区块链：是什么、如何运作以及如何应用

什么是区块链？

区块链是在计算机网络节点之间共享的分布式账本。与数据库类似，它以数字形式存储信息。区块链因其在加密货币系统（如 Bitcoin）中的基础作用而广为人知，因为它确保了交易记录的安全性和去中心化。区块链的创新之处在于：它能够在无需受信第三方的情况下，保证数据记录的真实性和安全性，并建立信任。

普通数据库与区块链的主要区别之一在于数据结构。区块链将信息分组为区块，这些区块包含数据集合并具有一定的存储容量。当一个区块被填满后，它会被关闭并链接到前一个区块，形成一条被称为区块链的数据链。随后的新信息会被收集到新区块中，填满后再被添加到链上。

普通数据库通常以表格结构组织数据，而区块链顾名思义，将数据结构化为相互链接的区块。这种数据结构在去中心化实施时确保了数据时间线的不可逆性。当一个区块被填满后，它就成为这条时间线的一部分。链上每个区块在被添加时都被精确地标注了时间戳。

主要概念

• 区块链是一种共享数据库，与普通数据库的区别在于其存储信息的方式；区块链将数据存储在通过加密相互链接的区块中。
• 随着新数据的到来，它们被放入新区块。区块被数据填满后，会链接到前一个区块，使数据按时间顺序串联起来。
• 区块链上可以存储不同类型的信息，但迄今为止最常见的用途是作为交易记录。
• 以 Bitcoin 为例，区块链以去中心化方式运行，没有任何个人或团体拥有控制权：所有用户共同保持控制。
• 去中心化的区块链是不可变的，这意味着输入的数据是不可逆的。以 Bitcoin 为例，这意味着交易被永久记录且对任何人可见。

区块链如何运作？

区块链的目标是以不可变的方式记录和分发数字信息。借助这项技术，可以创建无法被修改、删除或销毁的账本。因此，区块链也被称为分布式账本技术（DLT）。

区块链的概念于1991年首次作为研究项目提出，远早于其最著名的应用：2009年诞生的 Bitcoin。多年来，区块链已找到多种用途，包括创建加密货币、去中心化金融（DeFi）应用、非同质化代币（NFT）和智能合约。

区块链的去中心化

想象一家公司拥有一个由10,000台计算机组成的服务器农场，用于维护包含所有客户账户信息的数据库。该公司拥有一栋仓库建筑，将所有这些计算机置于同一屋檐下，对每台计算机及其中包含的信息拥有完全控制权。然而，这存在单点故障的问题。如果该地点断电怎么办？如果互联网连接中断怎么办？如果发生火灾怎么办？如果恶意行为者一键删除所有内容怎么办？在任何情况下，数据都会丢失或损坏。

区块链所做的，是允许该数据库中的数据分布在不同位置的多个网络节点上。这不仅创造了冗余，还维护了存储数据的完整性：如果有人试图修改数据库某个实例中的记录，其他节点不会被修改，从而阻止恶意行为者的攻击。如果用户篡改了 Bitcoin 的交易记录，所有其他节点会相互同步，轻易识别出包含错误信息的节点。这一系统有助于建立精确透明的事件顺序。因此，网络中没有任何单一节点能够更改其中包含的信息。

正因如此，信息和历史（例如加密货币的交易）是不可逆的。这类账本可以是交易列表（如加密货币），但区块链也可以包含各种其他信息，如法律合同、国家身份证件或企业产品库存。

重要提示

为了验证区块中的新条目或记录，去中心化网络的大多数算力必须达成共识。为了防止恶意用户验证错误交易或双重支付，区块链受到工作量证明（PoW）或权益证明（PoS）等共识机制的保护。这些机制允许在没有单一负责节点的情况下达成协议。

透明度

由于 Bitcoin 区块链的去中心化性质，所有交易都可以通过持有个人节点或使用允许任何人查看进行中交易的区块链浏览器来透明查看。每个节点都有自己的链副本，随着新区块被确认和添加而不断更新。这意味着如果您愿意，可以追踪 Bitcoin 的任何去向。

例如，过去交易所曾遭到黑客攻击，将 Bitcoin 存储在交易所的用户损失了全部资产。虽然黑客可能完全匿名，但他们提取的 Bitcoin 很容易被追踪。如果在某些攻击中被盗的 Bitcoin 被转移或在某处消费，这将是众所周知的事情。

当然，存储在 Bitcoin 区块链（以及大多数其他区块链）中的记录是加密的。这意味着只有记录的所有者才能解密以揭示自己的身份（使用公私钥对）。因此，区块链用户可以在保持透明度的同时保持匿名。

区块链安全吗？

区块链技术通过多种方式实现去中心化的安全性和信任。首先，新区块总是以线性和时间顺序存储。也就是说，它们总是被添加到区块链的"末端"。一旦区块被添加到区块链末端，除非网络大多数节点达成共识，否则极难返回并修改该区块的内容。这是因为每个区块都包含自己的哈希值、前一个区块的哈希值以及前面提到的时间戳。哈希码由一种将数字信息转换为数字和字母串的数学函数创建。如果以任何方式修改这些信息，哈希码也会改变。

假设一个同时也在区块链网络上运行节点的黑客想要修改区块链并从其他所有人那里窃取加密货币。如果他们想修改自己的单一副本，该副本将不再与其他人的副本一致。当所有人相互比对副本时，他们会发现这个副本异常，黑客的链版本将被视为非法而被丢弃。

要成功发动此类攻击，黑客需要同时控制并修改区块链51%或更多的副本，使他们的新副本成为多数副本，从而成为被认可的链。此类攻击还需要巨额资金和资源，因为他们必须重做所有区块，因为这些区块现在会有不同的时间戳和哈希码。

由于许多加密货币网络的规模及其快速增长，执行此类壮举的成本很可能是不可逾越的。这不仅极为昂贵，而且很可能徒劳无功。此类行为不会不被注意，因为网络成员会看到区块链发生如此剧烈的变化。网络成员随后会分裂成一个未受影响的新版本的链。这将导致被攻击的代币版本价值崩溃，使攻击最终毫无意义，因为恶意行为者控制的是一个没有价值的资产。如果恶意行为者攻击 Bitcoin 的新分叉，同样的情况也会发生。它就是这样构建的，因为参与网络在经济上比攻击它更有激励。

Bitcoin 与区块链

区块链技术最早于1991年由 Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 两位研究人员提出，他们希望实现一个文件时间戳无法被篡改的系统。但直到将近二十年后，随着2009年1月 Bitcoin 的推出，区块链才有了第一个现实世界的应用。

Bitcoin 协议建立在区块链之上。在介绍这种数字货币的研究论文中，Bitcoin 的假名创始人中本聪将其定义为"一种全新的完全点对点的电子货币系统，不需要受信任的第三方"。

这里需要理解的关键是，Bitcoin 只是将区块链作为透明记录支付账本的媒介，但理论上，区块链可以用来不可变地记录任意数量的数据点。如前所述，这可以是交易、选举投票、产品库存、国家身份证件、财产契约等形式。

区块链与银行

区块链被誉为金融领域的颠覆性力量，特别是在支付和银行功能方面。然而，银行和去中心化区块链有很大不同。

为了理解银行与区块链之间的差异，让我们对比银行系统与 Bitcoin 的区块链实现。

• 营业时间：银行有固定营业时间，节假日关闭，而区块链每周7天、全天24小时运作。

• 交易费用：银行根据交易类型收取不同费用，而 Bitcoin 的交易费用由用户设定，可变动。
  

• 交易速度：银行可能需要长达72小时来结算交易，而 Bitcoin 可能只需15分钟。
  

• 了解您的客户（KYC）规则：银行要求客户提供身份证明，而任何人或任何实体都可以匿名参与 Bitcoin 网络。
  

• 转账便利性：银行需要政府颁发的身份证件和银行账户，而 Bitcoin 只需要互联网连接和手机。
  

• 隐私：银行账户信息存储在私人服务器上，可能被泄露，而 Bitcoin 可以达到用户希望的隐私程度。
  

• 安全性：银行账户信息的安全性取决于银行服务器，而 Bitcoin 的安全性取决于用户。
  

• 批准的交易：银行可以拒绝或冻结交易，而 Bitcoin 用户可以按自己认为合适的方式进行交易。
  

• 账户扣押：政府可以轻易扣押银行账户，而如果匿名使用，扣押 Bitcoin 则更为困难。
  

区块链如何被使用？

Bitcoin 的区块链因存储货币交易数据而广为人知。然而，目前有超过10,000种不同的加密货币系统使用区块链来可靠地存储其他类型交易的数据。

沃尔玛、辉瑞、AIG、西门子和联合利华等大型企业已经采用了区块链。例如，IBM 创建了其 Food Trust 区块链，以追踪食品从产地到目的地的整个路径。

但为什么要这样做呢？食品行业曾遭受多起大肠杆菌、沙门氏菌和李斯特菌污染事件，以及意外污染风险。过去，查找这些问题的根源需要数周时间。借助区块链，生产商可以追踪其食品的路径，识别任何问题并追溯污染源头。这可以拯救生命。这只是区块链使用的一个例子，但还有无数其他可能的应用。

银行与金融

可能没有哪个行业比银行业从区块链技术整合中获益更多。金融机构通常只在工作时间内运营，一周五天。这意味着如果您周五下午6点存入支票，很可能要等到周一早上才能看到钱款入账。即使在工作时间内进行存款，由于银行需要处理的交易量，交易仍可能需要一到三天才能完成验证。相比之下，区块链永不休眠。

通过将区块链技术整合到银行，消费者可以看到他们的交易在几秒或几分钟内得到处理——即将区块添加到区块链所需的时间——无论假期、一天中的时间或一周中的哪一天。借助区块链，银行还有机会以更快、更安全的方式在机构间交换资金。例如，在股票交易领域，结算和清算过程可能需要长达三天（国际交易可能更长），这意味着资金和股票在此期间被锁定。

考虑到涉及金额的规模，即使是这几天的资金在途也可能给银行带来重大成本和风险。

货币

区块链构成了 Bitcoin 等加密货币的基础。美元受联邦储备系统控制。在这种中央权威体系下，用户的数据和货币在技术上受其银行或政府的支配。如果用户的银行遭到黑客攻击，客户的私人信息将面临风险。如果客户的银行倒闭，或者客户生活在政府不稳定的国家，其货币价值可能面临风险。2008年，几家濒临倒闭的银行获得了救助——部分资金来自纳税人。Bitcoin 正是在这些担忧中被构想和开发出来的。

通过将其运营分散到计算机网络中，区块链使 Bitcoin 和其他加密货币能够在不需要中央权威的情况下运营。这不仅降低了风险，还消除了许多处理和交易费用。它还可以为生活在货币或金融基础设施不稳定国家的人们提供一种更稳定的货币，具有更多应用场景和更广泛的可交易个人和机构网络，无论是国内还是国际。

对于没有国家身份证件的人而言，将加密货币钱包作为储蓄账户或支付手段尤为重要。一些国家可能饱受战争蹂躏，或其政府缺乏提供身份证件的真正基础设施。此类国家的公民可能无法获得储蓄或中介账户——因此没有安全储存财富的方式。

医疗保健

医疗保健提供者可以利用区块链安全存储患者的医疗记录。当医疗记录生成并签署后，可以写入区块链，为患者提供记录无法被更改的证明和保证。这些个人健康记录可以通过私钥加密存储在区块链上，使其只能由特定人员访问，从而确保隐私。

智能合约

智能合约是可以嵌入区块链中以促进、验证或协商合同协议的计算机代码。智能合约在用户同意的一组条件下运行。当这些条件满足时，协议条款将自动执行。

例如，假设一位潜在租户想使用智能合约租用公寓。房东同意在租户支付押金后向其提供公寓门锁密码。租户和房东双方都向智能合约提交协议各自的部分，智能合约将在租赁合同开始日期自动保留并交换门锁密码与押金。如果房东未在租赁合同开始日期前提供门锁密码，智能合约将退还押金。这将消除通常与使用公证人、第三方中介或律师相关的费用和流程。

供应链

如同 IBM Food Trust 的例子，供应商可以使用区块链记录其所购材料的来源。这将使企业能够验证其产品的真实性，以及"有机"、"本地"和"公平贸易"等常见标签的可靠性。

据《福布斯》报道，食品行业正越来越多地采用区块链技术追踪食品从生产者到消费者整个路径的安全性。

投票

如前所述，区块链可用于建立现代投票系统。使用区块链投票可以消除选举舞弊并增加选民参与度，正如2018年11月西弗吉尼亚州中期选举中所测试的那样。

以这种方式使用区块链将使选票几乎不可能被篡改。区块链协议还将在选举过程中保持透明度，减少举行选举所需的人员，并为官员提供近乎即时的结果。这将消除重新计票的需要，或任何关于欺诈可能威胁选举的实质性担忧。

区块链的优势

今天，每条区块链都可能有不同的优缺点。这是因为区块链是一个非常通用的工具，可以根据每个应用程序的需求进行调整。因此，定义特定的优缺点是没有意义的，因为它们并不适用于所有区块链。

然而，我们可以识别的更通用的优势包括：

• 通过消除验证过程中的人为干预来提高准确性
• 通过消除第三方验证来降低成本
• 去中心化使操纵区块链更加困难
• 交易安全、私密且高效
• 技术透明
• 为生活在政府不稳定或欠发达国家的公民提供银行替代方案和保护个人信息的方式

历史记录的准确性

区块链网络上的交易由庞大的计算机网络批准，从而消除了验证过程中的大部分人为干预。这减少了人为错误，确保了信息记录的准确性。即使网络中的一台计算机出现计算错误，该错误也只会发生在区块链的一个副本上。要扩散到区块链的其余部分，该错误必须由网络中至少51%的计算机犯下——对于 Bitcoin 这样的大型网络而言，这几乎是不可能的。

降低成本

一般来说，消费者习惯于向银行支付交易验证费用、向公证人支付文件签署费用，或向牧师支付婚礼主持费用。然而，区块链消除了对第三方验证的需求，从而降低了相关成本。例如，企业主每次接受信用卡付款时都必须支付小额手续费，因为银行和支付处理公司必须处理这些交易。相比之下，Bitcoin 没有中央权威，交易费用有限。

去中心化

区块链不将其信息存储在单一的中央位置，而是将其分散在计算机网络中。每次向区块链添加新区块时，网络中的每台计算机都会更新其区块链副本以反映变化。将信息分散到网络上而不是存储在单一中央数据库中，使区块链更难被操纵。如果黑客获得了区块链的一个副本，只有该副本会受到损害，而不是整个网络。

高效交易

通过中央权威机构进行的交易可能需要几天时间才能完成。例如，如果您周五晚上存入一张支票，可能要等到周一早上才能看到账户中的资金。虽然金融机构通常只在工作时间内运营，一周五天，但区块链全年365天、每周7天、每天24小时运作。交易可以在几秒或几分钟内完成，并在几小时后被视为安全。这对跨境交易尤为有用，这类交易通常因时区问题和各方需要确认付款处理而需要更长时间。

私密交易

许多区块链网络作为公共数据库运作，这意味着任何有互联网连接的人都可以访问网络历史交易列表。虽然用户可以查看交易详情，但无法访问进行交易的用户的个人信息。人们通常认为 Bitcoin 等区块链网络是匿名的，但实际上它们只是保密的。

当用户进行公开交易时，其唯一的公钥会被记录在区块链上，但其个人信息不会。如果一个人在需要身份证明的交易所购买了 Bitcoin，其身份仍会与其区块链地址相关联，但交易即使与某个名字相关联，也不会透露任何个人信息。

安全交易

交易记录后，必须经过区块链网络的真实性验证。区块链上的数千台计算机争相确认购买详情是否正确。一旦计算机验证了交易，它就会被添加到区块链的区块中。区块链上存在的每个区块都包含一个唯一的哈希值，以及前一个区块的唯一哈希值。当区块中的信息以任何方式被修改时，该区块的哈希码会改变，但下一个区块上的哈希码保持不变。这种差异使得在不被察觉的情况下修改区块链上的信息极为困难。

透明度

大多数区块链是完全开源软件。这意味着任何人都可以查看其代码，允许审计师验证 Bitcoin 等加密货币的安全性。此外，没有任何权威机构控制 Bitcoin 的代码或其修改，这意味着任何人都可以提出对系统的修改或升级。如果大多数网络用户就新代码版本的有效性和实用性达成共识，那么 Bitcoin 就可以得到更新。

为所有人提供可及的银行服务

区块链和 Bitcoin 的最大优势之一是任何人都可以使用，无论其种族、性别或文化背景。根据世界银行的数据，全球约有17亿成年人没有银行账户或储存资金的方式。这些人大多生活在发展中国家，经济仍处于发展阶段，主要以现金为基础。

收入微薄的人，通常以现金形式，必须将这些实物货币藏在家中或其他地方，使其面临盗窃或无端暴力的风险。相比之下，Bitcoin 钱包的密钥可以存储在一张纸上、一部廉价手机上，甚至在必要时记忆。对大多数人来说，这些选择可能比藏在床垫下的一小叠现金更容易隐藏。

未来，区块链可能不仅作为储存财富的记账单位，还为存储医疗记录、财产权和各种其他法律合同提供解决方案。

不只是 Bitcoin

Bitcoin 加密货币无疑是目前最著名、市值最高的区块链。然而，许多其他现代区块链正在为实现比简单价值存储更复杂的应用而赢得越来越多的空间。其中包括：

• Ethereum，世界第二大区块链，专注于创建去中心化应用和智能合约。
• Binance 智能链提供比其他区块链更高的速度和可扩展性，允许创建更有效的去中心化应用。
• Algorand 是一个专注于安全性、可扩展性和可持续性的区块链。
• Cardano 以其模块化结构和对去中心化治理的关注而著称。
• Filecoin 和 Arweave 允许去中心化数据存储和安全可靠的文件共享。

每条区块链都具有独特的特性和特定优势，为实现创新的去中心化应用提供了广泛的机会。

总结

区块链技术终于因 Bitcoin 和加密货币而备受关注，但它提供了许多其他正在实施和探索中的实际应用。每位投资者口中的流行词是区块链，它承诺使商业和政府运营更加准确、高效、安全和经济，中间环节更少。

传统企业是否会适应区块链技术已不再是问题，问题只是何时。今天，我们正目睹 NFT 的扩散和资产的代币化，未来几十年将是区块链增长的重要阶段。