基於區塊鏈技術的數據安全共享網路體系研究

① 基於區塊鏈技術的計算機網路是什麼樣的

區塊鏈（英語：Blockchain或Block chain）是一種分布式資料庫，大家可能都有所耳聞的比特幣，核心技術用的就是它。區塊鏈是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一次網路交易的信息，用於驗證其信息的有效性和生成下一個區塊。用通俗的概念講，區塊鏈就是一本人人可記的賬。在一個公司或機構里，多數人只有看賬的份兒，而只有少數受過專業訓練的人，才有權提筆記賬。當然，區塊鏈並非傳統意義上的賬本，它在技術原理上有以下三個關鍵點：第一，去中心化。一個踐行區塊鏈技術的網路中，其所涵蓋的每台計算機均可讀取、添加記錄，從賬本這個角度講，他們就是共同記賬的人，而沒有權威人士從中指導、修正。第二，非對稱加密。別看這本賬人人可記，可若非局內人，一定讀不懂。因為，在記賬過程中，每個人都遵從統一的加密規則，但讀取時，卻必須使用自己獨有的解密方式。因此，雖然每個人都保存著這本不斷更新的賬，但能讀懂的部分，卻僅限於自己能解密的那一塊，也就是與自己相關的那一部分。第三，時間印記。也就是時間戳（英語：Timestamp），是指字元串或編碼信息用於辨識記錄下來的時間日期。區塊鏈上的每一個區塊，是按照其所生成的時間按先後順序排列的，並經過集體認證，確認成立。而且，之前的記錄是無法被修改的。就像在一本賬里，我們可以通過一個時間點之後的記錄，索引、驗證之前的內容。而這些內容一旦被確認，再行篡改就難上加難。

區塊鏈技術是維護一個不斷增長的數據記錄的分布式資料庫，這些數據通過密碼學的技術和之前被寫入的所有數據關聯，使得第三方甚至是節點的擁有者難以篡改。區塊(block)包含有資料庫中實際需要保存的數據，這些數據通過區塊組織起來被寫入資料庫。鏈(chain)通常指的是利用Merkle tree等方式來校驗當前所有區塊是否被修改，這一點用過Git的碼農們早就熟悉了，回想一下如何修改Git的歷史記錄吧。

區塊鏈技術主要分為三大類，主要是公開、協作、私有。

公開區塊鏈(public blockchain)

例子：比特幣，Ethereum Frontier。公開區塊鏈上的數據所有人都可以訪問，所有人都可以發出交易等待被寫入區塊鏈。共識過程的參與者(對應比特幣中的礦工)通過密碼學技術以及內建的經濟激勵維護資料庫的安全。公開區塊鏈是完全的分布式。

亮點和痛點：公開區塊鏈完全分布式，具有比特幣的一切特點，然而需要有足夠的成本來維持系統運行，依賴於內建的激勵。目前來看公開區塊鏈中只有比特幣算是足夠安全的，如果和比特幣的演算法一樣，乙烷;沒有內建獎勵，乙烷;容易集中算力攻擊(比如只要突擊掃貨大批顯卡之類)，吃棗葯丸。公開區塊鏈上試圖保存的數據越有價值，越要審視其安全性以及安全性帶來的交易成本，系統擴展性問題。

協作區塊鏈(federated blockchain)

例子：Hyperledger以及德勤等會計所嘗試的審計系統。參與區塊鏈的節點是事先選擇好的，節點間很可能是有很好的網路連接。這樣的區塊鏈上可以採用非工作量證明的其他共識演算法，比如有100家金融機構之間建立了某個區塊鏈，規定必須67個以上的機構同意才算達成共識。這樣的區塊鏈上的數據可以是公開的也可以是這些節點參與者內部。部分意義上的分布式。

亮點和痛點：協作區塊鏈可以做到很好的節點間的連接，只需要極少的成本就能維持運行，提供迅速的交易處理和低廉的交易費用，有很好的擴展性(但是擴展性隨著節點增加又會下降)，數據可以有一定的隱私。開發者在共識下有能力更改協議，沒有比特幣hard fork的問題，但是這也意味著在共識下，大家可以一起篡改數據。協作區塊鏈也意味著這個區塊鏈的應用范圍不會太廣，缺少比特幣的網路傳播效應。

私有區塊鏈(private blockchain)

例子：Eris Instries。參與的節點只有用戶自己，數據的訪問和使用有嚴格的許可權管理。近期部分金融機構公布的內部使用的區塊鏈技術大都語焉不詳，不過很可能都在這個范圍內。

亮點和痛點：私有區塊鏈實際上是很迷惑的名詞，這樣的一個系統無非是傳統意義上的共享資料庫用上Merkle Tree等方式試圖說明其中的數據可校驗。這樣的資料庫早有成熟的解決方案， Merkle tree也只是很多成熟方案中的一種。這些項目很容易是「然並卵」。由於全是用戶說了算，裡面的數據沒有無法更改的特性，對於第三方也沒有多大的保障。因此很多私有區塊鏈會通過依附在比特幣的方式存在，比如定期將系統快照記錄到比特幣中。

② 區塊鏈的基本特徵是什麼

答：區塊鏈的基本特徵

一、去中心化。
區塊鏈技術不依賴額外的第三方管理機構或硬體設施，沒有中心管制，除了自成一體的區塊鏈本身，通過分布式核算和存儲，各個節點實現了信息自我驗證、傳遞和管理。

二、開放性。

區塊鏈技術基礎是開源的，除了交易各方的私有信息被加密外，區塊鏈的數據對所有人開放，任何人都可以通過公開的介面查詢區塊鏈數據和開發相關應用，因此整個系統信息高度透明 。

三、獨立性。

基於協商一致的規范和協議(類似比特幣採用的哈希演算法等各種數學演算法)，整個區塊鏈系統不依賴其他第三方，所有節點能夠在系統內自動安全地驗證、交換數據，不需要任何人為的干預 。

四、安全性。

只要不能掌控全部數據節點的51%，就無法肆意操控修改網路數據，這使區塊鏈本身變得相對安全，避免了主觀人為的數據變更 。

五、匿名性。

除非有法律規范要求，單從技術上來講，各區塊節點的身份信息不需要公開或驗證，信息傳遞可以匿名進行 。

③ 區塊鏈技術發展現狀與展望

區塊鏈技術發展現狀與展望
區塊鏈技術起源於2008年由化名為 「中本聰」 （Satoshi Nakamoto）的學者在密碼學郵件組發表的奠基性論文《比特幣：一種點對點電子現金系統》。近兩年來，區塊鏈技術的研究與應用呈現出爆發式增長態勢，被認為是繼大型機、個人電腦、互聯網、移動/社交網路之後計算範式的第五次顛覆式創新，是人類信用進化史上繼血親信用、貴金屬信用、央行紙幣信用之後的第四個里程碑。區塊鏈技術是下一代雲計算的雛形，有望像互聯網一樣徹底重塑人類社會活動形態，並實現從目前的信息互聯網向價值互聯網的轉變。區塊鏈的技術特點

區塊鏈具有去中心化、時序數據、集體維護、可編程和安全可信等特點。 去中心化：區塊鏈數據的驗證、記賬、存儲、維護和傳輸等過程均是基於分布式系統結構，採用純數學方法而不是中心機構來建立分布式節點間的信任關系，從而形成去中心化的可信任的分布式系統； 時序數據：區塊鏈採用帶有時間戳的鏈式區塊結構存儲數據，從而為數據增加了時間維度，具有極強的可驗證性和可追溯性； 集體維護：區塊鏈系統採用特定的經濟激勵機制來保證分布式系統中所有節點均可參與數據區塊的驗證過程（如比特幣的「挖礦」過程），並通過共識演算法來選擇特定的節點將新區塊添加到區塊鏈； 可編程：區塊鏈技術可提供靈活的腳本代碼系統，支持用戶創建高級的智能合約、貨幣或其它去中心化應用； 安全可信：區塊鏈技術採用非對稱密碼學原理對數據進行加密，同時藉助分布式系統各節點的工作量證明等共識演算法形成的強大算力來抵禦外部攻擊、保證區塊鏈數據不可篡改和不可偽造，因而具有較高的安全性。區塊鏈與比特幣 比特幣是迄今為止最為成功的區塊鏈應用場景，區塊鏈技術為比特幣系統解決了數字加密貨幣領域長期以來所必需面對的雙重支付問題和拜占庭將軍問題。與傳統中心機構（如中央銀行）的信用背書機制不同的是，比特幣區塊鏈形成的是軟體定義的信用，這標志著中心化的國家信用向去中心化的演算法信用的根本性變革。近年來，比特幣憑借其先發優勢，目前已經形成體系完備的涵蓋發行、流通和金融衍生市場的生態圈與產業鏈，這也是其長期占據絕大多數數字加密貨幣市場份額的主要原因。區塊鏈的發展脈絡與趨勢
區塊鏈技術是具有普適性的底層技術框架，可以為金融、經濟、科技甚至政治等各領域帶來深刻變革。按照目前區塊鏈技術的發展脈絡，區塊鏈技術將會經歷以可編程數字加密貨幣體系為主要特徵的區塊鏈1.0模式，以可編程金融系統為主要特徵的區塊鏈2.0模式和以可編程社會為主要特徵的區塊鏈3.0模式。然而，上述模式實際上是平行而非演進式發展的，區塊鏈1.0模式的數字加密貨幣體系仍然遠未成熟，距離其全球貨幣一體化的願景實際上更遠、更困難。目前，區塊鏈領域已經呈現出明顯的技術和產業創新驅動的發展態勢，相關學術研究嚴重滯後、亟待跟進。區塊鏈的基礎模型與關鍵技術
一般說來，區塊鏈系統由數據層、網路層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成。其中，數據層封裝了底層數據區塊以及相關的數據加密和時間戳等技術；網路層則包括分布式組網機制、數據傳播機制和數據驗證機制等；共識層主要封裝網路節點的各類共識演算法；激勵層將經濟因素集成到區塊鏈技術體系中來，主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等；合約層主要封裝各類腳本、演算法和智能合約，是區塊鏈可編程特性的基礎；應用層則封裝了區塊鏈的各種應用場景和案例。該模型中，基於時間戳的鏈式區塊結構、分布式節點的共識機制、基於共識算力的經濟激勵和靈活可編程的智能合約是區塊鏈技術最具代表性的創新點。區塊鏈技術的應用場景
區塊鏈技術不僅可以成功應用於數字加密貨幣領域，同時在經濟、金融和社會系統中也存在廣泛的應用場景。根據區塊鏈技術應用的現狀，本文將區塊鏈目前的主要應用籠統地歸納為數字貨幣、數據存儲、數據鑒證、金融交易、資產管理和選舉投票共六個場景：數字貨幣：以比特幣為代表，本質上是由分布式網路系統生成的數字貨幣，其發行過程不依賴特定的中心化機構。數據存儲：區塊鏈的高冗餘存儲、去中心化、高安全性和隱私保護等特點使其特別適合存儲和保護重要隱私數據，以避免因中心化機構遭受攻擊或許可權管理不當而造成的大規模數據丟失或泄露。數據鑒證：區塊鏈數據帶有時間戳、由共識節點共同驗證和記錄、不可篡改和偽造，這些特點使得區塊鏈可廣泛應用於各類數據公證和審計場景。例如，區塊鏈可以永久地安全存儲由政府機構核發的各類許可證、登記表、執照、證明、認證和記錄等。金融交易：區塊鏈技術與金融市場應用有非常高的契合度。區塊鏈可以在去中心化系統中自發地產生信用，能夠建立無中心機構信用背書的金融市場，從而在很大程度上實現了「金融脫媒」；同時利用區塊鏈自動化智能合約和可編程的特點，能夠極大地降低成本和提高效率。資產管理：區塊鏈能夠實現有形和無形資產的確權、授權和實時監控。無形資產管理方面已經廣泛應用於知識產權保護、域名管理、積分管理等領域；有形資產管理方面則可結合物聯網技術形成「數字智能資產」，實現基於區塊鏈的分布式授權與控制。選舉投票：區塊鏈可以低成本高效地實現政治選舉、企業股東投票等應用，同時基於投票可廣泛應用於博彩、預測市場和社會製造等領域。區塊鏈技術的現存問題
安全性威脅是區塊鏈迄今為止所面臨的最重要的問題。其中，基於PoW共識過程的區塊鏈主要面臨的是51%攻擊問題，即節點通過掌握全網超過51%的算力就有能力成功篡改和偽造區塊鏈數據。其他問題包括新興計算技術破解非對稱加密機制的潛在威脅和隱私保護問題等。 區塊鏈效率也是制約其應用的重要因素。區塊鏈要求系統內每個節點保存一份數據備份，這對於日益增長的海量數據存儲來說是極為困難的。雖然輕量級節點可部分解決此問題，但適用於更大規模的工業級解決方案仍有待研發。比特幣區塊鏈目前每秒僅能處理7筆交易，且交易確認時間一般為10分鍾，這極大地限制了區塊鏈在大多數金融系統高頻交易場景中的應用。 PoW共識過程高度依賴區塊鏈網路節點貢獻的算力，這些算力主要用於解決SHA256哈希和隨機數搜索，除此之外並不產生任何實際社會價值，因而一般意義上認為這些算力資源是被「浪費」掉了，同時被浪費掉的還有大量的電力資源。如何能有效匯集分布式節點的網路算力來解決實際問題，是區塊鏈技術需要解決的重要問題。 區塊鏈網路作為去中心化的分布式系統，其各節點在交互過程中不可避免地會存在相互競爭與合作的博弈關系，例如比特幣礦池的區塊截留攻擊博弈等。區塊鏈共識過程本質上是眾包過程，如何設計激勵相容的共識機制，使得去中心化系統中的自利節點能夠自發地實施區塊數據的驗證和記賬工作，並提高系統內非理性行為的成本以抑制安全性攻擊和威脅，是區塊鏈有待解決的重要科學問題。智能合約與區塊鏈技術
智能合約是一組情景-應對型的程序化規則和邏輯，是部署在區塊鏈上的去中心化、可信共享的程序代碼。通常情況下，智能合約經各方簽署後，以程序代碼的形式附著在區塊鏈數據（例如一筆比特幣交易）上，經P2P網路傳播和節點驗證後記入區塊鏈的特定區塊中。智能合約封裝了預定義的若干狀態及轉換規則、觸發合約執行的情景（如到達特定時間或發生特定事件等）、特定情景下的應對行動等。區塊鏈可實時監控智能合約的狀態，並通過核查外部數據源、確認滿足特定觸發條件後激活並執行合約。 智能合約對於區塊鏈技術來說具有重要的意義。一方面，智能合約是區塊鏈的激活器，為靜態的底層區塊鏈數據賦予了靈活可編程的機制和演算法，並為構建區塊鏈2.0和3.0時代的可編程金融系統與社會系統奠定了基礎；另一方面，智能合約的自動化和可編程特性使其可封裝分布式區塊鏈系統中各節點的復雜行為，成為區塊鏈構成的虛擬世界中的軟體代理機器人，這有助於促進區塊鏈技術在各類分布式人工智慧系統中的應用，使得基於區塊鏈技術構建各類去中心化應用（Decentralized application, Dapp）、去中心化自治組織（Decentralized Autonomous Organization, DAO）、去中心化自治公司（Decentralized Autonomous Corporation, DAC）甚至去中心化自治社會（Decentralized Autonomous Society, DAS）成為可能。 區塊鏈和智能合約技術的主要發展趨勢是由自動化向智能化方向演化。現存的各類智能合約及其應用的本質邏輯大多仍是根據預定義場景的「 IF-THEN」類型的條件響應規則，能夠滿足目前自動化交易和數據處理的需求。未來的智能合約應具備根據未知場景的「 WHAT-IF」推演、計算實驗和一定程度上的自主決策功能，從而實現由目前「自動化」合約向真正的「智能」合約的飛躍。區塊鏈驅動的平行社會
近年來，基於CPSS（Cyber-Physical-SocialSystems）的平行社會已現端倪，其核心和本質特徵是虛實互動與平行演化。區塊鏈是實現CPSS平行社會的基礎架構之一，其主要貢獻是為分布式社會系統和分布式人工智慧研究提供了一套行之有效的去中心化的數據結構、交互機制和計算模式，並為實現平行社會奠定了堅實的數據基礎和信用基礎。 就數據基礎而言，管理學家愛德華戴明曾說過：除了上帝，所有人必須以數據說話。然而在中心化社會系統中，數據通常掌握在政府和大型企業等「少數人」手中，為少數人「說話」，其公正性、權威性甚至安全性可能都無法保證。區塊鏈數據則通過高度冗餘的分布式節點存儲，掌握在「所有人」手中，能夠做到真正的「數據民主」。就信用基礎而言，中心化社會系統因其高度工程復雜性和社會復雜性而不可避免地會存在「默頓系統」的特性，即不確定性、多樣性和復雜性，社會系統中的中心機構和規則制定者可能會因個體利益而出現失信行為；區塊鏈技術有助於實現軟體定義的社會系統，其基本理念就是剔除中心化機構、將不可預測的行為以智能合約的程序化代碼形式提前部署和固化在區塊鏈數據中，事後不可偽造和篡改並自動化執行，從而在一定程度上能夠將「默頓」社會系統轉化為可全面觀察、可主動控制、可精確預測的「牛頓」社會系統。 ACP（人工社會Artificial Societies、計算實驗Computational Experiments和平行執行ParallelExecution）方法是迄今為止平行社會管理領域唯一成體系化的、完整的研究框架，是復雜性科學在新時代平行社會環境下的邏輯延展和創新。 ACP方法可以自然地與區塊鏈技術相結合，實現區塊鏈驅動的平行社會管理。首先，區塊鏈的P2P 組網、分布式共識協作和基於貢獻的經濟激勵等機制本身就是分布式社會系統的自然建模，其中每個節點都將作為分布式系統中的一個自主和自治的智能體（agent）。隨著區塊鏈生態體系的完善，區塊鏈各共識節點和日益復雜與自治的智能合約將通過參與各種形式的Dapp，形成特定組織形式的DAC和DAO，最終形成DAS，即ACP中的人工社會。其次，智能合約的可編程特性使得區塊鏈可進行各種「 WHAT-IF」 類型的虛擬實驗設計、場景推演和結果評估，通過這種計算實驗過程獲得並自動或半自動地執行最優決策。最後，區塊鏈與物聯網等相結合形成的智能資產使得聯通現實物理世界和虛擬網路空間成為可能，並可通過真實和人工社會系統的虛實互動和平行調諧實現社會管理和決策的協同優化。不難預見，未來現實物理世界的實體資產都登記為鏈上智能資產的時候，就是區塊鏈驅動的平行社會到來之時。

④ 區塊鏈如何提高安全性和數據共享

針對現有區塊鏈技術的安全特性和缺點，需要圍繞物理、數據、應用系統、加密、風控等方面構建安全體系，整體提升區塊鏈系統的安全性能。
1、物理安全
運行區塊鏈系統的網路和主機應處於受保護的環境，其保護措施根據具體業務的監管要求不同，可採用不限於VPN專網、防火牆、物理隔離等方法，對物理網路和主機進行保護。
2、數據安全
區塊鏈的節點和節點之間的數據交換，原則上不應明文傳輸，例如可採用非對稱加密協商密鑰，用對稱加密演算法進行數據的加密和解密。數據提供方也應嚴格評估數據的敏感程度、安全級別，決定數據是否發送到區塊鏈，是否進行數據脫敏，並採用嚴格的訪問許可權控制措施。
3、應用系統安全
應用系統的安全需要從身份認證、許可權體系、交易規則、防欺詐策
略等方面著手，參與應用運行的相關人員、交易節點、交易數據應事前受控、事後可審計。以金融區塊鏈為例，可採用容錯能力更強、抗欺詐性和性能更高的共識演算法，避免部分節點聯合造假。
4、密鑰安全
對區塊鏈節點之間的通信數據加密，以及對區塊鏈節點上存儲數據加密的密鑰，不應明文存在同一個節點上，應通過加密機將私鑰妥善保存。在密鑰遺失或泄漏時，系統可識別原密鑰的相關記錄，如帳號控制、通信加密、數據存儲加密等，並實施響應措施使原密鑰失效。密鑰還應進行嚴格的生命周期管理，不應為永久有效，到達一定的時間周期後需進行更換。
5、風控機制
對系統的網路層、主機操作、應用系統的數據訪問、交易頻度等維度，應有周密的檢測措施，對任何可疑的操作，應進行告警、記錄、核查，如發現非法操作，應進行損失評估，在技術和業務層面進行補救，加固安全措施，並追查非法操作的來源，杜絕再次攻擊。

文章來源：中國區塊鏈技術和應用發展白皮書

⑤ 區塊鏈技術中人工智慧是如何保證數據的真實性與安全性

重慶市金窩窩：人工智慧有著高速分析海量數據的能力。數據作為人工智慧的基礎，必須保證數據准確安全，不能存在偽造數據。
如果利用區塊鏈技術，則能保證數據的真實性和安全性。
意識鏈通過將二者結合的方式，形成數據集合池，打造高效的數據交換中心，最終構建立體化、多功能的人工智慧生態體系。

⑥ 區塊鏈運用落地有哪些領域

1、醫療

在醫療領域，醫院與醫院微V-BQ爾無吧疤Y之間的數據共享意味著更精確的診斷，更有效的治療，還能推動醫療系統的整體服務能力。但是，數據的共享也意味著醫患的隱私暴露問題，區塊鏈技術可以讓醫院、患者和醫療利益鏈上的各方在區塊鏈網路里共享數據，而不必擔憂數據的安全性和完整性。

2、物流

目前，物流最令人詬病的問題就是丟件漏件及快件損壞，而區塊鏈技術可以記錄貨物從發出到接受過程中的所有環節，通過網路共識，直接定位到快遞中間環節的問題所在，確保信息的可追蹤性，從而避免快遞爆倉丟包、誤領錯領等問題的發生。

3、大數據

大數據是現代企業發展中不可或缺的一環，而區塊鏈所具備的安全性和不可篡改性，能讓更多數據安全的被解放出來。基於全網共識為微V-BQ爾無吧疤Y基礎的數據可信的區塊鏈數據，是不可篡改的、安全的、也使數據的質量獲得前所未有的強信任背書，也使資料庫的發展進入一個新時代。

4、分布式商業平台

結合區塊鏈技術去中心化、分布式賬薄等優勢來看，這項技術與商業平台領域有很多值得關注的融合點，如果能夠以區塊鏈技術為核心支撐技術，在商品交易領域研究和開發基於區塊鏈技術的交易模式和交易系統，直接交易，這樣一來，生產者能獲得更大的收益，消費者也獲得更低的產品成本，可謂兩全其美。

(6)基於區塊鏈技術的數據安全共享網路體系研究擴展閱讀

一般說來，區塊鏈系統由數據層、網路層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成。

其中，數據層封裝了底層數據區塊以及相關的數據加密和時間戳等基礎數據和基本演算法；

網路層則包括分布式組網機制、數據傳播機制和數據驗證機制等；共識層主要封裝網路節點的各類共識演算法；

激勵層將經濟因素集成到區塊鏈技術體系中來，主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等；

合約層主要封裝各類腳本、演算法和智能合約，是區塊鏈可編程特性的基礎；

應用層則封裝了區塊鏈的各種應用場景和案例。

該模型中，基於時間戳的鏈式區塊結構、分布式節點的共識機制、基於共識算力的經濟激勵和靈活可編程的智能合約是區塊鏈技術最具代表性的創新點。