区块链技术及其在加密货币外的应用

宋苏

摘要：区块链技术（Blockchain，BC）是支持比特币这类加密货币的重要底层技术，其对于确保其他领域如物联网（IoT）系统的安全性及隐私性也可起到重大的作用。目前，相关研究人员正在对区块链技术在加密货币以外的应用场景进行深入研究。工作量证明（Proof of Work，PoW）使用了哈希算法，通过记录并管理发生交易的电子账簿来保证数据安全，防止数据被篡改。此外，区块链技术采用了可变公钥（Public Key，PK）来记录用户的身份，提供多一层的隐私保护。区块链技术不仅在加密货币领域应用广泛，在其他领域应用也得到了实现，例如：分布式存储系统、位置证明、医疗保健、投票系统等等。

本文在研究了相关区块链的文章及应用场景的基础上，将评估区块链技术在其应用场景增强数据安全性实现情况，并将总结区块链技术及其在加密货币之外的应用并得出适当的结论。

关键词：区块链（BC）;工作证明（PoW）;物联网（IoT）;加密货币

中图分类号：F821;TP311.13  文献标识码：A  文章编号：1672-9129（2020）02-0067-01

Abstract：Blockchain （BC） is an important underlying technology supporting cryptocurrency such as Bitcoin. It can also play a significant role in ensuring the security and privacy of other fields such as the Internet of Things （IoT） system. At present， relevant researchers are conducting in-depth studies on the application scenarios of blockchain technology beyond cryptocurrency. Proof of Work （PoW） USES a hash algorithm to secure data and prevent data from being tampered with by recording and managing the electronic ledger in which transactions take place. In addition， blockchain technology USES Public Key （PK） to record the identity of users， providing an additional layer of privacy protection. Blockchain technology is widely used not only in cryptocurrency， but also in other areas such as distributed storage systems， location proof， healthcare， voting systems and so on.

Based on the study of relevant blockchain articles and application scenarios， this paper will evaluate the implementation of blockchain technology in its application scenarios to enhance data security， and summarize the blockchain technology and its applications beyond cryptocurrency and draw appropriate conclusions.

Key words：block chain （BC）; Work certificate （PoW）; Internet of Things （IoT）; Encryption currency

1  引言

2019年10月24日，在中央政治局第十八次集體学习时，习总书记强调，“把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口”“加快推动区块链技术和产业创新发展”。此时区块链这项新技术已经走进大众视野，成为社会的关注焦点。本文将探讨，除加密货币之外，区块链未来的使用方向和应用场景。区块链从本质上讲是一个共享的、去中心化的数据库，用区块链技术存储的数据具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可追溯、集体维护、公开透明等特征。区块链数据存储去中心化能够解决信息不对称的问题，可助力实现多个主体之间的协作信任。所以，区块链未来应用场景很广阔。

2  区块链技术概述

本节简要介绍区块链背后的技术基础。一个区块链节点包含以下两个不同的组件：

（1）交易活动：区块链中的参与者触发的使用动作。

（2）区块：区块链中的区块是一个数据集合，它记录了使用和相关的细节，如正确的序列、创建时 间戳等。

区块链可以是公共的，也可以是私有的，使用哪一种将取决于它的具体应用场景。公共区块链允许所有拥有读写权限（如比特币）的用户访问它。然而，有一些公共区块链会把访问限制为只能读或写。相反，对于私有区块链，只有选定的、受信任的参与者才有访问权限，这样设置的目的是隐藏用户的详细信息。

区块链的一大技术优势就是它的实现技术都是公开的，因此，每个访问者都可获取完整的最新更改活动记录。同时任何更改都可被其他用户公开验证，因此其记录的数据是不能被篡改的。但是每个块中记载的数据是由私钥加密的，不是每个人都能解密获取到的。

区块链技术的另一个主要优势就是它是去中心化的：

没有单一的存储设备存储数据（包含交易和相关区块），而是分布在支持区块链的整个网络中的参与者之间。

交易不需要任何权威机构的批准。

区块链系统的整体安全性是另一个优势。系统只允许追加新的区块。由于前面的区块是公开的且分布式存储的，因此用户不能对其进行更改。

若要将新的区块添加到现有链中，必须由该区块链系统的所有参与者进行验证。对于这样的验证和验核实过程，参与者必须应用特定的算法。用户参与的区块链系统定义了被视为“有效”的内容，这些内容可能会因不同的系统而异。验证过程和通过验证的内容将被存储在一个区块中。接下来，新生成的区块被传送到要附加到现有块链的所有其他参与节点。每个后续区块都有一个哈希值，这个哈希值就像是它的数字指纹一样，具有唯一性。

用户发起转账交易并触发，它就被表示为“交易”，并向网络中的所有参与者广播。该交易现在必须获得区块链系统的“批准”才能真正“有效”。一旦被批准为有效的交易，其信息将连同后续区块的哈希值一起被馈送到新区块中，并传送到所有参与节点，随后被附加到区块链数字分类账本中的现有区块链中。

3  加密货币以外的区块链应用

尽管互联网是帮助人们实现现代数字化生活的伟大工具，但在安全性和隐私性方面仍然存在很大缺陷，尤其是在金融科技和电子商务领域。加密货币背后的区块链（Blockchain）技术带来了一场新的革命，它实现了不需要商业银行这些中介机构的P2P交易机制。区块链可以验证所有交易，并保留交易的永久记录，同时确保用户任何身份相关信息的隐私性。在证实所有交易的同时，用户的所有个人信息都被隔离。因此，通过应用区块链或类似的加密货币技术，用户既不需要相互信任，也不需要中间人，而是在去中心化的网络系统中表现出信任。比特币只是区块链的一种典型应用。除此之外，它可支持的应用场景非常多，如存储和验证法律文件、各种证书、医疗数据，也可与物联网和云相结合应用。

在云环境中，任何云数据对象的创建历史及其随后执行的操作都由“数据源”的数据结构记录，数据源是云元数据的一种类型。因此，保证数据源的安全性是非常重要的。在云环境中采用区块链技术可以提供强大的保护，防止数据记录被更改。这也增强了数据源本身的可用性、可靠性、隐私性以及最终的价值。

在物联网系统中，大多数通信以机器对机器（M2M）交互的形式进行。在参与对话的机器之间建立信任是物联网技术得到广泛应用需面临的一大挑战。区块链技术可以增强机器通信的可扩展性、安全性、可靠性和隐私性，助力于促进物联网的广泛应用。通过部署区块链技术来跟踪连接到物联网系统的所有设备，实现参与物联网系统协调实现的设备全跟踪，减少单点故障（SPF）来提高系统的可靠性。用于数据块加密的算法以及哈希技術可以提供更好的安全性。

4  展望

区块链概念以及技术的应用已经超出了其用于比特币生成和交易的范围。它的安全性、隐私性、可追踪性和时间戳等特性，使得它的应用超越了最初的应用领域。相信在未来，区块链技术在加密货币领域应用将更加深入且广泛，我国央行发行加密货币也指日可待。区块链技术在加密货币以外的应用也会趋于成熟，也将会有更多应用场景的出现，如身份管理、黄金等贵金属的资产所有权转让、医疗保健和其他商业用途等。

参考文献：

[1]区块链技术发展现状与展望[J]. 袁勇，王飞跃.自动化学报. 2016（04）