區塊鏈是一種共享的數字賬本，其中記錄被分組到區塊中，並通過密碼學方式與之前的區塊相互連接。與由單一組織維護該記錄的唯一副本不同，網絡會在事先達成一致的規則下維護並更新一份共享版本。這種相互鏈接的結構使得後續更改更容易被檢測到，從而具備防篡改、抗篡改的特性——它並不是對數據永遠不可能被更改，或在錄入時其內容必然真實的無條件保證。
區塊鏈：由相互鏈接的區塊構成的共享賬本
區塊鏈是一份在網絡中跨多方維護的共享數字賬本。它的記錄被分組爲區塊，而密碼學鏈接把每個區塊與其前一個區塊連接起來；由此形成的鏈使更改變得可檢測。美國國家標準與技術研究院將其描述爲一份帶鏈接記錄的共享賬本。
進入該賬本的內容由網絡規則決定。節點使用驗證規則和共識機制來達成一致，哪些交易和區塊會被接受，從而降低對單一控制性中介的依賴。
這描述的是一種技術而非單一應用：區塊鏈並不等同於比特幣，儘管比特幣是一個突出的、基於區塊鏈的系統。
一筆交易如何成爲鏈的一部分
各網絡之間的精確順序會不同，但從用戶指令到共享記錄的路徑遵循一種可識別的模式。用戶首先使用私鑰授權一筆交易。由此產生的數字簽名讓網絡能夠檢查該指令確實來自相關密鑰的持有者，而無需披露該密鑰。
已簽名的交易被廣播到網絡。
節點應用網絡的驗證規則，並拒絕不符合這些規則的指令。
已驗證的交易會等待被選入擬議區塊。
網絡參與者提出一個區塊，而其他參與者會依據共識規則對其進行檢查。
一旦完成所需流程，網絡就會將該區塊視爲其已接受的，或稱“規範的”（canonical）歷史的一部分。
以太坊提供了一個有用的權益證明示例。用戶使用私鑰對交易進行簽名；節點驗證其中有效的交易，並將其放入內存池（mempool），即用於暫存待處理交易的保管區域。驗證者提出一個區塊，其他驗證者對其重新執行並作出證明，而以太坊的共識規則決定“規範鏈”，這依據以太坊基金會的開發者文檔。
比特幣採用了不同的共識方法：工作量證明。其最初設計闡明瞭一種點對點流程：將經過數字簽名的交易廣播出去、彙集到區塊中，並通過工作量證明加以保障。隨着區塊的加入，由哈希構成的鏈會使重寫更早期的交易歷史變得越來越困難，正如《比特幣：一種點對點的電子現金系統》中所描述的那樣。
“越來越難以篡改”比“無法做到”更準確。區塊鏈賬本記錄的實際強度取決於網絡設計、其參與者，以及試圖替換已被接受歷史所需的經濟或運營成本。它也取決於用戶對“最終性”的理解：一些系統提供的是隨時間增長而提升的信心，而不是一個瞬時、不可逆的結算點。
節點、密碼學和共識分別承擔不同的工作
在區塊鏈中，節點、密碼學和共識各自承擔不同工作。節點與網絡通信，並可能存儲、驗證或幫助更新共享賬本。密碼學用於保護信息並把記錄鏈接起來：數字簽名讓網絡能夠驗證某筆加密貨幣交易是否獲得相應私鑰持有者的批准；而哈希通過破壞區塊之間的鏈接，使對較早區塊的更改變得可察覺。
協議要求的不僅是這些加密工具。網絡使用驗證規則和共識機制，以確定哪些符合條件的區塊和交易歷史將被共享。NIST 對區塊鏈技術的概述指出，網絡可能採用的方案包括工作量證明（PoW）、權益證明（PoS）和權威證明（PoA）。
工作量證明通過計算工作來確保比特幣的區塊生成過程；權益證明則依賴於以太坊共識過程中的驗證者。這些方法涉及不同的權衡，每個網絡都會爲參與、驗證以及解決事件的競爭版本制定規則。僅憑某個標籤並不能讓賬本變得可信。
無許可與許可制網絡會改變信任模型
在無許可的區塊鏈中，參與通常在協議規則下對所有人開放。人們可能能夠提交交易、運行節點或參與驗證，而無需被中心化運營方接納。該模式可以減少對傳統中介的依賴，但並不能完全消除信任；它只是把信任從中介轉向協議、其實現以及網絡參與者的激勵與行爲。
相較之下，許可制網絡會限制某些組合的權限，例如讀取、提交交易、運行節點或驗證區塊。對於需要共享記錄、同時仍保留明確定義的訪問權限與責任歸屬的一組已知機構，這樣的做法可能更合適。它仍屬於分佈式賬本方案，但其治理模式與開放的公共網絡在本質上不同。
選擇會影響監督。巴塞爾銀行監管委員會指出，無許可系統可能涉及未知的第三方，從而使盡職調查和監督變得更加複雜。因此，對考慮實施區塊鏈系統的組織而言，這個問題不只是它是否去中心化。更關鍵的是：是誰制定規則、誰能更改或強制執行規則、誰運行基礎設施，以及當參與者意見不一致時會發生什麼。
區塊鏈在加密貨幣之外何時有用
加密貨幣是區塊鏈最知名的應用，但這種賬本記錄模型也可支持供應鏈追蹤、數據登記簿、數字身份和記錄管理。NIST 將這些列爲該技術的潛在應用。就每一種情況而言，其可能的價值在於跨各方協調同一份記錄，而不只是以新格式存儲信息。
考慮供應鏈追蹤。生產者、承運方、倉庫和零售商可能每一方都需要記錄交接或狀態更新。共享賬本可以爲這些條目提供一份共同的序列，使獲得授權的參與者在同一份歷史基礎上開展工作。該設計並不能證明某個包裹在給定溫度下被處理，或在給定時間到達；這些事實仍取決於提供數據的人、設備與流程的可靠性。
登記簿和記錄管理也呈現類似情況。區塊鏈可能有助於在多方需要可視性的場景下，創建可審計的提交與變更追蹤路徑。然而，當訪問必須被嚴格控制、變更需要進行直接的更正，或者運行分佈式網絡的成本與複雜性超過共享控制帶來的收益時，由可信實體管理的傳統數據庫可能仍是更好的選擇。
區塊鏈的侷限：可見數據、昂貴運維以及治理風險
取決於其設計，區塊鏈可以使交易信息公開可見，而非保密。可見性可能有助於可審計性，但敏感的商業或個人數據需要與該用途相適配的訪問模型和數據處理設計。
區塊鏈不會消除結算風險，也不能確保即時最終性。國際清算銀行指出，潛在的、依賴具體設計的權衡包括：計算成本、公開的交易可見性，以及概率性的而非即時的結算最終性。僅僅在鏈上記錄一條指令，並不等同於在網絡之外完成其法律或財務結果。
巴塞爾銀行監管委員會指出，在區塊鏈系統中存在運營風險、網絡安全風險、法律風險、合規風險、治理風險以及結算最終性風險。這些問題不止涉及密碼學，還包括密鑰管理、軟件運行、參與者激勵、適用規則，以及在發生錯誤、故障或爭議時可用的程序。
區塊鏈最好被理解爲一份共享的、受規則約束的記錄，它能幫助多個參與方協調，而不必完全依賴某一箇中心化的賬本保管者。
常見問題解答
區塊鏈和比特幣是一樣的嗎？
不是。比特幣是一個利用區塊鏈技術和工作量證明來維護其交易歷史的系統。區塊鏈也可以被設計用於其他目的，包括登記簿、身份以及記錄管理。
區塊鏈上的數據能被更改嗎？
被接受的歷史數據一旦改變，就應當是可被檢測到的，並且隨着後續區塊的加入，變得越來越困難。這並不等同於對不可篡改性的絕對保證，更正錯誤的安排取決於網絡的規則。
誰來驗證區塊鏈交易？
網絡在其驗證和共識規則下使用節點與指定參與者。例如，在以太坊中，驗證者提出區塊、重新執行並對區塊作出證明；比特幣的設計則使用工作量證明來保障區塊安全。
所有區塊鏈都是私有的嗎？
不一定。無許可網絡可以公開暴露交易信息，而許可制系統可以限制訪問。隱私取決於特定系統的架構與規則，而不是“區塊鏈”這個詞本身。
什麼時候區塊鏈比傳統數據庫更合適？
當多方需要共享記錄且不希望由單一方作爲唯一運營者時，這種方案可能更合適。若允許可信的中心化管理員，則傳統數據庫可能更簡單、更高效。
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