响:以银行业为例,你作为公众、用户是否曾经影响过银行是怎么记账的、怎么进行跨行转账、怎么收取各种手续费的么?网络中的参与者根据共识原则来制约和协商对账本中的记录的更新。没有中间的第三方仲裁机构(比如金融机构或票据交换所)的参与。

分布式账本中的每条记录都有一个时间戳和唯一的密码签名,这使得账本成为网络中所有交易的可审计历史记录。分布式账本技术的一种实现是开源区块链。

 

区块链在不知不觉中已经频繁出现在我们视线里,不同用户都在想法设法将其应用于商业用例中。就连当下热火朝天的世界杯,区块链也进入了“赌球”行列。

值得注意的是,各类区块链研究、各大机构的市场预测,已有铺天盖地之势。区块链在各行各业的的探索亦是如雨后春笋,区块链在相关行业的蔓延速度之快,令人咂舌。

首先,这些用例在特定行业和公司运营的特定环境有很大的关系。特定行业面临者发展瓶颈,急需新兴技术的助力;公司为谋求某种程度的发展,采取战略式布局。

其次,区块链与多个IoT技术的交叉领域是一大研究热点。特别是IIoT被认为是与区块链结合的重要潜在领域。

但是,IIoT并不是唯一适合与区块链结合的领域。区块链作为物联网的推动者的作用不仅在于产品层面,还在不信任的生态组成系统中扮演着不可或缺的角色。

例如,IoT与DLT相结合可以促使其在需要合同协议的数据交换范围内数据交易速度变得更快。设备在这个过程中可自主决策的解决建筑管理、供应链管理和工业4.0的范围内数据交易问题。

除此之外,物联网技术的各个层面的解决方案也在发生着变化。例如,在物联网平台、智慧城市平台等正在引入区块链的服务。

物联网与区块链的整合,其实也关系到了物联网与人工智能的结合使用。事实上,人工智能、物联网、混合云、雾计算、边缘计算和下一代安全等多种技术正在多方位结合。

2018年初,研究公司Kaleido Insights进一步深入探讨了物联网和分布式账本技术相互满足的各种使用案例。在一篇题为《The Internet of Trusted Things, Blockchain as the Foundation for Autonomous Products & Ecosystem Service(可信任物联网,区块链作为自主产品和生态系统服务基础)》(文末附报告原文获取方式)的报告中,Jessica Groopman和Jeremiah Owyang概述了物联网和区块链面临的共同挑战,介绍了IoT和DLT用例类别,强调产品和生态系统的重要性。报告还列举了几个例子,并提供了在区块链早期实现生态系统的建议。

分布式账本和可信任的物联网

在进一步深入之前,我们要先理解一下什么是可信任物联网。在分布式账本技术(DLT)和物联网(IoT)两大技术范围内,尤其是两者融合初期,信任似乎并没有想象的那么容易。

正如Jessica Groopman所说,“即使物联网经过30年的发展,仍然不会有普遍共享的互连体系结构,没有关系认证或货币化分布式机器”。

目前,多种协议和标准不断的出台,我们可以看出标准化设计和体系结构无法完全统一,个别组织和垂直行业寻求的用例和利益决定其解决方案差异化永远存在。但是,随着物联网和分布式账本技术所涉及的领域不断增多,互操作显得性非常重要,我们需要统一的身份验证、安全性和货币化的体系结构和标准。

我们的关注重点是可信任的区块链和物联网的各种使用案例。而区块链被称为“新的信任技术”,可以让数字交易环境变得可信。正如Kaleido Insights报告指出,DLT作为IoT的使能者,在产品层面和跨越用例创建信任,提高物联网生态系统各成分的可信任水平。

IoT和DLT:跨生态系统的数据交换模型和数据流

Jessica Groopman 表示,DLT给IoT带来的真正希望是通过代码实现可信服务的自动化,而不仅仅是在公司和客户之间,而是跨越整个生态系统。

确实,DLT使IoT变得更具变革性,它是物联网数据货币化模式的本质核心,并且为工业数据空间创建安全数据交换模型。

我们发现工业数据空间的核心原则之间存在很多的相似之处。甚至,在物联网和工业互联网的范围之外,交换和共享数据(或访问)是数字转型的规模化和更成熟阶段的创新和转型的关键,因为信任是建立创新生态系统,新商业模式和货币化的重要部分。

相比之下,IOT商业书籍《Digitize or Die》的作者Nicolas Windpassinger在一篇博文中提道,在合作伙伴之间建立信任关系的过程中,IoT加速改变了供应商伙伴关系共同建立信任的需求:

IoT描述了现有的M2M市场的重命名,在一个更加开放、一致的生态系统中,参与者(制造商、软件供应商、系统集成商、开发人员等)共同创造、共同发展。跨领域合作将是新分化出来的发展场景,技术是推动力,合作是加速器。

合作需要信任,而在这个更为开放和全球化的IoT场景中,最初的参与方很难建立信任。

供应链、智能合约、网络管理、终端用户认证、资产共享用例

供应链IOT与分布式帐本用例

显然,生态系统要比供应商、合作伙伴的数据范围要更加宽泛。

在这个时代,消费者(生态系统的一部分)希望他们需要比以往更快得到满足,数字供应链压力将变得更大。在相互关联的情况下,我们并不是指供应链本身,而是数据流、流程、控制机制,无数利益相关者的行动和交互(如区块链智能港案例中,有超过30种不同的主体之间平均200次互动,只是为了将集装箱转移从一个地方转移到另一个地方)。这也难怪全球物流和运输业在测试和采用区块链技术方面是最积极的推动者之一。

正如Kaleido Insights报告所描述的那样,物联网与分布式账本的交叉点供应链,是区块链物联网主要用例之一,或者说是区块链被视为自主产品的基础的行业/领域之一的生态系统服务。

智能合约和物联网网络管理

值得注意的是,区块链的主要应用仍在金融服务中。而智能合约的出现,使其在多种其他用例上得以使用。在自治设备上,区块链还可以保证物联网的安全性与合规性。

在现阶段很少提及区块链的物联网网络管理方面,其实分布式账本和物联网有很多结合之处,例如物联网安全领域,尤其是设备接入和跟踪管理。

随着大规模的物联网设备的接入,监控这些设备以及其在网络上的响应也被作为用例来提及。在资产层面,可信物联网联盟构建TIOTA (可信物联网参考架构)框架。并且在其推出几个月后,该组织宣布支持Ethereum,Quorum和Hyperledger区块链实现的物联网API,用于将物联网上的信息引入超级账本和企业以太坊区块链中,以支持开发额外的开源区块链技术。思科等科技巨头也正在探索使用该协议来注册设备身份和相关数据。相关消息显示,2017年,思科系统申请了“基于区块块链的物联网设备身份验证和异常检测”专利。

资产共享和终端用户认证

另外两个领域是按需/资产共享网络和终端用户认证。前者认为点对点共享经济用例和版权/ IP验证作为一些例子;后者不仅仅是传统的认证方式,例如物联网和传感器数据的范围将触发特定的忠诚度或用户奖励等。

物联网和分布式账本在产品层面的用例

在物联网产品用例上,报告指出了三个主要方面:产品身份(产品及其组件的身份、产品和组件的级别),产品交互(所有交互的集中化、事件和更新、产品的关联性)和产品交易(认证和货币或标记资产的交换和结算的自动化)。

一些特定的用例,包括认证检验、设计完整性认证、防伪、诊断、远程服务、微交易、能源交易和能源传输等等。

区块链工作原理是什么?区块链技术的工作原理是什么?大家都知道,“比特币”是一种数字货币。而“区块链”就是比特币的记账系统。可以把区块链想象成一个账本,上面记录了全球所有的比特币交易信息。那么,区块链跟传统的银行记账有什么区别呢?这就涉及到区块链的本质了:区块链是一种去中心化的分布式数据库。我会一一解释这三个关键词。

数据库:

所谓“数据库”,就是计算机上的一组表格,它可以存放大量的有结构的信息(可以类比Excel,但远比Excel复杂)。比如我们去银行存款、取款、汇款,这些交易信息都是要上传到银行的数据库的。

分布式:

这个数据库可以存放在银行的一台超级电脑上,也可以放在多台电脑上。比如工行可能在华北、华中、华东、华南等地区各有一台服务器,每个地区的交易信息发送到本地区的服务器上,各个服务器之间通过银行的内部网络连接。这就叫“分布式数据库”。

去中心化:

传统的服务器,不管是不是分布式的,都是有“管理员”的。也就是说,有一个银行内部的“超级用户”可以查看所有的交易信息,并且可以随意添加、修改这些信息。这就叫“中心化”。

而区块链则是“去中心化”的。也就是说,区块链这个数据库中不存在管理员,所有人都是平等的,都有权查看、添加信息。去中心化是区块链的本质特征。

既然所有人都有权往区块链上添加信息,那么这个“账本”难道不会乱七八糟吗?要搞清楚这点,我们需要了解什么是“区块”,什么是“链”。

何为“区块”何为“链”?“区块”是区块链的基本组成。区块就是一个数据块。类比账本的话,区块就相当于账本上的一页,这一页上记录了多条交易信息。而把这些分散在整个互联网上的“页”串成一条链,就可以形成一个完整的“账本”。那么,“区块”是怎么串成“区块链”的呢?

哈希值与防篡改:

除了比特币交易信息之外,区块上还包含了这个区块本身的一些特征信息。可以类比一页上的“页码”,只不过这个“页码”比较复杂。“页码”中最重要的,就是“哈希值”,它是理解区块链可靠性的关键。

所谓“哈希值”,可以理解为数据的一个“指纹”。我们签合同有时会摁手印,以后只要把自己的指纹和合同上的指纹对比一下,就可以证明合同是自己签的。类似地,我们在网上下载一个软件,有些网站会给出安装包的哈希值(可能称为CRC或SHA)。我们下载完安装包后,只需用专门的工具计算一下这个SHA值,再跟官网上给的SHA值对比一下,就可以知道自己下载的和网站提供的是否100%一致,下载过程有没有被人做了手脚。

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