区块链技术的调研综述报告

区块链技术调研报告

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院系：计算机科学学院

2018年3月22日

目录

一、区块链的起源 (1)

二、区块链的发展历程 (1)

三、区块链原理 (1)

3.1 什么是中心化？ (2)

3.2 为什么要去中心化？ (2)

3.3 谁还可以依靠？ (4)

四、区块链技术 (7)

4.1 技术特点 (7)

4.2 公有链、私有链、侧链 (8)

4.3 关键技术 (9)

4.3.1、采用工作量证明达到去中心化及公正性 (10)

4.3.2 每笔交易采椭圆曲线数位签章演算法加密 (11)

4.3.3 Hashcash演算法及多种Hash函数确保资料不被窜改 (11)

4.3.4 经由Merkle Tree将大量讯息缩短成一个Hash值 (12)

4.3.5 用时间戳伺服器(Timestamp Server)确保区块序列 (12)

五、区块链存在的问题 (12)

六、区块链的研究方向 (13)

一、区块链的起源

2008年，区块链技术奠基性论文《比特币: 一种点对点电子现金系统》横空出世，该文作者中本聪首次提出了区块链的概念。中本聪认为首先，在中心化的体系内，价值分散在各中心手中，由于各中心的系统不同，各中心的互通成本非常大；其次，由于少数中心化的机构掌握了多数的价值，因此价值的流通受制于中心化机构的体系要求，造成了一种高成本、低效率的运作现状；最后，由于所有数据均存储于中心化机构中，更容易遭恶意破坏者的篡改。

基于上述现存的问题，中本聪在区块链技术的基础上，创建了比特币，也正是比特币网络使得区块链进一步完善并正式进入了公众视野。目前，以太坊、超级账本Fabric等的许多应用已经开始出现在生活中。

区块链技术是构建比特币数据结构与交易信息加密传输的基础技术，该技术实现了比特币的挖矿与交易。区块链技术是指通过去中心化的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。该技术方案主要让区块（Block）通过密码学方法相关联起来，每个数据块包含了一定时间内的系统全部数据信息，并且生成数字签名以验证信息的有效性并链接到下一个数据块形成一条主链。通过区块链技术，互联网上的各个用户成为一个节点并相互连接起来，所有在此区块链架构上发布的内容都会在加密后被每一个节点接收并备份，换而言之每一个节点都可以查看历史上产生的任何数据。各节点将加密数据不断打包到区块中，再将区块发布到网络中，并按照时间顺序进行连接，生成永久、不可逆向的数据链，这便形成了一个公开透明的受全部用户的监督的区块链。

二、区块链的发展历程

2009-2012年，经济形态以比特币及其产业生态为主；2012-2015年，区块链随着比特币进入公众视野，新生的钱包支付和汇款公司出现，区块链经济扩散到金融领域。区块链底层技术创新不断。区块链技术从比特币系统中剥离出来。2016年开始探索行业应用，出现了大量区块链创业公司。2017年ICO的火热让区块链受到前所未有的关注。

那么，产生的区块链具有什么价值呢？实际上这从区块链的特性上就可以得出结论：去中心化、交易点对点、不可篡改的特性可以实现机器信任；交易不可逆、信息加密的特性可以实现价值传递；此外信息点对点、不可篡改等还可以实现智能合约。

三、区块链原理

区块链（Block Chain）是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可

靠数据库的技术方案。该技术方案让参与系统中的任意多个节点(电脑)，把一段时间系统内全部信息交流的数据，通过密码学算法计算和记录到一个数据块（block），并且生成该数据块的指纹用于链接（chain）下个数据块和校验，系统所有参与节点来共同认定记录是否为真。

区块链的概念首次于2008 年 11 月 1 日在论文《比特币：一种点对点的电子现金系统（Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System）》中提出，作者为自称中本聪（Satoshi Nakamoto）的个人（或团体）。

上面听起来是不是很拗口？这样表达会不会好点：区块链本质上是一个去中心化的分布式账本数据库，其本身是一串使用密码学相关联所产生的数据块，具体来讲：一个随机哈希算法的结果，它唯一做的事情就是获得一些输入然后进行计算，并得到一串64位的随机数字和字母的字符串，每一个数据块中包含了多次比特币网络交易有效确认信息，区块链就是由一连串、不重复、的数据块组成的。

3.1 什么是中心化？

要在淘宝上买一台电脑，交易流程是：你将钱打给支付宝－支付宝收款后通知卖家发货－卖家发货－你确认收货－支付宝把钱打给卖家。

在这个过程中，虽然你是在和卖家交易，但是这笔交易还牵扯到了除了你和卖家的第三方，即支付宝，你和卖家的交易都是围绕支付宝展开。因此，如果支付宝系统出了问题便会造成这笔交易的失败，因此考虑极端情况，如果支付宝跑路了或者是拿了钱不却不承认你的交易或者是支付宝所在的城市因为开G20把所有人都赶走了，那么就。。。

在金融领域中，中心化的例子就更多了：

1、银行作为中心平台嫁接借贷双方

2、交易所作为中心平台嫁接投资人和上市公司

3、SWIFT作为中心平台嫁接A国家的支付机构和B国家的支付机构

这样不是挺好的嘛？为啥要去中心化？

3.2 为什么要去中心化？

（1）心化的处理方式就要显得简单很多，就拿你在淘宝上买电脑的事情举例，你只需要和卖家交换钱和电脑，然后双方都声称完成了这笔交易，结束。其实如果只考虑两个人的交易并不能把去中心化的好处完全展示出来，设想如果有成千上万笔交易在进行，去中心化的处理方式会节约很多资源，使得整个

交易自主化、简单化。

（2）安全可靠。在区块链系统中，整个网络没有中心化的硬件或者管理机构，任意节点之间的权利和义务都是均等的，所有的节点都有能力去用计算能力投票，从而保证了得到承认的结果是过半数节点公认的结果。即使遭受严重的黑客攻击，只要黑客控制的节点数不超过全球节点总数的一半，系统就依然能正常运行，数据也不会被篡改。

（3）去信任化，公开透明。传统的交易建立在信任的基础之上，尽管信任中心平台获取了大量信息，但是从中流出的、披露的信息却极为有限，导致大量数据被浪费和隐藏。参与区块链系统的每个节点之间进行数据交换则无需互相信任。在区块链系统中，因为整个系统的运作规则是透明的，所有的数据内容也是公开的，因此在系统指定的规则范围和时间范围内，节点之间不能也无法相互欺骗。

（4）集体维护，降低成本。在中心化网络体系下，系统的维护和经营依赖于数据中心

等平台的运维和经营，成本不可省略。区块链则构建了一整套协议机制，系统中的数据块由整个系统中所有具有维护功能的节点来共同维护的。这些具有维护功能的节点是任何人都可以参与的，每一个节点在参与记录的同时也来验证其他节点记录结果的正确性，维护效率提高，成本降低。

（5）排除了被中心化代理控制的风险。

图2