【区块链丨主题周】区块链信用机制及应用场景介绍

1 区块链简介

记录有意义的事件是人类文明的重要内容之一。 《史记》生动地记录和展现了古代社会人们生活的广阔画卷，其史料价值极为珍贵。 如果人类对5000年前的事件都有记录，而且无法篡改或丢失，那么就不需要现代考古和历史研究来追溯早期人类的社会生活状况。

区块链也是一种记录事件的方式，一种记录历史的新形式。 区块链技术的本质是通过密码学建立一个不依赖任何中心的完全分布式的数据库。 有必要创建一种在虚拟空间中记录数据的方法。 记录可以被所有节点共享，也可以不被任何节点共享。 受控，任何人都不能随意删除和修改（但可以增加并继续增长）。

这种公开的、相互确认的、不可篡改的记录开始有了一个重要的属性——约束参与者的行为，形成可靠的预期，那就是信用。 完整的交易历史使参与者能够在所有参与者的见证下，理性地抑制主体的违约动机。 这种削弱第三方强制力、实现成员自觉守信的模式具有简单易行的优点，对于互不相识、互不信任的当事人之间的交易，大大降低了交易成本。 现实世界中的大量场景都有这个模型发挥的空间，这也是人们对区块链寄予厚望的原因。

区块链是多个独立节点参与的分布式数据库系统，也称为分布式账本技术（DLT）。 所有参与节点共同维护账本，不可篡改、不可伪造、可追溯。 完全分布式记账是对传统中心化记账的颠覆，其意义包括以下几个方面：

(1)分布式记账——会计责任的分散；

(2) 分布式传播——每次交换传播到网络中的所有节点；

(3) 分布式存储——数据信息的容错性极高；

(4) 完全分布式——任何节点宕机都不会导致网络崩溃，也不会造成记录丢失。

链式区块构建了区块链数据的基本结构。 块通过特定的哈希指针链接到前一个块的后面。 块互锁以形成链。 链节点只能添加不能删除。

区块链数据结构如上图所示。

区块链数据结构的关键要素包括以下四点。

(1) 区块链结构：每个区块都有一个时间戳，利用前一个区块的哈希加密信息来验证每笔交易。

(2) 多节点独立复制存储：每个节点具有相等的操作权，存储相同的数据，相互独立操作，相互监督。

(3) 拜占庭容错：当少于三分之一的节点被恶意作弊或被黑时，仍能保证系统的正常运行。

(4)链码，加载在区块链中的合同或法律文件是一个可执行程序，当条件满足时自动执行，称为“链码”或“智能合约”。 将合约执行转化为类似“if ...then ...”的代码并执行，可以消除合约文本因文字而产生的“歧义”。

元素（1）表示区块链是“公共账本”，元素（2）表示区块链是分布式账本，元素（3）表示区块链是“一致同步分布式账本”，元素(4) 表明区块链具有可执行的功能。 区块链可以选择不同的加密方式，比如RSA、我国国密算法、Ed25519等签名算法，可以达到金融级的安全。

区块链的计算架构是基于一种比较笨拙的方法，即分布式重复账本备份，将现有的“主客”架构转变为多个平等节点的分布式架构。 区块链在存储空间上是一种奢侈，但在当今存储成本极低的背景下，牺牲存储空间和通信速度来实现社会对安全和防篡改的需求是可以容忍的。

节点的最大范围是互联网上所有的人都可以参与。 未来如果将区块链作为物联网通信的基础设施之一，对象也作为节点参与，节点的范围将大到无法估计。 区块链的共识机制就是如何在所有分布式节点之间达成共识，通过算法产生和更新数据，来判断一条记录的有效性。 这不仅是一种识别手段，也是一种防止篡改的手段。

根据应用的开放程度，分为公有链和许可链，许可链又分为联盟链、私有链和企业链。 由于公链上的节点数量众多（比如对世界开放），交易速度非常慢。 比特币网络交易速度的逐年下降表明了这一机制的不足。

在许可链中，只有许可的节点才能参与投票、记账和构建区块。 交易速度快，无需挖矿机制，交易成本低。 大多数商业应用的参与节点是有限的，只有经过许可才能参与，即半开放状态。 权限链采用共识机制，即数据一致性机制，主要使用PBFT（拜占庭容错）和CBFT（Blockchain Building Method）。 PBFT需要3轮投票，采用广播通信方式。 每个通信都需要签名和未签名，每个交易也需要签名和未签名。 因此，主要的算力都花在了共识处理机制上。

联盟链（社区链）类似于目前商业领域的生态结构，存在点对点互不信任的节点，如企业联盟、供应链节点、商业生态、商会、行业协会等。联盟链是本书研究的主要模型。 本书未规定的区块链结构为联盟链。 其特点如下。

(1) 联盟链中所谓的社区是一个半封闭半开放的生态。 新节点可以加入或退出，但节点的进入和退出需要根据商业组织的规则提前选择。

(2) 节点之间的关系多由近乎平等的商业交易关系构成，可以协商协商。 链上不存在具有绝对控制权的超级节点。

(3) 区块链数据在链上是公开的，也可以是节点内部的。 参与节点之间的连接状态越好，验证效率越高，交易处理效率高，只需要很低的成本就能维持运行，扩展性好，数据隐私。

2 区块链信用机制

区块链存在于一个不安全的环境中，即互不信任的节点之间的交易记账规则。 相反，在安全的环境中，在相互信任的节点之间，不需要区块链作为解决方案。 区块链本质上是一种创造信用的机制：在互不信任的节点博弈下，每个人至少认可和认可共同确认的交易，这是人类理性行为的底线。 因此，无论是何种规则，人的理性都是前提和底线。

在现实社会的商业世界中，大量第三方信用机构的存在就是为交易提供信用服务。 人类为信用付出的成本极高，而信用成本是大多数交易中最大的成本之一。 税收收入很大一部分用于社会化的第三方信用服务机构，如商检、质检、交易所、法律、法院、仲裁、协会、担保、保险等，大量人力资源服务于第三方党的信用机构。

第三方征信与区块链的弱中心化征信机制相比，差异如下表所示。

在上表中，区块链可以减少甚至不需要第三方信用中介的参与。 信用是由数字资产的所有交易历史和参与者的共同监督形成的。 在假设主体都是理性人的前提下，该机制使主体按规则行事，即形成信用。 该机制的主要优点如下。

(1) 弱中心化

弱中心化是区块链技术的一个颠覆性特征，它减少了交易各方以外的资源参与，达到了资源节约、交易自主、流程简化的目的，消除了被中心化代理人控制的风险。 因为传统交易不点对点相互信任，必须依赖第三方信用的介入。 区块链在没有中介机构的情况下实现了双方之间的资金转移。 比特币是目前区块链上最成功的数字货币实验。

(2) 点对点交易

点对点交易具有效率高、规模大、无中心化代理等优点。 所有成员都参与价值转移的监督、控制和审计，包括地址、链、公钥、私钥、摘要，以及数据记录的几乎所有元素。 整个生命周期的信用连续性。 同时，所有节点实时同步，任何人都无法实现全局控制，永不宕机。

(3) 价值转移

区块链可以完整地、“不可篡改”地记录价值转移的全过程，这使得账本证明交易记录是唯一的，即不可能将同一标的物同时卖给两个人，即避免“双花”问题。

(4) 合约自动执行

通过编程将合约规则固化在代码中，自动判断各节点应履行的条件和义务，满足条件时自动执行合约事项，保证合约有序执行中央组织监督，提高执行效率，减少资源浪费。 例如，合同条款规定了公司债权的转让条件，在区块链中转化为代码。 当条件发生时，智能合约执行定义的合约条款，避免人工干预的不可预测性。

(5) 自主权

区块链采用基于共识的规范和协议（比如一套公开透明的算法），让整个系统中的所有节点都可以在去信任的环境中自由、安全地交换数据，让对“人”的信任变成对对的信任机器，区块链上单个节点的干预是行不通的。

与第三方信用相比，区块链的信用机制具有很大的优势。 但经验告诉我们，世界上不可能有完美的事物和规则。 目前，区块链技术至少存在以下不足。

(1)效率问题

在区块链中，数据的一致性和可用性存在矛盾。 严格一致性导致交易时间变长，交易吞吐量降低。 因此，两者必须保持平衡。 保证数据的一致性是区块链的首要任务，那么平衡的结果必然是适用性的降低。 为保证数据一致性，公链主要采用工作量证明PoW机制和权益证明PoS机制，降低了交易速度。

(2) 存储成本和处理性能

小规模应用可以忽略账本的存储成本，但随着大规模应用和账本的增长，必然会提高节点的硬件资源门槛，云存储终将成为解决方案，牺牲节点的安全性一定程度上。

(3) 安全限制

以比特币为例，使用“工作量证明”，只有控制了全网51%以上的记账节点，才有可能伪造一条不存在的记录。 但这并非不可能，区块链技术的安全问题还有待验证。 因此，需要引入大量的节点。 如果节点太少，那么51%的攻击就很容易实现。

(4) 私钥与终端安全

私钥相当于账户主体的身份证明。 私钥可以解开公钥加密的数据，说明支付方确实是当前的运营商。 私钥必须妥善保管。 一旦丢失，账户中的所有数据，包括所有财产都将丢失。 私钥的存储物理存在于用户终端中。 如果私钥被盗，可能会发生冒名顶替操作和经济损失。

(5) 共识机制安全

目前PoW和PoS共识机制的安全性缺乏严格的科学证明和大规模的科学实验。

三、区块链应用场景

促进跨组织节点间信用关系的形成是区块链商业应用的基本功能。 在现实中，对于所有需要公平、公正、诚信的场景——资产或权益的交易，区块链技术都与此类场景有着天然的匹配。

区块链是建立在非安全环境下的分布式数据库系统（如果是安全环境，就不需要加密）； 作为一种分布式架构，它必须具有跨组织协调的功能和价值。 因此，区块链不适合有绝对控制节点的环境，也不适合非常安全的环境。

区块链技术如何走向成熟并在实践中得到广泛应用，是业界最关心的问题。

2015年12月，麦肯锡题为《Beyond Hype: Blockchain in Capital Markets》的报告提出，区块链技术在金融领域的广泛应用将经历以下四个阶段。

第一阶段（2014-2016年），技术评估阶段。 每个企业法人实体将充当分布式账本中的“节点和簿记员”，类似于私有区块链。 例如，银行可以通过删除手动程序来扩展区块链记录，从而提高业务运营效率。

第二阶段（2016-2018），概念验证阶段。 各金融机构的法人实体联合起来试验区块链技术。

第三阶段（2017-2020）为基础设施形成阶段，市场以交易中介为主。

第四阶段（2021年后）：综合应用阶段，买卖双方形成开放市场。

总结目前各国正在实践的区块链应用。 目前比较清晰的应用及其流程如下图所示。

目前比较成熟的技术和应用是数字代币（ICO）和区块链存单，数字票据和数字货币将是区块链应用的下一个热点领域。

(1) 数字代币（ICO）

比特币的普及让人们对数字代币不再陌生，但现有的数字代币存在数量固定、价格波动剧烈、无法律保护、可信度低等缺点。 数字代币的应用尚处于试验阶段。 未来，它将对数字代币政策的制定和实施、支付结算体系、反洗钱等经济金融方面产生一系列深远影响。

(2) 区块链存证

存单存款在商业领域和民生领域的应用效果显着。 民生领域在出生证明、精准扶贫、慈善（募捐）、遗嘱、婚姻登记、财产公证、学历证书等领域采用区块链解决方案。 区块链公开记账方式解决传统信用中介的低效性，形成公平、透明、可查询的公开信息（部分信息需要按权限查询），将大大提高此类社会基础信息的公信力和公信力。避免一些不法分子利用未公开且难以核实的信息进行违法活动。 从长远看，可以建立集体参与、集体维护的社会治理体系。

商业领域的证书存储功能的关键是形成有效的电子证据，将证据的形成时间、签名主体、文件的哈希值等数字指纹信息广播给链上所有成员。 信息一旦存储，任何一方都无法篡改，从而达到电子证据的可信性要求。 此外，为了提高存单的信用等级，使存单能够直接用于司法审判，可以采用更加完备的“私证+公证+电子签名+区块链”的数据链模型。

(3) 数字笔记

票据是企业间最常用的支付方式，传统的纸质票据存在诸多不足。 当“区块链+数字票据”以电子数据的形式存在时，持有在区块链上的票据经过各机构节点的确认和背书，具有数据保存的安全性，点对点的直接交易使数字化。票据交易远比线下交易方便、成本低，且无需清算。

(4) 数字货币

数字货币不同于数字代币。 前者是国家中央银行授权的真实货币。 数字货币应具备五个技术特征：非稀缺性、价值稳定、低成本或零成本、不可伪造或不可篡改、赢得共同信仰。 只有数字货币得到应用和推广，才能真正实现区块链的去中心化价值交易功能。 然而，对于数字货币，各国央行仍未推出切实可行的解决方案，大多处于研发和试验阶段。

(5) 信用链（价值转移）

在数字货币的基础上，通过点对点的机制，用机器信用代替第三方信用，让价值在多节点的链网络上传输比特币开发者可以作弊吗，避免重复支付。

(6) 智能合约

Nick Szabo 提出“智能合约是以数字形式定义的一组承诺，包括合约参与者可以执行这些承诺的协议”。 在传统的中心化机制下，合约存在被机构管理者修改或停止的威胁，主观意志会干扰合约的执行。 区块链赋予了智能合约极好的执行环境，因为写入区块链的执行条件无法再修改，参与者无法人为干预合约的执行。 合同不取决于参与者的意愿。 只要满足条件，合约就会被执行。 自动化执行可以显着降低交易成本。 智能合约可以支持复杂的逻辑计算。

（七）自治组织

自治组织完全以软件的形式构建，不受人的影响和控制，被认为是最纯粹的分权概念，可以消除管理者人性的缺失（如自私和腐败）。 通过人工智能或智能程序工作是去中心化组织、自治代理、智能程序、不断发展的人工智能和人工智能算法的最终模式，将提供自我维持的运营和价值创造。 这个想法需要通过真实的实验来证明。

(8) 其他进展

智能合约和自治组织的出现，使得区块链技术大幅降低交易成本，重构社会和商业信任关系，社会管理效率和商业组织治理模式发生巨变。 该领域的创新将对人们产生巨大影响。 想象空间。

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下面给出一个与识别有关的例子。 **

【案例分析】出生证区块链存储

2017 年 8 月，美国伊利诺伊州启动了一项新的区块链试点，重点是出生证明的数字化，由区块链身份初创公司 Evernym 开发。 婴儿出生时在场的父母和医生在经过许可的区块链上正式记录出生。 企业和政府可以通过加密访问可验证的声明来验证公民身份。 在拟议的框架下，现任政府机构可以核实个人的出生信息，对签名、出生日期、血型等个人数据进行加密。 这些信息存储在一个防篡改的分布式账本中比特币开发者可以作弊吗，只有在相关人员达到法定成年年龄之前，只有在获得法定监护人许可的情况下才能访问。 在试点的初始阶段，工作重点是创建一个用户界面，父母和医生都可以通过该界面完成出生证明的数字化，同时支持其他后端流程。