区块链技术的构成领域及其优势与挑战探究

文章开头：区块链技术，作为一种革新性的分布式数据库技术，其深远影响已渗透到金融、供应链、版权保护等诸多领域。它主要由几个核心组成部分构成，包括密码学安全、分布式网络、共识机制以及智能合约等。在深入探讨这些构成领域的基础上，我们不能忽视区块链技术所展现出的独特优势，如去中心化、数据不可篡改和透明性等。然而，与此同时，区块链技术也存在着诸如性能瓶颈、隐私保护和法规监管等方面的挑战。本文旨在全面剖析区块链技术的构成领域，并对其优点与不足进行深度分析。

公开区块链(public blockchain)

例子：比特币，Ethereum Frontier。公开区块链上的数据所有人都可以访问，所有人都可以发出交易等待被写入区块链。共识过程的参与者(对应比特币中的矿工)通过密码学技术以及内建的经济激励维护数据库的安全。公开区块链是完全的分布式。

公开区块链完全分布式，具有比特币的一切特点，然而需要有足够的成本来维持系统运行，依赖于内建的激励。目前来看公开区块链中只有比特币算是足够安全的，如果和比特币的算法一样，乙烷;没有内建奖励，乙烷;容易集中算力攻击(比如只要突击扫货大批显卡之类)，吃枣药丸。公开区块链上试图保存的数据越有价值，越要审视其安全性以及安全性带来的交易成本，系统扩展性问题。

协作区块链(federated blockchain)

例子：Hyperledger以及德勤等会计所尝试的审计系统。参与区块链的节点是事先选择好的，节点间很可能是有很好的网络连接。这样的区块链上可以采用非工作量证明的其他共识算法，比如有100家金融机构之间建立了某个区块链，规定必须67个以上的机构同意才算达成共识。这样的区块链上的数据可以是公开的也可以是这些节点参与者内部。部分意义上的分布式。

协作区块链可以做到很好的节点间的连接，只需要极少的成本就能维持运行，提供迅速的交易处理和低廉的交易费用，有很好的扩展性(但是扩展性随着节点增加又会下降)，数据可以有一定的隐私。开发者在共识下有能力更改协议，没有比特币hard fork的问题，但是这也意味着在共识下，大家可以一起篡改数据。协作区块链也意味着这个区块链的应用范围不会太广，缺少比特币的网络传播效应。

私有区块链(private blockchain)

例子：Eris Industries。参与的节点只有用户自己，数据的访问和使用有严格的权限管理。近期部分金融机构公布的内部使用的区块链技术大都语焉不详，不过很可能都在这个范围内。

私有区块链实际上是很迷惑的名词，这样的一个系统无非是传统意义上的共享数据库用上Merkle Tree等方式试图说明其中的数据可校验。这样的数据库早有成熟的解决方案， Merkle tree也只是很多成熟方案中的一种。这些项目很容易是“然并卵”。由于全是用户说了算，里面的数据没有无法更改的特性，对于第三方也没有多大的保障。因此很多私有区块链会通过依附在比特币的方式存在，比如定期将系统快照记录到比特币中。

公开区块链和协作区块链各有各的优势，公开区块链很难实现得完美，协作区块链需要找到实际迫切需求的应用场景，私有区块链容易“然并卵”。

区块链技术的优缺点分析

优势

由于区块链数据通常都被存储在分布式节点网络上的数千个设备中，所以系统和数据对于技术故障和恶意攻击都具有很强的抵抗性。其中每个网络节点都可以复制并存储数据的副本，因此单点故障将不会有影响：单个节点的脱机将不会影响到的网络的可用性和安全性。

相比之前，许多传统数据库却只依赖于单个或几个服务器，所以更容易受到技术故障和网络攻击的影响。

已被确认的区块基本上不可能再被逆转，这就意味着一旦数据被注册到区块链中，则很再难进行删除或更改。而这就使得区块链可以成为存储财务记录或任何其他需要审计追踪的数据的一项优秀的技术，因为区块链中的每个更改都会被分布式公众账本所追踪和永久记录。

就比如，企业可以使用区块链技术来防止员工的欺诈行为。在此种用例中，区块链可以将公司内发生的所有财务交易进行安全且稳定的记录。而这一效果就使得员工们很难隐藏可疑的交易。

在大多数传统的交易支付系统中，交易过程的不仅会存在交易双方，同时还需要依赖于第三方中介机构（例如，银行、信用卡公司或支付方式提供商）。然而，在使用区块链技术时，情况却完全不同，因为分布式节点网络只需通过“挖矿”的过程来核实并验证交易。

因此，区块链系统将消除信任单个实体的风险，并减少了整个过程中的成本和交易费用（通过减少中间商）。

劣势

多年来，保护比特币区块链的工作量证明 共识机制一直都非常有效。然而，却逐渐出现了一些可以影响到区块链网络的潜在攻击，而其中51%攻击则被谈论的最多。当一个实体设法控制了50%以上的网络哈希算力时，此种攻击就会发生，而此种情况最终将会允许攻击者通过故意删除或修改交易的顺序来破坏网络。

尽管此种攻击理论上是可行的，但事实上比特币区块链网络上未曾出现过成功的51%攻击。并且，随着网络规模的扩大，安全性也随之提高，同时矿商们不太可能花费大量的资金和资源来攻击比特币，因为他们已经从诚实的挖矿中获得了很好的回报。此外，由于区块之间是通过密码学证明相互链接的（篡改之前的区块则需要巨大的网络算力），所以成功的51%攻击将只能在短时间内对最近期的交易进行修改。并且，比特币区块链也具有极快的适应性，而这将能够迅速的反应并适应各种攻击。

区块链系统的另一个缺陷在于，一旦数据被添加到区块链当中，就很难在对其进行修改。虽然难以修改的稳定性是区块链的一大优势，但有些情况下也可能是他的弊端所在。更改区块链的数据或节点一般都是非常困难的，通常都需要硬分叉，也就是使用新链来占用旧链。

区块链是使用公钥（或不对称）密码学来赋予用户对其加密货币（或任何其他区块链数据）的所有权。每一个区块链账户（或地址）都有两个对应的密钥：公钥（可以共享）和私钥（应该保密）。用户需要使用他们的私钥来访问资金，这就意味着用户充当自己的银行。如果用户丢失了私钥，那么他们实际上就丢失了对资金的控制权（且资金的丢失也无法挽回）。

区块链，尤其是那些使用工作量证明的区块链，它们通常都是效率极低的。并且，由于挖矿业的激烈竞争且每10分钟只有一位获胜者，所以在此期间其他矿工的工作和时间就浪费了。矿工们正不断的尝试提升他们的算力，以便于自己有更大的机会找出有效的哈希块。并且最近的几年中，比特币网络使用的资源也明显增加，目前它所消耗的能源也已经超过了某些国家使用的能源（如丹麦、爱尔兰和尼日利亚等）。

区块链账本随着时间的推移也逐渐变大。目前比特币区块链就已经需要大约200GB的存储空间。而目前区块链规模的增长也似乎超过了硬盘设备的增长，且如果分类账变得太大以至于个人无法下载和存储，则网络就可能会丢失节点。

尽管存在缺陷，但区块链所呈现出的一些独一无二的特性已经明确表示出了区块链将会继续生存下去。在获得普遍采用的过程中我们还有很长的路要走，而且现在的许多行业也正在逐渐适应区块链系统的优势和劣势。再过几年，企业和政府也许会尝试更多的应用，以此来找出区块链技术可以在哪些方面展现出其最大价值。