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飞利信区块链技术概述和应用探讨


前言


区块链(blockchain)是潜在的产业“风口”,随着技术的成熟和应用理念的突破,可能给各个领域带来颠覆性的模式突破,促使新的业态涌现。本文基于飞利信在此领域的前期探索,对区块链技术做一简要综述,同时扼要描述飞利信在各个技术层次的关注要点和相关研发内容


1) 区块链简述


区块链本质上是特殊的分布式数据库,其主要作用是以可信模式储存信息。任何需要保存的信息,可以写入区块链也可以从中读取。允许任意(开放的区块链体系)或者按照某种约定(协议区块链体系)或管理性约束(私有区块链体系)架设服务器,加入区块链网络,成为一个节点。区块链体系没有中心节点或只存在弱化的中心节点,各节点保持平等,皆保存整个数据库。任何一个节点的数据操作都会在所有节点同步,保证区块链一致。


区块链由区块(block)组成。区块很像数据库的记录,每次写入数据,创建一个区块。每个区块包含两个部分:区块头(Head)记录当前区块的元信息;区块体(Body)记录当前写入的实际数据


区块头包含当前区块的多项元信息:时间戳、即区块体的Hash,上一个区块的Hash。比特币中使用sha-256算法,在实际应用中,可以选择满足需要的Hash。


由于每个区块的Hash各异,可以通过Hash标识区块。如果区块的内容改变Hash相应变化,因此决定了Hash的不可修改特征。该特征对区块链有重大意义。如果修改一个区块,该区块的 Hash必然改变。为了让后面的区块还能连到它,必须同时修改后面所有的区块,否则被改掉的区块脱离区块链。同时修改多个区块几乎不可能发生,除非掌握全网51%以上的计算能力。通过这种联动机制,区块链保证了自身的可靠性,数据一旦写入将无法被篡改。


由于区块链的形成机制和结构特征,其基本的适用场景:不存在以及不需要所有成员都信任或强迫接受的管理者;写入的数据不要求实时使用;足够的分布式资源等。


2) 区块链技术体系架构和飞利信技术研发的领域


广义的区块链技术,包含点对点网络设计、加密技术应用、分布式算法的实现、数据存储技术的使用等4个方面,其他的可能涉及到分布式存储、机器学习、VR、物联网、大数据等。狭义的区块链仅仅涉及到数据存储技术,数据库或文件操作等。


广义区块链技术体系架构可以分为协议层、扩展层和应用层。其中,协议层又可细分为存储层和网络层,相互独立但又不可分割。


 

协议层是飞利信区块链技术研发的引用或追随技术部分,采用技术跟踪方式与国际保持同步。该层是区块链技术基础,通常表现为一个完整的区块链产品,维护着网络节点,提供API供调用。该层构建网络环境、定义服务通道、制定节点规则。就应用技术而言,协议层主要包括网络编程、分布式算法、加密签名、数据存储技术等4个方面。


扩展层基于协议层规则面向不同应用提供支持,通过这个层面,区块链可以架构开发任何类型的产品,而不仅仅限制于金融行业。随着底层协议的完善,未来任何需要第三方支付、任何需要确权、征信和追溯的信息,都可以借助区块链来实现。该层是飞利信区块链技术研发核心层,围绕该层的研发根据飞利信提供的创新类业务需要,按照协议层规范,开发类似于计算机驱动程序的软件包,使得区块链协议获得实际应用。扩展层是保障区块链应用多样化、支持各领域创新发展的基础。


应用层提供电脑终端软件和移动设备API,是使用者的使用界面。飞利信区块链技术体系研发内容,在各类专用扩展层技术支持下,面向应用场景提供体验良好的终端软件。

 

3) 区块链的种类和飞利信关注点


区块链分为三大类:公有链、联盟链、私有链。


公有链:完全去中心化的、不受任何机构控制的区块链。公有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。通过密码学技术以及内建的经济激励维护数据库的安全。公有链目前主要用于各类虚拟货币的开发,在飞利信的业务领域(政府和企业服务)采用完全去中心化的类型较为罕见。因此,飞利信技术团队关注公有链的发展及典型应用(如各种虚拟货币),但不是飞利信技术研发的类型,只是技术跟踪的类型。


联盟链: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。联盟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。联盟链适合于金融服务、也适合与互联网+政务的各类创新业务,该类型是飞利信区块链技术研究的主要类型。


私有链: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。是指存在一定的中心化控制的区块链。私有链的可视为传统意义上的共享数据库用上某些技术方法实现数据可校验。私有链一般用作内部审计,在类似行政管理和企业ERP等场景下可能有较大应用价值。私有链的大量的场景可以对接现实世界的需求,有限的去中心化更容易达成共识,可以使服务速度更快,效率更高,并且可以提供更多受控的功能。私有链也是飞利信重要的研发类型,在严格意义上说,飞利信研发的联盟链技术可以覆盖私有链的需求,至少需要根据实际的场景做一定的定制化。

 

4) 区块链技术开发体系及飞利信的跟踪策略


区块链技术开发目前已经有丰富的开放资源,使得技术发展有了丰富的技术积累和良好的社区环境。由于技术体系差异很大,飞利信结合发展战略和关注点,采用跟进与关注并举的策略。跟进指选择能够支持飞利信区块链的业务创新需要、具有技术影响力和话语权的体系跟随发展。关注是指广泛参与各类不同技术门类的社区,了解技术动态并选择重点进行试验应用,以保持技术发展的灵活性。目前的我们关注的技术体系包括:


比特币:比特币(BitCoin)是最早也是全球最广泛使用和真正意义的去中心化区块链技术,开源技术体系值得作为经典参考。


以太坊:以太坊通过一套图灵完备的脚本语言(EthereumVirtual Machinecode,简称EVM语言)来建立应用。作为类比,比特币网络事实上是一套分布式的数据库,而以太坊则可以看作是一台分布式的计算机。以太坊是飞利信技术团队的重要关注对象。


IBM HyperLedger fabric一个带有可插入各种功能模块架构的区块链实施方案,他的目标是打造成一个由全社会来共同维护的一个超级账本。目前处于完善阶段,并没有真正商用fabric架构核心逻辑有三条:Membership、Blockchain和Chaincode。MembershipServices这项服务用来管理节点身份、隐私、保密性、可审计性。由于IBM的强大市场驱动力和话语权,该项技术也在飞利信技术团队的关注范围。


公证通Factom利用比特币的区块链技术来革新商业社会和政府部门的数据管理和数据记录方式,也可以被理解为是一个不可撤销的发布系统,系统中的数据一经发布,便不可撤销,提供了一份准确、可验证、且无法篡改的审计跟踪记录。利用区块链技术帮助各种各样应用程序的开发,包括审计系统,医疗信息记录,供应链管理,投票系统,财产契据,法律应用,金融系统等。


建立在Factom基础之上的应用程序寻求能够直接利用区块链实现追踪资产和实现合约,而不用将交易记录写入区块链,Factom在自己的架构中记录条目。跟以太坊类似,Factom系统会创造一个叫Factoids的电子币。持有Factoids意味着有权使用Factom系统。只要把Factoids转化成输入积分便有权把数据写入Factom系统中。同时运行着Factom的联邦服务器也能收获Factoids作为维护系统的回报。Factom虽然同样基于比特币网络,但却并不是之前提到侧链或染色币的技术架构,Factom只将目录区块的哈希值锚定到比特币区块链。Factom很好地解决了比特币三个核心的约束和问题,速度、成本和区块链膨胀。


由于公证通在商业和政府部门的适用性前景,目前飞利信研发团队已经基于公证通体系建立若干适应性应用场景,未来将持续发展并尽快推向实用。


5) 飞利信创新的区块链应用简介


区块链的应用不仅限于虚拟货币与金融服务,未来可能在诸多领域带来革命性的变革。以我们正在研发的几类应用为例:


互联网+政务服务:目前互联网+政务服务以流程再造,大量案例说明,跨部门流程再造事实上难以实现。考察部门间协同的问题,可以引入典型的区块链应用模型,流程间的衔接通过区块的链接即可完成。在此基础上,可以引入精准的事件回溯、服务过程评价,而且可以消除民众申报服务过程中的关键痛点:重复填报表格问题。真正提高办事效率提升用户体验。目前此项应用正在研发过程中,同时与相关地方政府加强交流,依据持续进步的技术成果探讨互联网+政务服务的创新模式。


人大/政协委员履职:通过区块链技术,可以为非现场跨和现场议案提交、文件审议和投票提供认证和不可篡改等保障,实现具有高效依法履职技术保障体系。该技术体系采用私有链模式建立,目前正在模型验证过程中。


供应链管理:引入联盟链模式建立区块链服务,为企业间的电子式业务互动提供可信交付平台,改变电子数据交换的低效和抵可信状态,实现交付过程可靠、高效及可追溯。此项技术正结合飞利信长期发展的食品追溯业务和冷链物流技术进行研发。


飞利信区块链基本定位是创新型应用技术研发和推广。未来将跟随区块链基础协议的发展,通过扩展技术建立面向行业的技术应用体系,成为推动区块链技术获得广泛应用的重要技术服务商。