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区块链技术基础:分布式账本简介

了解这种改变游戏规则的技术和如何开始使用它

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每个人都认为区块链技术会彻底改变公司和大学等组织的业务交易方式。让我们来了解一下区块链网络的工作原理,如何利用它,以及 IBM 如何帮助改进该技术。我们首先介绍一下相关背景。

分布式账本是什么?

分布式账本是一种在网络成员之间共享、复制和同步的数据库。分布式账本记录网络参与者之间的交易,比如资产或数据的交换。

网络中的参与者根据共识原则来制约和协商对账本中的记录的更新。没有中间的第三方仲裁机构(比如金融机构或票据交换所)的参与。

分布式账本中的每条记录都有一个时间戳和唯一的密码签名,这使得账本成为网络中所有交易的可审计历史记录。分布式账本技术的一种实现是开源 Hyperledger Fabric 区块链。

商业账本的作用

在如今的互联一体化世界中,经济活动都是在跨越国家、地理和司法边界的业务网络中进行的。业务网络通常汇聚在参与者(比如生产者、消费者、供应商、合作伙伴、造市者/推动者和其他项目干系人)云集的市场中,这些项目干系人能够拥有、控制并行使他们在价值对象(也称为资产)上的权力、特权和权利。

资产可以是有形的物理资产(比如汽车、住房或草莓),也可以是无形的虚拟资产(比如契约、专利和证券)。资产的所有权和转移会在业务网络中创造价值,这个过程被称为交易 (transaction)。

交易通常涉及不同参与方,比如买家、卖家和中介(比如银行、审计员或司法人员),他们的商业协议和合约记录在账本(ledger)中。一个企业通常使用多个账本来跟踪资产的所有权,以及在其各种业务中的参与者之间的资产转移。账本是企业的经济活动和利益的记录系统 (System of Record, SOR)。

典型的商业账本类似于:

当前商业账本存在的问题

目前使用的商业账本存在许多不足之处。它们效率低下、成本高、不透明且容易发生欺诈和滥用。这些问题源于集中化的、基于信任的第三方系统,比如金融机构、票据交换所,以及现有制度安排下的其他中介。

这些集中化的、基于信任的账本系统会给交易结算带来瓶颈和障碍。缺乏透明性,而且很容易发生腐败和欺诈,这些会导致争议。解决争议、逆转交易或提供交易保险的成本很高。这些风险和不确定性导致了错失商机。

此外,每个网络参与者自己系统上的商业账本副本都是不同步的,这会导致因为临时的、错误的数据而制定错误的商业决策。在最好的情况下,能够解决账本不同副本之间的差异,但却延误了制定明智决策的时机。

区块链到底是什么?

区块链是一种防篡改的、共享的数字化账本,用于记录公有或私有对等网络中的交易。账本分发给网络中的所有成员节点,在通过哈希密码算法链接的区块的顺序链中,永久记录网络中的对等节点之间发生的资产交易的历史记录。

所有经过确认和证明的交易都从链的开头一直链接到最新的区块,因此得名区块链。区块链可以充当单一事实来源,而且区块链网络中的成员只能查看与他们相关的交易。

区块链网络的工作原理

区块链网络中的成员节点不依赖于第三方(比如金融机构)来仲裁交易,它们使用共识协议来协商账本内容,使用哈希加密算法和数字签名来确保交易的完整性。

共识性能确保共享账本是精确副本,并降低了发生交易欺诈的风险,因为篡改需要在许多地方同时执行。哈希加密算法(比如 SHA256 计算算法)能确保对交易输入的任何改动 — 甚至是最细微的改动— 都会计算出一个不同的哈希值,表明交易输入可能被损坏。数字签名确保交易源自发送方(已使用私钥签名)而不是冒名顶替者。

去中心化对等区块链网络可阻止任何单个或一组参与者控制底层基础架构或破坏整个系统。网络中的参与者是平等的,都遵守相同的协议。它们可以是个人、国家代表、企业或所有这三种参与者的组合。

在其核心,该系统会记录交易的时间顺序,而且所有节点都使用选定的共识模型来协商交易的有效性。这会使交易不可逆并被网络中的所有成员接受。

区块链技术的商业优势

在传统业务网络中,所有参与者都维护着自己的账本,这些账本之间的重复和差异会导致争议、更长的结算时间,而且因为需要中介,还会导致相关的间接管理成本。但是,通过使用基于区块链的共享账本,交易在通过共识性验证并写入账本后,就不能再更改,这样企业就能节省时间和成本,同时减少风险

区块链共识机制提供了经过整合的、一致的数据集的优势,减少了错误,拥有近实时的引用数据,而且参与者能够灵活更改其拥有的资产的描述。

因为没有参与成员拥有共享账本中所含信息的来源,所以区块链技术会提高参与成员之间的交易信息流中的可信度和完整性。

区块链技术的不变性机制降低了审计和合规性成本,增加了透明性。而且在使用区块链技术的业务网络上,合约得以智能、自动化执行并最终确认,所以企业会获得更高的执行速度、更低的成本和更少的风险,所有这些使企业能构建新收入流来与客户交互

如何才算是好的区块链用例?

要确定您的用例是否适合使用区块链,请询问自己以下问题:

  1. 是否涉及业务网络?
  2. 是否使用共识性来验证交易?
  3. 是否需要审计线索或来源?
  4. 交易记录是否必须不可变或防篡改?
  5. 争议的解决方法是否会是最终解决方法?

如果第一个问题和其他问题中的至少一个问题的答案为“是”,那么您的用例就会从区块链技术受益。要成为合适的解决方案,区块链必须涉及一个网络,但该网络可以具有多种形式。该网络可位于企业之间,比如供应链,或者该网络可以在一个企业内。例如:在企业内,可以使用区块链网络在部门之间共享参考数据,或者创建审计或合规性网络。该网络也可存在于个人之间,比如需要在区块链上存储数据、数字资产或合约的人。

请参阅行业示例,了解各种组织 — 比如金融服务、政府、运输和保险 — 如何采用区块链来支持新业务模型。

Hyperledger 是什么?

Hyperledger 是一个开源的、协作完成的项目,旨在完善跨行业区块链技术。它是 Linux 基金会主办的一个全球合作项目,参与者包括金融、银行、物联网、供应链、制造和技术领域的领导者。130 多名成员和 8 个正在实施的项目(包括 Hyperledger Fabric 和 Hyperledger Composer)携手合作,旨在创造一个开放、标准化、企业级的分布式账本架构和代码库。

Hyperledger Fabric 是一种区块链架构实现,也是 Linux 基金会主办的一个开源 Hyperledger 项目。它采用模块化架构,使共识服务和成员服务等组件可以即插即用,保证了商业区块链解决方案的机密性、灾备能力、灵活性和可扩展性。

Linux 基金会主办的另一个 Hyperledger 项目是 Hyperledger Composer。这是一组免费的开源工具,用于快速设计原型、定义和测试区块链网络,并编写应用程序来与它交互。

企业区块链需求

我们相信区块链是一种真正颠覆性的技术,能给业务网络带来变革。我们还相信,这一创新需要以开放的方式与其他科技公司及行业协作进行。为实现此目的,IBM 一直在向 Hyperledger Project 贡献代码。

从 IBM 的角度讲,行业级区块链技术具有以下特征:

  • 共享的许可制账本 (Shared,Permissioned Ledger) 是仅可附加的记录系统 (SOR) 和单一事实来源。它对业务网络的所有参与成员均可见。
  • 共识协议 (Consensus Protocol) 是业务网络的所有参与成员都赞同的协议,可确保仅使用经过网络验证的交易来更新账本。
  • 加密 (Crytography) 可确保交易的防篡改安全性、身份验证和完整性。
  • 智能合约 (Smart Contract) 封装了在网络上发生的交易的参与者协议条款;它们存储在区块链中的验证节点上并通过交易触发。

除了这些属性之外,企业区块链技术还需要支持关键的行业要求,比如性能、经过验证的身份,以及私下和机密的交易。Hyperledger Fabric 就是为满足这些需求而设计的。它还设计了一种可插拔的共识协议,允许企业为其网络选择最佳算法。

我该如何开始?

在为企业打造安全的开源区块链解决方案方面,IBM 处于领导地位。作为 Linux 基金会主办的 Hyperledger 项目的早期成员,IBM 致力于支持开发开放治理的区块链。IBM 已与金融服务、供应链、IoT、风险管理、数字权限管理和医疗领域的 400 多个客户合作,实现并通过 IBM 云交付区块链应用程序。

IBM 提供了灵活的平台和安全基础架构来帮助设计、部署和管理区块链网络。了解 IBM Blockchain 解决方案,看看如何开始在您的交易中使用区块链

结束语

区块链技术代表着一种全新的业务交易方式。它们引进了稳健的、智能的下一代应用程序,利用这些应用程序来登记和交换物理、虚拟、有形和无形资产。得益于密码安全性、去中心化共识和共享公共账本(及其适当控制和许可的可视性)等关键概念,区块链技术能够完全改变我们组织经济、社会、政治和科学活动的方式。
 

后续行动

我们将对这篇分布式账本的介绍做出总结,为您提供 4 种继续学习区块链的不错方式:

致谢

衷心感谢 Nitin Gaur、Joshua Horton 和 Nikhil Gupta 的贡献,他们审核了本文内容并提供了一些建设性的建议。此外,还要感谢 Scott Sloan、Sujatha Perepa 和 IBM 技术销售领导委员会 (Technical Sales Leadership Council, TSLC) 团队的其余成员,他们组建了一个齐心协力的 IBM 区块链团队。

 


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