侯利霞，万里勇

（南昌工学院 人工智能学院，江西 南昌 330108）

1 区块链概念与特征

1.1 区块链概念

从技术的层面而言，区块链其实不是一种单一的技术，它实际上是集多种技术的集合。这些技术以新的方式组合在一起，形成了种数据记录、存储和表达方式。从数据的角度而言，区块链是一种很难被篡改的分布式数据库或分布式账本，它借助去中心化的方式从而实现网络交易中所有参与者对其进行共同维护[1]。

1.2 区块链主要特征

（1）开放共识。在区块链网络中，任何一个节点都能够拥有完整的数据库拷贝。系统一般通常把出现次数最多的记录认定为真实记录。各节点间将遵循相互间达成的共识机制，最终共同来维护整个区块链网络。网络中的任何一个节点失效，不会对其他节点造成影响。（2）去中心化。区块链网络中，各节点都处于一个平等关系，具有同样的权利和义务。各节点间的通信，不依赖于中心设备和也无需任何中间信任机构，它们之间仅仅需通过数字签名进行验证。节点与节点间按照既定的共识机制进行交流，无法进行相互欺骗。在这种去中心化网络中，整个区块链系统的运作，不会因某个节点的故障或瘫痪，而出现停止的现象。（3）交易透明。在交易过程中，区块链的共识机制是公开透明的。因此，节点与节点间的交易，对于整个区块链网络上的其他节点来说，也都是透明的。因此，在这种去中心化的环境中，各节点都是匿名的无线公开身份。（4）不可篡改。区块链网络中，各节点按照既定共识机制进行交流，无法彼此产生欺骗。即便某个节点或多个节点同时修改数据库，也不会影响其他节点的数据库，除非区块链网络中有超过51%以上的节点发生同时修改，这样就会被其他节点认为是节点的修改是正确的。

2 区块链相关技术

2.1 分布式账本

所谓的分布式账本，实际上是指在网络成员间共享、复制和同步的数据库[2]。它记录区块链网络各节点参与交易的记录。在传统数据库中，某一个时间点通常只允许一个人对数据库的数据进行编辑处理，

其他人则无法进行同时参与，仅只有查看的权限。而如果是分布式账本的话，如果它被分散到相互关联的子系统中，当其中某一个用户正在编辑某个记录时，这个编辑状态会共享给所有的子系统，这样就可以实现全系统数据的同步。另外，如果系统的多个用户需要同时对某一个数据进行操作，此时只要事先约定共识机制即可。

2.2 P2P网络技术

P2P网络（或称“对等网络”），即计算机对等网络，是一种在对等者间进行任务分配和计算的应用架构，是对等计算模型在应用层形成的网络形式。P2P网络是区块链技术中的一个重要组成部分。在P2P网络模型中，各网络节点参与者处于对等地位，它们间的通信无需依赖于任何的中心计算机[3]。P2P网络是一种没有中心的网络。在P2P网络中，参与者能够拥有其他节点共享给它的部分硬件资源（包括处理能力、存储能力、网络连接能力和打印机等），这些共享资源是由节点间自行决定，无需经过任何其他的中间实体。相比于C/S架构的网络模型而言，P2P网络节点不需要统一的中心服务器管理，各节点间所占的资源与网络负荷都是分散的。在这种模型中，网络中的任何一个或者多个节点发生故障，都不会导致整个网络瘫痪。

2.3 密码学技术

上文所述，区块链的一个重要特征就是去中心化。中心化操作其实是需要一个类似银行的中心机构来验证交易的，其本质就是让所有节点都能验证交易的真伪，这和比特币采用了“非对称加密技术”有很大关系。密码学涉及的知识体系比较广，区块链中主要涉及的密码学方面相关概念，主要包括：非对称加密、哈希算法、数字签名、数字证书机制和默克尔树等[4]。密码学在区块链和加密货币领域有的重要影响，它的知识体系是非常庞大的，这里限于篇幅原因，就不再展开介绍。

2.4 共识机制

在区块链中，能够去中心化操作，其实一个重要的原因就是因为各个互不信任的节点在交易中就合法地达成了共识。这种共识机制为解决节点间互不相信任的问题起到非常关键的作用。

所谓的共识机制，就是指共识的达成机制。目前，与区块链具有关联的主流共识机制，主要有4种：PoW机制、PoS机制、DoS和PBFT算法[5]。其中，PoW机制是一个最为经典的共识机制，它基于给定难度值要求在最快时间内通过迭代计算得到一个随机数None以争夺记账权，对获得优先记账权的节点给予一定的奖励。PoS是通过对全网节点的持币量和持币时间进行计算，从而决定投票权和打包权。DPoS共识机制是PoS的改进版，它是通过对全网节点进行选举产生代理节点，并由这些代理节点进行交易验证和记账，当代理节点取得共识后将会得到部分奖励，对于不合格的代理节点则将会被投票替换。PBFG则是广泛运用联盟链的一种共识机制，它采用循环的领导选举，可以抵制1/3的攻击[5]。

3 区块链的具体应用

3.1 区块链与商品溯源

由于区块链具有不可篡改、数据可追溯及时间戳等特性，能够较好解决商品溯源和防伪等问题。这里以贵重物品—黄金首饰为例，介绍区块链对黄金首饰的溯源应用过程。首先，需要对黄金首饰的信息（如黄金首饰的系列号、所有人、鉴定证书等）进行提取，放入区块链中进行记录，如果发现该黄金首饰的所有权发生转移，那么此时区块链也需要对黄金首饰的交易的详细情况进行记录，同时将这个记录再次存储于区块链并附上时间戳。此外，借助于区块链数据不可篡改的特性，可以使得存储于区块链的数据能够永远保存，这样可以实现随时查阅，这样较好解决黄金首饰的溯源及防伪问题。

3.2 区块链与跨境支付业务

随着区块链技术与区块链金融的普及，区块链在商业领域的运用也越来越广。这里以区块链与资金结算为例，谈谈区块链在跨境支付业务的运用。在区块链运用于跨境支付的场景中，资金交易主要包括3个过程：资金支付环节、资金接收环节和资金传递环节。其中，在资金支付和资金接收两个环节，分别使用本国的法定货币，而在资金传递环节，是通过数字货币来完成的。通过使用数字货币可以提升效率和降低成本，而且又可以节省大量的操作环节和人工操作时间。

结算过程描述：（1）国家1利用本国法定货币向金融机构进行交易支付；（2）国家1的金融机构对本国法定货币进行临时兑换成数字货币；（3）国家1金融机构通过区块链转账将相应金额的数字货币转到国家2的金融机构给的区块链上的地址；（4）国家2的金融机构接收数字货币并将其转化为本国法定货币；（5）国家2的金融机构将对应法定货币转给国家2的资金接收方。

3.3 区块链与众筹

众筹（Crowd Funding）即大众筹资，一般是由发起人、跟投入和平台构成。那么区块链又是与众筹结合的呢？首先，发起项目的组织方或者个人，通过智能合约对项目的出资条件、投资回报方式和条件进行固化，同时募集个人投资者等其他出资人，对于愿意投资的个人投资者可以通过数字货币进行出资。当项目成功并获得盈利时，项目将以数字货币的形式回馈给投资者。

3.4 区块链与著作权管理

对于传统的知识产权和著作权管理，通常需要引入第三方机构进行公证。然而，利用区块链对知识产权和著作权管理，则无需涉及第三方，仅仅通过区块链网络即可证明著作权和知识产权的正确性。

在利用区块链管理著作权与作品产权时，首先需要将作品进行电子化和数字化，然后在电子化后的作品中嵌入与之对应的著作权信息（比如：著作权所有作者信息和著作权存在的证明信息等），并且将信息保存在区块链中。仅仅只要经过这样一次的证明，那么区块链网络上其他任何节点便可以共享证明的结果。

4 结语

本文介绍了区块链的概念和基本特征，重点介绍了区块链分布式账本、P2P网络、密码学和共识机制等相关技术，同时也对区块链在商品溯源、跨境支付、众筹和著作权管理等方面的运用进行详细的阐述。随着5G时代的来临，区块链将会物联网、边缘计算和人工智能等技术进行结合，而如何区块链与这些技术的融合从而更好服务于人类，将是未来研究工作人员们的一个重要的研究课题。