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2017年05月18日 星期四 13:46 PM

比特幣從“不了解”到“被誤解”——詳解區塊鏈技術
比特幣從“不了解”到“被誤解”——詳解區塊鏈技術

編者按:本文由 OKLink 區塊鏈研究院投稿,OKlink 為國內領先的比特幣交易平台 OKCoin 於2016年推出的基於區塊鏈技術的新一代全球金融網絡。文章作者:OKLink 區塊鏈研究院高級研究員周子涵。

在這次“比特幣勒索病毒”席捲全球之前,恐怕很多人只是聽過比特幣、但卻不了解比特幣,或者是以為比特幣是一種比較貴的......Q幣?那麼就更別提比特幣的底層技術區塊鏈了。當然,這沒什麼不應該的,連最靠近新技術、新商業模式的創投圈,能真正說清楚比特幣和區塊鏈的朋友估計也不會很多。

由於區塊鏈技術本身是底層技術的創新,區塊鏈概念從進入大眾視野直到今天,始終面臨很多不解和質疑:區塊鏈技術到底是什麼?它的創新性體現在哪裡?有什麼意義?為什麼會說區塊鏈技術是繼蒸汽機、電力、信息和互聯網科技之後,觸發下一輪顛覆性革命浪潮的核心技術?區塊鏈可以有哪些商業應用價值?它的商業應用為什麼發展緩慢?等等。

本文試圖從比特幣區塊鏈的運行機制出發,解釋區塊鏈技術怎麼解決互聯網點對點貨幣轉移的問題,解讀區塊鏈技術的特性和創新性,進一步思考其技術應用的機會。

比特幣的誕生和發展背景

2008年11月,一個化名中本聰的人發表《比特幣:一種點對點的電子現金系統》,首次提出了比特幣的概念。中本聰在論文中闡述了希望可以創建一套“基於密碼學原理而不基於信用,使得任何達成一致的雙方能夠直接進行支付,不需要第三方中介參與”的電子支付系統。可以說,比特幣的出現,與國際貨幣體系內的缺陷息息相關,是人類貨幣體系的一次突破。

2009年1月,以區塊鏈技術為基礎的比特幣發行交易系統正式開始運行,隨着比特幣區塊鏈中第一個區塊生成,比特幣誕生。從最開始的只在技術工程師之間以娛樂為目的流通,到逐漸具備了與實物、法幣兌換的能力,比特幣也就開始有了“價格”(比特幣與法幣間的公允匯率)。

2010年起,世界上多個國家陸續出現比特幣交易平台,大量投資者將比特幣作為一種投資品競相買賣,比特幣價格開始在劇烈波動中上漲,並逐步在全世界範圍內被認知。而關於比特幣技術的安全性和可控性、比特幣交易的監管以及比特幣的法律地位等問題,各國政府在過去幾年中展開了持續的討論,態度不盡相同,但對於比特幣的底層技術--區塊鏈的研究和應用熱情卻不斷高漲。

比特幣區塊鏈的設計理念和運行機制

可以理解比特幣是一種在計算機網絡上通過算法創造出來(不受任何組織和個人操控干預)、被計算機程序規定總量恆定(具備類似黃金的稀缺保值性)、通過加密等手段實現了所有權的點對點轉移(能夠不依賴任何中介自由的流通),基於人們對其發行交易體系的信任而逐漸形成貨幣價值的一種數字貨幣。

而比特幣的核心價值不僅在於它具備了全球範圍內的流通能力,更重要的是,它實現了不需要中心機構擔保的的點對點直接交易。

我們現行的貨幣流轉系統里,在互聯網上發生的貨幣轉移(無論是與我們銀行賬戶可支取紙幣等值的電子化貨幣還是虛擬遊戲幣等)都是依賴於一個中心機構的,比如銀行、支付寶、QQ遊戲運營中心;而要實現數字貨幣在互聯網上點對點的直接交易,遠比我們直覺以為的要困難的多,可以試想下,如果沒有銀行這個中心機構為每個用戶核實記錄賬戶資金的變動,那我們如何能夠實現轉賬這個行為?甚至如何擁有一個自己的賬戶?

比特幣區塊鏈則可以理解為一個賬務系統,一段時間內的交易信息被打包記入一個數據存儲單元(區塊)中,給這個區塊蓋上時間戳,一個個區塊按照時間順序鏈接起來形成一個區塊鏈賬本。

當然,事實上,比特幣區塊鏈技術和其運行原理很複雜,理解它,我們可以先考慮--要實現電子貨幣的點對點傳輸必須解決哪些關鍵的問題呢?

1. 怎麼認證交易賬戶的身份?

即你只有證明你是你,你才可以對你賬戶內資金進行支配(現行中心化系統中,中心單位通過在其總賬中為用戶設置賬號和密碼來進行確認)。

比特幣區塊鏈系統中,身份認證通過一對密鑰完成,每一個賬戶創建時自動生成一對公鑰和私鑰,公鑰對外可見,私鑰僅由賬戶擁有者自己掌握。這對密鑰的特點是,其中一個密鑰加密過的信息,有且僅有另一個與之配對的密鑰才能解密,而且用其中一個密鑰無法推算出另一個密鑰。

交易過程中,支付方A使用私鑰對既定信息進行加密,交易的記錄者可使用公開的A的公鑰對加密內容進行解密驗證(如下圖),來判斷其是否為A賬戶真實擁有者。類似地,支付方A用目標收款方B的公鑰加密既定信息,收款方B需使用自己的私鑰解密驗證才能獲得收款資格。區塊鏈中所說的數字簽名,就是指這樣用唯一匹配的私鑰和公鑰完成加密解密驗證來證明身份的行為。

比特幣從“不了解”到“被誤解”--詳解區塊鏈技術

2. 怎麼確認一筆交易是不是有效?

其核心在於支付方如何證明自己的賬戶內有足夠的資金進行支付(現行中心化系統中,中心單位在其總賬中為每個賬戶設置餘額項,一筆收入之後餘額增多,一筆支出以後餘額減少,滿足支出額小於賬戶餘額便可以執行支出)。

比特幣區塊鏈中的驗證機制比較獨特,並不對支出賬戶的總餘額進行查驗,而僅需證明支出賬戶中至少還存在需支出額度即可,比如A需要支出20個比特幣給B則只需要證明--自己的賬戶在歷史交易中曾經收到過20個比特幣且這20個比特幣沒有被支出過。可事實上歷史交易中不一定有一筆還沒被消耗的收入正好是20個比特幣,如果是存在一筆25個比特幣的收入當然也可以,那其交易信息記錄為:

1. A賬戶曾在一筆編號為m的交易中收到25個比特幣;

2. A支出20個比特幣給B;支出5個比特幣給回自己(如下圖所示,“輸入”即指明資金來源的那筆交易,“輸出”表示本筆交易中資金將去往何方)。這樣就實現了每一筆之前獲得的資金都在下一筆交易中盡數消耗,不用記錄結餘。

比特幣從“不了解”到“被誤解”--詳解區塊鏈技術

上圖中交易n具體的確認過程是,在比特幣區塊鏈上運行着某一個客戶端節點的Alice向其他節點廣播這筆交易信息並簽名,所有在線聽到這個交易信息的節點都有權對交易有效性進行驗證和記錄--驗證Alice的簽名、搜索確認交易m真實存在並且在這之前交易m沒有被其他交易引用過;平均每個10分鐘內通過了有效性確認的交易信息,會被記賬節點打包記錄進一個數據塊(也就是區塊),區塊成功鏈入區塊鏈中則代表着這個區塊上記錄的所有交易真正發生。

比特幣區塊鏈通過給每個區塊加蓋時間戳,準確記錄區塊生成先後時間--也就是所記錄交易發生的先後時間,以此來避免重複支付。若打包交易信息的過程中先後接收到兩個矛盾的交易廣播(比如Alice在一筆交易廣播中,稱將交易m中收入的25個幣中的20個轉給Bob,另5個轉給自己;在另一個廣播中將同樣來自交易m中的25個幣轉給了Mary),在記賬的節點通常會默認選擇記錄先聽到的那一筆。

但麻煩的是,網絡通訊會有延遲性,處於不同位置的節點聽到兩個廣播信息的順序可能並不一樣。

舉例來講,A要花20個比特幣從B處買一個電子設備,便需要發出“A從之前第m筆交易中獲得25個比特幣,現將20個比特幣支付給B,5個比特幣支付給A”的廣播指令,但可能A居心不良,稍後很快又發出了另一個廣播,說這25個比特幣要全部轉移到M賬戶(可能是A自己的另一個賬戶)。有可能部分節點先聽到了正確的向B支付的廣播,於是記錄下這一筆,後來再聽到的另外一筆廣播則因無法通過重複支付驗證而被忽略,而部分節點則先聽到並且記錄了另一筆虛假信息。

那麼有可能出現的一種情況是,首先記錄了正確信息(A轉給B 20個幣)的區塊併入區塊鏈,B得知后以為交易生效便將電子設備交付給了A。

但是下一個區塊記錄者正好是一個先聽到了虛假信息的節點,因而認為自己先聽到的轉給M賬戶25個幣的交易才是正確的,前一個區塊中記錄的轉給B 20個幣的交易不成立,於是選擇不延續上一個區塊,而是把自己的新區塊鏈接到上上一個區塊後面,而之後的區塊記錄者也恰好認同新區塊並選擇在新區塊鏈后延續。那麼,再之後的區塊記錄者則會看到兩條分叉的區塊鏈,一條是記錄著那筆真實交易的較短的區塊鏈,一條是記錄著虛假信息的較長區塊鏈,在對交易信息的判斷沒有特別堅持的情況下,新的記錄者往往會選擇在更長的區塊鏈上延續--更長的區塊鏈往往代表了更完整的交易記錄,於是,記錄正確交易的那個區塊則被拋棄,成為失效的孤塊,那麼B則不得不承擔人財兩空的損失。

類似情況發生的概率雖然不大,但確實無法完全避免,所以比特幣區塊鏈交易形成了一個“等待六次確認”的原則,也就是說,上文中的B在得知記錄正確交易信息的區塊進入區塊鏈后先別著急履行交易義務,而是需要等待之後5個區塊都陸續承認此區塊(即選擇在此區塊後面延長區塊鏈),方才確認自己獲得20個幣的交易真正發生。其原因是,如果6次確認之後還有區塊記錄者妄圖推翻這筆交易,將記錄虛假信息的區塊併入區塊鏈,則必須推翻之前6個區塊的記錄,從倒數第7個區塊後面銜接新區塊,那麼這條新的區塊鏈則比另外一條區塊鏈短了6個量級,這樣的情況下,這條新區塊鏈被後續區塊記錄者承認的可能性則會非常非常小,幾乎不存在。

3. 誰來記錄交易?怎麼保證交易能夠被客觀記錄?

前面一直提到區塊記錄者,那麼區塊的記錄者到底是誰呢?關鍵是怎麼保證記錄者能夠客觀記錄交易信息呢?

每一個比特幣區塊鏈節點都有權記錄任意節點廣播的交易信息,但是,平均每個10分鐘內,往往僅有一個節點能夠通過其他節點的驗證獲得一次記賬權,從而將自己記錄的新區塊放進區塊鏈(之所以設置10分鐘這樣一個較長的信息打包時間主要是為了讓各個節點在通訊可能存在障礙的網絡上更充分的接收、驗證信息)獲得一次記賬權生成一個新區塊的過程俗稱--礦工挖到了一塊礦。

首先,各個節點為什麼要爭取記賬權?因為有獎勵!

面對已經有N個區塊連接而成的區塊鏈,獲得第N+1塊區塊的記賬權即意味着在區塊鏈中生成了第N+1個新區塊。比特幣區塊鏈上,區塊生成的過程也就是比特幣被創造的過程,每一個新區塊生成,就會有既定數量的比特幣被創造出來。(生成一個區塊可以創造的比特幣數量被規定每4年減半一次,2009年1月第一個區塊生成時,世界上有了第一批50個比特幣,而2012年12月之後,每生成一個區塊只會創造出25個比特幣,以此類推不斷遞減,到達2140年將不再有新的比特幣生成,那時候全世界比特幣的總量為2100萬個。)

記賬者的獎勵就是,獲得所生成區塊新創造出來的比特幣!並且,廣播交易尋求記賬的交易者們可以選擇支付給記錄者一定的辛苦費,廣播的交易信息中交易輸出金額小於交易輸入金額的部分,則默認支付給成功記錄了這筆交易的新區塊的創建者。

接下來,怎麼實現交易信息的客觀記錄呢?

交易信息得以客觀記錄的重要前提有兩個:第一,避免區塊的記賬權被操縱,比如某個節點或者某個組織控制下的多個節點連續多次獲得記賬權,那麼他們就可能如我們前文中擔心的那樣,讓一些虛假交易連續得到多個區塊確認以至於很難再被推翻;第二,在區塊鏈上的某些不遵從區塊鏈規則的壞節點隨機獲得記賬權后,記錄虛假交易的行為,能夠被糾正。

比特幣區塊鏈系統解決這兩個問題時有一個核心思想和一個基本假設,核心思想是,讓每一次記賬權的獲取都需要付出一定的成本,使操縱記賬權所需付出的成本遠高於可能獲得的利益,從而讓每個節點出於對自身利益最大化的考慮,自發、誠實地遵守協議中預先設定的規則;假設則是,大多數節點們能夠理性判斷承擔成本和風險去做壞並不如遵守規則可獲得的經濟效益大,所以區塊鏈上的所有節點中,不存在高達51%的壞節點,無法顛覆現行的規則。

也就是大多數節點都是基於“獲得一次記賬權不容易,我需要真實客觀的記賬,跟在一個不存在做壞嫌疑的區塊後面,也讓我後面的區塊們認可我的區塊,從而保證我的區塊在最長的鏈條上延續,也才能保證我創建區塊獲得的比特幣獎勵有效”這樣的思想在履行記賬義務。那麼即使有個別壞節點獲得了某次記賬權后沒有認真履行記賬義務,後面的好節點也會基於“相信大多數節點都是好節點,好節點們都會支持我這個好節點而不是之前的壞節點”從而推翻上一個區塊建立新的區塊!

實際運行中為記賬權獲取所設置的成本是,區塊記錄者需要通過大量數學運算得到一個很難被算出來的“隨機數”(現在平均要進行約2^ 32次不同隨機數的代入運算才可能得到一個符合要求的隨機數)!隨機數找到后,記賬者將填寫了隨機數的區塊廣播給其他節點,其他節點收到后則迅速驗證隨機數是否符合要求(隨機數很難算出來但很容易驗證)以及該區塊記錄的交易信息是否存在重複支付等。如果驗證通過則判斷其獲得當前區塊的記賬權,那麼就會停止自己這一輪的運算,轉為爭取下一個區塊的記賬權。也可能不很幸運的,兩個距離較遠的區塊幾乎同時算出隨機數,並且都已經得到了部分節點的驗證認可--距離自己較近的節點會先聽到自己的廣播,那麼這兩個區塊哪一個最終成功進入區塊鏈,則取決於之后獲得記賬權的區塊選擇了在哪個區塊後面延續自己的區塊,沒有被選中的那個區塊則成為一個廢棄的孤塊。

這是一種工作量證明的共識機制,即通過承擔一定的算力成本(電費和服務器費用等),完成了大量的計算工作而通過驗證獲取記賬權。其中隱含的條件是,某一個節點成功完成運算獲得記賬權的概率與其服務器的運算能力佔全網絡運算能力的比例正相關,這也就解釋了為什麼,要想操縱記賬權是需要付出難以想象的高昂成本的。

4. 要是之前記錄的交易找不到了或者被篡改了怎麼辦?

現行中心化系統中,一般來說,中心單位所記錄的所有用戶的賬戶信息和歷史交易信息都保存在他們進行了強安全防護的服務器上,並且進行了備份,以保證不丟失不損壞。那麼區塊鏈上記錄的信息如何來實現這些的?

之前我們提到的,其他節點驗證某個區塊之後則表示認可--同意跟在這個區塊後面延續自己的下一個區塊(可以叫做這個區塊成為下一個區塊的父區塊),這裡具體的操作涉及到一個叫做哈希(Hash)算法的概念。

哈希算法,是一種能將任意長短的字符信息輕鬆轉化成一段固定長度的字符串(哈希值)的算法,哈希算法的主要特點是:1. 原始信息與輸出的哈希值具有唯一的匹配關係,改動原始信息中哪怕一個標點其哈希值都會產生明顯的變化;2. 無法憑藉哈希值破解其原始信息;3. 在人類現有的計算能力範圍內,不存在重複的哈希值。

區塊間的連接正是通過,下一個區塊將上一個區塊的“區塊頭”的哈希值寫入自己的區塊中(一個區塊由記錄著區塊基礎信息的“區塊頭”以及記錄著所有具體交易信息的“區塊體”構成),即將上一個區塊頭的“頭哈希”值填入新區塊的“父哈希”字段中,區塊與區塊之間通過“父哈希”建立起對應的連接關係,進而組成一條完整的區塊鏈。這就意味着,第一,我們可以通過索引當前區塊的“父哈希”一直追溯到第一個創世區塊;第二,如果有人妄圖篡改其中一個區塊上任意一個數據,則會引起一連串區塊哈希值的變化,其篡改行為則會立即被識別。

比特幣從“不了解”到“被誤解”--詳解區塊鏈技術

另外,每一個區塊上記錄的所有交易信息都保存在一個運用哈希算法的二叉樹數據結構中(Merkle樹)--將1到n筆交易數據看作是這個數據樹上最外層的n個葉子(末端節點), 然後將末端節點兩兩分組計算哈希值,一組組哈希值形成新的一層節點數量更少的數據層,以此類推,直到我們得到一個單一的樹根節點,而只要記住“根哈希”,則任何企圖篡改交易數據的行為都會被檢測到。

僅把“根哈希”記錄在區塊的“區塊頭”部分,大大降低對“區塊頭”數據儲存的要求,比特幣區塊鏈上的每個節點得以儲存整個區塊鏈上完整的區塊頭數據,實現了區塊鏈賬本在每個節點處的備份。並且,Merkle樹數據結構下,通過驗證一筆交易通往根哈希的路徑即可簡潔快速的證明此筆交易是否存在在這個區塊上。

比特幣從“不了解”到“被誤解”--詳解區塊鏈技術

這就實現了交易記錄的可追溯和不可篡改!

附上一張區塊鏈結構示意圖,可以直觀了解下~

比特幣從“不了解”到“被誤解”--詳解區塊鏈技術

補充說明一下,其實在區塊鏈技術之前,人們也曾試圖在互聯網上點對點傳輸數字貨幣(本質上是數字信息)來實現無中介的價值轉移,但受限於數字信息的可複製性以及無法解決重複支付問題,很難真正實現。而比特幣區塊鏈系統中,最偉大的創新是,貨幣擁有者不再需要通過證明自己所持有數字貨幣的唯一有效性來爭取所有權,而是取決於所有權轉移的過程被區塊鏈網絡上的其他節點們所認可--即你所擁有的比特幣數量實際上是在那條最多的節點認可的長期共識的區塊鏈上,你可以有效支出的比特幣的數量。

區塊鏈技術的特性和延展性

出於對比特幣區塊鏈設計思想之精妙的嘆服,以上分享了大量比特幣區塊鏈運行機制的細節。但其實,對一些細節的不理解並不影響對區塊鏈技術以及技術應用的分析。而且比特幣區塊鏈系統中的一些設置,比如平均每10分鐘生成一個新區塊、每個區塊有1M大小等,並不是區塊鏈系統設計時必須遵循的原則,在探討區塊鏈技術時候,我們還是應該從技術的核心特性和創新性出發。

事實上,區塊鏈並不是一個單一方向的技術創新,而是基於原有的密碼學、分佈式數據庫、P2P通訊等技術的融合創新解決方案,其最大的創新可以說是引入了一種用隨機個人構成的群體來代替傳統的中心單位掌管系統運行的共識機制和獎勵機制。

總結起來,區塊鏈技術方案的基礎特性、內生特性及重要延展性如下:

  • 基於P2P通訊技術和共識機制實現的去中心化

不同於中心化網絡模式,P2P網絡中每個節點擁有相同的網絡權力,不存在中心的服務器。所有節點間通過特定的軟件協議共享部分計算資源、軟件或者信息內容。在比特幣出現之前, P2P網絡計算技術已被廣泛用於開發各種應用,如文件共享和下載軟件、網絡視頻播放軟件等。

比特幣從“不了解”到“被誤解”--詳解區塊鏈技術

區塊鏈技術去中心化的核心在於,通過技術手段使單個組織和個人可以在統一共識的規則下按分佈式的方式提高協作效率。去中心的主要價值則在於:1. 減少交易信息中轉流程,提高交易處理效率;2. 剔除了中心機構運營的那部分成本負擔;3. 網絡上所有節點平等參與交易的驗證、記錄,排除了被任何中心組織控制的風險。

  • 基於密碼學的去信任--實質是信息能夠被客觀記錄且不可篡改

其實去中心化與去信任相輔相成不可分割,正是在一個沒有中心權威擔保的交易網絡中(或者說正是因為要推翻對中心權威擔保的依賴),我們才需要通過技術手段解決信任的問題,而如果無法實現去信任,去中心網絡將失去運行的基礎。

去信任意味着用技術規則加持信用,通過算法實現自我約束,任何惡意欺騙系統的行為都會遭到其他節點排斥。其在區塊鏈中的本質體現是,所有交易信息可有效確認並客觀記錄、歷史交易可追溯且不可篡改。這主要依賴於前文中提到的非對稱密碼算法(私鑰和公鑰)以及哈希算法來實現。

整個系統中的所有節點能夠在自信任的環境下自動安全地交換數據,節省了信任建立的成本;信息通過確認后則被永久記錄、不可篡改,極大的提升數據在安全存儲和溯源方面的能力。

  • 基於分佈式數據庫的分佈式網絡

區塊鏈分佈式網絡,即由眾多運行着區塊鏈客戶端的節點們構成的點和點彼此相連的拓撲狀網絡。

在這個網絡中,每個節點共享一套開放數據庫,即每個節點同步儲存、更新數據。其主要價值在於:1. 分佈式數據結構充分利用每個節點的儲存、計算資源,避免了對中心運算設備軟硬件的巨大投入;2. 每個節點都擁有一份數據庫備份,單個節點受攻擊造成的信息損壞或者丟失不影響整體數據的安全;3. 基於各個節點的數據共享,可實現節點間的互操作,資源利用率提高。

  • 區塊鏈技術的內生特性:隱私保護

這裡需要強調的是,區塊鏈網絡中的隱私性和透明性並不衝突,透明性主要是指交易數據歷史記錄的共享開放,即數據操作行為的可見、可追蹤,側重對操作行為合規性的共同監管;而隱私性特指對賬戶身份信息的保護--從兩方面理解,一方面是指賬戶身份與真實公民身份不掛勾(在我國現行監管政策中,要求比特幣交易實名制),另一層則是指賬戶身份權限中的信息數據僅支持賬戶持有者操作,而傳統中心化網絡中中心單位有權對各個賬戶信息進行瀏覽和調整。

賬戶信息的隱私性同樣是基於密碼學來實現的,任何公鑰地址下的信息內容僅由對應私鑰持有者才能解讀或者進行解讀授權,這對私密信息網絡傳輸形成了有力的安全保障,在信息開放共享的環境下增強了信息傳輸對象的可控性。

  • 區塊鏈技術的重要延展性:智能合約帶來的自動化

早在1994年,密碼學家尼克·薩博就提出了智能合約的概念, 簡單理解,就是把合約內容進行數字化編碼生成一個計算機程序,當預先設定的條件被觸發時,智能合約能夠自動執行合約條款。但是在過去中心化的體系中,智能合約意義並不明顯,因為保存在中心繫統中的合約可以被系統所有者隨時修改甚至刪除。

而基於區塊鏈的智能合約則充分具備了自治、自足的能力,從雙方達成合約協定開始,通過將合約內容編寫成計算機程序儲存在區塊鏈中,合約中涉及參與方將有權在區塊鏈上跟蹤、監督合約的履行情況,一旦滿足約定條件,合約能夠自動執行完成權利和義務的交割。如果說傳輸比特幣的區塊鏈實現了數字貨幣在任何節點間的直接交換,那麼傳輸智能合約的區塊鏈則實現了任何可編程的智能資產的去中心化交易。比如,預先建立的智能合約能夠在某人已經償還完所有房貸后,自動執行合約,將抵押的房屋所有權從銀行自動轉讓到個人名下。

日趨完善的智能合約將根據交易對象的特點和屬性產生更加自動化的協議,這排除了不必要的人工參與,節省了大量的簽約成本和履約成本,尤其涉及大量、高頻、低價值的交易,經濟性尤為凸顯。

區塊鏈技術特性可以匹配哪些應用

1. 不同主體間溝通效率低、連通成本大的領域

  • 跨境支付

傳統的跨境支付清算需要藉助多個機構,前後需要經過開戶行、央行、境外銀行等多道手續。不同機構有自己獨立的賬務系統,系統間並不相通,因此需要多方建立代理關係、在不同系統進行記錄、與交易對手進行對賬和清算等,並且傳統的支付體系無法實現去信任,只能通過類似保證金系統的第三方機構對交易雙方信用進行保障,這常常導致跨境支付費用高昂且速度很慢。跨境匯款中間銀行的角色擁有不同的貨幣賬戶,協助雙方進行貨幣兌換,跨貨幣處理很慢,成本高。

而基於區塊鏈解決跨境支付則可以構建一個由多個跨境支付需求方構成的聯盟鏈(區塊鏈公有鏈對所有網絡用戶自由開放,聯盟鏈則對部分經過授權的用戶開放),網絡中各個節點之間以聯盟鏈共識的虛擬貨幣為媒介進行點對點的貨幣傳輸,省去任何第三方中介環節,做到交易即結算--不需要任何第三方擔任交易對手對雙方賬戶變動進行調整、對賬,大大降低成本的同時,可以非常迅速的完成支付。

案例:Ripple

在全球跨境支付市場上,率先利用區塊鏈技術實現其商業化應用的是由瑞波幣實驗室開發的跨境支付網絡 Ripple 。Ripple 主要為銀行提供基於區塊鏈協議的外匯轉賬方案,致力於替代 SWIFT 打造一個基於區塊鏈的全球銀行的網絡金融傳輸協議。

Ripple 通過其開發的 InterLedger 協議項目,為不同記賬系統建立起溝通橋樑,打造一個全球統一的網絡金融傳輸協議。InterLedger 協議系統中,不同銀行可以保持原有的記賬系統,使用 Ripple 提供的軟件,通過第三方“驗證端”自由傳輸貨幣,同時銀行間的交易可以隱藏起來,“驗證端”通過加密算法來進行,不會看到交易的詳情,只有銀行自身的記賬系統可以追蹤交易的詳情。

Ripple網絡中,統一的分佈式記賬系統可以通過許多節點以共識機制來驗證交易並記賬,不需要任何信任中心,可以實現7天24小時全天候支付。並且由銀行、貨幣兌換商等金融機構在Ripple網絡中扮演做市商,匯款銀行可以選擇自己信任的做市商,只要做市商足夠多,理論上能夠提供具有市場競爭力的匯率水平,同時 Ripple 網絡也通過算法尋找最優匯率水平,做市商能夠隨時隨地為跨境支付服務,提高效率。

案例:OKLink

與 Ripple 不同的是,OKLink 聚焦為全球中小型金融參與者提供服務,Ripple 在跨境支付中使用瑞波幣為媒介,而OKLink使用的是OKD,兩者作為中轉代幣從使用價值而言並沒有區別。

具體的業務場景是,使用 OKLink 服務的匯款公司和收款公司註冊成為 OKlink 區塊鏈網絡中的一個授權節點,節點與節點之間可以直接進行 OKD 的轉移,買賣雙方則先後通過 OKD 與當國法幣的兌換來實現不同主權貨幣間的跨境支付、結算,省掉了所有中間環節費用,包括 OKLink 和收付款公司的所有費用,整個網絡只在中間匯率基礎上收取不超過0.5%的費用,極大地節省了中小企業在小額跨境匯款中的成本。而利用區塊鏈網絡中“交易及結算”的特質實現快速交易,10分鐘之內完成包括支付、匯率換算、結算在內的所有匯款過程,相較於傳統跨境匯款流程中平均等待三四個工作日可以說是飛躍式的發展。

  • 證券的登記與清結算

證券登記即證券發行人建立和更新證券持有人名冊的行為,伴隨證券交易發生。在中心化證券體系中,市場參與者將所有證券登記和結算任務委託給中央登記結算機構,維護這種中央結構體系的公信力需要極為繁雜的規章制度和審計流程。而傳統證券交易需要經過資產託管人、證券經紀人、中央銀行和中央登記結算機構才能完成,系統之間兼容性低、處理方式各異,整個流程效率低、成本高,從交易指令發出到結算結束同樣需要T+3天的時間,冗長的結算流程導致更久的資金占用和更長的風險敞口。並造就了強勢中介,處於信息劣勢的投資者往往得不到權益保障。

基於區塊鏈技術的證券登記結算系統,可降低系統風險和成本,提高結算效率,以實時全額結算模式來作為中央對手方制度的補充和替代。

區塊鏈技術可以使彼此之間沒有建立傳統信任關係的經濟主體在同一個區塊鏈體系中達成平等合作關係,各個節點可以展開充分自由的溝通,節省了信息不對稱造成的交易成本。並且大大簡化中間環節和交易流程,提高了市場交易效率,有助於推動交易結算實現T+0的實時全額交易。

案例:tØ

美國十大零售商之一 Overstock 2015年創建了區塊鏈證券發行平台 tØ,稱證券無須通過納斯達克等交易平台可直接在區塊鏈上完成交易,同年12月美國證券交易委員會(SEC)已批准 Overstock 通過區塊鏈來發行本公司的股票。該平台致力於基於區塊鏈發行數字資產,如債券、股票等,顛覆現有的T+3結算模型,成為一個更高效透明的“交易即結算”的證券發行交易平台。 Overstock 於2015年、2016年先後在 tØ 發行了債券和股票。

案例:Linq

納斯達克通過與區塊鏈初創企業 Chain 合作,已正式上線了用於私有股權交易的 Linq 平台。通過 Nasdaq Linq 私募的股票發行者享有數字化所有權,同時Linq能夠極大地縮減結算時間。Chain指出:現在的股權交易市場標準結算時間為3天,區塊鏈技術的應用卻能將效率提升到10分鐘,這能讓結算風險降低99%,從而有效降低資金成本和系統性風險。該平台還為其服務的公司提供了管理估值的儀錶盤、權益變化時間軸圖、投資者個人股權證明等功能,讓發行公司和投資者能更好地跟蹤和管理證券信息。

2. 對於信息的追溯、保真有強烈需求的領域

  • 供應鏈--防假冒偽劣

充斥在市場中的假冒偽劣商品層出不窮,制假售假現象屢禁不止。越來越多的假冒偽劣商品混入市場,不但嚴重擾亂了正常市場秩序,也埋下了使用假冒偽劣商品的隱患。對於商品的溯源保真,尤其是高單價奢侈品和直接關係到身體健康的醫藥食品領域的商品,需求非常迫切。但是由於供應鏈通常由多個企業節點構成,而且多層級間信息不對稱或信息傳遞扭曲失效,導致對於商品來源的鑒定異常困難。

基於區塊鏈+物聯網,從源頭開始,為物品進行身份標識(物品指紋),通過傳感裝置將商品流轉過程中倉儲、物流、分銷、零售等主要環節的關鍵信息提取記錄在區塊鏈網絡中,在區塊鏈可追溯不可篡改的特性保證下,消費者可通過配套智能設備對商品進行掃描識別,掌握商品生產製造及流轉過程中所有關鍵信息。

案例:Provenance

Provenance 是一家基於區塊鏈技術為企業提供供應鏈溯源服務的公司。Provenance 能夠在區塊鏈上記錄全球零售供應鏈上全流程的信息,讓消費者能夠實時進行檢索,提升供應鏈上的信息透明度。用戶可以通過與互聯網相連接的設備來監視目標對象,以透明的方式全流程追蹤貨物的原產地以及中間的交易過程。在區塊鏈上,消費者不僅可以查看產品的靜態屬性信息,還可以查看產品從生產商到經銷商再到終端消費者的中轉運輸流程--消費者只需從智能手機上就可以了解到沿途每一步的信息更新。

  • 公證認證

在傳統認證方式下,當事人虛構、隱瞞事實,或者提供虛假證明材料的現象屢有發生。識別假戶口本、假結婚證、假房產證、假學歷證等通常需要認證人員的一雙“慧眼”。稍有不慎,就可能使一些人矇混過關,騙取認證書,並損害他人的合法權益。因此,傳統的認證方式依賴於公證人員有極強的專業素質和社會責任感,無法完全保證所認證物的真實性。而且,現行認證手續繁瑣、流程複雜,“人工+紙質”認證方式,效率低且成本高。

如果使用區塊鏈,用戶只需要將所要認證的物品通過區塊鏈進行記錄,則能夠實現認證信息的準確性以及認證過程的安全性,最終能生成可靠、精確、不可篡改的存在性證明、所有權證明,遏制了造假情況的發生。

案例:公證通Factom

Factom 是一家致力於利用區塊鏈技術來進行文件認證、數據管理、檔案記錄的保存與驗證的公司,可應用於資信證明、專利保護、身份證明、產權保護、醫療檔案、審計等領域。基於區塊鏈的鏈式結構的數據存儲,登記在Factom 上的歷史記錄被永久地保存下來,且所有的信息都將可以追溯。以 Factom 用來管理土地產權轉讓合同協議為例,如果土地產權轉讓經過雙方的共同認定,並且轉讓的土地產權並非偽造且通過區塊鏈的驗證(存在性證明),那麼和其相關的鏈將被更新,以反映上述結果(過程性證明)。但之前土地產權更改的歷史記錄不會丟失,它所記錄的內容和順序在Factom上都不能被更改或隱藏(可審計性)。

3. 對於大體量數據的安全運算和共享有較高要求的領域

  • 物聯網

物聯網是在互聯網的基礎上延伸擴展的網絡,用來實現物品間的信息交換和通信。物聯網的應用對於人類社會進入到智能居家、智能交通、智能消費的嶄新時代有着重要的意義,包括前文中提到的區塊鏈結合物聯網來改造供應鏈管理。

有機構預測,在未來5年時間裏,全世界將有超過250億個設備、傳感器和芯片處理超過50萬億G的數據。物聯網的價值就在於將這些數據捕捉並分析,從大量的信息和噪音中識別和分離出最為重要的數據,但是,中心化網絡可以達到的速度和成本難以滿足更大規模的物聯網設備需求--就目前的情況看,中心化的網絡可以應對10億級別的移動互聯網設備,隨着接入量增大,提供支持和服務的數據中心基礎設施的投入和維護成本將無法估量。另外,如此龐大的數據的安全防護問題也是一個嚴峻的考驗。依賴於中心網絡實現的信息共享很大程度上將制約物理節點間的通信效率以及對新節點的擴展。

區塊鏈分佈式儲存技術充分利用每個設備自身的計算和儲存能力,避免搭建集中雲和中心大型服務器群的巨大軟硬件成本投入;而且,基於區塊鏈分佈式數據共享,物聯網中數以億計的智能設備在交互過程中,可以了解其他設備的功能,以及不同用戶圍繞這些設備的權限和指令,即能跟蹤設備之間的關係、設備和用戶之間的關係,提升對運行環境的認知,加強對自身角色和行為控制的能力。

案例:ADEPT

2015年初,IBM 和三星集團宣布聯合打造基於區塊鏈技術的物聯網系統 ADEPT。ADEPT 系統基於區塊鏈架構,使用 BitTorrent(文件共享)、Ethereum(以太坊)、TeleHash(終端到終端加密)支撐。IBM 和三星希望這套系統可以讓物聯網裡的各種設備自動運轉,比如家電發生故障時可以自動發送信號並進行軟件更新,以及設備與設備之間進行數據和計算能力的交互。已經實現的典型場景:使用區塊鏈技術將洗衣機加入物聯網之中,通過獲取用戶的洗衣頻率和每次洗衣服的數量,分析用戶是否有定期運動的習慣、是否生育嬰兒,還可以自動估算剩餘洗衣液的可用時間,甚至自動完成在線下單的購買行為。

案例:Filament

Filament 將眼光轉向了工業領域,尤其是石油、天然氣、製造業、農業等行業。Filament 重點開發兩個硬件單位--傳感器裝置 Filament Tap,以及可粘附設備表面的智能模塊 Filament Patch,Filament 要實現的核心功能是:保障智能設備數據存儲和通信安全;安裝了 Tap和Patch 的智能硬件可以實現脫離網絡連接的長距離通信,服務於工業規模的設備部署。

案例:Slock.it

Slock.it 則是通過區塊鏈實現閑置資源共享,致力於將智能合約嵌入到多個物聯網設備和應用程序之中,讓任何人都可以不通過中間商,直接出租、出售或者共享任何物品。在其設計的自治結構中,用戶可以在移動應用上隨時隨地跟蹤、控制出租或使用連入物聯網的各個物品,每次共享完結時,還可以實時收取費用進行收入分配。

4. 對於信息共享有較高需求,但具有隱私保護性的領域

共享醫療信息有助於醫療資源浪費、醫療效率低下以及醫療費用高昂等問題的解決。然而目前醫療信息共享存在諸多困難:首先,技術上難以實現兼容,各醫院電子病歷系統不盡相同;其次目前的醫療共享平台無法保障個人健康隱私不受到侵犯。

通過在區塊鏈上存儲和管理個人醫療記錄信息,每個人的健康記錄被編碼成數字資產,個人可以通過私鑰將訪問權限授予醫生、藥店、保險公司等。在區塊鏈上定向分享用戶的醫療記錄,一方面打通用戶各個場景中的醫療健康管理需求,一方面可實現全球範圍內的醫療機構臨床案例研究;同時,區塊鏈可進行多簽名複雜權限的管理,利用區塊鏈數據以確保醫療敏感數據不被泄露。

案例:Dokchain

醫療 API 公司 PokitDok 近期宣布與英特爾達成合作,共同研發“Dokchain”醫療區塊鏈解決方案。英特爾將為 PokitDok 提供其開源軟件 Hyperledger Sawtooth 作為 Dokchain 的底層分佈帳,並將英特爾芯片用於處理區塊鏈交易。

Dokchain 為用戶提供身份管理功能,即使用Dokchain 的用戶可以在線驗證醫療交易各方的信息,通過驗證后則可以啟動交互行為--在處方記錄、醫藥消費、醫療保險等各個領域都已經有所實踐。降低醫療欺詐、有效保護患者隱私是 Dokchain 進行功能部署的核心考量。

5. 人為審核、執行不確定性大的領域

  • 資產交易

無論是企業所有資產還是個人資產的轉移交易往往伴隨着多重認證確權、資格審查、關聯取證的複雜過程,達成一致進行交易執行前需要多個部門和相關交易人的多方介入和溝通,而資產交易是金融經濟活動中的主要構成,其執行效率低、糾紛解決成本大很大程度上影響了商業社會財富的流通和增值,尤其是在資產證券化扮演着如此重要的金融突破口的當下。

資產智能化、智能資產合約執行自動化是有力提升資產交易效率和處理完善度的重要路徑。基於區塊鏈智能合約,將資產交易的初始所有權以及所有權轉移實施條件以計算機程序的方式編碼入智能合約,觸發規定條件則自動完成資產所有權的轉移或者分割,一方面極大提升了交易速度,另一方面,避免了不必要的人工協調成本。

現階段,以股票、債券等金融產品為代表的數字資產的自動化交易已取得不錯的發展成果,而審核任務更加繁重、執行效率尤為低下的有形資產的智能化交易則還需要相對漫長的發展。

試想,我們通過智能合約執行房屋資產的交易,在作為交易資產的房屋本身並不支持智能操控的條件下,僅完成合同規定的房屋所有權的變更並不等同房屋資產的交易完成,至少,你還沒有拿到鑰匙!這就意味着仍然不可避免人為介入來進行房屋實地勘察和交接的大量操作。所以,資產智能化交易的全面應用需要等待一個金融體系、認證體系以及物聯網絡搭建都更為成熟的大環境的到來。

最後,必須要強調的是,區塊鏈技術解決方案的具體應用絕不是對其中某個功能的割裂使用,往往是集合了以上多個方面甚至是全部的優勢來進行區塊鏈技術應用的設計。在這裡,我們想要強調的是,區塊鏈應用的發展機會最有生命力的領域,應該是能夠最大限度發揮區塊鏈特殊技術魅力的地方,一切從現實場景的痛點需求出發,而並非只是為了結合而結合。目前來看,區塊鏈底層技術的進步尤其是智能合約的平台性開發以及區塊鏈商業應用的向前推進,已經初步具備了政府支持、行業規範引導的良好環境,圍繞區塊鏈去中心化、去信任、分佈共享、隱私保護、智能自動等技術特性,將有更多區塊鏈技術應用融入我們的日常生活和生產中來!同時,關於區塊鏈技術的擴容、延展性、穩定性等局限也需要持續不斷的優化解決方案。

寫在後面的話:本文中對於區塊鏈技術應用的討論,側重於圍繞應用場景與區塊鏈核心特性的結合點展開。更多前沿應用的方向,尤其是,國內區塊鏈初創企業的應用拓展最新情況,會在後續展開討論!文中觀點不足之處,還請指正,期待與更多區塊鏈行業從業者、研究者多交流!作者個人微信:maaba12929

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