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比特币从“不了解”到“被误解”——详解区块链技术

2017-05-18 15:00:59  来源:36氪

摘要:一个新技术之所以降临往往是要解决一些具体的问题;一个新技术应用的发展空间则源于技术本身的特性和创新性。
关键词: 比特币 区块链
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  在这次“比特币勒索病毒”席卷全球之前,恐怕很多人只是听过比特币、但却不了解比特币,或者是以为比特币是一种比较贵的……Q币?那么就更别提比特币的底层技术区块链了。当然,这没什么不应该的,连最靠近新技术、新商业模式的创投圈,能真正说清楚比特币和区块链的朋友估计也不会很多。

  由于区块链技术本身是底层技术的创新,区块链概念从进入大众视野直到今天,始终面临很多不解和质疑:区块链技术到底是什么?它的创新性体现在哪里?有什么意义?为什么会说区块链技术是继蒸汽机、电力、信息和互联网科技之后,触发下一轮颠覆性革命浪潮的核心技术?区块链可以有哪些商业应用价值?它的商业应用为什么发展缓慢?等等。

  本文试图从比特币区块链的运行机制出发,解释区块链技术怎么解决互联网点对点货币转移的问题,解读区块链技术的特性和创新性,进一步思考其技术应用的机会。

  比特币的诞生和发展背景

  2008年11月,一个化名中本聪的人发表《比特币:一种点对点的电子现金系统》,首次提出了比特币的概念。中本聪在论文中阐述了希望可以创建一套“基于密码学原理而不基于信用,使得任何达成一致的双方能够直接进行支付,不需要第三方中介参与”的电子支付系统。可以说,比特币的出现,与国际货币体系内的缺陷息息相关,是人类货币体系的一次突破。

  2009年1月,以区块链技术为基础的比特币发行交易系统正式开始运行,随着比特币区块链中第一个区块生成,比特币诞生。从最开始的只在技术工程师之间以娱乐为目的流通,到逐渐具备了与实物、法币兑换的能力,比特币也就开始有了“价格”(比特币与法币间的公允汇率)。

  2010年起,世界上多个国家陆续出现比特币交易平台,大量投资者将比特币作为一种投资品竞相买卖,比特币价格开始在剧烈波动中上涨,并逐步在全世界范围内被认知。而关于比特币技术的安全性和可控性、比特币交易的监管以及比特币的法律地位等问题,各国政府在过去几年中展开了持续的讨论,态度不尽相同,但对于比特币的底层技术——区块链的研究和应用热情却不断高涨。

  比特币区块链的设计理念和运行机制

  可以理解比特币是一种在计算机网络上通过算法创造出来(不受任何组织和个人操控干预)、被计算机程序规定总量恒定(具备类似黄金的稀缺保值性)、通过加密等手段实现了所有权的点对点转移(能够不依赖任何中介自由的流通),基于人们对其发行交易体系的信任而逐渐形成货币价值的一种数字货币。

  而比特币的核心价值不仅在于它具备了全球范围内的流通能力,更重要的是,它实现了不需要中心机构担保的的点对点直接交易。

  我们现行的货币流转系统里,在互联网上发生的货币转移(无论是与我们银行账户可支取纸币等值的电子化货币还是虚拟游戏币等)都是依赖于一个中心机构的,比如银行、支付宝、QQ游戏运营中心;而要实现数字货币在互联网上点对点的直接交易,远比我们直觉以为的要困难的多,可以试想下,如果没有银行这个中心机构为每个用户核实记录账户资金的变动,那我们如何能够实现转账这个行为?甚至如何拥有一个自己的账户?

  比特币区块链则可以理解为一个账务系统,一段时间内的交易信息被打包记入一个数据存储单元(区块)中,给这个区块盖上时间戳,一个个区块按照时间顺序链接起来形成一个区块链账本。

  当然,事实上,比特币区块链技术和其运行原理很复杂,理解它,我们可以先考虑——要实现电子货币的点对点传输必须解决哪些关键的问题呢?

  1.怎么认证交易账户的身份?

  即你只有证明你是你,你才可以对你账户内资金进行支配(现行中心化系统中,中心单位通过在其总账中为用户设置账号和密码来进行确认)。

  比特币区块链系统中,身份认证通过一对密钥完成,每一个账户创建时自动生成一对公钥和私钥,公钥对外可见,私钥仅由账户拥有者自己掌握。这对密钥的特点是,其中一个密钥加密过的信息,有且仅有另一个与之配对的密钥才能解密,而且用其中一个密钥无法推算出另一个密钥。

  交易过程中,支付方A使用私钥对既定信息进行加密,交易的记录者可使用公开的A的公钥对加密内容进行解密验证(如下图),来判断其是否为A账户真实拥有者。类似地,支付方A用目标收款方B的公钥加密既定信息,收款方B需使用自己的私钥解密验证才能获得收款资格。区块链中所说的数字签名,就是指这样用唯一匹配的私钥和公钥完成加密解密验证来证明身份的行为。

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  2.怎么确认一笔交易是不是有效?

  其核心在于支付方如何证明自己的账户内有足够的资金进行支付(现行中心化系统中,中心单位在其总账中为每个账户设置余额项,一笔收入之后余额增多,一笔支出以后余额减少,满足支出额小于账户余额便可以执行支出)。

  比特币区块链中的验证机制比较独特,并不对支出账户的总余额进行查验,而仅需证明支出账户中至少还存在需支出额度即可,比如A需要支出20个比特币给B则只需要证明——自己的账户在历史交易中曾经收到过20个比特币且这20个比特币没有被支出过。可事实上历史交易中不一定有一笔还没被消耗的收入正好是20个比特币,如果是存在一笔25个比特币的收入当然也可以,那其交易信息记录为:

  1.A账户曾在一笔编号为m的交易中收到25个比特币;

  2.A支出20个比特币给B;支出5个比特币给回自己(如下图所示,“输入”即指明资金来源的那笔交易,“输出”表示本笔交易中资金将去往何方)。这样就实现了每一笔之前获得的资金都在下一笔交易中尽数消耗,不用记录结余。

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  上图中交易n具体的确认过程是,在比特币区块链上运行着某一个客户端节点的Alice向其他节点广播这笔交易信息并签名,所有在线听到这个交易信息的节点都有权对交易有效性进行验证和记录——验证Alice的签名、搜索确认交易m真实存在并且在这之前交易m没有被其他交易引用过;平均每个10分钟内通过了有效性确认的交易信息,会被记账节点打包记录进一个数据块(也就是区块),区块成功链入区块链中则代表着这个区块上记录的所有交易真正发生。

  比特币区块链通过给每个区块加盖时间戳,准确记录区块生成先后时间——也就是所记录交易发生的先后时间,以此来避免重复支付。若打包交易信息的过程中先后接收到两个矛盾的交易广播(比如Alice在一笔交易广播中,称将交易m中收入的25个币中的20个转给Bob,另5个转给自己;在另一个广播中将同样来自交易m中的25个币转给了Mary),在记账的节点通常会默认选择记录先听到的那一笔。

  但麻烦的是,网络通讯会有延迟性,处于不同位置的节点听到两个广播信息的顺序可能并不一样。

  举例来讲,A要花20个比特币从B处买一个电子设备,便需要发出“A从之前第m笔交易中获得25个比特币,现将20个比特币支付给B,5个比特币支付给A”的广播指令,但可能A居心不良,稍后很快又发出了另一个广播,说这25个比特币要全部转移到M账户(可能是A自己的另一个账户)。有可能部分节点先听到了正确的向B支付的广播,于是记录下这一笔,后来再听到的另外一笔广播则因无法通过重复支付验证而被忽略,而部分节点则先听到并且记录了另一笔虚假信息。

  那么有可能出现的一种情况是,首先记录了正确信息(A转给B20个币)的区块并入区块链,B得知后以为交易生效便将电子设备交付给了A。

  但是下一个区块记录者正好是一个先听到了虚假信息的节点,因而认为自己先听到的转给M账户25个币的交易才是正确的,前一个区块中记录的转给B20个币的交易不成立,于是选择不延续上一个区块,而是把自己的新区块链接到上上一个区块后面,而之后的区块记录者也恰好认同新区块并选择在新区块链后延续。那么,再之后的区块记录者则会看到两条分叉的区块链,一条是记录着那笔真实交易的较短的区块链,一条是记录着虚假信息的较长区块链,在对交易信息的判断没有特别坚持的情况下,新的记录者往往会选择在更长的区块链上延续——更长的区块链往往代表了更完整的交易记录,于是,记录正确交易的那个区块则被抛弃,成为失效的孤块,那么B则不得不承担人财两空的损失。

  类似情况发生的概率虽然不大,但确实无法完全避免,所以比特币区块链交易形成了一个“等待六次确认”的原则,也就是说,上文中的B在得知记录正确交易信息的区块进入区块链后先别着急履行交易义务,而是需要等待之后5个区块都陆续承认此区块(即选择在此区块后面延长区块链),方才确认自己获得20个币的交易真正发生。其原因是,如果6次确认之后还有区块记录者妄图推翻这笔交易,将记录虚假信息的区块并入区块链,则必须推翻之前6个区块的记录,从倒数第7个区块后面衔接新区块,那么这条新的区块链则比另外一条区块链短了6个量级,这样的情况下,这条新区块链被后续区块记录者承认的可能性则会非常非常小,几乎不存在。

  3.谁来记录交易?怎么保证交易能够被客观记录?

  前面一直提到区块记录者,那么区块的记录者到底是谁呢?关键是怎么保证记录者能够客观记录交易信息呢?

  每一个比特币区块链节点都有权记录任意节点广播的交易信息,但是,平均每个10分钟内,往往仅有一个节点能够通过其他节点的验证获得一次记账权,从而将自己记录的新区块放进区块链(之所以设置10分钟这样一个较长的信息打包时间主要是为了让各个节点在通讯可能存在障碍的网络上更充分的接收、验证信息)获得一次记账权生成一个新区块的过程俗称——矿工挖到了一块矿。

  首先,各个节点为什么要争取记账权?因为有奖励!

  面对已经有N个区块连接而成的区块链,获得第N+1块区块的记账权即意味着在区块链中生成了第N+1个新区块。比特币区块链上,区块生成的过程也就是比特币被创造的过程,每一个新区块生成,就会有既定数量的比特币被创造出来。(生成一个区块可以创造的比特币数量被规定每4年减半一次,2009年1月第一个区块生成时,世界上有了第一批50个比特币,而2012年12月之后,每生成一个区块只会创造出25个比特币,以此类推不断递减,到达2140年将不再有新的比特币生成,那时候全世界比特币的总量为2100万个。)

  记账者的奖励就是,获得所生成区块新创造出来的比特币!并且,广播交易寻求记账的交易者们可以选择支付给记录者一定的辛苦费,广播的交易信息中交易输出金额小于交易输入金额的部分,则默认支付给成功记录了这笔交易的新区块的创建者。

  接下来,怎么实现交易信息的客观记录呢?

  交易信息得以客观记录的重要前提有两个:第一,避免区块的记账权被操纵,比如某个节点或者某个组织控制下的多个节点连续多次获得记账权,那么他们就可能如我们前文中担心的那样,让一些虚假交易连续得到多个区块确认以至于很难再被推翻;第二,在区块链上的某些不遵从区块链规则的坏节点随机获得记账权后,记录虚假交易的行为,能够被纠正。

  比特币区块链系统解决这两个问题时有一个核心思想和一个基本假设,核心思想是,让每一次记账权的获取都需要付出一定的成本,使操纵记账权所需付出的成本远高于可能获得的利益,从而让每个节点出于对自身利益最大化的考虑,自发、诚实地遵守协议中预先设定的规则;假设则是,大多数节点们能够理性判断承担成本和风险去做坏并不如遵守规则可获得的经济效益大,所以区块链上的所有节点中,不存在高达51%的坏节点,无法颠覆现行的规则。

  也就是大多数节点都是基于“获得一次记账权不容易,我需要真实客观的记账,跟在一个不存在做坏嫌疑的区块后面,也让我后面的区块们认可我的区块,从而保证我的区块在最长的链条上延续,也才能保证我创建区块获得的比特币奖励有效”这样的思想在履行记账义务。那么即使有个别坏节点获得了某次记账权后没有认真履行记账义务,后面的好节点也会基于“相信大多数节点都是好节点,好节点们都会支持我这个好节点而不是之前的坏节点”从而推翻上一个区块建立新的区块!

  实际运行中为记账权获取所设置的成本是,区块记录者需要通过大量数学运算得到一个很难被算出来的“随机数”(现在平均要进行约2^32次不同随机数的代入运算才可能得到一个符合要求的随机数)!随机数找到后,记账者将填写了随机数的区块广播给其他节点,其他节点收到后则迅速验证随机数是否符合要求(随机数很难算出来但很容易验证)以及该区块记录的交易信息是否存在重复支付等。如果验证通过则判断其获得当前区块的记账权,那么就会停止自己这一轮的运算,转为争取下一个区块的记账权。也可能不很幸运的,两个距离较远的区块几乎同时算出随机数,并且都已经得到了部分节点的验证认可——距离自己较近的节点会先听到自己的广播,那么这两个区块哪一个最终成功进入区块链,则取决于之后获得记账权的区块选择了在哪个区块后面延续自己的区块,没有被选中的那个区块则成为一个废弃的孤块。

  这是一种工作量证明的共识机制,即通过承担一定的算力成本(电费和服务器费用等),完成了大量的计算工作而通过验证获取记账权。其中隐含的条件是,某一个节点成功完成运算获得记账权的概率与其服务器的运算能力占全网络运算能力的比例正相关,这也就解释了为什么,要想操纵记账权是需要付出难以想象的高昂成本的。

  4.要是之前记录的交易找不到了或者被篡改了怎么办?

  现行中心化系统中,一般来说,中心单位所记录的所有用户的账户信息和历史交易信息都保存在他们进行了强安全防护的服务器上,并且进行了备份,以保证不丢失不损坏。那么区块链上记录的信息如何来实现这些的?

  之前我们提到的,其他节点验证某个区块之后则表示认可——同意跟在这个区块后面延续自己的下一个区块(可以叫做这个区块成为下一个区块的父区块),这里具体的操作涉及到一个叫做哈希(Hash)算法的概念。

  哈希算法,是一种能将任意长短的字符信息轻松转化成一段固定长度的字符串(哈希值)的算法,哈希算法的主要特点是:1.原始信息与输出的哈希值具有唯一的匹配关系,改动原始信息中哪怕一个标点其哈希值都会产生明显的变化;2.无法凭借哈希值破解其原始信息;3.在人类现有的计算能力范围内,不存在重复的哈希值。

  区块间的连接正是通过,下一个区块将上一个区块的“区块头”的哈希值写入自己的区块中(一个区块由记录着区块基础信息的“区块头”以及记录着所有具体交易信息的“区块体”构成),即将上一个区块头的“头哈希”值填入新区块的“父哈希”字段中,区块与区块之间通过“父哈希”建立起对应的连接关系,进而组成一条完整的区块链。这就意味着,第一,我们可以通过索引当前区块的“父哈希”一直追溯到第一个创世区块;第二,如果有人妄图篡改其中一个区块上任意一个数据,则会引起一连串区块哈希值的变化,其篡改行为则会立即被识别。

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  另外,每一个区块上记录的所有交易信息都保存在一个运用哈希算法的二叉树数据结构中(Merkle树)——将1到n笔交易数据看作是这个数据树上最外层的n个叶子(末端节点),然后将末端节点两两分组计算哈希值,一组组哈希值形成新的一层节点数量更少的数据层,以此类推,直到我们得到一个单一的树根节点,而只要记住“根哈希”,则任何企图篡改交易数据的行为都会被检测到。

  仅把“根哈希”记录在区块的“区块头”部分,大大降低对“区块头”数据储存的要求,比特币区块链上的每个节点得以储存整个区块链上完整的区块头数据,实现了区块链账本在每个节点处的备份。并且,Merkle树数据结构下,通过验证一笔交易通往根哈希的路径即可简洁快速的证明此笔交易是否存在在这个区块上。

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  这就实现了交易记录的可追溯和不可篡改!

  附上一张区块链结构示意图,可以直观了解下~

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  补充说明一下,其实在区块链技术之前,人们也曾试图在互联网上点对点传输数字货币(本质上是数字信息)来实现无中介的价值转移,但受限于数字信息的可复制性以及无法解决重复支付问题,很难真正实现。而比特币区块链系统中,最伟大的创新是,货币拥有者不再需要通过证明自己所持有数字货币的唯一有效性来争取所有权,而是取决于所有权转移的过程被区块链网络上的其他节点们所认可——即你所拥有的比特币数量实际上是在那条最多的节点认可的长期共识的区块链上,你可以有效支出的比特币的数量。

  区块链技术的特性和延展性

  出于对比特币区块链设计思想之精妙的叹服,以上分享了大量比特币区块链运行机制的细节。但其实,对一些细节的不理解并不影响对区块链技术以及技术应用的分析。而且比特币区块链系统中的一些设置,比如平均每10分钟生成一个新区块、每个区块有1M大小等,并不是区块链系统设计时必须遵循的原则,在探讨区块链技术时候,我们还是应该从技术的核心特性和创新性出发。

  事实上,区块链并不是一个单一方向的技术创新,而是基于原有的密码学、分布式数据库、P2P通讯等技术的融合创新解决方案,其最大的创新可以说是引入了一种用随机个人构成的群体来代替传统的中心单位掌管系统运行的共识机制和奖励机制。

  总结起来,区块链技术方案的基础特性、内生特性及重要延展性如下:

  基于P2P通讯技术和共识机制实现的去中心化

  不同于中心化网络模式,P2P网络中每个节点拥有相同的网络权力,不存在中心的服务器。所有节点间通过特定的软件协议共享部分计算资源、软件或者信息内容。在比特币出现之前,P2P网络计算技术已被广泛用于开发各种应用,如文件共享和下载软件、网络视频播放软件等。

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  区块链技术去中心化的核心在于,通过技术手段使单个组织和个人可以在统一共识的规则下按分布式的方式提高协作效率。去中心的主要价值则在于:1.减少交易信息中转流程,提高交易处理效率;2.剔除了中心机构运营的那部分成本负担;3.网络上所有节点平等参与交易的验证、记录,排除了被任何中心组织控制的风险。

  基于密码学的去信任——实质是信息能够被客观记录且不可篡改

  其实去中心化与去信任相辅相成不可分割,正是在一个没有中心权威担保的交易网络中(或者说正是因为要推翻对中心权威担保的依赖),我们才需要通过技术手段解决信任的问题,而如果无法实现去信任,去中心网络将失去运行的基础。

  去信任意味着用技术规则加持信用,通过算法实现自我约束,任何恶意欺骗系统的行为都会遭到其他节点排斥。其在区块链中的本质体现是,所有交易信息可有效确认并客观记录、历史交易可追溯且不可篡改。这主要依赖于前文中提到的非对称密码算法(私钥和公钥)以及哈希算法来实现。

  整个系统中的所有节点能够在自信任的环境下自动安全地交换数据,节省了信任建立的成本;信息通过确认后则被永久记录、不可篡改,极大的提升数据在安全存储和溯源方面的能力。

  基于分布式数据库的分布式网络

  区块链分布式网络,即由众多运行着区块链客户端的节点们构成的点和点彼此相连的拓扑状网络。

  在这个网络中,每个节点共享一套开放数据库,即每个节点同步储存、更新数据。其主要价值在于:1.分布式数据结构充分利用每个节点的储存、计算资源,避免了对中心运算设备软硬件的巨大投入;2.每个节点都拥有一份数据库备份,单个节点受攻击造成的信息损坏或者丢失不影响整体数据的安全;3.基于各个节点的数据共享,可实现节点间的互操作,资源利用率提高。

  区块链技术的内生特性:隐私保护

  这里需要强调的是,区块链网络中的隐私性和透明性并不冲突,透明性主要是指交易数据历史记录的共享开放,即数据操作行为的可见、可追踪,侧重对操作行为合规性的共同监管;而隐私性特指对账户身份信息的保护——从两方面理解,一方面是指账户身份与真实公民身份不挂勾(在我国现行监管政策中,要求比特币交易实名制),另一层则是指账户身份权限中的信息数据仅支持账户持有者操作,而传统中心化网络中中心单位有权对各个账户信息进行浏览和调整。

  账户信息的隐私性同样是基于密码学来实现的,任何公钥地址下的信息内容仅由对应私钥持有者才能解读或者进行解读授权,这对私密信息网络传输形成了有力的安全保障,在信息开放共享的环境下增强了信息传输对象的可控性。

  区块链技术的重要延展性:智能合约带来的自动化

  早在1994年,密码学家尼克·萨博就提出了智能合约的概念,简单理解,就是把合约内容进行数字化编码生成一个计算机程序,当预先设定的条件被触发时,智能合约能够自动执行合约条款。但是在过去中心化的体系中,智能合约意义并不明显,因为保存在中心系统中的合约可以被系统所有者随时修改甚至删除。

  而基于区块链的智能合约则充分具备了自治、自足的能力,从双方达成合约协定开始,通过将合约内容编写成计算机程序储存在区块链中,合约中涉及参与方将有权在区块链上跟踪、监督合约的履行情况,一旦满足约定条件,合约能够自动执行完成权利和义务的交割。如果说传输比特币的区块链实现了数字货币在任何节点间的直接交换,那么传输智能合约的区块链则实现了任何可编程的智能资产的去中心化交易。比如,预先建立的智能合约能够在某人已经偿还完所有房贷后,自动执行合约,将抵押的房屋所有权从银行自动转让到个人名下。

  日趋完善的智能合约将根据交易对象的特点和属性产生更加自动化的协议,这排除了不必要的人工参与,节省了大量的签约成本和履约成本,尤其涉及大量、高频、低价值的交易,经济性尤为凸显。

  区块链技术特性可以匹配哪些应用

  1.不同主体间沟通效率低、连通成本大的领域

  跨境支付

  传统的跨境支付清算需要借助多个机构,前后需要经过开户行、央行、境外银行等多道手续。不同机构有自己独立的账务系统,系统间并不相通,因此需要多方建立代理关系、在不同系统进行记录、与交易对手进行对账和清算等,并且传统的支付体系无法实现去信任,只能通过类似保证金系统的第三方机构对交易双方信用进行保障,这常常导致跨境支付费用高昂且速度很慢。跨境汇款中间银行的角色拥有不同的货币账户,协助双方进行货币兑换,跨货币处理很慢,成本高。

  而基于区块链解决跨境支付则可以构建一个由多个跨境支付需求方构成的联盟链(区块链公有链对所有网络用户自由开放,联盟链则对部分经过授权的用户开放),网络中各个节点之间以联盟链共识的虚拟货币为媒介进行点对点的货币传输,省去任何第三方中介环节,做到交易即结算——不需要任何第三方担任交易对手对双方账户变动进行调整、对账,大大降低成本的同时,可以非常迅速的完成支付。

  案例:Ripple

  在全球跨境支付市场上,率先利用区块链技术实现其商业化应用的是由瑞波币实验室开发的跨境支付网络Ripple。Ripple主要为银行提供基于区块链协议的外汇转账方案,致力于替代SWIFT打造一个基于区块链的全球银行的网络金融传输协议。

  Ripple通过其开发的Inter Ledger协议项目,为不同记账系统建立起沟通桥梁,打造一个全球统一的网络金融传输协议。Inter Ledger协议系统中,不同银行可以保持原有的记账系统,使用Ripple提供的软件,通过第三方“验证端”自由传输货币,同时银行间的交易可以隐藏起来,“验证端”通过加密算法来进行,不会看到交易的详情,只有银行自身的记账系统可以追踪交易的详情。

  Ripple网络中,统一的分布式记账系统可以通过许多节点以共识机制来验证交易并记账,不需要任何信任中心,可以实现7天24小时全天候支付。并且由银行、货币兑换商等金融机构在Ripple网络中扮演做市商,汇款银行可以选择自己信任的做市商,只要做市商足够多,理论上能够提供具有市场竞争力的汇率水平,同时Ripple网络也通过算法寻找最优汇率水平,做市商能够随时随地为跨境支付服务,提高效率。

  案例:OKLink

  与Ripple不同的是,OKLink聚焦为全球中小型金融参与者提供服务,Ripple在跨境支付中使用瑞波币为媒介,而OKLink使用的是OKD,两者作为中转代币从使用价值而言并没有区别。

  具体的业务场景是,使用OKLink服务的汇款公司和收款公司注册成为OKlink区块链网络中的一个授权节点,节点与节点之间可以直接进行OKD的转移,买卖双方则先后通过OKD与当国法币的兑换来实现不同主权货币间的跨境支付、结算,省掉了所有中间环节费用,包括OKLink和收付款公司的所有费用,整个网络只在中间汇率基础上收取不超过0.5%的费用,极大地节省了中小企业在小额跨境汇款中的成本。而利用区块链网络中“交易及结算”的特质实现快速交易,10分钟之内完成包括支付、汇率换算、结算在内的所有汇款过程,相较于传统跨境汇款流程中平均等待三四个工作日可以说是飞跃式的发展。

  证券的登记与清结算

  证券登记即证券发行人建立和更新证券持有人名册的行为,伴随证券交易发生。在中心化证券体系中,市场参与者将所有证券登记和结算任务委托给中央登记结算机构,维护这种中央结构体系的公信力需要极为繁杂的规章制度和审计流程。而传统证券交易需要经过资产托管人、证券经纪人、中央银行和中央登记结算机构才能完成,系统之间兼容性低、处理方式各异,整个流程效率低、成本高,从交易指令发出到结算结束同样需要T+3天的时间,冗长的结算流程导致更久的资金占用和更长的风险敞口。并造就了强势中介,处于信息劣势的投资者往往得不到权益保障。

  基于区块链技术的证券登记结算系统,可降低系统风险和成本,提高结算效率,以实时全额结算模式来作为中央对手方制度的补充和替代。

  区块链技术可以使彼此之间没有建立传统信任关系的经济主体在同一个区块链体系中达成平等合作关系,各个节点可以展开充分自由的沟通,节省了信息不对称造成的交易成本。并且大大简化中间环节和交易流程,提高了市场交易效率,有助于推动交易结算实现T+0的实时全额交易。

  案例:t?

  美国十大零售商之一Overstock2015年创建了区块链证券发行平台t?,称证券无须通过纳斯达克等交易平台可直接在区块链上完成交易,同年12月美国证券交易委员会(SEC)已批准Overstock通过区块链来发行本公司的股票。该平台致力于基于区块链发行数字资产,如债券、股票等,颠覆现有的T+3结算模型,成为一个更高效透明的“交易即结算”的证券发行交易平台。Overstock于2015年、2016年先后在t?发行了债券和股票。

  案例:Linq

  纳斯达克通过与区块链初创企业Chain合作,已正式上线了用于私有股权交易的Linq平台。通过NasdaqLinq私募的股票发行者享有数字化所有权,同时Linq能够极大地缩减结算时间。Chain指出:现在的股权交易市场标准结算时间为3天,区块链技术的应用却能将效率提升到10分钟,这能让结算风险降低99%,从而有效降低资金成本和系统性风险。该平台还为其服务的公司提供了管理估值的仪表盘、权益变化时间轴图、投资者个人股权证明等功能,让发行公司和投资者能更好地跟踪和管理证券信息。

  2.对于信息的追溯、保真有强烈需求的领域

  供应链——防假冒伪劣

  充斥在市场中的假冒伪劣商品层出不穷,制假售假现象屡禁不止。越来越多的假冒伪劣商品混入市场,不但严重扰乱了正常市场秩序,也埋下了使用假冒伪劣商品的隐患。对于商品的溯源保真,尤其是高单价奢侈品和直接关系到身体健康的医药食品领域的商品,需求非常迫切。但是由于供应链通常由多个企业节点构成,而且多层级间信息不对称或信息传递扭曲失效,导致对于商品来源的鉴定异常困难。

  基于区块链+物联网,从源头开始,为物品进行身份标识(物品指纹),通过传感装置将商品流转过程中仓储、物流、分销、零售等主要环节的关键信息提取记录在区块链网络中,在区块链可追溯不可篡改的特性保证下,消费者可通过配套智能设备对商品进行扫描识别,掌握商品生产制造及流转过程中所有关键信息。

  案例:Provenance

  Provenance是一家基于区块链技术为企业提供供应链溯源服务的公司。Provenance能够在区块链上记录全球零售供应链上全流程的信息,让消费者能够实时进行检索,提升供应链上的信息透明度。用户可以通过与互联网相连接的设备来监视目标对象,以透明的方式全流程追踪货物的原产地以及中间的交易过程。在区块链上,消费者不仅可以查看产品的静态属性信息,还可以查看产品从生产商到经销商再到终端消费者的中转运输流程——消费者只需从智能手机上就可以了解到沿途每一步的信息更新。

  公证认证

  在传统认证方式下,当事人虚构、隐瞒事实,或者提供虚假证明材料的现象屡有发生。识别假户口本、假结婚证、假房产证、假学历证等通常需要认证人员的一双“慧眼”。稍有不慎,就可能使一些人蒙混过关,骗取认证书,并损害他人的合法权益。因此,传统的认证方式依赖于公证人员有极强的专业素质和社会责任感,无法完全保证所认证物的真实性。而且,现行认证手续繁琐、流程复杂,“人工+纸质”认证方式,效率低且成本高。

  如果使用区块链,用户只需要将所要认证的物品通过区块链进行记录,则能够实现认证信息的准确性以及认证过程的安全性,最终能生成可靠、精确、不可篡改的存在性证明、所有权证明,遏制了造假情况的发生。

  案例:公证通Factom

  Factom是一家致力于利用区块链技术来进行文件认证、数据管理、档案记录的保存与验证的公司,可应用于资信证明、专利保护、身份证明、产权保护、医疗档案、审计等领域。基于区块链的链式结构的数据存储,登记在Factom上的历史记录被永久地保存下来,且所有的信息都将可以追溯。以Factom用来管理土地产权转让合同协议为例,如果土地产权转让经过双方的共同认定,并且转让的土地产权并非伪造且通过区块链的验证(存在性证明),那么和其相关的链将被更新,以反映上述结果(过程性证明)。但之前土地产权更改的历史记录不会丢失,它所记录的内容和顺序在Factom上都不能被更改或隐藏(可审计性)。

  3.对于大体量数据的安全运算和共享有较高要求的领域

  物联网

  物联网是在互联网的基础上延伸扩展的网络,用来实现物品间的信息交换和通信。物联网的应用对于人类社会进入到智能居家、智能交通、智能消费的崭新时代有着重要的意义,包括前文中提到的区块链结合物联网来改造供应链管理。

  有机构预测,在未来5年时间里,全世界将有超过250亿个设备、传感器和芯片处理超过50万亿G的数据。物联网的价值就在于将这些数据捕捉并分析,从大量的信息和噪音中识别和分离出最为重要的数据,但是,中心化网络可以达到的速度和成本难以满足更大规模的物联网设备需求——就目前的情况看,中心化的网络可以应对10亿级别的移动互联网设备,随着接入量增大,提供支持和服务的数据中心基础设施的投入和维护成本将无法估量。另外,如此庞大的数据的安全防护问题也是一个严峻的考验。依赖于中心网络实现的信息共享很大程度上将制约物理节点间的通信效率以及对新节点的扩展。

  区块链分布式储存技术充分利用每个设备自身的计算和储存能力,避免搭建集中云和中心大型服务器群的巨大软硬件成本投入;而且,基于区块链分布式数据共享,物联网中数以亿计的智能设备在交互过程中,可以了解其他设备的功能,以及不同用户围绕这些设备的权限和指令,即能跟踪设备之间的关系、设备和用户之间的关系,提升对运行环境的认知,加强对自身角色和行为控制的能力。

  案例:ADEPT

  2015年初,IBM和三星集团宣布联合打造基于区块链技术的物联网系统ADEPT。ADEPT系统基于区块链架构,使用BitTorrent(文件共享)、Ethereum(以太坊)、TeleHash(终端到终端加密)支撑。IBM和三星希望这套系统可以让物联网里的各种设备自动运转,比如家电发生故障时可以自动发送信号并进行软件更新,以及设备与设备之间进行数据和计算能力的交互。已经实现的典型场景:使用区块链技术将洗衣机加入物联网之中,通过获取用户的洗衣频率和每次洗衣服的数量,分析用户是否有定期运动的习惯、是否生育婴儿,还可以自动估算剩余洗衣液的可用时间,甚至自动完成在线下单的购买行为。

  案例:Filament

  Filament将眼光转向了工业领域,尤其是石油、天然气、制造业、农业等行业。Filament重点开发两个硬件单位——传感器装置FilamentTap,以及可粘附设备表面的智能模块Filament Patch,Filament要实现的核心功能是:保障智能设备数据存储和通信安全;安装了Tap和Patch的智能硬件可以实现脱离网络连接的长距离通信,服务于工业规模的设备部署。

  案例:Slock.it

  Slock.it则是通过区块链实现闲置资源共享,致力于将智能合约嵌入到多个物联网设备和应用程序之中,让任何人都可以不通过中间商,直接出租、出售或者共享任何物品。在其设计的自治结构中,用户可以在移动应用上随时随地跟踪、控制出租或使用连入物联网的各个物品,每次共享完结时,还可以实时收取费用进行收入分配。

  4.对于信息共享有较高需求,但具有隐私保护性的领域

  共享医疗信息有助于医疗资源浪费、医疗效率低下以及医疗费用高昂等问题的解决。然而目前医疗信息共享存在诸多困难:首先,技术上难以实现兼容,各医院电子病历系统不尽相同;其次目前的医疗共享平台无法保障个人健康隐私不受到侵犯。

  通过在区块链上存储和管理个人医疗记录信息,每个人的健康记录被编码成数字资产,个人可以通过私钥将访问权限授予医生、药店、保险公司等。在区块链上定向分享用户的医疗记录,一方面打通用户各个场景中的医疗健康管理需求,一方面可实现全球范围内的医疗机构临床案例研究;同时,区块链可进行多签名复杂权限的管理,利用区块链数据以确保医疗敏感数据不被泄露。

  案例:Dokchain

  医疗API公司PokitDok近期宣布与英特尔达成合作,共同研发“Dokchain”医疗区块链解决方案。英特尔将为PokitDok提供其开源软件Hyperledger Sawtooth作为Dokchain的底层分布帐,并将英特尔芯片用于处理区块链交易。

  Dokchain为用户提供身份管理功能,即使用Dokchain的用户可以在线验证医疗交易各方的信息,通过验证后则可以启动交互行为——在处方记录、医药消费、医疗保险等各个领域都已经有所实践。降低医疗欺诈、有效保护患者隐私是Dokchain进行功能部署的核心考量。

  5.人为审核、执行不确定性大的领域

  资产交易

  无论是企业所有资产还是个人资产的转移交易往往伴随着多重认证确权、资格审查、关联取证的复杂过程,达成一致进行交易执行前需要多个部门和相关交易人的多方介入和沟通,而资产交易是金融经济活动中的主要构成,其执行效率低、纠纷解决成本大很大程度上影响了商业社会财富的流通和增值,尤其是在资产证券化扮演着如此重要的金融突破口的当下。

  资产智能化、智能资产合约执行自动化是有力提升资产交易效率和处理完善度的重要路径。基于区块链智能合约,将资产交易的初始所有权以及所有权转移实施条件以计算机程序的方式编码入智能合约,触发规定条件则自动完成资产所有权的转移或者分割,一方面极大提升了交易速度,另一方面,避免了不必要的人工协调成本。

  现阶段,以股票、债券等金融产品为代表的数字资产的自动化交易已取得不错的发展成果,而审核任务更加繁重、执行效率尤为低下的有形资产的智能化交易则还需要相对漫长的发展。

  试想,我们通过智能合约执行房屋资产的交易,在作为交易资产的房屋本身并不支持智能操控的条件下,仅完成合同规定的房屋所有权的变更并不等同房屋资产的交易完成,至少,你还没有拿到钥匙!这就意味着仍然不可避免人为介入来进行房屋实地勘察和交接的大量操作。所以,资产智能化交易的全面应用需要等待一个金融体系、认证体系以及物联网络搭建都更为成熟的大环境的到来。

  最后,必须要强调的是,区块链技术解决方案的具体应用绝不是对其中某个功能的割裂使用,往往是集合了以上多个方面甚至是全部的优势来进行区块链技术应用的设计。在这里,我们想要强调的是,区块链应用的发展机会最有生命力的领域,应该是能够最大限度发挥区块链特殊技术魅力的地方,一切从现实场景的痛点需求出发,而并非只是为了结合而结合。目前来看,区块链底层技术的进步尤其是智能合约的平台性开发以及区块链商业应用的向前推进,已经初步具备了政府支持、行业规范引导的良好环境,围绕区块链去中心化、去信任、分布共享、隐私保护、智能自动等技术特性,将有更多区块链技术应用融入我们的日常生活和生产中来!同时,关于区块链技术的扩容、延展性、稳定性等局限也需要持续不断的优化解决方案。
责编:houlimin
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