區塊鏈技術問題及解決

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區塊鏈技術問題及解決范文第1篇

為何一個比特幣的底層技術會釋放出如此巨大的聯動效應？有人把它與印刷術的發明相媲美，它能夠標志著下一個數字時代（價值互聯網）的來臨。區塊鏈（Block Chain）到底具有什么特征，為啥說它有分布式社會賬本功能？它與傳統互聯網技術有什么聯系？它對社會、企業的財務運行、商業模式有何影響，又對會計核算、審計業務有什么創新，企業應該采取什么應對策略？

預測未來的最好方式是創造未來，生活在未來之中。本刊擬請上海大學管理學院管理會計與信息化中心主任許金葉撰寫《區塊鏈：引領財會革新的邏輯》系列文章，以期拋磚引玉，引起社會各界對區塊鏈中財務創新與會計問題的關注與探討；同時，也歡迎有見解的作者投稿，本刊將優先發表。

【摘 要】 隨著物聯網、大數據、云計算、移動終端四大技術的落地、發展及壯大，數字貨幣的底層信息技術――區塊鏈（Block Chain）得到世界各國廣泛的重視。正本清源，借鑒科技發展三大動力結構理論，從信息技術、社會經濟及其思維三個維度來探索區塊鏈產生的根源。認為區塊鏈本質是現代數據庫技術、現代密碼學、網絡管理激勵機制的集成，是一門集現代信息技術、數學、金融學、法學等學科為一體，解決人與人之間信任問題的科學，從而為未來闡述區塊鏈將引領財務業務創新與會計核算革命提供邏輯基礎。

【關鍵詞】 區塊鏈； 數據庫技術； 密碼學； 激勵機制

【中圖分類號】 TP309.7；F275.2 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1004-5937（2017）13-0132-05

引 言

當前，區塊鏈技術不僅在金融領域的應用逐漸成熟，而且在物流追溯、資產轉移及合約管理、身份論證、選舉投票等領域中應用。以比特幣、以太幣為首的數字貨幣在金融等各領域應用，標志著信息互聯網時代向價值互聯網時代轉變。為何數字貨幣的底層技術（區塊鏈）會釋放出如此巨大的聯動效應？有人甚至把它與社會發展史上印刷術發明的作用相媲美。那么，區塊鏈（Block Chain）因何而生？^塊鏈是什么技術，有何種特征？為何說具有分布式社會賬本功能？區塊鏈對社會和企業的財務運行、商業模式有何影響，又對會計核算、審計業務有什么創新，企業應該采取什么應對策略？本文就此作一分析。

一、區塊鏈發展的三大動力結構：經濟全球化需求、現代信息技術推動、社會認識轉型三者聯動的必然

除了細菌、古細菌、原生生物三類單細胞有機體，加上菌類、植物和動物共六類物種外，科技產物（人造物）被稱為地球上第七類物種?？萍寂c前面生物共同具有基本屬性。針對當前出現的“機械系統在生命化，生命系統在機器化”的現象，人們對科技的本源、發展軌跡與動因非常關注。本文借鑒《失控》作者凱文?凱利在新作《科技想要什么》中提出科技發展三大動力要素來解釋區塊鏈技術的發展動因[1]。凱文?凱利闡釋了科技發展的三大動力要素，以科技自身結構的需求解釋了科技發展的必然性，以科技內部發展的引力解釋科技進步的偶然性，以人類社會在開發科技選擇時的集體意識解釋科技發展的開放性。

（一）經濟全球化需要解決的信息技術問題：區塊鏈發展的自身結構需求

經濟全球化（Economic Globalization）是當今世界經濟繁榮發展的重要標簽，各國經濟均朝著全球化趨勢發展。經濟全球化是指在全球范圍內使用和配置勞動力、資本、技術、服務等經濟資源，以完成社會生產、分配、交流和消費等經濟行為。經濟全球化主要表現為市場、生產、資金、金融、科技及信息傳播等多領域的全球化，而多領域全方位的全球化經濟正迫切需要業務實施的實時性。實時性一方面要求在交易時間上的及時性，但是事實上，目前資金、資產的轉移需要通過第三方機構，而且由于各國機構的管理差異，造成了交易時間與成本的增加。另一方面，實時性要求信息的真實性，這直接影響經濟業務的開展與決策。這些經濟問題的本質是分離均衡問題，正在發展的區塊鏈技術能夠有效解決分離均衡問題。

1.分離均衡：制約經濟全球化發展的核心問題

均衡是指一種平衡的狀態，均衡不代表著絕對平均，而是一種相互依存的狀態，又或者是一種邏輯關系，例如力學中的穩定與平衡。類似的，均衡的概念被經濟學家引用到經濟領域，經濟學中的均衡是指經濟體系中各經濟單位或變量相互制約，沒有任何“變革動機”而形成的一種穩定狀態。經濟均衡的理論是源于西方經濟學的基礎理論，可用來解釋宏、微觀的經濟問題。作為一個被廣泛采用的分析性工具，經濟均衡理論在社會科學的各個研究領域中具有獨一無二的地位。分離均衡也是經濟學分析中常用的概念，約瑟夫?斯蒂格利茨（Joseph Stiglitz）[2]與邁克爾?斯賓塞（Michael Spence）[3]對分離均衡的研究頗有建樹。簡單而言，分離均衡是指不同的經濟單位利用信息傳遞機制分離到不同領域，或者不同的經濟單位通過信息傳遞機制匯聚到同一領域的過程，最終達到一種穩定狀態，任何參與方無法輕易改變這種形成機制。

在資源面前，人人平等。每一個企業或組織都想用自己最大的力量去創造財富，但是有限的資源不能被無限制地瓜分，每一個企業或組織應當合理配置資源并利用資源去創造更多資源。因此，企業管理面臨兩個基本問題：一是如何優化企業資源配置；二是如何激發企業資源的有效性。分離均衡理論可以用來解決企業管理中的這兩大難題，即利用信息傳遞機制使企業資源達到穩定和最優的狀態。例如，利益分配的不合理是企業關系處理中普遍存在的問題，處理利益均衡問題就需要利用信息來區分它們從而實現分離均衡。均衡問題在經濟全球化中表現更加突出，例如經濟全球化直接的需要是業務的實時有效執行，然而在交易時間上，資金、資產的轉移需要通過第三方機構，而且，各個國家的機構管理差異，造成時間與成本的增加。同時，信息的真實性也直接影響經濟業務的開展與決策。

2.信息不完全、信息不對稱、信息不實時造成分離不均衡

在西方經濟學理論中，已經有學者證明，當信息完全對稱時，企業能夠實現資源配置的最優化，使得企業資源創造出最大收益。以次類推，在企業管理中，信息的不完全性、非對稱性、信息的實時有效性同樣影響企業績效是否達到了最優。信息的不完全性會導致管理者難以預測未知的變化，從而在執行業務的過程中一旦出現突發狀況，則難以控制和及時應對。在企業的組織管理中，信息不對稱性是指參與業務的雙方由于制度或其他因素不能徹底實現信息共享，導致其中一方不知道另一方擁有的信息及信息的真假，容易造成逆向選擇等問題。

3.解決信息分離均衡呼喚區塊鏈技術

解決信息分享均衡問題需要經濟業務實時產生，傳遞與共享真實的信息，互聯網下雖提供了巨量信息，但也表現出信息超載、泛濫的問題。這些問題需要新的信息技術來解決，而區塊鏈技術恰是適應這種需求而誕生的。

（二）現代信息技術發展的推動力：區塊鏈技術進步的偶然性

現代信息技術是以互聯網（Internet）為核心的信息技術?；ヂ摼W的本質是網絡（Web），網及網絡廣泛存在于自然界?；ヂ摼W技術主要采用超文本和超媒體的信息組織方式，將信息擴展到整個網絡以實現信息的互聯。以互聯網技術為核心的現代信息技術有兩個主要特點：一是連接，主要表現為人與人之間的連接（互聯網），還表現為人與物的連接，以及與物與物的連接（物聯網）；二是信息傳遞，信息傳遞的發展經過三個階段：單向信息傳遞的Web 1.0大門戶時代、雙向信息傳輸的Web 2.0互動時代，以及個性化信息集成的Web 3.0智能時代。現在的互聯網技術已經能夠基于平臺實現個性信息整合。

從互聯網到物聯網，信息產生的內容從結構化數據到非結構化數據（大數據），信息產生的主體從人到物，信息產生的方式從手動到自動，信息性質逐漸呈現真實性。但是，信息的收集、存儲及傳輸仍然飽受不安全、不真實的困擾，這需要互聯網信息技術內部尋求解決這個問題的可能辦法。

（三）分布式群體智慧：區塊鏈產生的社會思維

提及區塊鏈，人們提到最多的詞匯是“去中心化”，但是區塊鏈的核心思維應該是分布式群體智慧的思想。人們想到“去中心化”主要是因為人們飽受互聯網發展過程中“中心化媒介”對個體隱私侵害。實際上，區塊鏈的貢獻不僅是“去中心化”思想，還是分布式群體智慧。分布式群體智慧主要是人類認識思維從還原性思維向復雜性思維轉變的結果。

人類認識世界的思維主要有兩種方向：一種方向沿著分解、細化、深入的思維，即還原性理論；另一種方向沿著綜合、集體、組成的思維，即復雜性理論。還原論推崇簡單性規律，主張任何現象均能夠經分解、細化、深入等程序推導出一系列的基本組成因子，隨著對這些基本因子研究的深入，一步一步還原出表面現象的內涵。復雜性理論是一門研究復雜現象的理論，這些現象具有非線性、不確定性、時間不可逆性、自組織性、涌現性等特點?；谶€原理論上“高效源于控制”的思想向基于復雜理論上“高效源于無為（失控）”的思維轉變，這個道理，后面的系列文章中將不斷涉及，由于篇幅問題，論文不展開。實際上匯流成河、積沙成塔等道理都是分布式群體智慧的反映，區塊鏈中的分布式群體智慧有助于解決交易中的“公信力”問題。

二、區塊鏈是各項信息技術的C合體

（一）數字貨幣的底層技術：區塊鏈產生簡史

雖然杰出數學家戴維?查姆在1993年就提出eCach數字化支付系統，并創建荷蘭公司進行運營，但是，最終因為在線購物客們不關心個人隱私的泄露和安全問題，在1998年最終破產。eCach數字化支付系統一度受到冷落。針對澳大利亞企業家James A Donald對不需要第三方權威認證、點對點網絡的eCach支付系統的質疑，在2008年11月1日深夜2點10分，Satoshi Nakamoto（中本聰）給他回復了一封《比特幣：一種點對點電子現金系統》的郵件。這封郵件簡潔、優雅地闡述了eCach支付系統的五個主要特性[4]：可以用點對點的網絡解決雙重支付問題；沒有類似鑄幣一級的第三方的信任機構；使用者可以完全匿名；可以用哈希現金形式的“工作量證明”來制造新的貨幣；用以制造新的貨幣的“工作量證明”同樣可以用來預防雙重支付。

《比特幣：一種點對點的電子現金系統》一文得到黑客及金融社會的廣泛重視，比特幣、以太幣等數字貨幣得到迅速應用，這也標志著價值互聯網的到來。因《比特幣：一種點對點電子現金系統》而聞名的中本聰獲得2016年諾貝爾獎的提名。

那么，《比特幣：一種點對點的電子現金系統》到底解決了什么信息問題，為何數字貨幣的底層技術（區塊鏈）可以具有eCach支付系統的五個特性？論文認為探討區塊鏈技術能夠在金融領域、物流追溯、資產轉移及合約管理、身份論證、選舉投票等各個領域中廣泛應用的原因之前，必須清晰區塊鏈是什么。論文認為區塊鏈=現代信息技術+現代密碼學+網絡管理激勵機制。也就是說，區塊鏈是現代信息技術、現代密碼學、網絡管理激勵機制的集成，是一門集信息技術、數學、金融學、法學等學科為一體，解決人與人之間信任問題的科學。

（二）加密、序時鏈接的分布式數據庫：數據庫技術在區塊鏈中的發展

1.數據庫技術發展簡史

數據庫（Database）是信息技術的核心，主要用來采集、存儲和管理數據，是進行數據加工和信息傳遞的基礎。根據數據模型的特征，數據庫技術的發展歷程分為網狀數據庫（又稱層次數據庫）時代、關系數據庫時代和面向對象數據庫時代。

（1）網狀數據庫（層次數據庫）

網狀數據庫（層次數據庫）解決了集成數據的存儲問題，為現代數據庫技術的發展奠定了基礎。網狀數據庫利用存儲路徑表明數據與數據之間的關系，這些存儲路徑既能在一定程度上保證數據和程序的物理獨立性，又能保證一定的邏輯獨立性，可以有效促成數據的集成與共享。但是，網狀數據庫（層次數據庫）中需確切表明數據的存儲路徑，因此也導致了此類數據庫在數據獨立性和抽象性方面的不足。

（2）關系數據庫

Codd E F[5]首次以數學理論為出發點提出了關系模型的概念，列示了衡量關系型系統的十二條標準，用數學理論奠定了關系數據庫的基礎。隨后，霍尼韋爾公司（Honeywell）研發了世界上第一個商用的關系數據庫系統，并在之后的誕生了與關系型數據庫相對應的結構化查詢語言（Structured Query Language，簡稱SQL），以標準的計算機編程語句為基礎，集成并實現了數據庫生命周期中的全部操作，能夠接受用戶的行動指令，而用戶不需要給出具體的步驟指令，即可實現查詢、操縱、定義和控制等功能。關系型數據庫不僅能夠解決數據的集成與共享，也能解決數據的獨立性與抽象性問題。同時，關系數據庫以嚴格的數學和邏輯學為基礎，界面簡潔，容易理解和操作。不足的是，關系數據庫無法解決更為復雜的數據結構。

（3）面向對象數據庫

隨著科技的不斷進步，關系型數據庫已經不能滿足各領域對數據庫技術的要求，于是在20世紀80年代，面向對象數據庫技術應運而生，也標志著第三代數據庫系統時代的到來。第三代數據庫系統在集成第二代數據庫系統技術的基礎上，結合了多種信息技術，支持關系模型和面向對象模型等多種數據結構，普遍應用于各大領域。面向對象數據庫支持標準網絡協議和數據庫語言標準，能夠實現對數據、知識和對象的有效管理，具有優良的兼容性、可移植性與可擴展性等特性。不足的是，這種數據庫采用了更為復雜的技術取代了原來的關系型數據庫，查詢語句十分復雜，加大了使用者的更新成本和學習成本。

2.加密、序時鏈接的分布式數據庫

區塊鏈技術是加密、序時鏈接的分布式數據庫技術。其中加密、序時鏈接在下文展開分析，這里僅介紹區塊鏈數據庫技術是分布式數據庫技術。

信息的本質和來源在不斷變化，伴隨著Internet與國際電子商務的發展推動分布式數據庫技術產生。物聯網下數據的復雜度和數據量都在迅速增長，傳統的數據庫技術已經不能滿足人們的更高要求，傳統數據集中式存儲在單個計算機上，系統不安全且不靈活，不能夠隨時適應用戶的需要。分布式數據庫技術是數據庫技術（并行數據庫技術、Web數據庫技術等）與計算機網絡技術（大數據挖掘與商務智能技術、聯機分析技術、內容管理技術等）結合的產物[6]。分布式數據庫技術將分散各地的數據庫系統通過網絡連接起來，形成一個似集中數據庫。分布式數據庫技術具有局部數據庫和整體數據庫的概念，不僅能夠對數據進行全局管理，又能夠保證各點自主管理數據。數據具有獨立性和透明性，除了處理數據的能源花費大外，數據的安全性和保密性問題較大。

三、哈希（Hash）函數及其算法：區塊鏈中的密碼學

（一）哈希（Hash）函怠―密碼學的“瑞士軍刀”

信息有極大的價值，尤其在軍事領域中，信息加密與解密具有重要的價值。“凱撒密碼”、二戰中的“恩尼格瑪密碼機”、戚繼光之反切碼、二戰中池步洲與山本五十六之死等都是著名的信息密碼故事。密碼學是一門研究能夠將可識別的正常信息轉換成不可識別的隱秘信息用以傳播，同時又能將不可識別的信息還原成正常信息的方法和原理的科學。最原始的加密的方法是手工加密，需要人工破譯。隨著科技的進步，不斷實現了機械加密、現代密碼加密和數據加密[7]。哈希（Hash）函數是密碼學中的高級手段，具有三個特性：其輸入可為任意大小的字符串；能產生固定大小的輸出；能夠進行有效的計算（哈希值計算的復雜度為0（n））。

哈希（Hash）函數之所以被稱為密碼學中的“瑞士軍刀”，關鍵是因為哈希（Hash）函數能夠滿足密碼安全需要的三個標準：

（1）碰撞阻力：如果無法找到兩個值，x和y，而x≠y，則H（x）=H（y），稱哈希函數H具有碰撞阻力。

（2）隱秘性：哈希函數H具有隱秘性，當其輸入r選自一個高階最小熵的概率分布，在給定H（r/x）條件下，得出x的值是不可行的。

（3）謎題友好：如果對于任意n位輸出值，假定k選自高階最小熵分布，如果無法找到一個可行的方法，在比2n 小很多時間內找到x，保證H（r/x）=y成立，那么，哈希函數H為謎題友好。

（二）數據的加密、序時存儲與通信：區塊鏈中的密碼學

當密碼與數據庫結合在一起時，此類數據庫俗稱是可定義的數據庫。隨著數據庫技術的發展，根據管理的需要可以對數據庫進行定義，也就是可定義的數據庫。區塊鏈中的數據庫就是應用密碼學來進行定義的數據庫。

區塊鏈以區塊為單位組織數據，區塊是一種記錄交易的數據庫，以加密的方式存儲網絡上所有的交易記錄。每個區塊由區塊頭和區塊主體組成。區塊主體只負責記錄前一段時間內的所有交易信息，區塊鏈的大部分功能都由區塊頭實現。區塊頭履行數據庫的加密、序時存儲及通信的義務，由以下方面的內容組成：

（1）版本號，標示軟件及協議的相關版本信息。

（2）父區塊哈希值，運用哈希值使得每個區塊首尾相連，形成了區塊鏈，并且哈希值對區塊鏈的安全性起到了至關重要的作用。

（3）Merkle根，由區塊主體中所有交易的哈希值再逐級兩兩哈希計算得出，用于測試某筆交易在區塊中的真實性。

（4）時間戳，記錄該區塊產生的時間，精確到秒。

（5）難度值，指該區塊相關數學題的難度系數。

（6）隨機數（Nonce），記錄解密該區塊相關數學題的答案值。

區塊鏈的形成主要過程如下：把在本地內存中的交易信息記錄到區塊主體中，在區塊主體中生成此區塊中所有交易信息的Merkle樹，把Merkle樹根的值保存在區塊頭中；把上一個剛剛生成區塊的區塊頭數據通過SHA256 算法生成一個哈希值填入到當前區塊的父哈希值中；把當前時間保存在時間戳字段中；在當前區塊加入區塊鏈后，各節點就會立即開始生成下一個區塊[8]。難度值字段會根據之前一段時間區塊的平均生成時間進行調整以應對整個網絡不斷變化的整體計算總量，如果計算總量增長了，則系統會調高數學題的難度值，使得預期完成下一個區塊的時間依然在一定時間內。

時間戳不僅能夠準確記錄文件創建的時間，更重要的是能夠準確反映文件創建的先后順序。數據庫對一份文件進行確認，時間戳服務器必須包括指向之前文件確認的哈希指針，當前時間和文件內容本身，并用這三條信息來對文件進行簽名。時間戳保證了文件的真實性，確保了文件內容不會被其他節點篡改，文件存儲的順序也被保存下來。

四、網絡管理激勵機制：區塊鏈的網絡f議

群體智慧的結晶往往大于局部的力量，但是，并非所有的部分湊合在一起就能夠大于群體。究竟是“三個臭皮匠大于諸葛亮”還是“三個和尚無水喝”，這需要視情況而定。在企業管理中，容易出現“三個和尚無水喝”的困難。如何促使部分總和超過整體，就是區塊鏈技術與管理技術結合的結晶：通過網絡協議（個體遵循一定的規則），通過“共信力”來解決“公信力”的問題，實現網絡管理激勵機制。

（一）網絡通信協議：各個節點的通信規則

網絡最早產生于美國軍事的阿帕網（ARPA）?；诎⑴辆W的大部分電腦相互之間不兼容，不僅單機上任務不能共享，而且單機之間難于通過接口信號處理機實現互聯。為解決“資源共享”的目標，有必要建立所有電腦共同都必須遵守的標準，即網絡協議。網絡協議實質是一種規則，規定了網絡上各節點進行網絡通信的規則，每一臺計算機必須遵守網絡協議才能與因特網聯通。其中，TCP傳輸協議和UDP用戶數據報協議是兩個廣為使用的因特網協議。一般而言，TCP/IP協議分為網絡接口層、網絡層、傳輸層、應用層4個層次。在進行數據傳送時，每一層可以直接聯系它的上下層進行數據傳輸，并可借助上下層網絡以滿足本層的要求。

（二）點對點價值傳輸協議

區塊鏈技術支持點對點的網絡。每個節點都是平等的，沒有等級差異。任何節點都可以隨時參與協議，能夠隨時與其他節點連接，這些節點構成一個隨機的網絡拓撲結構，共同遵循點對點價值傳輸協議。點對點價值傳輸協議是充滿技術特質的協議，比如需要遵循泛洪算法；比特幣點對點價值傳輸協議是一個開源協議。同時，各個節點的資產必須能夠數字化，能夠形成智能資產，參與“智能合約”。

（三）網絡節點整體行為的管理激勵

由于區塊鏈所支持的點對點的隨機網絡，各個節點參與整體合作網絡的原則是“平等”與“民主”，只能依靠“利益”驅動而不能夠用“棍棒”約束。這就是網絡節點整體合作行為的管理激勵。合作要形成穩定的均衡需要一定的條件，這就要求所設計的“挖礦”算法不僅能夠激勵各個節點積極參與價值傳輸活動的記賬活動，同時，又要防止任何節點難于操控共識形成的過程。當前，比較流行的是權益證明機制和工作量證明機制。

結 語

本文從源頭上分析了區塊鏈技術發展的三大動力要素，以經濟全球化趨勢解釋區塊鏈發展的自身需求、以現代信息技術的進步解釋區塊鏈技術的偶然性、以社會認識轉型解釋區塊鏈發展的開放性。區塊鏈的本質是現代信息技術、現代密碼學、網絡管理激勵機制的集成，是一門集信息技術、數學、金融學、法學等學科為一體，主要用于解決人與人之間信任問題的科學。區塊鏈技術的應用已從金融領域逐步引入各領域，將在物流追溯、資產轉移及合約管理、身份論證、選舉投票等領域中廣泛應用，未來必引領財務業務創新與會計核算革命。

【參考文獻】

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[2] STIGLITZ J E，et al. Credit Rationing in Market with Imperfect Information[J]. The American Economic Review，1981，71（3）：393-410.

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[5] CODD E F. A relational model of data for large shared data banks[J].MD computing Computers in Medical Practice，1998，15（3）：162-166.

[6] 楊東，謝菲，楊曉剛，等.分布式數據庫技術的研究與實現[J].電子科學技術，2015（1）：87-94.