分布式账本技术：其前景和潜力

您可能知道区块链是比特币、以太坊和其他加密货币背后的技术。 但有没有想过区块链背后的技术是什么？ 这称为分布式账本技术（DLT）。

与传统数据库不同，在 DLT 中，数据分布在多个节点或计算机上，而不是存储在中央数据库中。 每个节点都会记录并验证每笔交易，无论是注册表等静态数据还是金融交易等动态数据。

因此，DLT 不存在单点控制或单点故障。 这种去中心化的性质可以实现安全、透明和防篡改的记录保存。

如今，DLT 正在改写任何商业交易的传统概念，并在银行、金融、供应链管理和医疗保健行业得到应用。 它是去中心化身份解决方案和区块链平台等未来创新的基石。

分布式账本技术的历史

人们通常认为 2009 年比特币的推出是 DLT 的起点。 然而，支持 DLT 的想法和技术早在比特币出现之前就已经存在了。

从账本到去中心化的分布式账本

自古以来，账本一直是商业的核心。 人们记录他们的金钱和资产，从泥板和纸莎草到牛皮纸和纸张。 计算机化将这种记录保存过程从纸张转移到数字分类账中的位和字节。

快速发展，数据库管理系统和分布式计算的进步提供了便利和速度。 它允许跨地域共享数据库。

分类账需要一个中央机构来验证其记录的每个数据（无论是数字数据还是纸质数据）的真实性。 例如，银行验证相关实体之间的所有交易。 公司通常有系统管理员来管理他们的数据库。

此类集中式数据库即使分布在不同地点，也容易受到单点故障、数据泄露以及中央机构潜在操纵的影响。 它导致效率低下并增加了交易成本。 DLT 概念的出现就是为了解决这些问题。

推动 DLT 崛起的概念和技术进步

从 20 世纪 70 年代开始，密码学和计算领域的多项技术突破使 DLT 成为可能。

1976 年，Whitfield Diffie 和 Martin Hellman 奠定了公钥密码学的基础，这是当今 DLT 中使用的数据加密和解密背后的基本技术。

1982 年，学者 Leslie Lamport、Robert Shostak 和 Marshall Pease 撰写了一篇名为《拜占庭将军问题》的开创性论文，为 DLT 提供了概念基础。 兰波特等人。 说明了当某些参与者可能是恶意或不可靠时在分布式系统中达成共识的挑战。 他们详细介绍了克服计算机网络中故障组件的简单算法； 有故障的设备可能会向系统的不同部分发送冲突的信息。

随后，许多学者针对计算机系统如何在对抗环境中处理冲突信息的问题提出了不同的解决方案。 这导致了不同共识机制的发展，这些机制现在用于没有中央权威的分布式账本系统。

DLT 的另一个重大推动发生在 1991 年。Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 提出了一种系统，通过加密安全的区块链为数字文档添加时间戳。 他们的解决方案是区块链概念的先驱。

然而，在比特币及其底层区块链技术推出之前，这些概念和算法很少受到关注。 如何通过比特币使用 DLT 的实际演示将该技术带到了最前沿。 它吸引了大量投资，导致 DLT 系统类型和应用快速发展。

如今，DLT 的应用已经远远超出了加密货币的范围，从供应链管理、医疗保健和数字身份到去中心化金融 (DeFi) 和不可替代代币 (NFT)。

分布式账本技术如何运作

如前所述，DLT 通过称为节点的计算机网络运行。 这些位于多个位置的节点共同维护一个共享且同步的交易或数据数字数据库。

存储这些交易的数据结构通常被组织成块（在区块链的情况下）或某种其他合适的格式。 以下是 DLT 工作原理的总体概述。

发起交易

参与节点创建要添加到分类账的新交易。 新的交易详细信息使用公钥加密来保护，以创建交易的唯一数字加密签名。 该数字签名包括公钥（与其他节点共享以验证数据）和私钥。 当新的交易被创建时，请求被发送到分布式 P2P 网络中的其他节点来验证它。

验证交易数据

一旦节点收到请求，每个节点都会独立工作以检查交易的有效性。 他们使用交易发起者共享的公钥来解密交易的数字签名，并根据预定义的规则对其进行验证。

就交易有效性达成共识

一旦经过验证，节点就会共同努力就交易的有效性达成共识。 他们采用他们商定的共识算法。 这确保了分类账上的所有交易副本都是相同的。

以比特币挖矿为例。 节点采用 PoW 机制，通常称为挖矿，其中包括解决复杂的数学难题来验证新的比特币区块并将其添加到比特币区块链分类账中。

将已验证的交易添加到数据库

一旦交易被验证，它就会被附加到分类账并分布在所有节点上，从而更新分类账的状态。 分布式账本网络中的节点如果不再次遵循相同的共识机制，就无法更改或更新交易细节。 这确保了账本的不变性和完整性。

这是区块链分类账如何工作的直观表示。

分布式账本技术的类型

根据所使用的底层技术和提供的分布式账本访问权限，DLT 有不同类型。 每个都具有独特的优势并适合特定的用例。 让我们详细了解这些 DLT 类型。

基于访问控制的 3 种 DLT

基于谁可以参与分布式账本网络的三种类型的 DLT 是：

• 许可的分布式账本技术
• 无需许可的分布式账本技术
• 混合分布式账本技术

1. 许可或私有DLT

许可账本要求参与者在加入网络之前获得批准。 授权节点维护账本。 获得许可的平台可以更快地验证交易并提供更好的隐私。

例如，Facebook 的 Diem 稳定币项目（以前称为 Libra）就是一个经过许可的 DLT。 只有 Diem 协会的成员才被授予验证权限。 另一个例子是超级账本结构，这是 Linux 基金会专为企业使用而设计的开源区块链。

2. 无需许可或公开的 DLT

在无需许可的分布式账本中，任何人都可以未经批准加入网络，即它是公开的。 账本由公共网络中的节点之间的协作操作来维护，并且每个人都可以访问。 比特币、以太坊和莱特币区块链都是公共分布式账本技术的例子。

3. 混合分布式账本技术

这种类型的 DLT 结合了许可分布式账本系统的隐私优势和无许可分布式账本系统的透明度。 混合 DLT 为企业提供了极大的灵活性，可以选择他们想要公开的数据和想要保密的数据。

基于底层技术的6大类型DLT

根据所使用的共识机制和数据结构的类型，DLT 的六种类型是：

• 区块链
• 有向无环图 (DAG)
• 纠纷
• 侧链
• 全息链
• 哈希图

1. 区块链

区块链是最著名的 DLT 类型。 这种类型的 DLT 中的数据被构造为块列表。 每个块代表一个数据集合。 它依靠矿工选择数据并将其聚合成连续的区块链。

所有区块都以加密方式链接到前一个区块，形成一个不可变且透明的分类账。 区块链可以是公共的或私有的，具体取决于网络的设计。 区块链应用范围从加密货币到智能合约。

2. 有向无环图（DAG）

与区块链遵循的顺序列表结构不同，DAG 将交易添加为有向图或树状结构。 每笔交易都会确认之前的多笔交易，从而创建一个相互关联的交易网络，但不会形成严格的链条。 由于同时处理多个交易，DAG 提供比区块链更高的交易吞吐量和更快的确认时间。 这使得去中心化网络更具可扩展性和高效性。

3. 纠结

Tangle 是由物联网应用 (IOTA) 组织专为物联网 (IOT) 设计的基于 DAG 的开源 DLT。 向账本发出任何新添加的节点必须批准之前提交的两个交易，这使得数据添加和验证比区块链更容易。

与区块链不同，这也消除了矿工或采矿过程批准分类账上交易的需要。 这个过程使 Tangle 成为低能耗技术。

4. 侧链

侧链是通过双向挂钩连接到主系统的二级分布式账本系统。 双向挂钩可以实现交易数据的双向传输。 侧链可能有自己的共识机制，与主链分开。 它主要用于区块链中以扩展主分类账。

5.全息链

Holochain 是一种独特的 DLT，旨在促进去中心化应用程序。 它使用受 GitHub 和 BitTorrent 启发的以代理为中心的方法。 目前尚无全球共识。 相反，网络中的每个节点都被视为负责其数据和交互的自治代理，从而对其数据提供强有力的控制。

6. 哈希图

Hashgraph 是另一种基于 DAG 的 DLT。 它使用虚拟投票算法和八卦协议作为其共识机制的一部分。 通过八卦协议，节点不断地将所有交易数据随机地传递给其他节点，从而使交易信息在整个网络中快速扩散。

DLT 的优点和缺点

DLT 的支持者强调了相对于传统集中式账本和其他类型的共享账本的几个潜在优势。 尽管如此，该技术仍在不断发展，可能会带来新的风险和挑战。 让我们看看 DLT 的优点和缺点，以了解它的潜力和局限性。

DLT 的主要优势

以下是 DLT 最重要的优点，尽管由于不同类型的 DLT 的发展而很难一概而论。

• 去中心化消除了对中介机构的需求，并促进了参与者之间的信任和透明度。 对于企业来说，这可以转化为更低的成本、更好的可扩展性和更快的上市时间。
• 由于所有网络成员都拥有分布式账本的完整副本，因此透明度更高。
• 轻松审核，因为数据的顺序记录会创建永久的审核跟踪。 这可能会减少欺诈并消除对账成本。
• 智能合约自动化，在满足某些条件（例如发票付款）时自动执行代码。
• 凭借其加密安全机制和分布式特性增强网络安全，消除单点攻击。

分布式账本技术的缺点

由于 DLT 仍在不断发展，许多监管和法律问题仍有待解决。 以下是与 DLT 相关的最常见的技术、法律和监管挑战：

• 由于该技术仍处于发展的早期阶段，缺乏成熟度和行业标准。 这引发了人们对系统的弹性和稳健性的怀疑。
• 如果没有行业标准，不同 DLT 系统和遗留系统之间的互操作性就很难实现。
• 如果要广泛采用分布式账本技术，增加交易量，就会出现可扩展性问题。
• 监管不确定性，因为不同的州可能有不同的规则。 这可能会给使用 DLT 的企业带来合规性挑战。
• 未知的漏洞和未解决的网络安全威胁，例如 Sybil 攻击。
• 使用 PoW 等能源密集型共识机制进行比特币挖矿时存在环境问题。

DLT 用例及示例

如前所述，DLT 在各个行业都有广泛的潜在应用。 让我们深入探讨 DLT 在不同行业的一些用例。

金融及银行业

DLT，特别是区块链，是金融科技革命不可或缺的一部分。 DLT 的应用范围广泛，从银行和支付到保险和合规。

DLT的潜在应用包括智能合约、数字货币、跨境支付、证券交易和结算、资产登记等。许多银行和金融机构正在进行概念验证，以探索可行性并衡量不同应用的影响。适用于这些用例的 DLT 技术。

例如，美国银行正在运行一个使用分布式账本的数字资产结算项目试点项目。 多国央行也在探索基于区块链技术的央行数字货币（CBDC）。

供应链管理

DLT 最有前途的用例之一是供应链管理。 早期的举措已经展示了 DLT 如何使产品更加可追溯，简化发票，实现更快且更具成本效益的交付，并改善供应商、买家和金融机构之间的协调。

例如，加拿大沃尔玛采用了区块链技术，并创建了一个自动化系统来管理其 70 家第三方货运公司的发票和付款。 该系统将与发票不符相关的争议从 70% 以上减少到 1% 以下。

卫生保健

鉴于该行业仅 2022 年就报告了 707 起数据泄露事件，确保健康记录安全是 DLT 在医疗保健领域最受欢迎的应用之一。 DLT 通过其加密技术使电子健康记录的安全存储和共享变得更加容易。 追踪其供应链有助于跟踪和验证药品和制药设备。 DLT 也支持记录临床试验数据。

例如，梅奥诊所正在试验区块链平台来记录和管理高血压临床试验的数据。

房地产

DLT 在房地产领域的潜在应用范围包括简化财产搜索、简化财产所有权管理以及所有权转让。 这减少了文书工作和管理成本，同时提供数据保护和不可变的财产所有权记录。

金融和房地产行业同时探索的另一个用例是如何将现实世界的资产转换为数字代币进行交易。 这种代币化促进了资产流动性、部分所有权并降低了交易成本。

政府和公共部门

DLT 有机会更好更快地提供政府服务。 它可用于安全维护各种政府数据库、提供数字政府证书以及简化资产注册。

例如，爱沙尼亚使用区块链来维护其医疗保健、财产和商业登记。 它还为其公民提供数字身份证，公民可以使用它们来享受政府服务。

未来是分布式的

围绕分布式账本技术、区块链及其功能的炒作周期已经持续多年。 但炒作正在让位于实际用例。

随着组织从试点和概念验证转向更实用、更现实的举措，分布式账本技术的采用将会加速。 此外，随着技术的成熟，可扩展的解决方案将会出现，解决阻碍广泛采用的限制。 所以，拥抱拥有无限可能的分布式未来。

进一步探索权益证明共识机制，该机制将在去中心化技术的未来中发挥关键作用。