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[摘    要] 区块链被认为是在全球范围内的又一次技术创新革命，其在互联网、金融服务创新、物联网、智慧城市、供应链等领域具有广阔应用前景和巨大的潜在应用价值。本文分析并关注区块链的核心技术和未来发展趋势，在多个行业中的应用场景。

[关键词] 区块链;分布式;去中心化;共识机制;非对称加密

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2021. 01. 045

[中图分类号] F49    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2021）01- 0113- 02

0      引    言

区块链起源于比特币的底层技术，从2008年比特币诞生开始，区块链技术经过了近十年的不断发展，目前区块链被认为是继云计算、大数据、人工智能等技术之后，在全球范围内的又一次技术创新，其在“互联网+”、金融服务创新、物联网、智慧城市、供应链等领域具有广阔的前景和潜在应用价值。国内以互联网公司为代表的各类企业，都在积极投入人力物力研究开发区块链技术，提出了多项区块链技术应用的解决方案，尤其在金融领域的实践应用相对集中，并逐渐延伸到多个行业。国家的信息化战略规划提出要加强区块链技术的试验和应用，区块链技术也具备了推广应用的条件。

1      区块链技术的特点与核心特征

从技术角度分析，区块链是由多个参与者共同维护，数据区块之间首尾相接，形成链式结构的一种数据存储体系，区块链的部署模式和应用架构不同，通常分为公有链、联盟链和私有链三种形式。公有链面向任意节点开放，任意一个节点都能成为该链上的一个计算节点，节点获得数据操作权利依靠的是共识机制。例如，比特币采用的是PoW共识机制，全网计算节点通过算力的竞争获取记账权;以太坊采用PoS共识机制，根据节点所占有的权益份额大小，随机获取记账权等等。据统计，目前共识机制的算法多达几十种，仍在不断的发展中，采用何种共识机制完全由区块链的最初设计者确定，某个链发布以后所有的参与节点必须遵从该共识机制。

目前来看公有链是区块链领域研究发展的主流方向，相比其他链的类型，公有链的生态开放性最好，参与的企业和应用的场景也最广泛，是企业研发投入的重点。联盟链在多数情况下是企业之间参与，只允许通过认证的企业机构节点运行业务。例如，某些银行、信托、保险公司之间达成某种合作协议和业务联盟，相互之间为了验证金融票据的真伪和追溯来源，用区块链技术建立的一套票据验证系统。私有链的应用最受限，只适用于特定的参与者，本文不再赘述。

1.1   分布式与共识机制

区块链作为去中心化的分布式数据库，数据存储在区块链网络的所有节点上，节点之间利用共识机制保持数据的一致性，共同维护全网的数据记录。区块链网络中所有节点都是独立的，有平等的参与权力，整个网络没有中心化的服务节点，日常运行完全依靠节点的自制管理。分布式是区块链技术架构的核心特点之一，能够保证所有参与节点实现数据共享，是现有各种区块链应用遵从的基础技术架构。

在分布式架构下，如何解决所有参与节点之间的信任，就某一次数据操作或者规则形成共识，达成一致性，甚至在出现网络中断、节点故障、系统遭受攻击的极端情况下，仍保持系统的正常运行，共识机制是保障区块链系统不间断运行的关键。共识机制保证所有节点在某个周期时间段内数据的一致性，现有的主流共识算法PoW、PoS、DPoS等等，其算法原理和技术实现各不相同，对计算过程中耗费的资源、对网络的压力、数据操作排序、节点合法等差异较大，但本质上都是分布式系统保持数据一致性的最优选择。

1.2   数据区块和链的结合

数据区块和链相结合，是区块链非常重要的特征。每个数据区块的头部，都包含了前一区块的数据信息字段，通常是经过哈希计算生成，另外还有根节点的哈希值、系统时间戳、系统难度值、随机数等字段，经过SHA256加密得到的哈希值来保证整个历史数据链条的完整性和安全性。

如何保证一个新数据区块创建成功被加入到链后，该区块包含的数据信息也被永久的保存？区块链上所有参与运行的节点，在每一次记录之前都会验证所有区块的“合法性”，根据算法规定只有通过大多数节点验证通过的区块，才会被添加到主链的末尾，成为一个新的数据块，区块包含的数据也就被永久的保留在链上。如果个别节点恶意篡改了区块链上的某个数据块信息，将会导致该区块中哈希值与其它节点上的数据千差万别，其它节点将不会承认该区块的“合法性”，该区块及其以后的所有区块将被其他节点抛弃，由此个别节点对单一数据区块的篡改不会影响全网数据的安全性。个别节点为使篡改的数据区块“合法”，需要对该区块后所有的区块数据进行重新计算和修改，耗费的工作量将是巨大的，计算篡改数据的成本甚至超过收益，对数据的篡改成为毫无意义的行为。

1.3   非对称加密

区块链对数据的保护采用非对称加密算法，也就是用一对密钥（公钥和私钥）进行数据的加解密，使用其中一个密钥（公钥）进行数据信息加密，使用另一个密钥（私钥）才能对数据信息进行解密。区块链上的数据是完全公开的信息，特别是对公有链，任何参与的节点都能在任何时刻获取到全部的数据。区块链正是使用非对称加密的公、私钥对来构建节点间信任的，实现数据的安全。

区块链节点之间的数据传输也需要进行加密和解密，特别是公有链上的节点，彼此之间是没有身份信任的，节点间的数据操作都是匿名的，非对称加密保证了发送和接收的数据是安全的。链上每个节点都存有自身的一对密钥（公钥、私钥），发送方在传递信息时，使用接收方的公钥对信息进行加密，接收方收到加密信息后，使用自己的私钥对信息进行解密，进行比对验证数字签名等数据信息，比对结果一致则说明数據是安全的。

2      区块链技术的发展趋势

2.1   与云计算的结合

从国内外企业研发趋势和区块链技术的应用来看，区块链技术与云计算的结合，是未来发展的重要趋势之一。首先，云计算有助于降低区块链技术研发、应用的成本。云计算提供的弹性资源基础设施和可随需定制的灵活性，为区块链技术基于云计算平台的应用开发降低了研发投入，缩短了应用上线周期，有效降低区块链技术从研发到部署的成本投入，满足了很大一部分区块链研发企业机构的要求。其次，云计算和区块链的技术有共通点，在网络部署、分布式架构特性、安全管理、服务等方面的相似性，在支撑上层应用和提供区块链服务方面能更好的融合借鉴，从验证概念模型到落地部署实施，企业在从云计算向区块链拓展延伸过程中，技术转型压力小，尤其符合目前互联网企业的发展要求和市场目标，区块链企业也更有积极性融合二者技术，加速区块链技术研发，推动区块链向更多行业领域拓展。

2.2   应用类型发展和性能提升

区块链类型的发展主要体现在架构调整方面，现有的两层技术应用模式，一是以公有链面向全社会节点的应用，另一个是联盟链主要集中在企业应用层面，二者的技术实现有着不同的发展方向。随着市场应用的丰富，二者结合的应用模式正在出现，目前已经有金融抵押、资产信托等行业提出了场景更复杂的应用，期望能依托区块链技术，实现多个区块链之间的数字资产转移，不同链之间的融合应用或者跨链应用需求会越来越多。

实现高性能也是区块链技术目前发展的趋势。为提升性能，企业研发投入主要集中在优化改变目前的共识策略和共识机制，调整参与节点，建立高吞吐量模型等算法来提高性能。在保证系统和数据安全的前提下，要实现高性能的吞吐量，同时对比集中化系统的高性能处理能力，区块链的高性能实现将是非常具有技术挑战性。

2.3   物联网领域的应用

区块链技术在物联网领域的应用，一直是业界比较期待的，能显示区块链技术强有力的一个方面。5G网络将带动物联网应用爆发式增长，预计有数百亿部设备将连接到网络中，传统的中心化应用无法解决如此规模的设备管理、数据交换和安全维护。借助区块链的去中心化、分布式、节点设备自管理等特征，利用区块链技术可以解决物联网设备的规模化和自管理问题，实现数百亿的物联网设备共享同一个网络，可应用区块链的多节点验证和自管理功能，取代中心化应用。

区块鏈技术也将会与大数据、人工智能技术结合，普遍应用于物联网领域。物联网应用的数据规模会越来越大，不同业务场景使数据的维度和丰富程度增加更多，借助区块链提供的完整数据源，结合大数据的统计分析功能，智能分析海量数据，极大提升区块链数据的价值和使用空间。

3      行业应用前景

区块链技术的发展已经扩展到多个行业领域，国内厂商也已经进行区块链技术研究，借鉴区块链的技术优势，提出了解决行业问题的愿景。对区块链技术的应用将是一个长期过程，推广区块链技术必须有可落地的应用环境，而对一些行业核心的产品和服务涉及环节多，系统复杂，不适合作为区块链试点的领域。

5G网络还将促进建立跨行业的物联网应用平台，会在智能工业、电网、智慧城市、智能交通方面都有广泛的应用，应用重点集中在传感器设备、网络架构、标识、安全和隐私等方面。结合目前5G网络的应用，可在物联网等新业务领域开展实验，这也是应用的全新实验领域，需求的不确定性较大，区块链技术作为实验多业务场景的应用，也是降低风险的措施之一。

4       结    语

区块链技术，将成为国家发展数字经济的重要技术领域之一，行业应用领域发展潜力巨大。从信息化平台建设及5G发展的角度来分析，区块链技术对助力和提升信息化系统建设，建设高质量的应用系统具有重要的借鉴意义。

主要参考文献

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