信息技术与伦理/区块链

加密货币背后的技术

加密货币背后的技术，区块链，是一种分布式信任协议。Nick Szabo 在 20 世纪 90 年代后期创造了“上帝协议”一词，当时他正在考虑一种万能的最终技术协议。他的概念是，在一个完美的世界里，上帝将被指定为所有交易中介的受信任第三方。“所有各方都会将他们的输入发送给上帝。上帝将可靠地确定结果并返回输出。上帝是最终的忏悔者，任何一方都不会从对方的输入中了解到任何超出他们自己的输入和输出的信息。” 十年后，中本聪发布了一份白皮书，概述了这种新的点对点电子现金系统协议。他称这个现金系统为比特币。它不依赖于金融机构作为受信任的第三方，而是使用分布式账本，代表对曾经发生过的每笔交易的网络共识。

在比特币网络中，所有交易都经过验证、清除并存储在一个区块中，该区块链接到前一个区块，从而创建一个链。每个区块都必须引用前一个区块。每个区块都有时间戳并加密。然后将每笔交易广播到点对点网络的所有节点。因此出现了分布式账本的概念。每个人都有相同的账本。

中本聪的论文是关于金钱的，而不是什么更大的目标。区块链的概念已经从仅仅是一种电子现金系统演变成可能存在于两个或多个参与者之间经过大众协作验证的任何信任交易。

区块链不需要中央信任机构来验证信息或验证交易；相反，信任被构建到治理规则中，预先编写的代码定义了参与者在系统中如何行为。

区块链技术的显著属性

信任、透明度和不可变性的结合是区块链独有的。其他属性，如匿名性、安全性、可验证性和可控性，并不独特于区块链，但对于理解区块链的挑战和潜力很重要。

• 信任。 严格的治理规则、密码学和交易的不可变性共同为在没有中央信任机构的分布式网络上直接交互的个人提供了强大的安全性。
• 透明度。 所有参与者始终可以获得所有交易记录的相同副本。这通常被称为分布式账本。在某些情况下，这些账本对任何人都是公开的。账本为任何有权访问的人提供了交易的透明度。
• 不可变性. 记录在区块链上的不可变交易无法更改或删除。要在区块链上更改交易，需要添加新的交易来逆转原始交易的影响。在不可变的账本中，无法“删除”交易记录。
• 匿名性。 使用公钥和私钥系统，参与者拥有一个面向公众的数字“地址”，该地址不会公开与他们关联，但他们可以对其进行唯一控制。这通过加密提供了匿名性，从而为参与者创造了有效的匿名性。
• 安全性。 使用加密算法结合跨分布式节点网络（即计算机）的数据分散，可以防止破坏或更改交易记录的企图。
• 可验证性。 区块链上的交易可以立即实时审核。作为一个不可变且排序的数字账本，区块链允许直接验证完整的交易记录。
• 可控性。 区块链上对单个资产的独特跟踪允许个人对数据或数字资产进行有效和排他的控制。此外，区块链上的交易允许在网络上安全地将控制权从个人转移到个人。

区块链技术的潜在用途

区块链可以用于任何可以数字化的交易。“区块链上的交易可以代表数字资产价值的转移，例如加密货币代币，或者将信息链接到特定个人资料的方式，例如将大学学位与数字身份相关联。区块链中的每笔交易都有一个唯一的身份，该身份与可以控制该交易信息或资产的单个实体相关联。一旦交易记录在区块链上，它实际上就不可移除和不可更改。结果是不可变且带时间戳的一系列交易的记录。” 区块链起源于加密货币，但潜在用途可以是出生和死亡证明、结婚证、所有权契约和产权、教育学位、医疗程序、保险索赔，甚至投票。

此外，区块链技术可以用于许多不同的领域，用于各种任务。

金融

在银行中使用区块链将创造更快的交易，并为客户和银行家提供额外的透明度。它还可以用于资产代币化，这将使交易加密货币（如股票和债券）变得更加容易，并将其开放给更广泛的受众。

去中心化交易

每个产品都可以从供应商到收件人，在其整个旅程中进行跟踪和追踪。这将减少任何欺诈并确保正确的包裹按时到达目的地，如果存在任何差异，则可以追溯到差异可能出现的位置。

智能合约

智能合约可以在任何领域使用，借助区块链技术，真实性将得到验证，并且将实现自动化，因此结果将是即时的。这还将减少对第三方服务的需要，从而为合同持有人节省资金和时间。

医疗保健

区块链可以帮助医疗结算和索赔，因为它可以节省医疗服务提供者在编制费用清单和寻找合适的保险公司发送索赔的时间。它还可以用于跟踪药品，以确保医疗药物安全到达并来自正确的制药公司，从而降低市场上假药的可能性。最后，它将有助于验证患者身份和病历，降低医疗身份盗窃的风险。

区块链技术面临的挑战

简介

近年来，区块链技术改造多个行业的潜力，包括金融、物流、医疗等，引起了广泛关注。从根本上说，区块链是一种分布式账本技术，它去中心化，允许点对点交易透明安全，无需中介。区块链承诺通过以不可更改且防篡改的方式永久记录交易，来提高透明度、信心和效率。然而，尽管区块链技术具有革命性潜力，但一些障碍阻碍了其广泛采用和使用。这些挑战涵盖广泛的主题，例如复杂性、成本、意识、安全、隐私和可扩展性。为了充分利用区块链技术并实现其去中心化管理、透明度和信任的承诺，必须解决这些问题。现在让我们看看每个领域内部的具体子挑战。

可扩展性

1. 交易吞吐量：区块链网络，特别是像以太坊和比特币这样的公共网络，每秒只能处理一定数量的交易。例如，比特币的交易速度限制在每秒大约7笔交易，而以太坊的吞吐量会波动，但通常在每秒15到30笔交易之间变化。这些限制在交易量大的时间段内变得更加明显，这会导致处理时间更长，费用更高。为了说明这一点，Visa 是一种集中管理的支付服务，平均每天可以处理超过 1,700 笔交易，这表明基于区块链的网络与传统银行系统之间的可扩展性差异。
2. 网络延迟：整个区块在网络中传播所需的时间可能很长，从而导致延迟。网络延迟取决于许多因素，包括网络拓扑、带宽和节点延迟。高网络延迟会降低决策流程的效率，尤其是在跨多个地理区域分布着许多节点的网络中。研究表明，网络延迟从几毫秒到几秒不等，会影响交易完成和用户体验。

安全性

1. 51% 攻击：如果一个单一主体拥有超过 50% 的挖矿哈希率，它可以通过更改或删除交易的处理顺序，在网络上制造混乱。这种集中挖矿能力会威胁到区块链技术的安全性，因为大多数矿工可以进行双重花费或阻止特定交易的确认。为了防止近年来发生在较小区块链系统上的几次高调 51% 攻击，必须采取强有力的安全措施。
2. 智能合约问题：智能合约容易受到漏洞的攻击，如果被利用，可能会导致巨额损失。一个臭名昭著的例子是 2016 年发生的 DAO 攻击，由于以太坊网络上的智能合约漏洞，导致价值超过 5000 万美元的以太坊被盗。该事件清楚地表明了对智能合约进行彻底测试、系统验证和审计程序以减少攻击的重要性。从那时起，使用形式化验证技术、漏洞赏金计划和代码审计来提高智能合约安全性已得到更多关注。

复杂性

1. 理解区块链：这项技术很复杂，对于缺乏技术专长的人来说可能是一个挑战。理解诸如密码哈希、共识过程和去中心化治理等概念可能很困难，这阻碍了其更广泛的采用和应用。更糟糕的是，由于其技术术语和词汇，学习区块链领域对于新手来说可能很混乱。为了克服这一挑战，正在努力提供用户友好的手册、在线课程和教育材料，这些材料将提高更广泛人群对区块链技术的可访问性和理解能力。
2. 与现有系统集成：将区块链技术与现有 IT 基础设施相结合的过程可能很困难且复杂。区块链协议可能无法与遗留系统协同工作，在这种情况下，可能需要彻底重新设计或更改才能确保顺利集成。此外，由于数据类型、法规和协议可能有所不同，区块链网络与传统系统之间的互操作性带来了进一步的挑战。正在制定行业标准和互操作性方法来确保跨区块链网络和非区块链系统之间的数据交换和通信顺利进行，从而促进集成。

隐私

1. 交易的可连接性：尽管交易是匿名进行的，但它们通常与实际个人相关联。交易趋势、地址重复使用和元数据泄漏是导致交易可连接性的几个因素。链分析方法有可能通过将它们匿名化并将他们的交易与特定实体联系起来，从而损害用户的隐私和保密性。隐私币，如门罗币和 Zcash，通过使用诸如环签名、隐藏地址和零知识证明等加密技术来模糊交易数据，从而成为提高交易隐私的替代方案。
2. 平衡隐私和透明度：在隐私和透明度之间取得平衡可能很困难。区块链提供不变性和透明度，但在不损害透明度的情况下维护保密性和隐私需要仔细考虑。隐私保护智能合约、隐形地址和环签名等策略旨在增强隐私，同时不牺牲可审计性和透明度。此外，诸如零知识证明等隐私增强技术通过允许各方在不泄露敏感信息的情况下验证交易的合法性，为保护区块链交易中的隐私提供了一种有前途的方法。

运营成本

1. 高能耗：工作量证明区块链的运行成本很高，因为它们需要大量的电力。高能耗的挖矿过程引发了人们对区块链技术长期可行性的质疑，因为它会导致资源枯竭和环境退化。据估计，仅比特币挖矿使用的能源就相当于阿根廷和荷兰等整个国家的能源消耗量。正在进行研究，以创建替代的共识机制，包括权益证明和授权证明，这些机制可以在使用比工作量证明少得多的能源的情况下确保网络安全和去中心化。
2. 基础设施支出：建立和运行区块链网络的成本可能很高。对于企业和组织来说，硬件、软件开发、网络维护和合规的成本可能是进入的主要财务障碍。此外，随着区块链网络的增长，基础设施支出可能会增加，需要对基础设施能力进行持续投资以进行现代化和增强。通过云提供区块链服务和基础设施即服务提供商为建立和维护区块链网络提供了经济高效的方式，使企业能够使用区块链技术，而无需承担高昂的前期费用。

意识和理解

1. 缺乏意识：区块链技术的潜在优势在很大程度上仍然不为人知。对区块链技术的了解不足和理解力不足阻碍了它在多个行业和领域中的采用和应用。为了弥合这一知识差距并促进对区块链技术的普遍理解，教育计划、意识活动和信息共享平台至关重要。为了教育利益相关者了解区块链等技术及其应用，行业组织、大学和政府机构正在共同努力提供教育材料、培训课程和公众意识活动。
2. 误解和误解：关于区块链技术存在许多误解，这些误解可能会阻碍其采用。常见的误解包括将区块链主要与加密货币联系起来，而忽略了它在供应链管理、医疗保健和身份验证方面的更广泛含义。解决这些误解，鼓励对区块链的潜力和局限性有更细致的了解，对于支持负责任的选择和采用至关重要。思想领袖、行业专业人士和组织倡导者正在通过有针对性的营销工作、公开讨论和教育宣传活动积极努力消除围绕区块链技术的误解和误解。