摘要：区块链技术是对所有交易或者电子行为进行记录的分布式数据记录方案，即公开账本技术。区块链技术以其分布式、去中心化、不可造假的特性逐渐走进公众的视线，引发了世界各行业的广泛关注和讨论。描述了区块链技术的工作原理和它在金融和非金融领域的一些应用.分析了区块链技术发展面临的挑战和商业机遇
关键词：区块链原理;应用领域：挑战
1引言
区块链技术是一种对一段时间内所有交易或者电子行为进行记录的分布式数据记录技术.即一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的链式数据结构。并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式公开账本技术。在区块链上，每笔交易都可以被系统的参与者通过多数节点共识的机制进行审核。一旦被记载到区块链上，相关的交易信息就不能被修改、删除。区块链上的区收稿日期：2016—11-02;修回日期：2016—12—11块记录了一定时间内被审核通过的每笔交易记录。
比特币是区块链技术最本质的应用，它也因为在没有政府的干预下构造了上百万美元的匿名交易市场而成为最具争议性的区块链应用。然而，区块链技术本身可以被金融和非金融领域应用的事实并没有争议。
现阶段，电子金融领域建立在可靠的、可信任的第三方授权的基础上。用户网络交易必须依赖于第三方机构对交易双方进行身份和交易资格的确认。人们生活的电子世界在依靠第三方机构维系安全与个人电子资产隐私的背景中，并不是绝对的安全。因为第三方机构在这种背景下扮演了强有力的中心角色。而中心机构一旦被侵人，靠第三方机构维系的普通角色所面临的电子安全风险将无法保证。
在这种背景下，区块链的诞生通过对分布式共识的应用，对依靠第三方信任的电子世界规则提出了巨大改进。分布式共识和匿名性是其最重要的两个关键特征。通过这些特征的综合应用，在纷杂的网络环境中，区块链在没有第三方信任机构的参与下，对网络交易记录、电子资产记载提出了分布式账本的方式.有以下鲜明的特征。
(1)去中心化
去中心化是区块链技术最本质的特征。区块链技术的产生意味着在没有中央处理节点的情况下，实现了全网所有数据的分布式记录、存储并且能够保证数据记录的真实性。区块链技术通过P2P(点对点)协议组成网络。不同于中心化网络模式。P2P网络中各节点的计算机地位平等，每个节点有相同的网络权力，不存在中心化的服务器。
在这种去中心化的网络环境中，全网所有在网节点：发有实质的区别，所有节点享有相同的权利和义务。区块链网络中的在网节点必须遵守同样的密码学规则。共同维护全网系统中的数据记录。对数据的记录、存储过程，必须;碍到区块链网络内其他节点的批准后才能执行。由于所有：网节点并没有第三方中介或者信任机构背书，所以在去中心化的区块链网络中，对单个节点的攻击无法控制或者对整个区块链网络产生影响。P2P去中心化网络模式与中心化网络模式对比如图1所示。
(2)数据及操作的透明性
区块链技术作为分布式账本技术，系统内所有的数据记录及操作对于所有在网节点都是透明的。在典型的区块链网络中.每一个节点都能够存储全网发生的历史交易记录的完整、一致账本。区块链通过对非对称加密算法、散列加密等密码学技术的组合应用，保证区块链信息在全网的高度透明性。并且区块链网络运行的程序、规则、节点的接入方式都是公开的，这是区块链网络信任的基础。这些机制的运用，保证了区块链中记录的数据可以被全网所有节点审查、追溯。
(3)信息不可篡改性
区块链区块中的信息是不可篡改的，一旦数据信息被验证通过写入区块并加入区块链中，就无法被篡改。区块链的数据信息必须经过全网大部分节点的审核以后，才能允许被记录。除非能够控制系统中51%l~A上在网节点，否则对单节点的区块记录篡改是没有意义的。即对个别节点的账本数据的篡改、攻击不会影响全网总账的安全性。这种信息的不可篡改性保证了区块链数据的稳定性与可靠性。
(4)匿名性
区块链技术在复杂的网络环境中解决了在网节点问的信任问题。因而区块链网络中的交易节点可以在无需了解对方身份的情况下进行交易。区块链网络中的交易是基于加密地址，而不会对交易双方身份进行认证。交易双方仅需要公布自己的地址就可以与对方进行交易通信。这种匿名性的技术基础就是非对称加密算法。
区块链网络的节点使用非对称加密技术构建节点间在匿名环境下的信任。所有节点维持自身的公私钥对.对区块链网络节点间的通信信息进行加密和解密。节点公开发布自己的公钥，保留自己的私钥。进行信息传递的发送方，使用信息接收方公布的公钥对将要传递的信息进行加密。信息接收方在接收到传递的加密信息后，使用自己的私钥对加密过的信息进行解密。通过这样的方式，节点间可以在不需要身份认证的情况下，完成匿名环境下的信任交易。常用的非对称加密算法有RSA和ECC，非对称加密算法的过程如图2所示。
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2区块链工作原理
区块链技术不是单一的技术主体。而是多种技术整合的结果，包括密码学、数学、计算机网络等技术在内的有机整合完善了区块链的去中心化的数据记录方式。区块链技术主要解决了在没有第三方信任机构参与的情况下如何达成可靠的信任记录的问题。其完整的架构如图3所示。
互联网金融与第三方可信机构有很密切的关联。这些第三方金融机构在电子交易过程中扮演中介的角色，负责协调交易双方的信息。在整个交易过程中，第三方机构承担了审计、安全守卫、维持交易的责任。在线交易过程中存在的欺诈行为，突出了第三方金融机构的中介地位.同时也导致了较高的交易成本花费。比特币是区块链技术最本质的应用，但是区块链技术的应用并不局限于电子货币。它可以被应用到电子资产在线交换的各个领域。本文以比特币为例对区块链技术源的相关原理、概念进行阐述。
比特币基于密码技术的基础，在有交易倾向的双方之间充当第三方中介的角色。在具体交易过程中。每一笔交易都通过电子签名进行保护确认。在比特币网络中，交易的发起者通过自有私钥对交易进行签名，并发送到接收者的账户地址(即公钥)。在花费比特币时.比特币的持有者需要证明自己拥有对交易签名的私钥。比特币交易审核时，通过发送者的公钥对其交易签名进行验证。进而确定交易方是否可以使用对应的比特币
每一笔交易都将被广播发送到比特币网络的每一个节点上，在节点通过审核后被记录到生成的区块链区块中。所有比特币网络中的在网节点，共同维护生成的区块链交易记录。通过所有节点保存账本记录的方式，防止交易记录造假、被篡改、被删除等欺诈行为。交易的审核节点需要在记录之前确保以下两个事情。
·比特币的花费者确实拥有对应的电子货币：在交易中的电子签名验证。
·比特币花费者在其账户中拥有足够的电子货币：通过检查花费一方的账户(公钥地址)在区块链账本上的交易记录。
但是.在比特币P2P网络中，需要保持广播的交易并不是按照它们产生的顺序进行广播的，每笔交易在比特币网络中通过节点一个接一个地形成广播。因此在比特币网络中需要一定的机制处理这些并不是严格按照顺序广播的交易，进而防止双重花费情况的发生。
区块链技术的应用，正是比特币解决“双花”问题的关键。在比特币系统中，对一段时间内交易进行收集、审核，并最终记录在区块上。通过把每一个区块连接成区块链，对每一笔交易进行追踪。在同一个区块上记录的交易记录可以看作同一段时间内发生的交易。这些区块通过把前一个区块的散列值写入自身区块头字段的方式.按照区块生成时间的先后顺序连接成遵循时I'.-iJ~序排列的区块链。
这种通过时间顺序连接记录交易的方式，带来了另一个问题，即在比特币网络中的每一个节点都可以收集未确认的交易、生成区块并把新生成的区块广播到全网其他节点。那么比特币网络怎么决定哪一个生成的区块应该被链接到之前区块链的末端?
比特币系统通过引入一个计算数学难题来竞争区块链的生成权，也就是大家熟知的工作量机制(POW)。每个节点生成区块需要证明它付出了一定的计算资源来竞争解决对应的数学难题。具体来说。每个节点被要求寻找一个随机数(nonce)，当这个随机数、交易记录与前一个区块的散列值共同进行散列化后的数值的开头包含一定数量的0，并且小于目标值，即散列(前一区块的散列值+Merkle树根+随机数)<(目标散列)。
但是这个数学难题并不是一成不变的，比特币系统通过调整它的难度来平衡区块的生成时间。使系统内平均10min产生一个新的、被接受的区块。在网节点通过贡献其自身的计算资源来解决数学难题，竞争产生区块。最早成功计算出数学难题解的节点，将有权利把本节点生成的区块连接到区块链末端，被其他节点接受，并被授予一定数量的比特币作为对它贡献计算资源的奖励。
比特币通过竞争计算散列值的方式，依据POW，保证平均每10min会有新的区块产生，通过新区块的生成来发行新的比特币。最终生成的区块链区块格式如图4所示。
具体的区块链的工作流程如下。
·在网节点收集一段时间内所有的交易信息。
·接收节点对收到的交易信息进行检验
.审核交易是否合法。通过检验的交易记录将被记录到新区块的主体中。
·在网节点通过对区块主体中交易信息进行计算，结合区块链当前末端区块的散列值，计算寻找满足条件的新区块的散列值。
·最先计算得出满足条件的散列值的节点，将把新生成的区块信息广播到全网其他节点。
·节点对该新生成区块进行验证，当审查无误以后，所有节点接受该区块。而接受的方式，就是把该新生成区块确定为区块链当前末端区块。
通过以上的步骤，区块链网络中所有在网节点共同参与、维护、审查区块链区块的生成过程，并且区块链网络在网节点都维护相同的区块链账本记录，保证了区块链上区块记录的真实、可靠与不可篡改。
在区块链中，区块中的信息由区块头和区块主体中的信息构成。其中，区块主体中将记录具体的交易信息，包括交易双方的公钥地址、交易数量、签名验证等信息。而区块头的大小为固定字节，以比特币为例(见表1)，比特币区块头大小始终为80byte。
通过区块的散列值.可以唯一地标识出区块链中的区块。每一个区块通过对前一区块散列值字段的引用，指向前一区块。通过时间戳+散列引用的方式，构建了区块链为一条可以按照交易时间先后顺序追踪交易记录的链条，确保了区块链所记录的交易次序是按照时间依次发生的。而引入随机数+Merkle树根+前一区块的散列值的当前区块散列值的计算方式，保证了交易信息的真实、可靠。
3区块链在金融与非金融领域的应用
区块链是完全开源的系统，原理及代码都公开，并在运行过程中接受系统内所有节点的监督。围绕区块链这套开源体系能够创造非常丰富的服务和产品。区块链将可以让人类以去中心化、去信任的方式来进行大规模协作。它能应用的领域将不仅仅限定在金融支付领域，可以被扩展到许多延伸行业，诸如去中心化的物联网、租房、打车等应用。但是区块链技术尚处于起步阶段，虽然不少公司已经开始开发基于区块链的应用，但还缺少成熟的产品。接下来。本文将对区块链在出了电子货币意外的金融和非金融领域的应用进行介绍。
3.1金融领域应用
(1)私有证券
银行、财团等组织必须在处理好交易安全的同时吸引投资者的资金。股票交易为二级市场列出公司的股份，需要使交易和结算活动在安全的环境下、按照时间顺序进行。理论上.一些公司可以通过区块链技术直接分配股份。这些被记录在区块链上的股份可以在二级市场上被出售和购买。
纳斯达克计划用区块链技术开展自身私募股权业务。纳斯达克在2014年开始它的私募股权交易业务。这项业务与将要IPO或者民营公司的财务报表和投资关系等事物有深切的关系。当前交易股权的程序因为第三方机构的参与而效率低下与缓慢。纳斯达克加入了基于智能合约的区块链项目以实施他们的私募股权业务。这项业务因此也变得更快、更有效率。且可追踪。该项目的范围可以从股票、红利、有价证券等相关衍生物.延伸到银行账户安全、抵押借款等领域。
(2)资产数字化记录
各类能够被一个或者多个标识符唯一确定标识的资产可以被记录在区块链上，如股权、债券、票据、收益凭证等，均可成为链上数字资产。这种方式可以验证资产的归属权.同时也可以对交易记录进行追踪.在资产转移时无需通过第三方中介机构就能发起交易。无论是物理财产，还是电子资产都可以通过区块链公开账本记录对归属权、交易记录进行公开的审计。
Everledger公司利用区块链技术永久地记录钻石证书机器交易历史。诸如重量、大小、颜色等可以标识钻石的信息都被散列化以后注册到区块链的区块上。因此保险公司、执法机构、拥有者等多方机构可以对钻石进行审计。
