块链是什么？技术的现状及发展趋势分析

什么是区块链

区块链最初是化名中本聪为比特币（一种数字货币）设计的一种特殊数据库技术。

从数据的角度来看，区块链是一种将区块组合成一条链的数据结构，它使参与者能够就整个网络上记录的事件发生的顺序和交易的当前状态建立共识。

综上所述，区块链是指通过去中心化和去信任化，共同维护一个可靠数据库的技术。区块链涉及的关键技术点包括：去中心化、去信任化、集体维护、可靠数据库、时间戳、非对称加密等。

区块链重新定义了信用在网络中的产生方式。在系统中，参与者不需要知道其他人的背景信息，也不需要依赖第三方担保或担保。区块链保证系统的价值转移活动。对于记录、传输和存储，最终结果必须是可信的。

二、区块链技术现状

在比特币之后，多元化的区块链共同发展。经过近8年的发展和实践，人们对区块链技术的理解越来越深入，也正在让区块链技术更加契合自身需求。我逐渐明白了以下两点：（1）区块链技术本质上是互联网协议的底层技术，是互联网数据层面的技术；（2）区块链所倡导的“去中心化”）区块链不是反中心，而是分中心（最彻底的分中心就是每个节点成为自己的中心），因此很多领域都在尝试在比特币区块链的基础上做进一步的改进。目前，

区块链技术处于理论阶段，需要实践。区块链技术随着比特币的诞生而出现，目前最成熟的区块链是比特币的区块链。国内外对区块链技术的投入和使用逐渐扩大，但尚未有完整的成果应用。从发展的角度来看，区块链技术还处于理论阶段，未来的技术转化还需要很长时间的实践。

三、区块链共识机制

共识机制的作用是确认区块链上交易的有效性。目前常见的共识机制有POW工作量证明、POS权益证明、DPOS共享授权证明、Ripple共识机制、PooL验证池。这几种共识机制各有优缺点，应用场景也各不相同。下表从不同维度对这几种共识机制进行了分析对比：

POW（工作证明）

POW代表工作量证明，也就是众所周知的挖矿。它是一种竞争性共识，通过工作量证明获得产生区块的权力。

它的优点是完全去中心化，所有节点完全平等，可以自由进出；缺点是POW会造成大量的挖矿资源浪费，达成共识的周期比较长。

POS（股权证明）

POS 代表权益证明。是 POW 的升级共识机制。主要解决POW工作量计算浪费的问题。目前有很多不同的POS变种，但是挖矿的难度基本上是由每个节点拥有的代币数量和时间（即权益）决定的。

它的优点是缩短了各个节点之间达成共识的时间，但缺点是仍然需要像POW一样进行挖矿，而POS会“富人更富”。

DPOS（委托权益证明）

DPOS是共享授权认证机制，是POS的一个变种。其原理是让持有代币的每个人都可以投票，从而产生一定数量的“超级节点”，这些节点会轮流产生区块。

它的优点是不再需要通过挖矿来生成区块，可以大大减少交易确认的时间，并且可以实现秒级的共识验证。缺点是DPOS仍然依赖代币，不适合一般商业应用。.

瑞波共识（Ripple Consensus Mechanism）

瑞波共识是一种优先考虑数据正确性的网络事务同步机制。它是基于特殊节点列表的共识。在这种共识机制下，首先要确定一些初始的特殊节点。如果要访问一个新节点，必须确认51%的初始节点，只有被确认的节点才能出块。因此，它区别于以往类型的共识机制的主要因素是它具有一定程度的“中心化”。

瑞波共识的优势在于可以保证任何时候都不会发生硬分叉，并且可以实时验证交易；缺点是新节点与其他节点达成共识需要很长时间。

POOL 验证池

POOL 验证池基于传统的分布式共识算法加上数据验证机制。也是目前广泛应用于产业链的共识机制。

其优点是不需要建立token，可以在成熟的分布式共识算法（Pasox、Raft）的基础上实现实时的共识验证；缺点是随着节点数量的增加性能会变差，而且去中心化不够。

除了上面提到的常见的几种共识机制，在区块链的实际应用中，还有多种基于业务逻辑定制的共识机制，比如小易的“中立记账”，类似Ripple Consensus The Stellar共识机制、Factom 等许多以“侧链”形式存在的共识机制。

因此，本文根据其特点和典型性将共识机制分为三类：POW、非POW和侧链。

四、区块链技术方案解析

区块链技术发展到今天，已经从最初的数字货币领域扩展到社会领域的方方面面，各种区块链技术解决方案不断涌现。通过对市场上现有区块链技术解决方案的研究，从共识机制和区块链使用两个维度对区块链技术解决方案进行分类，根据技术影响确定面积大小，根据技术确定颜色到期。绘制了各个区块链技术方案的深度，分类结果如图1所示。

图 1 区块链技术解决方案分类

在图 1 中，对 15 种区块链技术解决方案进行了分类。其中，共识机制分为三个方面：PoW、非PoW、侧链。区块链的使用分为开源项目、商业解决方案和区块链。云服务和现有区块链有四种方式。技术影响按地区区分。面积越大，影响越大。技术成熟度以颜色深度区分。颜色越深，技术越成熟。

从图1可以看出，比特币、以太坊和HyperLedger这三种区块链技术方案的技术成熟度最高，影响力也最大。下面分别介绍三种区块链技术解决方案。

1 比特币

比特币的概念最早由中本聪于2009年提出，它根据中本聪的思想设计并发布了开源软件，并在其上构建了P2P网络。比特币是一种 P2P 形式的数字货币。点对点传输意味着去中心化的支付系统。

与大多数货币不同，比特币不依赖特定的货币机构来发行。它是通过基于特定算法的大量计算生成的。比特币使用整个 P2P 网络中许多节点组成的分布式数据库来确认和记录所有的交易行为，并采用密码学的设计来保证货币流通各个环节的安全。P2P 的去中心化特性和算法本身可以保证货币的价值不会被比特币的大规模生产所操纵。基于密码学的设计允许比特币只能由真正的所有者转移或支付。这也保证了货币所有权和流通交易的匿名性。

2 以太坊

以太坊是一个专注于智能合约应用的数字货币和区块链平台。其去中心化技术使交易免于停机和审核的烦恼，解决传统合同纠纷等疑难问题，还可以避免欺诈和第三方干扰。以太坊的目标是提供一个内置成熟图灵完备语言的区块链。使用这种语言，可以创建合约来编码任意状态转换函数。用户可以简单地用几行代码实现逻辑。创建满足需求的各种系统。

从技术架构来看，以太坊是一种通用的分布式应用开发平台和编程语言，与底层区块链和协议无关，包括数字货币以太（Ether）和以太脚本（EtherScript），用于构建和发布分配式应用。它具有开放性和通用性的特点，内置图灵完备的虚拟机，可以使用任何货币、协议和区块链。网络上的每个节点都可以运行以太坊虚拟机来发布分布式智能合约程序。

以太坊有自己的分布式系统：包括文件服务Swarm、信息传输Whisper和信誉保证。Swarm 是一个去中心化的文件服务；Whisper 是一种加密的通信传输系统；信用担保提供了一个无需信任的网络来建立声誉并减少发现系统区块链 中本聪，这可以由第三方提供。

此外，以太坊本身也是开源软件，具有开源项目快速创新的特点。通过代码共享，新项目可以快速迭代出符合市场需求的产品。目前，以太坊正受到一些金融机构、银行财团（如R3），以及三星、德勤、RWE、IBM等大公司）的密切关注，也催生了一些简化的和区块链应用程序，例如自动金融交易、商家忠诚度指数跟踪和旨在分散电子交易的礼品卡。

以太坊近两年得到了技术社区和商业机构的大力支持，发展迅速。未来很有可能成为区块链领域最具竞争力的解决方案之一。

3超级账本

Hyperledger 是一个由 Linux 基金会管理的开源区块链项目，由 IBM、英特尔、埃森哲和摩根大通等公司牵头。HyperLedger被定义为：负责协调多个客户端的服务数据和底层的“通信和共识层”，一个致力于完善全球金融基础设施的“数据骨干”。

Hyperledger 使用与比特币相同的 UTXO/脚本交易决策区块链 中本聪，并根据金融服务所需的功能对其进行扩展。HyperLedger 提供了一种替代 POW 的共识机制。它是一个具有各种功能模块的可插拔架构。区块链实施计划的目标是成为一个由全身共同维护的超级账本。它允许将数据骨干概念扩展到多个组织层，作为新金融基础设施的重要组成部分。