区块链技术指南–分布式记账与区块链

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– 方案(三):带有数字摘要验证的可扩展的分布式记账实际上,读者可能已经注意到,方案(三)中的账本结构正是一个区块链结构…

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区块链技术指南--分布式记账与区块链

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从分布式记账问题说起

分布式记账问题由来已久。自以电子计算机为主要记账手段的数字化账本诞生以来,商业活动参与者首先要寻找一个多方均能信任的第三方来记账,确保交易记录的准确。然而,随着商业活动的规模越来越大,商业过程愈加动态和复杂,很多场景下难以找到符合要求的第三方记账方(例如供应链领域动辄涉及来自多个行业的数百家参与企业)。这就需要交易各方探讨在多方分布式场景下进行协同记账的可能性。

实际上,可以很容易设计出一个简单粗暴的分布式记账结构,如下图所示方案(一)。多方均允许对账本进行任意读写,一旦发生新的交易即追加到账本上。这种情况下,如果参与多方均诚实可靠,则该方案可以正常工作;但是一旦有参与方恶意篡改已发生过的记录,则无法确保账本记录的正确性。

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图 1.4.2.1 - 方案(一):简单分布式记账结构

为了防止有参与者对交易记录进行篡改,需要引入一定的验证机制。很自然地,可以借鉴信息安全领域的数字摘要(Digital Digest)技术,从而改进为方案(二)。每次当有新的交易记录被追加到账本上时,参与各方可以使用 Hash 算法对完整的交易历史计算数字摘要,获取当前交易历史的“指纹”。此后任意时刻,每个参与方都可以对交易历史重新计算数字摘要,一旦发现指纹不匹配,则说明交易记录被篡改过。同时,通过追踪指纹改变位置,可以定位到被篡改的交易记录。

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图 1.4.2.2 - 方案(二):带有数字摘要验证的分布式记账

方案(二)可以解决账本记录防篡改的问题,然而在实际生产应用时,仍存在较大缺陷。由于每次追加新的交易记录时需要从头对所有的历史数据计算数字摘要,当已存在大量交易历史时,数字摘要计算成本将变得很高。而且,随着新交易的发生,计算耗费将越来越大,系统扩展性很差。

为了解决可扩展性的问题,需要进一步改进为方案(三)。注意到任何一次摘要实际上已经确保了从头开始到摘要位置的完整历史,当新的交易发生后,实际上需要进行增加验证的只是新的交易,即增量部分。因此,计算摘要的过程可以改进为对旧的摘要值再加上新的交易内容进行验证。这样就既解决了防篡改问题,又解决了可扩展性问题。

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图 1.4.2.3 - 方案(三):带有数字摘要验证的可扩展的分布式记账

实际上,读者可能已经注意到,方案(三)中的账本结构正是一个区块链结构(如下图所示)。可见,从分布式记账的基本问题出发,可以自然推导出区块链结构,这也说明了在分布式场景下的记账问题中,区块链结构是一个简洁有效的天然答案。

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图 1.4.2.4 - 区块链结构

区块链的三次热潮

从比特币诞生之日(2009 年 1 月)算起,区块链已在全世界掀起了三次热潮。

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图 1.4.2.5 - 区块链的三次热潮

第一波热潮出现在 2013 年左右。比特币项目上线后,很长一段时间里并未获得太多关注。直到比特币价格发生暴涨,各种加密货币项目纷纷出现,隐藏在其后的区块链结构才首次引发大家的兴趣。2014 年起,区块链这个术语开始频繁出现,但更多集中在加密货币和相关技术领域;

第二波热潮出现在 2016 年前后。以区块链为基础的分布式账本技术被证实在众多商业领域存在应用价值。尤其 2015 年 10 月《经济学人》封面文章《信任机器》中,正式指出区块链在构建分布式账本平台中的重要作用,更多实验性应用出现。下半年更是出现了“初始代币发行(Initial Coin Offering,ICO)”等新型融资募集形式。这一时期,区块链技术自身也有了突破,首个大规模公有智能合约引擎——以太坊项目正式上线;首个面向企业应用的联盟分布式账本——超级账本项目,在众多企业巨头的支持下也正式成立。

随着更多商业项目开始落地,从 2017 年开始至今,众多互联网领域的资本开始关注区块链领域,人才缺口持续加大,区块链已经俨然成为继人工智能后的又一资本热点。

分析这三次热潮可以看出,每一次热潮的出现都与金融行业对区块链技术的深化应用密切相关。这也表明金融行业对信息科技成果始终保持了较高的敏感度。

分布式记账的重要性

分布式记账问题为何重要?可以类比互联网出现后对社会带来的重大影响。

互联网是人类历史上最大的分布式互联系统。作为信息社会的基础设施,它很好地解决了传递信息的问题。然而,由于早期设计上的缺陷,互联网无法确保所传递信息的可靠性,这大大制约了人们利用互联网进行大规模协作的能力。而以区块链为基础的分布式账本科技则可能解决传递可信信息的问题。这意味着基于分布式账本科技的未来商业网络,将成为新一代的文明基础设施——大规模的协作网络。

分布式账本科技的核心价值在于为未来多方协同网络提供可信基础。区块链引发的记账科技的演进,将促使商业协作和组织形态发生变革。甚至世界经济论坛执行主席 Klaus Schwab 认为 “区块链是(继蒸汽机、电气化、计算机之后的)第四次工业革命的核心成果(Blockchains are at the heart of the Fourth Industrial Revolution)”。

分布式账本的现状与未来

类比互联网,从科技发展的一般规律而言,笔者认为,分布式账本科技仍处于发展早期,而商业应用已经在加速落地中,如下表所示。

阶段 互联网 区块链 阶段
1974~1983 ARPANet 内部试验网络 比特币试验网络 2009~2014
1984~1993 TCP/IP 基础协议确立,基础架构完成 基础协议和框架探索,出现超级账本、以太坊等开源项目 2014~2019?
1990s~2000s HTTP 应用协议出现;互联网正式进入商用领域 商业应用的加速落地,仍未出现杀手级应用 2018~?
2000s~? 桌面互联网、移动互联网、物联网 分布式协同商业网络

互联网在发展过程中,先后经历了试验网络、基础架构和协议、商业应用、大规模普及等四个阶段。其中第二个阶段尤为关键,TCP/IP 协议取代了已有的网络控制协议,成为基础协议栈的核心,这为后来互联网扩展到全球规模奠定了扎实的技术基础。

作为一套前所未有的大规模协同网络,分布式账本网络的发展很大可能也要经历这四个阶段的演化。当然,站在前人肩膀上,无论是演化速度还是决策效率,都会有不小的优势。

客观来看,虽然超级账本、以太坊等开源项目在基础协议和框架方面进行了诸多探索,并取得了重要成果,但在多账本互联、与已有系统的互操作性等方面还存在不足,商业应用的广度和深度仍需实践的考验。

但毫无疑问,分布式账本科技已经成为金融科技领域的重要创新成果,带来的效率提升必将为金融系统创造新的发展机遇。而互联网之后的商业协同网络,必将进一步推动整个人类文明的进步。


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