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摘要：計算機科學技術的發展總會帶來一個時代的發展，區塊鏈技術就是其中之一。區塊鏈技術是近些年來最具新穎，前沿性的一項技術，它利用去中心化，分布式，可信任等特點，應用在比特幣，以太坊等多方面。通過智能合約與共識算法來保證區塊鏈的正常運行，將會對許多行業產生顛覆性的影響。本文將淺談區塊鏈的設計，解讀區塊鏈的發展，以及其在未來產業的應用方向，以供讀者參考。
關鍵詞：比特幣；區塊鏈；以太坊；智能合約；未來應用；安全
在中本聰的論文《比特幣：一種點對點的電子現金系統》中提到現在互聯網上的交易大多依賴第三方金融機構，但是不管這個金融機構做的有多么的好，它總會具有一定的缺陷，例如第三方金融機構是否可信的問題，第三發機構對賬單的隱私保護能力不足問題，第三方金融機構被黑客攻擊的問題。這些是金融機構即使做的再好也不能完全保證的，這使得互聯網中價值的轉移會出現一系列大大小小的問題。所以如果想要實現真正意義上的“信任價值轉移”，那么就需要移除第三方金融機構，建立真正意義上的互聯網價值轉移體系，區塊鏈技術就應運而生了。
一、區塊鏈1.0--比特幣
區塊鏈是比特實現的底層實現技術，比特是區塊鏈的一個典型的應用。其實，在開始的時候人們只知道比特幣并不知道區塊鏈，后來經過不斷的發展逐漸引發出了區塊鏈技術。由于比特幣利用公共鏈中的完全去中心化，通過密碼學的技術保證賬單交易的不可更改與不可逆轉性，在各個節點之間形成共識算法，從而是使得比特幣的交易安全可信。比特幣的安全性是相對可靠的。比特幣對賬單的所有權和隱私其實是指對比特幣賬戶地址的所有權，因為比特幣沒有第三方金融機構的參與，所以比特幣的賬戶是用地址來表示的。在賬本上并不會顯示個人的信息，轉賬的實質就是從一個地址轉移到另外一個地址。那么如果你擁有這個地址的私鑰那么就相當于你對比特幣賬單擁有了所有權。私鑰經過一系列的數學運算，利用密碼學的知識（hash運算），保證了賬單地址的不可逆轉性。但是如果你的私鑰丟失，那么比特幣就有可能會出現丟失。
二、區塊鏈2.0--以太坊
如果說比特幣是區塊鏈發展的開始，那么以太坊便是區塊鏈應用中的一個完備框架平臺，它是區塊鏈與智能合約的完美結合。盡管比特幣在區塊鏈的架構中展示了較好的魯棒性與飄逸感，但是那只是針對數字虛擬貨幣而言的，在除了虛擬貨幣以外的其他的應用場景中還是十分的不足的。比特幣的思維缺陷在于它是不具備圖靈完備性的，由于其腳本引擎就不具有圖靈完備性，而以太坊虛擬機EVM提供了圖靈完備的計算環境，可以進行更為復雜的運算。以太坊中的智能合約是以太坊的靈魂。這兒可分開理解“智能”指的是智能化，指的是在區塊鏈中的一段由計算機執行和驗證的程序，而“合約”也就是交易雙方規定的協議。因為智能合約存在在以太坊中的每一個節點上，所以只有每一個節點都執行智能合約得到相同的結果，才可以確定這個交易是合法的。
三、區塊鏈3.0--未來應用
區塊鏈3.0意味著它的應用將不在局限在數字貨幣，金融方面，它將更為廣泛的應用在教育，醫療，文化，企業等方面。從區塊鏈的安全性來說，它的安全性能相當于區塊鏈2.0來說也必將得到一個提升。在這里淺談區塊鏈在未來物聯網方向上的應用。區塊鏈的智能合約可以應用到物聯網中的交易上，可以通過點對點的形式與智能設備上的接口實現智能對接，保證在區塊鏈上轉賬，而在物理世界實現等價功能的轉換。在物聯網中智能設備中的數據是十分重要的，在智能設備中對應的各個數據區塊可以以區塊鏈的形式進行存儲，利用區塊鏈優良的特性，可以防止數據被篡改，對數據可追蹤等。在很早的時候IBM就提出區塊鏈將成為物聯網的最佳解決方案。如麻省理工學院的NeuroMesh（物聯網疫苗）項目。該項目是基于區塊鏈技術為當前物聯網基礎設備所面臨的的安全威脅提供防護，可以有效識別網絡中的潛在威脅，同時將攻擊源納入黑名單。物聯網的發展將會帶來日益增多的安全威脅，這使得該區塊鏈應用將得到十分長遠的發展。
四、區塊鏈安全
盡管認為區塊鏈的實現機制是安全的，但不代表它是絕對安全的。比如比特幣中的錢包私鑰丟失問題，前面提到過比特幣中賬號地址是由密碼學中一系列算法而生成，若一旦你忘記或者丟失私鑰那么你將永遠也取不走你的賬戶里面的比特幣。礦池的算力集中也會出現相應的安全問題。礦工通過PoW（工作量證明）機制來獲取區塊的記賬權，隨著區塊鏈的不斷流行，單獨礦工的算力沒有了優勢，使得礦力集中形成礦池來進行挖礦，但如果礦池的規模過大就有可能超過全網算力的50%，而掌握整個區塊鏈的記賬權，那么區塊鏈強調的去中心化將不復存在，區塊鏈將受到嚴重的安全威脅。如果我們可以通過在各個節點之間形成新穎的共識算法來抑制礦池的規模過大，那么這類問題也還是可以解決。區塊鏈的發展是思維上的一種進步，其去中心化，分布式與智能合約結合的特點，以及在比特幣與以太坊上的應用，必將引領未來。
作者:徐馮杰 劉析遠 單位:西華大學計算機與軟件工程學院