区块链技术问题及解决

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区块链技术问题及解决范文第1篇

为何一个比特币的底层技术会释放出如此巨大的联动效应？有人把它与印刷术的发明相媲美，它能够标志着下一个数字时代（价值互联网）的来临。区块链（Block Chain）到底具有什么特征，为啥说它有分布式社会账本功能？它与传统互联网技术有什么联系？它对社会、企业的财务运行、商业模式有何影响，又对会计核算、审计业务有什么创新，企业应该采取什么应对策略？

预测未来的最好方式是创造未来，生活在未来之中。本刊拟请上海大学管理学院管理会计与信息化中心主任许金叶撰写《区块链：引领财会革新的逻辑》系列文章，以期抛砖引玉，引起社会各界对区块链中财务创新与会计问题的关注与探讨；同时，也欢迎有见解的作者投稿，本刊将优先发表。

【摘 要】 随着物联网、大数据、云计算、移动终端四大技术的落地、发展及壮大，数字货币的底层信息技术――区块链（Block Chain）得到世界各国广泛的重视。正本清源，借鉴科技发展三大动力结构理论，从信息技术、社会经济及其思维三个维度来探索区块链产生的根源。认为区块链本质是现代数据库技术、现代密码学、网络管理激励机制的集成，是一门集现代信息技术、数学、金融学、法学等学科为一体，解决人与人之间信任问题的科学，从而为未来阐述区块链将引领财务业务创新与会计核算革命提供逻辑基础。

【关键词】 区块链； 数据库技术； 密码学； 激励机制

【中图分类号】 TP309.7；F275.2 【文献标识码】 A 【文章编号】 1004-5937（2017）13-0132-05

引 言

当前，区块链技术不仅在金融领域的应用逐渐成熟，而且在物流追溯、资产转移及合约管理、身份论证、选举投票等领域中应用。以比特币、以太币为首的数字货币在金融等各领域应用，标志着信息互联网时代向价值互联网时代转变。为何数字货币的底层技术（区块链）会释放出如此巨大的联动效应？有人甚至把它与社会发展史上印刷术发明的作用相媲美。那么，区块链（Block Chain）因何而生？^块链是什么技术，有何种特征？为何说具有分布式社会账本功能？区块链对社会和企业的财务运行、商业模式有何影响，又对会计核算、审计业务有什么创新，企业应该采取什么应对策略？本文就此作一分析。

一、区块链发展的三大动力结构：经济全球化需求、现代信息技术推动、社会认识转型三者联动的必然

除了细菌、古细菌、原生生物三类单细胞有机体，加上菌类、植物和动物共六类物种外，科技产物（人造物）被称为地球上第七类物种。科技与前面生物共同具有基本属性。针对当前出现的“机械系统在生命化，生命系统在机器化”的现象，人们对科技的本源、发展轨迹与动因非常关注。本文借鉴《失控》作者凯文・凯利在新作《科技想要什么》中提出科技发展三大动力要素来解释区块链技术的发展动因[1]。凯文・凯利阐释了科技发展的三大动力要素，以科技自身结构的需求解释了科技发展的必然性，以科技内部发展的引力解释科技进步的偶然性，以人类社会在开发科技选择时的集体意识解释科技发展的开放性。

（一）经济全球化需要解决的信息技术问题：区块链发展的自身结构需求

经济全球化（Economic Globalization）是当今世界经济繁荣发展的重要标签，各国经济均朝着全球化趋势发展。经济全球化是指在全球范围内使用和配置劳动力、资本、技术、服务等经济资源，以完成社会生产、分配、交流和消费等经济行为。经济全球化主要表现为市场、生产、资金、金融、科技及信息传播等多领域的全球化，而多领域全方位的全球化经济正迫切需要业务实施的实时性。实时性一方面要求在交易时间上的及时性，但是事实上，目前资金、资产的转移需要通过第三方机构，而且由于各国机构的管理差异，造成了交易时间与成本的增加。另一方面，实时性要求信息的真实性，这直接影响经济业务的开展与决策。这些经济问题的本质是分离均衡问题，正在发展的区块链技术能够有效解决分离均衡问题。

1.分离均衡：制约经济全球化发展的核心问题

均衡是指一种平衡的状态，均衡不代表着绝对平均，而是一种相互依存的状态，又或者是一种逻辑关系，例如力学中的稳定与平衡。类似的，均衡的概念被经济学家引用到经济领域，经济学中的均衡是指经济体系中各经济单位或变量相互制约，没有任何“变革动机”而形成的一种稳定状态。经济均衡的理论是源于西方经济学的基础理论，可用来解释宏、微观的经济问题。作为一个被广泛采用的分析性工具，经济均衡理论在社会科学的各个研究领域中具有独一无二的地位。分离均衡也是经济学分析中常用的概念，约瑟夫・斯蒂格利茨（Joseph Stiglitz）[2]与迈克尔・斯宾塞（Michael Spence）[3]对分离均衡的研究颇有建树。简单而言，分离均衡是指不同的经济单位利用信息传递机制分离到不同领域，或者不同的经济单位通过信息传递机制汇聚到同一领域的过程，最终达到一种稳定状态，任何参与方无法轻易改变这种形成机制。

在资源面前，人人平等。每一个企业或组织都想用自己最大的力量去创造财富，但是有限的资源不能被无限制地瓜分，每一个企业或组织应当合理配置资源并利用资源去创造更多资源。因此，企业管理面临两个基本问题：一是如何优化企业资源配置；二是如何激发企业资源的有效性。分离均衡理论可以用来解决企业管理中的这两大难题，即利用信息传递机制使企业资源达到稳定和最优的状态。例如，利益分配的不合理是企业关系处理中普遍存在的问题，处理利益均衡问题就需要利用信息来区分它们从而实现分离均衡。均衡问题在经济全球化中表现更加突出，例如经济全球化直接的需要是业务的实时有效执行，然而在交易时间上，资金、资产的转移需要通过第三方机构，而且，各个国家的机构管理差异，造成时间与成本的增加。同时，信息的真实性也直接影响经济业务的开展与决策。

2.信息不完全、信息不对称、信息不实时造成分离不均衡

在西方经济学理论中，已经有学者证明，当信息完全对称时，企业能够实现资源配置的最优化，使得企业资源创造出最大收益。以次类推，在企业管理中，信息的不完全性、非对称性、信息的实时有效性同样影响企业绩效是否达到了最优。信息的不完全性会导致管理者难以预测未知的变化，从而在执行业务的过程中一旦出现突发状况，则难以控制和及时应对。在企业的组织管理中，信息不对称性是指参与业务的双方由于制度或其他因素不能彻底实现信息共享，导致其中一方不知道另一方拥有的信息及信息的真假，容易造成逆向选择等问题。

3.解决信息分离均衡呼唤区块链技术

解决信息分享均衡问题需要经济业务实时产生，传递与共享真实的信息，互联网下虽提供了巨量信息，但也表现出信息超载、泛滥的问题。这些问题需要新的信息技术来解决，而区块链技术恰是适应这种需求而诞生的。

（二）现代信息技术发展的推动力：区块链技术进步的偶然性

现代信息技术是以互联网（Internet）为核心的信息技术。互联网的本质是网络（Web），网及网络广泛存在于自然界。互联网技术主要采用超文本和超媒体的信息组织方式，将信息扩展到整个网络以实现信息的互联。以互联网技术为核心的现代信息技术有两个主要特点：一是连接，主要表现为人与人之间的连接（互联网），还表现为人与物的连接，以及与物与物的连接（物联网）；二是信息传递，信息传递的发展经过三个阶段：单向信息传递的Web 1.0大门户时代、双向信息传输的Web 2.0互动时代，以及个性化信息集成的Web 3.0智能时代。现在的互联网技术已经能够基于平台实现个性信息整合。

从互联网到物联网，信息产生的内容从结构化数据到非结构化数据（大数据），信息产生的主体从人到物，信息产生的方式从手动到自动，信息性质逐渐呈现真实性。但是，信息的收集、存储及传输仍然饱受不安全、不真实的困扰，这需要互联网信息技术内部寻求解决这个问题的可能办法。

（三）分布式群体智慧：区块链产生的社会思维

提及区块链，人们提到最多的词汇是“去中心化”，但是区块链的核心思维应该是分布式群体智慧的思想。人们想到“去中心化”主要是因为人们饱受互联网发展过程中“中心化媒介”对个体隐私侵害。实际上，区块链的贡献不仅是“去中心化”思想，还是分布式群体智慧。分布式群体智慧主要是人类认识思维从还原性思维向复杂性思维转变的结果。

人类认识世界的思维主要有两种方向：一种方向沿着分解、细化、深入的思维，即还原性理论；另一种方向沿着综合、集体、组成的思维，即复杂性理论。还原论推崇简单性规律，主张任何现象均能够经分解、细化、深入等程序推导出一系列的基本组成因子，随着对这些基本因子研究的深入，一步一步还原出表面现象的内涵。复杂性理论是一门研究复杂现象的理论，这些现象具有非线性、不确定性、时间不可逆性、自组织性、涌现性等特点。基于还原理论上“高效源于控制”的思想向基于复杂理论上“高效源于无为（失控）”的思维转变，这个道理，后面的系列文章中将不断涉及，由于篇幅问题，论文不展开。实际上汇流成河、积沙成塔等道理都是分布式群体智慧的反映，区块链中的分布式群体智慧有助于解决交易中的“公信力”问题。

二、区块链是各项信息技术的C合体

（一）数字货币的底层技术：区块链产生简史

虽然杰出数学家戴维・查姆在1993年就提出eCach数字化支付系统，并创建荷兰公司进行运营，但是，最终因为在线购物客们不关心个人隐私的泄露和安全问题，在1998年最终破产。eCach数字化支付系统一度受到冷落。针对澳大利亚企业家James A Donald对不需要第三方权威认证、点对点网络的eCach支付系统的质疑，在2008年11月1日深夜2点10分，Satoshi Nakamoto（中本聪）给他回复了一封《比特币：一种点对点电子现金系统》的邮件。这封邮件简洁、优雅地阐述了eCach支付系统的五个主要特性[4]：可以用点对点的网络解决双重支付问题；没有类似铸币一级的第三方的信任机构；使用者可以完全匿名；可以用哈希现金形式的“工作量证明”来制造新的货币；用以制造新的货币的“工作量证明”同样可以用来预防双重支付。

《比特币：一种点对点的电子现金系统》一文得到黑客及金融社会的广泛重视，比特币、以太币等数字货币得到迅速应用，这也标志着价值互联网的到来。因《比特币：一种点对点电子现金系统》而闻名的中本聪获得2016年诺贝尔奖的提名。

那么，《比特币：一种点对点的电子现金系统》到底解决了什么信息问题，为何数字货币的底层技术（区块链）可以具有eCach支付系统的五个特性？论文认为探讨区块链技术能够在金融领域、物流追溯、资产转移及合约管理、身份论证、选举投票等各个领域中广泛应用的原因之前，必须清晰区块链是什么。论文认为区块链=现代信息技术+现代密码学+网络管理激励机制。也就是说，区块链是现代信息技术、现代密码学、网络管理激励机制的集成，是一门集信息技术、数学、金融学、法学等学科为一体，解决人与人之间信任问题的科学。

（二）加密、序时链接的分布式数据库：数据库技术在区块链中的发展

1.数据库技术发展简史

数据库（Database）是信息技术的核心，主要用来采集、存储和管理数据，是进行数据加工和信息传递的基础。根据数据模型的特征，数据库技术的发展历程分为网状数据库（又称层次数据库）时代、关系数据库时代和面向对象数据库时代。

（1）网状数据库（层次数据库）

网状数据库（层次数据库）解决了集成数据的存储问题，为现代数据库技术的发展奠定了基础。网状数据库利用存储路径表明数据与数据之间的关系，这些存储路径既能在一定程度上保证数据和程序的物理独立性，又能保证一定的逻辑独立性，可以有效促成数据的集成与共享。但是，网状数据库（层次数据库）中需确切表明数据的存储路径，因此也导致了此类数据库在数据独立性和抽象性方面的不足。

（2）关系数据库

Codd E F[5]首次以数学理论为出发点提出了关系模型的概念，列示了衡量关系型系统的十二条标准，用数学理论奠定了关系数据库的基础。随后，霍尼韦尔公司（Honeywell）研发了世界上第一个商用的关系数据库系统，并在之后的诞生了与关系型数据库相对应的结构化查询语言（Structured Query Language，简称SQL），以标准的计算机编程语句为基础，集成并实现了数据库生命周期中的全部操作，能够接受用户的行动指令，而用户不需要给出具体的步骤指令，即可实现查询、操纵、定义和控制等功能。关系型数据库不仅能够解决数据的集成与共享，也能解决数据的独立性与抽象性问题。同时，关系数据库以严格的数学和逻辑学为基础，界面简洁，容易理解和操作。不足的是，关系数据库无法解决更为复杂的数据结构。

（3）面向对象数据库

随着科技的不断进步，关系型数据库已经不能满足各领域对数据库技术的要求，于是在20世纪80年代，面向对象数据库技术应运而生，也标志着第三代数据库系统时代的到来。第三代数据库系统在集成第二代数据库系统技术的基础上，结合了多种信息技术，支持关系模型和面向对象模型等多种数据结构，普遍应用于各大领域。面向对象数据库支持标准网络协议和数据库语言标准，能够实现对数据、知识和对象的有效管理，具有优良的兼容性、可移植性与可扩展性等特性。不足的是，这种数据库采用了更为复杂的技术取代了原来的关系型数据库，查询语句十分复杂，加大了使用者的更新成本和学习成本。

2.加密、序时链接的分布式数据库

区块链技术是加密、序时链接的分布式数据库技术。其中加密、序时链接在下文展开分析，这里仅介绍区块链数据库技术是分布式数据库技术。

信息的本质和来源在不断变化，伴随着Internet与国际电子商务的发展推动分布式数据库技术产生。物联网下数据的复杂度和数据量都在迅速增长，传统的数据库技术已经不能满足人们的更高要求，传统数据集中式存储在单个计算机上，系统不安全且不灵活，不能够随时适应用户的需要。分布式数据库技术是数据库技术（并行数据库技术、Web数据库技术等）与计算机网络技术（大数据挖掘与商务智能技术、联机分析技术、内容管理技术等）结合的产物[6]。分布式数据库技术将分散各地的数据库系统通过网络连接起来，形成一个似集中数据库。分布式数据库技术具有局部数据库和整体数据库的概念，不仅能够对数据进行全局管理，又能够保证各点自主管理数据。数据具有独立性和透明性，除了处理数据的能源花费大外，数据的安全性和保密性问题较大。

三、哈希（Hash）函数及其算法：区块链中的密码学

（一）哈希（Hash）函怠―密码学的“瑞士军刀”

信息有极大的价值，尤其在军事领域中，信息加密与解密具有重要的价值。“凯撒密码”、二战中的“恩尼格玛密码机”、戚继光之反切码、二战中池步洲与山本五十六之死等都是著名的信息密码故事。密码学是一门研究能够将可识别的正常信息转换成不可识别的隐秘信息用以传播，同时又能将不可识别的信息还原成正常信息的方法和原理的科学。最原始的加密的方法是手工加密，需要人工破译。随着科技的进步，不断实现了机械加密、现代密码加密和数据加密[7]。哈希（Hash）函数是密码学中的高级手段，具有三个特性：其输入可为任意大小的字符串；能产生固定大小的输出；能够进行有效的计算（哈希值计算的复杂度为0（n））。

哈希（Hash）函数之所以被称为密码学中的“瑞士军刀”，关键是因为哈希（Hash）函数能够满足密码安全需要的三个标准：

（1）碰撞阻力：如果无法找到两个值，x和y，而x≠y，则H（x）=H（y），称哈希函数H具有碰撞阻力。

（2）隐秘性：哈希函数H具有隐秘性，当其输入r选自一个高阶最小熵的概率分布，在给定H（r/x）条件下，得出x的值是不可行的。

（3）谜题友好：如果对于任意n位输出值，假定k选自高阶最小熵分布，如果无法找到一个可行的方法，在比2n 小很多时间内找到x，保证H（r/x）=y成立，那么，哈希函数H为谜题友好。

（二）数据的加密、序时存储与通信：区块链中的密码学

当密码与数据库结合在一起时，此类数据库俗称是可定义的数据库。随着数据库技术的发展，根据管理的需要可以对数据库进行定义，也就是可定义的数据库。区块链中的数据库就是应用密码学来进行定义的数据库。

区块链以区块为单位组织数据，区块是一种记录交易的数据库，以加密的方式存储网络上所有的交易记录。每个区块由区块头和区块主体组成。区块主体只负责记录前一段时间内的所有交易信息，区块链的大部分功能都由区块头实现。区块头履行数据库的加密、序时存储及通信的义务，由以下方面的内容组成：

（1）版本号，标示软件及协议的相关版本信息。

（2）父区块哈希值，运用哈希值使得每个区块首尾相连，形成了区块链，并且哈希值对区块链的安全性起到了至关重要的作用。

（3）Merkle根，由区块主体中所有交易的哈希值再逐级两两哈希计算得出，用于测试某笔交易在区块中的真实性。

（4）时间戳，记录该区块产生的时间，精确到秒。

（5）难度值，指该区块相关数学题的难度系数。

（6）随机数（Nonce），记录解密该区块相关数学题的答案值。

区块链的形成主要过程如下：把在本地内存中的交易信息记录到区块主体中，在区块主体中生成此区块中所有交易信息的Merkle树，把Merkle树根的值保存在区块头中；把上一个刚刚生成区块的区块头数据通过SHA256 算法生成一个哈希值填入到当前区块的父哈希值中；把当前时间保存在时间戳字段中；在当前区块加入区块链后，各节点就会立即开始生成下一个区块[8]。难度值字段会根据之前一段时间区块的平均生成时间进行调整以应对整个网络不断变化的整体计算总量，如果计算总量增长了，则系统会调高数学题的难度值，使得预期完成下一个区块的时间依然在一定时间内。

时间戳不仅能够准确记录文件创建的时间，更重要的是能够准确反映文件创建的先后顺序。数据库对一份文件进行确认，时间戳服务器必须包括指向之前文件确认的哈希指针，当前时间和文件内容本身，并用这三条信息来对文件进行签名。时间戳保证了文件的真实性，确保了文件内容不会被其他节点篡改，文件存储的顺序也被保存下来。

四、网络管理激励机制：区块链的网络f议

群体智慧的结晶往往大于局部的力量，但是，并非所有的部分凑合在一起就能够大于群体。究竟是“三个臭皮匠大于诸葛亮”还是“三个和尚无水喝”，这需要视情况而定。在企业管理中，容易出现“三个和尚无水喝”的困难。如何促使部分总和超过整体，就是区块链技术与管理技术结合的结晶：通过网络协议（个体遵循一定的规则），通过“共信力”来解决“公信力”的问题，实现网络管理激励机制。

（一）网络通信协议：各个节点的通信规则

网络最早产生于美国军事的阿帕网（ARPA）。基于阿帕网的大部分电脑相互之间不兼容，不仅单机上任务不能共享，而且单机之间难于通过接口信号处理机实现互联。为解决“资源共享”的目标，有必要建立所有电脑共同都必须遵守的标准，即网络协议。网络协议实质是一种规则，规定了网络上各节点进行网络通信的规则，每一台计算机必须遵守网络协议才能与因特网联通。其中，TCP传输协议和UDP用户数据报协议是两个广为使用的因特网协议。一般而言，TCP/IP协议分为网络接口层、网络层、传输层、应用层4个层次。在进行数据传送时，每一层可以直接联系它的上下层进行数据传输，并可借助上下层网络以满足本层的要求。

（二）点对点价值传输协议

区块链技术支持点对点的网络。每个节点都是平等的，没有等级差异。任何节点都可以随时参与协议，能够随时与其他节点连接，这些节点构成一个随机的网络拓扑结构，共同遵循点对点价值传输协议。点对点价值传输协议是充满技术特质的协议，比如需要遵循泛洪算法；比特币点对点价值传输协议是一个开源协议。同时，各个节点的资产必须能够数字化，能够形成智能资产，参与“智能合约”。

（三）网络节点整体行为的管理激励

由于区块链所支持的点对点的随机网络，各个节点参与整体合作网络的原则是“平等”与“民主”，只能依靠“利益”驱动而不能够用“棍棒”约束。这就是网络节点整体合作行为的管理激励。合作要形成稳定的均衡需要一定的条件，这就要求所设计的“挖矿”算法不仅能够激励各个节点积极参与价值传输活动的记账活动，同时，又要防止任何节点难于操控共识形成的过程。当前，比较流行的是权益证明机制和工作量证明机制。

结 语

本文从源头上分析了区块链技术发展的三大动力要素，以经济全球化趋势解释区块链发展的自身需求、以现代信息技术的进步解释区块链技术的偶然性、以社会认识转型解释区块链发展的开放性。区块链的本质是现代信息技术、现代密码学、网络管理激励机制的集成，是一门集信息技术、数学、金融学、法学等学科为一体，主要用于解决人与人之间信任问题的科学。区块链技术的应用已从金融领域逐步引入各领域，将在物流追溯、资产转移及合约管理、身份论证、选举投票等领域中广泛应用，未来必引领财务业务创新与会计核算革命。

【参考文献】

[1] 凯文・凯利.科技想要什么[M].北京：中信出版社，2011：11.

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

[3] SPENCE M A. Market Signaling：The Information Structure of Job Markets and Related Phenomena[M]. PHD thesis，Harvard University Press，1972.

[4] 徐明星.区块链：重塑经济与世界[M].北京：中信出版集团，2016：13-14.

[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] 杨东，谢菲，杨晓刚，等.分布式数据库技术的研究与实现[J].电子科学技术，2015（1）：87-94.