分佈式賬本技術：其前景和潛力

您可能知道區塊鍊是比特幣、以太坊和其他加密貨幣背後的技術。 但有沒有想過區塊鏈背後的技術是什麼？ 這稱為分佈式賬本技術（DLT）。

與傳統數據庫不同，在 DLT 中，數據分佈在多個節點或計算機上，而不是存儲在中央數據庫中。 每個節點都會記錄並驗證每筆交易，無論是註冊表等靜態數據還是金融交易等動態數據。

因此，DLT 不存在單點控製或單點故障。 這種去中心化的性質可以實現安全、透明和防篡改的記錄保存。

如今，DLT 正在改寫任何商業交易的傳統概念，並在銀行、金融、供應鏈管理和醫療保健行業得到應用。 它是去中心化身份解決方案和區塊鏈平台等未來創新的基石。

分佈式賬本技術的歷史

人們通常認為 2009 年比特幣的推出是 DLT 的起點。 然而，支持 DLT 的想法和技術早在比特幣出現之前就已經存在了。

從賬本到去中心化的分佈式賬本

自古以來，賬本一直是商業的核心。 人們記錄他們的金錢和資產，從泥板和紙莎草到牛皮紙和紙張。 計算機化將這種記錄保存過程從紙張轉移到數字分類賬中的位和字節。

快速發展，數據庫管理系統和分佈式計算的進步提供了便利和速度。 它允許跨地域共享數據庫。

分類賬需要一個中央機構來驗證其記錄的每個數據（無論是數字數據還是紙質數據）的真實性。 例如，銀行驗證相關實體之間的所有交易。 公司通常有系統管理員來管理他們的數據庫。

此類集中式數據庫即使分佈在不同地點，也容易受到單點故障、數據洩露以及中央機構潛在操縱的影響。 它導致效率低下並增加了交易成本。 DLT 概念的出現就是為了解決這些問題。

推動 DLT 崛起的概念和技術進步

從 20 世紀 70 年代開始，密碼學和計算領域的多項技術突破使 DLT 成為可能。

1976 年，Whitfield Diffie 和 Martin Hellman 奠定了公鑰密碼學的基礎，這是當今 DLT 中使用的數據加密和解密背後的基本技術。

1982 年，學者 Leslie Lamport、Robert Shostak 和 Marshall Pease 撰寫了一篇名為《拜占庭將軍問題》的開創性論文，為 DLT 提供了概念基礎。 蘭波特等人。 說明了當某些參與者可能是惡意或不可靠時在分佈式系統中達成共識的挑戰。 他們詳細介紹了克服計算機網絡中故障組件的簡單算法； 有故障的設備可能會向系統的不同部分發送衝突的信息。

隨後，許多學者針對計算機系統如何在對抗環境中處理衝突信息的問題提出了不同的解決方案。 這導致了不同共識機制的發展，這些機制現在用於沒有中央權威的分佈式賬本系統。

DLT 的另一個重大推動發生在 1991 年。Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 提出了一種系統，通過加密安全的區塊鍊為數字文檔添加時間戳。 他們的解決方案是區塊鏈概念的先驅。

然而，在比特幣及其底層區塊鏈技術推出之前，這些概念和算法很少受到關注。 如何通過比特幣使用 DLT 的實際演示將該技術帶到了最前沿。 它吸引了大量投資，導致 DLT 系統類型和應用快速發展。

如今，DLT 的應用已經遠遠超出了加密貨幣的範圍，從供應鏈管理、醫療保健和數字身份到去中心化金融 (DeFi) 和不可替代代幣 (NFT)。

分佈式賬本技術如何運作

如前所述，DLT 通過稱為節點的計算機網絡運行。 這些位於多個位置的節點共同維護一個共享且同步的交易或數據數字數據庫。

存儲這些交易的數據結構通常被組織成塊（在區塊鏈的情況下）或某種其他合適的格式。 以下是 DLT 工作原理的總體概述。

發起交易

參與節點創建要添加到分類賬的新交易。 新的交易詳細信息使用公鑰加密來保護，以創建交易的唯一數字加密簽名。 該數字簽名包括公鑰（與其他節點共享以驗證數據）和私鑰。 當新的交易被創建時，請求被發送到分佈式 P2P 網絡中的其他節點來驗證它。

驗證交易數據

一旦節點收到請求，每個節點都會獨立工作以檢查交易的有效性。 他們使用交易發起者共享的公鑰來解密交易的數字簽名，並根據預定義的規則對其進行驗證。

就交易有效性達成共識

一旦經過驗證，節點就會共同努力就交易的有效性達成共識。 他們採用他們商定的共識算法。 這確保了分類賬上的所有交易副本都是相同的。

以比特幣挖礦為例。 節點採用 PoW 機制，通常稱為挖礦，其中包括解決複雜的數學難題來驗證新的比特幣區塊並將其添加到比特幣區塊鏈分類賬中。

將已驗證的交易添加到數據庫

一旦交易被驗證，它就會被附加到分類賬並分佈在所有節點上，從而更新分類賬的狀態。 分佈式賬本網絡中的節點如果不再次遵循相同的共識機制，就無法更改或更新交易細節。 這確保了賬本的不變性和完整性。

這是區塊鏈分類賬如何工作的直觀表示。

分佈式賬本技術的類型

根據所使用的底層技術和提供的分佈式賬本訪問權限，DLT 有不同類型。 每個都具有獨特的優勢並適合特定的用例。 讓我們詳細了解這些 DLT 類型。

基於訪問控制的 3 種 DLT

基於誰可以參與分佈式賬本網絡的三種類型的 DLT 是：

• 許可的分佈式賬本技術
• 無需許可的分佈式賬本技術
• 混合分佈式賬本技術

1. 許可或私有DLT

許可賬本要求參與者在加入網絡之前獲得批准。 授權節點維護賬本。 獲得許可的平台可以更快地驗證交易並提供更好的隱私。

例如，Facebook 的 Diem 穩定幣項目（以前稱為 Libra）就是一個經過許可的 DLT。 只有 Diem 協會的成員才被授予驗證權。 另一個例子是超級賬本結構，這是 Linux 基金會專為企業使用而設計的開源區塊鏈。

2. 無需許可或公開的 DLT

在無需許可的分佈式賬本中，任何人都可以未經批准加入網絡，即它是公開的。 賬本由公共網絡中的節點之間的協作操作來維護，並且每個人都可以訪問。 比特幣、以太坊和萊特幣區塊鏈都是公共分佈式賬本技術的例子。

3. 混合分佈式賬本技術

這種類型的 DLT 結合了許可分佈式賬本系統的隱私優勢和無許可分佈式賬本系統的透明度。 混合 DLT 為企業提供了極大的靈活性，可以選擇他們想要公開的數據和想要保密的數據。

基於底層技術的6大類型DLT

根據所使用的共識機制和數據結構的類型，DLT 的六種類型是：

• 區塊鏈
• 有向無環圖 (DAG)
• 糾紛
• 側鏈
• 全息鏈
• 哈希圖

1. 區塊鏈

區塊鍊是最著名的 DLT 類型。 這種類型的 DLT 中的數據被構造為塊列表。 每個塊代表一個數據集合。 它依靠礦工選擇數據並將其聚合成連續的區塊鏈。

所有區塊都以加密方式鏈接到前一個區塊，形成一個不可變且透明的分類賬。 區塊鏈可以是公共的或私有的，具體取決於網絡的設計。 區塊鏈應用範圍從加密貨幣到智能合約。

2. 有向無環圖（DAG）

與區塊鏈遵循的順序列表結構不同，DAG 將交易添加為有向圖或樹狀結構。 每筆交易都會確認之前的多筆交易，從而創建一個相互關聯的交易網絡，但不會形成嚴格的鏈條。 由於同時處理多個交易，DAG 提供比區塊鏈更高的交易吞吐量和更快的確認時間。 這使得去中心化網絡更具可擴展性和高效性。

3. 糾結

Tangle 是由物聯網應用 (IOTA) 組織專為物聯網 (IOT) 設計的基於 DAG 的開源 DLT。 向賬本發出任何新添加的節點必須批准之前提交的兩個交易，這使得數據添加和驗證比區塊鏈更容易。

與區塊鏈不同，這也消除了礦工或採礦過程批准分類賬上交易的需要。 這個過程使 Tangle 成為低能耗技術。

4. 側鏈

側鍊是通過雙向掛鉤連接到主系統的二級分佈式賬本系統。 雙向掛鉤可以實現交易數據的雙向傳輸。 側鏈可能有自己的共識機制，與主鏈分開。 它主要用於區塊鏈中以擴展主分類賬。

5.全息鏈

Holochain 是一種獨特的 DLT，旨在促進去中心化應用程序。 它使用受 GitHub 和 BitTorrent 啟發的以代理為中心的方法。 目前尚無全球共識。 相反，網絡中的每個節點都被視為負責其數據和交互的自治代理，從而對其數據提供強有力的控制。

6. 哈希圖

Hashgraph 是另一種基於 DAG 的 DLT。 它使用虛擬投票算法和八卦協議作為其共識機制的一部分。 通過八卦協議，節點不斷地將所有交易數據隨機地傳遞給其他節點，從而使交易信息在整個網絡中快速擴散。

DLT 的優點和缺點

DLT 的支持者強調了相對於傳統集中式賬本和其他類型的共享賬本的幾個潛在優勢。 儘管如此，該技術仍在不斷發展，可能會帶來新的風險和挑戰。 讓我們看看 DLT 的優點和缺點，以了解它的潛力和局限性。

DLT 的主要優勢

以下是 DLT 最重要的優點，儘管由於不同類型的 DLT 的發展而很難一概而論。

• 去中心化消除了對中介機構的需求，並促進了參與者之間的信任和透明度。 對於企業來說，這可以轉化為更低的成本、更好的可擴展性和更快的上市時間。
• 由於所有網絡成員都擁有分佈式賬本的完整副本，因此透明度更高。
• 輕鬆審核，因為數據的順序記錄會創建永久的審核跟踪。 這可能會減少欺詐並消除對賬成本。
• 智能合約自動化，在滿足某些條件（例如發票付款）時自動執行代碼。
• 憑藉其加密安全機制和分佈式特性增強網絡安全，消除單點攻擊。

分佈式賬本技術的缺點

由於 DLT 仍在不斷發展，許多監管和法律問題仍有待解決。 以下是與 DLT 相關的最常見的技術、法律和監管挑戰：

• 由於該技術仍處於發展的早期階段，缺乏成熟度和行業標準。 這引發了人們對系統的彈性和穩健性的懷疑。
• 如果沒有行業標準，不同 DLT 系統和遺留系統之間的互操作性就很難實現。
• 如果要廣泛採用分佈式賬本技術，增加交易量，就會出現可擴展性問題。
• 監管不確定性，因為不同的州可能有不同的規則。 這可能會給使用 DLT 的企業帶來合規性挑戰。
• 未知的漏洞和未解決的網絡安全威脅，例如 Sybil 攻擊。
• 使用 PoW 等能源密集型共識機制進行比特幣挖礦時存在環境問題。

DLT 用例及示例

如前所述，DLT 在各個行業都有廣泛的潛在應用。 讓我們深入探討 DLT 在不同行業的一些用例。

金融及銀行業

DLT，特別是區塊鏈，是金融科技革命不可或缺的一部分。 DLT 的應用範圍廣泛，從銀行和支付到保險和合規。

DLT的潛在應用包括智能合約、數字貨幣、跨境支付、證券交易和結算、資產登記等。許多銀行和金融機構正在進行概念驗證，以探索可行性並衡量不同應用的影響。適用於這些用例的DLT 技術。

例如，美國銀行正在運行一個使用分佈式賬本的數字資產結算項目試點項目。 多國央行也在探索基於區塊鏈技術的央行數字貨幣（CBDC）。

供應鏈管理

DLT 最有前途的用例之一是供應鏈管理。 早期的舉措已經展示了 DLT 如何使產品更加可追溯，簡化發票，實現更快且更具成本效益的交付，並改善供應商、買家和金融機構之間的協調。

例如，加拿大沃爾瑪採用了區塊鏈技術，並創建了一個自動化系統來管理其 70 家第三方貨運公司的發票和付款。 該系統將與發票不符相關的爭議從 70% 以上減少到 1% 以下。

衛生保健

鑑於該行業僅 2022 年就報告了 707 起數據洩露事件，確保健康記錄安全是 DLT 在醫療保健領域最受歡迎的應用之一。 DLT 通過其加密技術使電子健康記錄的安全存儲和共享變得更加容易。 追踪其供應鏈有助於跟踪和驗證藥品和製藥設備。 DLT 也支持記錄臨床試驗數據。

例如，梅奧診所正在試驗區塊鏈平台來記錄和管理高血壓臨床試驗的數據。

房地產

DLT 在房地產領域的潛在應用範圍包括簡化財產搜索、簡化財產所有權管理以及所有權轉讓。 這減少了文書工作和管理成本，同時提供數據保護和不可變的財產所有權記錄。

金融和房地產行業同時探索的另一個用例是如何將現實世界的資產轉換為數字代幣進行交易。 這種代幣化促進了資產流動性、部分所有權並降低了交易成本。

政府和公共部門

DLT 有機會更好更快地提供政府服務。 它可用於安全維護各種政府數據庫、提供數字政府證書以及簡化資產註冊。

例如，愛沙尼亞使用區塊鏈來維護其醫療保健、財產和商業登記。 它還為其公民提供數字身份證，公民可以使用它們來享受政府服務。

未來是分佈式的

圍繞分佈式賬本技術、區塊鍊及其功能的炒作週期已經持續多年。 但炒作正在讓位於實際用例。

隨著組織從試點和概念驗證轉向更實用、更現實的舉措，分佈式賬本技術的採用將會加速。 此外，隨著技術的成熟，可擴展的解決方案將會出現，解決阻礙廣泛採用的限制。 所以，擁抱擁有無限可能的分佈式未來。

進一步探索權益證明共識機制，該機制將在去中心化技術的未來中發揮關鍵作用。