【软考高项】新一代信息技术及应用之区块链

信息技术在智能化、系统化、微型化、云端化的基础上不断融合创新，促进了物联网、云计算、大数据、区块链、人工智能、虚拟现实等新一代信息技术的诞生。新一代信息技术与信息资源充分开发利用形成的新模式、新业态等，是信息化发展的主要趋势，也是信息系统集成领域未来的重要业务范畴。

定义

区块链是以非对称加密算法为基础，以改进的默克尔树（Merkle Tree）为数据结构，使用共识机制、点对点网络、智能合约等技术结合而成的一种分布式存储数据库技术。

分类

公有链（Public Blockchain）、联盟链（Consortium Blockchain）、私有链（Private ）、混合链（Hybrid Blockchain）

典型特征

多中心化（去中心化）、多方维护、时序数据、智能合约、不可篡改、开放共识、安全可信

技术体系视角

区块链基于底层的数据基础处理、管理和存储技术，已区块数据的管理、链式结构的数据、数字签名、哈希函数、默克尔树、非对称加密等，通过基于P2P网络的对称式网络，组织节点参与数据的验证和传播，每个节点均会承担网络路由、验证区块数据、传播区块数据、记录交易数据、发现新节点等功能，包含传播机制和验证机制。为保障区块链应用层的安全，通过激励层的发行机制和分配机制，在整个分布式网络的节点以最高效率的方式达成共识。

关键技术

分布式账本

交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点保存一个唯一、真实账本的副本，可以参与监督交易的合法性，同时也可以共同为其作证；

加密算法

区块系统中的加密算法分为散列（哈希）算法和非对称加密算法。
散列算法是将一段信息转换成一个固定长度并具备将两段相同信息转换成同一字符串的特点，即便两段信息稍微不同，那么也转换不成同样的字符串。
非对称加密算法是由公开密钥和私有密钥组成的一对唯一性密钥，使用公开密钥加密的信息只有使用结对的私有密钥才可以进行解密。常用非对称加密算法包括RSA、Elgamal、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）。

共识机制

共识问题包括：

1. 如何防止诈骗？
2. 区块数据传输到各个分布式节点的先后次序如何控制？
3. 如何应对传输过程中数据的丢失问题？
4. 节点如何处理错误或伪造的信息？
5. 如何保障节点之间信息更新和同步的一致性？

解决以上问题需要区块链的共识机制来解决。区块的核心是分布式，分布式中最重要的一点就是各节点需要协同工作，共识算法能保证分布式计算机的协作一致。
区块共识机制的核心思想是：在没有中心点总体协调的情况下，当某个记账点提议区块数据增加或减少，并把该提议广播给所有的参与节点，所有节点要根据一定的规则和机制，对这一提议是否能够达成一直进行计算和处理。
常用共识机制有PoW、PoS、DPoS、Paxos、PBFT

应用

金融交易、政府征税、土地所有权登记、护照管理、社会福利等\

参考资料

《信息系统项目管理师教程》第四版