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    2020年交通運輸區塊鏈白皮書

    2020-12-28 09:27

    來源: 智能生活藍圖

    區塊鏈技術原理、特定與挑戰


      1、技術原理

      區塊鏈技術是多種技術組合創新的全新分布式基礎架構。在區塊鏈技術中,使用塊鏈式數據結構來存儲和驗證數據;使用共識機制來生成和更新數據,并保證多個節點間數據的一致性;使用 P2P 網絡開展節點之間的通信;使用密碼學相關技術來確保數據傳輸和訪問的安全性;使用智能合約來處理數據。區塊鏈技術通過多方共同參與維護的多中心化賬本,提升了數據存儲和計算的安全可信。其主要技術具體如下:

      塊鏈式數據結構:區塊鏈的基本存儲單元是區塊,記錄著存儲期間所有狀態改變的過程和結果。新增的區塊保留著前一區塊的摘要信息,每個區塊按生成順序排列,連接組成鏈表,構成了塊鏈式數據結構。

      共識機制:共識機制是區塊鏈節點間在數據存儲、數據驗證和數據維護方面達成一致的策略和方法。

      P2P 網絡:P2P 網絡是一種用于多個節點之間點對點組網和通信的技術。P2P 網絡中沒有中心化的服務器。在區塊鏈網絡中所有節點均參與賬本數據的生產、維護和共享。

      密碼學:區塊鏈中使用了多種類型的現代密碼學技術,包括信息摘要算法、對稱加密和非對稱加密算法等,主要目的是確保鏈上數據的安全性和完整性。

      智能合約:智能合約是部署在區塊鏈上的可執行代碼,在滿足特定條件下可自動觸發代碼運行。通過降低人為干預的風險,提升執行的安全與可信程度。

      2、區塊鏈分類

      區塊鏈可以分為公有鏈、聯盟鏈和私有鏈。公有鏈是完全開放的網絡,所有參與者都可以參與系統維護,比特幣以太坊是公有鏈的典型代表。聯盟鏈和私有鏈則是有限開放的網絡,鏈中的參與方需要事先約定。典型的聯盟鏈有 Fabric、Hyperchain、PoissonChain 區塊鏈。私有鏈由個人或者私人機構所有,記賬權歸個人或私人機構所有,不對外開放。

      (1)公有鏈公有鏈的特點是面向所有人開放,任何人均可參與到網絡中共同維護區塊鏈,新成員在加入公有鏈時無需進行任何形式的認證、授權或審核,具備強匿名性。

      (2)聯盟鏈聯盟鏈的特點是限定了聯盟成員的范圍,系統內部進行事務確認的共識節點是事前設定或選舉好的。新成員在加入聯盟鏈時,需要經過聯盟成員投票決定是否同意加入。由于聯盟鏈模式符合監管要求,擁有更高的應用可擴展性,能夠與實體經濟緊密結合,因此我國目前的區塊鏈應用模式主要以聯盟鏈為主。

      (3)私有鏈私有鏈的特點是僅限于單個機構內部使用,讀寫權、記賬權和成員范圍由組織內自由定制。與聯盟鏈的區別在于,聯盟鏈是機構與機構之間的區塊鏈網絡,而私有鏈是單個機構內部的區塊鏈網絡。私有鏈模式大多用于聯盟鏈的過渡,少部分情況下在機構內部不同部門之間應用。

      3、技術特點

      多中心化:區塊鏈技術采用分布式架構,不依賴于單個中心設備或者管理機構。通過數據的多中心化記錄、存儲和更新,將被共識的信息記錄在區塊中,避免了第三方的干預和單點依賴風險,提高了數據的安全性和完整性。

      不可篡改:一旦信息經過共識并被添加到區塊鏈中,所有的共識節點將存儲數據的副本,少數節點對數據的篡改將無法通過共識,增強了鏈上數據的不可篡改性。

      公開透明:除了各參與方的隱私信息外,其它數據對網絡的全部節點是公開透明的。

      4、技術挑戰

      區塊鏈性能:隨著區塊鏈系統中業務量的快速增長,系統延遲增加,吞吐量低等性能問題就會凸顯。目前主流聯盟鏈單鏈的性能在數千至數萬筆交易每秒,盡管與中心化系統的最高性能仍有差距,但已可滿足大多數場景的需求。對于并發量要求高的應用場景,區塊鏈技術的性能有待進一步提高,需要突破高性能共識機制,拓展區塊鏈技術的適用性。

      互操作性:盡管區塊鏈技術較好的實現了鏈內的數據共享,但由于不同區塊鏈間采用的數據結構、共識機制、加密算法等技術路線不一致,會導致鏈與鏈間的數據難互通、信息難交互、身份難識別。需要在跨鏈技術與跨鏈協議方面進行突破,實現鏈與鏈數據共享和更廣范圍的價值互聯。

      運維管理:多方參與的區塊鏈系統在運維管理方面將會面臨巨大的挑戰,例如系統升級、系統維護、業務規則更新等,需要多方線下溝通才能處理鏈上的協同治理問題。

      隱私保護:區塊鏈的特點決定存儲在區塊鏈上的數據公開可訪問,每個有權限的節點都可以無差別的獲取數據,這使得區塊鏈應用面臨隱私問題的挑戰。需要針對實際使用場景完善隱私保護方法,規避安全風險。

      可信和安全性:在區塊鏈應用中,安全性威脅與可信問題不容忽視。為提高自主可信和安全性,應采用國密加密算法,支持可信執行環境 TEE,優先選用擁有自主知識產權的關鍵技術。

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