區塊鏈:美國計算機學會：區塊鏈技術到底能做什么？_玩比特幣的都是什么人啊

作者：ScottRuoti，田納西大學電氣計算機和科學系的助理教授BenKaiser，普林斯頓大學信息技術政策中心的博士生ArkadyYerukhimovich，喬治華盛頓大學的計算機科學助理教授JeremyClark，蒙特利爾Concordia信息系統工程研究所的副教授RobCunningham，軟件工程學院CERT部門的網絡保證副主任&卡內基梅隆大學網絡安全兼職教授

來源：IPFS原力區投稿

原文鏈接：https://queue.acm.org/detail.cfm?id=3376896

去年，中國央行區塊鏈研究部門發布了《區塊鏈能做什么，不能做什么》。無獨有偶，2020年美國計算機學會通訊第一期發布一篇多名技術專家聯合撰寫的深度調查文章《區塊鏈到底能做什么？》。

文章認為，作為比特幣運行的底層技術——區塊鏈，一直受到技術新聞的追捧。技術新聞讓人興奮的最大噱頭是區塊鏈技術減少，甚至完全消除人們對信任的需要。這種宣傳使得區塊鏈增強了人們的想象，人們也用想象增強了區塊鏈的能力。

事實上，信任是復雜的。區塊鏈技術確實消除了人們對信任特定的、狹窄的依賴，但是它還需要新的假設，對于特定的用例來說，這些假設可能更好，也可能更差。因此，關于區塊鏈技術的效率、安全性、成本等方面，一言難盡。

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很明顯，區塊鏈技術需要更細致的討論。企業高管、政府領導、投資者和研究人員經常會問以下三個問題：

什么是區塊鏈技術？

它提供什么功能？

有什么好應用？

《區塊鏈到底能做什么？》一文的目標是徹底地回答這些問題，提供一個區塊鏈技術的整體概述，它將天花亂墜的宣傳與現實區分開來，并為將來討論區塊鏈技術的細節提供一個有用的詞匯庫

區塊鏈技術屬性

區塊鏈技術概念的第一個大類是技術屬性，再細分為三個關鍵組：共享治理和操作、可驗證狀態和數據恢復能力。下圖1顯示了它們之間的關系。

共享治理和操作

區塊鏈技術解決了這樣一種情況：某些實體希望參與公共系統，但不相信彼此或任何第三方單獨操作系統。通過確定系統細節，然后部署網絡設備來運行系統，每個實體都可以確保正確的操作。如果出現一小部分攻擊礦工，誠實礦工可以拒絕攻擊礦工所采取的惡意行動，并保留系統的正確操作。在這方面，區塊鏈技術提供了廣泛的信任，在這種信任中，礦工集體是值得信任的。這常常被給予不恰當的信任——信任仍然存在，但已被去中心化。

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共享操作通過共識協議來實現，這些協議被礦工用來就系統執行哪些操作達成一致。這里提到的事務，有時聽起來像金融交易——價值從一個賬戶轉移到另一個——但一般來說像是一個要求：在一組交易中給出的輸入上執行一個特定的功能。共享治理存在于有效處理是什么樣的和系統如何運作。共享操作意味著每個礦工驗證交易，礦工之間的共識用于確保只有正確的有效交易輸出被寫入到區塊鏈系統。

區塊鏈系統可以分為去中心化治理和聯盟治理兩大類。

可驗證狀態

實體采用區塊鏈技術，是因為他們希望他們的信任能根植于系統中。為了實現這種信任，礦工將所有交易寫入一個經過加密驗證的只允許追加的賬本，提供完整的系統來源，并允許礦工審計系統的當前狀態和過去的操作。

包括比特幣在內的許多系統中，這種賬本通常被稱為區塊鏈。在賬本中，所有的交易都是嚴格有序的，在達成一致意見后，這種有序從未改變，交易也從未被取消。因此，從第一個區塊開始，所有礦工將以相同的順序處理所有交易，并達到整個系統的當前狀態是相同的。

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數據恢復能力

如果賬本存儲在一個單獨的位置，所有各方都可以檢測到數據的刪除或修改，但不能保證數據可以被恢復。使用區塊鏈技術，所有礦工之間可以復制賬本內容，以解決單點故障。當確實需要恢復數據時——例如，如果某個礦工的賬本損壞了，或者有新的礦工連接——可以驗證復制的數據，以確保它正確地表示系統狀態。

一些區塊鏈系統試圖限制任何被給的礦工需要復制的數據量，方法是對數據進行分片，以及分配礦工僅為系統的一個子集來管理和操作。這就是分片技術，數據的各個部分稱之為分片。分片可以極大地減少礦工需要存儲的數據量，同時還可以提高共識協議的性能，共識協議通常根據礦工的數量進行擴展。盡管如此，共識還是增加了審計整個系統的復雜性。此外，通過減少負責任何給定交易的礦工數量，分片可以減少攻擊所需的礦工數量，以欺騙終端客戶某個交易的存在。

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區塊鏈的功能

這里定義了在系統設計中使用區塊鏈技術來實現的高級功能。區塊鏈技術的三個核心功能在《上篇》中已經描述過了：

共享治理和操作；

可驗證狀態；

數據丟失的恢復能力。

在編碼中，我們確定了11個附加功能。(在圖2中，這些功能是用顏色編碼的：紫色表示功能；藍色表示技術性能；綠色表示技術元素。箭頭表示目標取決于源。

出處和審核性

區塊鏈系統提供了所有交易的完整歷史，這些交易都是由協商一致流程(即完整系統出處)。礦工可以使用這些信息來審計系統，并確保系統始終遵循適當的規則。此外，非礦工可以使用這些信息來驗證系統是否得到了正確的治理和操作。

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如果交易用于存儲有關數字或現實資源的信息，則必須將這些資源在鏈上標識。區塊鏈系統的出處信息也可以用來提供這些資源的審計信息。這可以用于跟蹤鏈外物理資產、鏈外數字資產或數字鏈上資產。訪問控制和假名存儲在區塊鏈系統中的數據可能有一些限制，用戶可以將其用作交易的輸入，也可以將其作為交易的一部分進行修改。例如，只有在資產所有者批準其使用的情況下，金融資產才應該是交易的有效輸入。提供此功能的一種方法是在賬本中存儲訪問控制列表(acl)，并讓適當的用戶向礦工證明他們的身份(例如，使用Kerberos或OAuth2.0)，作為交易驗證過程的一部分。

更常見的是，區塊鏈系統中的訪問控制以密碼方式實現：數據在創建時與公鑰相關聯，并且僅將能夠證明其知識的用戶授予使用或修改該數據作為交易一部分的能力。相應的私鑰。可以通過將數據與新的公鑰相關聯來擴展或轉讓數據的所有權。

基于密鑰(而不是基于acl)的數據所有權還有另一個優點：它允許使用匿名擁有和使用數據。然而，這需要在系統設計中仔細注意使用適當的加密技術來避免將真實世界的個人與其密鑰和操作聯系起來。這仍然是一個懸而未決的問題。

自動執行

在通用的區塊鏈系統中，可以使用存儲一組函數代碼和合約初始狀態的交易來部署智能合約或去中心化應用程序。然后可以在后續交易中調用這些函數。函數本身由礦工執行，輸出通過共識協議進行驗證。任何實體都可以執行任何函數，但是如果調用該函數的條件不是區塊鏈所希望的，則該函數可能被編程為失敗。腳本語言的計算能力因系統而異，并且有許多細微的差別可以確保函數可以由每個礦工及時地確定地執行。比特幣以其有限的腳本語言而聞名，除了金融交易，它幾乎不支持其他功能，而Ethereum則致力于提供能夠進行一般計算的非常詳細的合約代碼。

數據的可發現性

如果允許用戶讀取存儲在區塊鏈系統中的任何記錄，則可以搜索感興趣的記錄。這種功能與只讀數據庫所提供的功能并無二異，但是在綜述的文獻中仍然經常討論它。

挑戰與局限

區塊鏈的挑戰和局限主要體現在以下幾個方面：

可擴展性和性能：去中心化治理的開銷和POW能耗

鏈上的正確性：所有的代碼都有bug，智能合約也不例外。

鏈下標記：鏈下的實物資產如何跟蹤和標記？

安全：去中心化的性質更易受到攻擊

隱私和匿名：用戶匿名

易用性：區塊鏈系統要求用戶存儲，管理和保護加密密鑰。眾所周知，此要求對大多數用戶來說是一個重大障礙。

應用案例

行業和政府可以在許多需要共享治理、可驗證狀態和/或數據丟失恢復能力的案例中應用區塊鏈技術。

金融

區塊鏈在金融方面的案例主要體現在以下幾個方面：

數字貨幣和支付：財團治理

資產交易：去中心化交易

市場和拍賣：使用區塊鏈進行交易和拍賣

保險與期貨：以區塊鏈作為時間基準

處罰，補救措施和制裁：法律合同

數據存儲和共享

區塊鏈在數據存儲和共享方面的案例主要體現在以下幾個方面：

資產追蹤：企業之間協作的通用環境

身份和密鑰管理：人即資產

防篡改記錄存儲：鏈下存儲，鏈上追蹤

其他案例

區塊鏈的其它案例：

共享治理：電子投票和表決

公平仲裁：賭博和游戲

總結

歸根結底，區塊鏈技術并不是萬能的，但是當系統的開銷對于需求來說是合理時，它是一個有用的工具。如何判斷自己的業務或系統是否需要區塊鏈？一個好的開始是提出以下問題：

1.系統是否需要共享治理?

2.系統是否需要共享操作?

如果這兩個問題的答案都是否定的，那么沒有必要使用區塊鏈技術了；

如果兩個回答都是肯定的，那么區塊鏈將是最佳選擇；

如果只有一個答案是肯定的——如果只需要共享治理或共享操作，而不是兩者都需要——那么應該考慮另外兩個問題:

3.有必要審查系統中交易的出處嗎?

4.是否有必要防止惡意數據刪除?

如果可審核性和數據復制是關鍵，則應該考慮區塊鏈技術。這是因為有意義的共享治理和操作要求礦工審計其他人的操作，并能夠恢復惡意礦工可能試圖刪除的數據。

盡管區塊鏈技術不能解決其支持者所聲稱的所有問題，但它仍然是一項有意義的技術，將繼續在工業中使用，值得進一步研究和試驗。

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