区块链是基（jī）于密（mì）码学原（yuán）理而不是基于信（xìn）用，使得互（hù）联网（wǎng）上任何达成一致的交（jiāo）易双方（fāng）直接支付（fù），从而不（bú）需要第三方信用中介机构的参与。本质上，区（qū）块链是（shì）一个分布式（shì）账本（běn），一种通过去中心化、去（qù）信任的（de）方式集体维（wéi）护（hù）一个可靠数据库（kù）的技术方案，是（shì）分布式数据（jù）存储、点对点传输（shū）、共识机制、加（jiā）密算法等计算机技术（shù）的（de）新型应用模式。

　　（一（yī））区块链的基础（chǔ）架构和模式。区块链系（xì）统由数（shù）据层（céng）、网络层、共识（shí）层、激励层、合约层和应用层组（zǔ）成，包（bāo）含了（le）从（cóng）底层数（shù）据结构到共（gòng）识机制到（dào）顶层应用（yòng）协议（yì）的众多内容。其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据（jù）加（jiā）密和时间戳（chuō）等技术；网络（luò）层（céng）则包括（kuò）分布式组网（wǎng）机制、数（shù）据传播机制和数据验（yàn）证机制等；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；激（jī）励（lì）层（céng）将经济因素集成到区块链技术（shù）体系中来，主要包括经济激励的发行机制和（hé）分（fèn）配机制等；合约层主要（yào）封装各（gè）类脚本（běn）、算法和（hé）智能合约，是区块链可编程特性的基础；应用（yòng）层（céng）则封装了区块链的各（gè）种（zhǒng）应用（yòng）场景和案例。区块链系统每层分别完成一项核心功能（néng），各层之间互（hù）相配合，实现一个去（qù）中心（xīn）化（huà）的信任机制（zhì）。可以说，区块链技（jì）术最具代表性的创新（xīn）点即为基于时间戳的链式区（qū）块（kuài）结构、分布式节点的共识机制、基于（yú）共识算力的经（jīng）济激励和灵（líng）活可编（biān）程（chéng）的智能（néng）合（hé）约（yuē）。

　　按（àn）参与对（duì）象（xiàng）范（fàn）围的不同，区块链可粗（cū）略区分为公有链、联盟链和私有链。划分的标准不是参与（yǔ）节点的多少，而是（shì）整个系统中记账节点的门槛和记（jì）账权的（de）分散（sàn）度。

　　（二）区块链（liàn）的核心和关（guān）键技术。1.共（gòng）识机制。机器共（gòng）识机制即（jí）区块链节点就（jiù）区块信息达成全网一致共识的机制，是区（qū）块链的核心理（lǐ）论和技术。FLP不可（kě）能定理（lǐ）已经证明，在存在（zài）故障（zhàng）进（jìn）程的异步系统中（zhōng）不存在有限（xiàn）时（shí）间内达成“共识”理（lǐ）论解。这也意味着，理论上，在存在“女巫”节点的异步网络环境中（zhōng），不可能在有限时间内有达成一致共识的精确算法，因而必（bì）须（xū）寻找其可行的“工程（chéng）解”，而目前（qián）出现（xiàn）的在特定环境（jìng）中的各类共识机制就是求（qiú）解“工程解”具（jù）体（tǐ）算法。区块链常用（yòng）的共识机制主要包括（kuò）：PoW（Proof of Work，工作量证明）、PoS（Proof of Stake，权益证明）、DPoS（Delegate Proof of Stake，股份授（shòu）权证明）等（děng）。

　　通常，区块（kuài）链应用需要（yào）根据不同场景而选择不同共识机制（zhì），如合规监管方面是否支持超级权（quán）限（xiàn）节点对全网节点及数（shù）据（jù）进（jìn）行监管（guǎn）、交（jiāo）易达成共（gòng）识（shí）被确认的性（xìng）能效率、共识过程（chéng）中耗（hào）费（fèi）的CPU及网络输入输出和（hé）存储等计算（suàn）机资（zī）源（yuán）、防攻击防欺（qī）诈的容错能力等。事实上，只要（yào）合适的机制能保（bǎo）证记（jì）录的可靠可追溯、不同节（jiē）点具有相（xiàng）对（duì）平等的权利，则机（jī）制（zhì）的不同并不改变区块链的本质。可（kě）以（yǐ）说（shuō），共识算法的（de）创新将是推动（dòng）区块链产业化的重要力量。

　　2.数（shù）据存储。在区块链（liàn）技术中，数据以区块的方式永久储存（cún）。区块按时间顺序逐个先后生（shēng）成并连接成链，每（měi）一（yī）个区块记（jì）录了创建期间发生的所有（yǒu）交易信息。区块（kuài）的数据结构一般分为区块头（header）和区块体（body）。其中，区块头用（yòng）于链接到前一（yī）个区块并（bìng）且通过时间戳（chuō）特性保证历史（shǐ）数（shù）据（jù）的完整性；区块体则包含（hán）了经过验证的、区块创（chuàng）建过（guò）程中产生的所有（yǒu）交易信息。

　　3.网络协议。区块链网（wǎng）络协议一（yī）般采用（yòng）P2P协议，确保同一网络（luò）中的每台（tái）计算机（jī）彼此对等，各个节点共（gòng）同提供网（wǎng）络（luò）服务，不存在任何“特殊”节点。不同的区块链系（xì）统（tǒng）会（huì）根（gēn）据需要（yào）制定独自的P2P网络协议，比如比（bǐ）特币有比特币网络协（xié）议（yì），以太坊也（yě）有自己（jǐ）的网络协议。

　　4.加密算法。散列算法也叫数据摘要或者哈（hā）希（xī）算法，其原理是将一（yī）段信息转换成一个（gè）固定长度（dù）并（bìng）具备以下特点的字符串：如果某两段信息是相（xiàng）同的，那（nà）么字符也是相同的；即使（shǐ）两段信息（xī）十分相似，但只要是不同（tóng）的，那么（me）字符串将会十分杂乱随机并且两个字符串之间完全没有关联。本质（zhì）上，散列算（suàn）法的目的不（bú）是（shì）为了（le）“加密”而是为了抽取“数据特征”，当然也可以把给定数据的散列值理解（jiě）为该（gāi）数据的“指纹信息”。典（diǎn）型的散列算法包括MD5、SHA1/SHA256和SM3，其中SHA2和SM3这两种算法效率和安全性大致相当且（qiě）应（yīng）用较（jiào）为广泛。

　　非对称加密算法由对应（yīng）的一对唯一性密钥（即公开密钥和私有密（mì）钥）组成的加密方法。任何获悉用户（hù）公钥的人都可用用户的公钥对信息进行加密与用（yòng）户实现安（ān）全信息交互。由（yóu）于公钥与（yǔ）私钥之间存在的依存关（guān）系，只（zhī）有用户本身才能解密该（gāi）信（xìn）息，任何（hé）未受（shòu）授（shòu）权用户甚至信息的发送者都无法将（jiāng）此信息解密。

　　5.隐私保护（hù）。目前区块链上传输和存储的数（shù）据都是公开（kāi）可见的，仅通过（guò）“伪匿名”的（de）方式对交易双方进行一（yī）定的隐私（sī）保护。对（duì）于某些涉（shè）及大量的商业机密和利益的业务场（chǎng）景来（lái）说，数据（jù）的暴（bào）露不符合业务（wù）规则和（hé）监管要求。目前，业界普（pǔ）遍认为（wéi）零知识证明、环签名（míng）和（hé）同态加密等技术比较（jiào）有希望解决区块链的（de）隐私（sī）问题（tí）。

　　6.智能合约。智能合约（yuē）可视作一段部署在区块（kuài）链上可自动运行（háng）的（de）程序，其涵盖的范围包括编程语（yǔ）言、编（biān）译（yì）器、虚拟机、事件、状态机、容错机制等。虚拟机是区块链中智能合约的（de）运行环境。虚拟（nǐ）机不（bú）仅（jǐn）被沙（shā）箱封装起（qǐ）来（lái），事实上（shàng）它被完全隔离。也就是（shì）说运行在（zài）虚拟机内（nèi）部的代码不能接触到网络、文件系统（tǒng）或（huò）者其（qí）他进程。甚至智能合约之间也只能进行有限的调用。本质上，智能合约是一（yī）段程序（xù），存在出错的（de）可能性（xìng），甚至会引发严重问题（tí）或连锁反应，因此需要做好充（chōng）分的容错机（jī）制，通过系统化的手段（duàn），结合（hé）运行环境隔离（lí），确保（bǎo）合约在有限（xiàn）时间（jiān）内按预期执（zhí）行。