区块链技术在教育领域的应用调研

作者 Fournoas 于 2018年8月3日发布在

区块链又称做『写入速度最慢的分布式数据库』。顾名思义，就是数据增长速度有限，以比特币为例，其网络大约每10分钟产生一个区块，每个区块大小是1Mb，大约可以记录数千笔交易。如果网络交易频繁，会导致拥塞。也就是说，比特币网络不能保证交易数据能在有限的时间内得到确认。

区块链本质上是一种去中心化的分布式账本，其账本属性就意味着数据只能追加，不能修改和删除，而账本的最小写入单位是区块。区块链网络运行的大致原理如下：

很明显，私有链不具备去中心化的特征，是一种蹭热度的伪区块链应用，毫无意义。私有链的应用场景完全可以用成熟的分布式算法来等价代替。

只有满足『去中心化』和『防篡改』这两个需求的业务场景才需要用到区块链技术。否则都是伪应用。

增加新的区块需要达成全网的共识，特别是公有链，其每个节点都被视为不可信任的潜在攻击者，所以需要有一些手段来保证写入的一致性。如果无法达成共识，就会产生分叉。

共识机制，或称为分布式一致性算法，分为两类：一种需要解决拜占庭将军问题，另一种不需要。前者用于存在不可信节点的网络中，比如公有链；后者用于可信网络中，比如联盟链和私有链。

工作量证明。需要算力来支撑整个系统。生成新的区块的节点会得到激励。

优点是非常可靠，支持大型网络。缺点是存在51%攻击的风险，而且浪费算力。

权益证明。根据币龄（持币数量×持有时间）给每个节点分配权益。

优点是不浪费算力，且增加了51%攻击的难度。缺点是存在权益粉碎攻击，导致系统分叉。

(略)

(略)

(略)

如果认为节点都是可信的，即不存在拜占庭将军问题，那可以使用 Paxos 或 Raft 算法。

当联盟链和私有链的节点被视作是可信任的，排除拜占庭将军问题，便可以使用这些算法。

共识算法是区块链的核心。在数学上被证明可靠的分布式一致性算法（共识机制）只有 Paxos 算法。该算法是在排除拜占庭将军问题的情况下才有效。其他算法都未被证明可靠。

公有链为了维持网络的运行，对于工作节点必须给予一定奖励机制作为回报。没有激励机制，则网络无法维持。

智能合约并非区块链的直接应用，它实现了一个图灵完备的脚本，以实现复杂的商业逻辑。智能合约只是将合约数据部署在区块链上保证数据不被篡改。

常见的公有链都会被打造成一个金融系统，也就是公有链的第一应用必然是代币。因为没有代币就无法实现激励机制，从而无法维持整个区块链网络的运行。然而代币并不是区块链的必要应用，对于联盟链和私有链来说，代币应用没有必要性。

去中心化的公有链意味着不可控，在国内的大环境下，这种系统肯定不会被体系所待见；而私有链作为蹭热点的跟风概念，也没有实施的必要性；只有联盟链的概念可能会更加贴合国内的实际情况。

联盟链可以引入一个根证书机构，而节点则分为两种：一种持有根证书机构签发的公钥，角色是联盟成员，这类节点有创建区块的权限；另一种持有非根证书机构签发的公钥，此类节点可查询和产生数据，但是不能生成区块。

对于体制内的学校机构，有天然的中心化倾向，几乎不存在去中心化应用的必要。有两种情况会比较适合区块链的去中心化特征：

首先，区块链只能解决数据防篡改的问题，但是无法保证数据来源的真实性。常见的应用都是基于节点没有创建虚假信息的动机来保证的。比如转账数据，节点没有动机虚构一笔交易来把自己的钱转给别人，除非是私钥泄漏了。但是在其他领域，节点是否有创建虚假数据的动机则不能保证。

其次，区块链网络自运行起数据就在不停的增长，比特币这种只保存交易数据的网络，如今的数据量也已经有100多G了。而为了分区容错，每个节点都保存一份完整的数据，那随着数据增长，对存储的压力是很大的。