区块链技术解决交易性能、隐私保护、监管缺失三大难题最新参考方案

 目前,随着区块链技术的快速发展和日趋成熟,它已成为国内外的焦点技术之一,对技术创新和产业变革都产生了一定的影响;虽然现在还有不少企业对应用区块链存在顾虑,但国科简凭借先天的基因和后天的累积,把重点放到技术研究和系统开发,专为客户解决技术性难题等方面,交易性能隐私保护、监管缺失这三大问题上做出了最新的解决方案。

一、交易性能

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商业应用来看,目前影响区块链的交易性能主要有如下四个环节1,广播通信2,信息加解密3,共识机制4,交易验证机制之后我们看看哪些环节可以对交易性能进行优化的。

1,广播通信:

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为了能最大程度的改善交易性能,推荐采用联盟链而不是公链,由于公链必须保持高度的去中心化,节点软件必须能够在标准的消费级电脑上运行,并且每个节点机器的性能和网络情况都是千差万别的,导致交易性能形成一个天然的限制。而对于联盟链,我们可以指定节点机器的物理配置和节点数量,并尽量以高速网络进行连接,则可以很大程度改善区块链的交易性能。

2,信息的加解密:

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信息的加解密是区块链的关键环节,主要是哈希函数和非对称加密两部分的算法。哈希函数目前主要有SHA家族算法、MD5、SCRYPT、RIPEMD、WHIRLPOOL、CUCKOO HASH、HAVAL、Tiger、LYRA2、Equihash、Hashimoto、Dagger等多种算法,还有其中算法的串联和并联使用。由于商业应用一般都不考虑挖矿问题和更注重性能问题,所以更推荐大家采用常用的SHA256算法为主。而非对称加密部分,主要非对称加密算法包括RSA、DSA、椭圆曲线算法等,区块链一般使用椭圆曲线算法,包括ECDSA和SCHNORR,还有国密算法(SM2椭圆曲线公钥密码算法、SM3密码杂凑算法、SM4分组密码算法),其中,比特币使用的签名算法是ECDSA,而Schnorr签名的验证速度比ECDSA签名的快,而且这种签名体积可以更小,还原生地支持多重签名。

3,共识机制:

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共识机制是分布式账本为了使存储信息的准确性与一致性而设计的一套机制,机制的设计主要由业务与性能的需求决定,从PoW到PoS再到DPoS和各种拜占庭容错算法,共识机制不断创新,区块链平台性能也得到大幅提升。在类似DPoS或PBFT的共识机制下,区块链上交易的确认很迅速,交易吞吐量也满足现有的交易规模,部分私链性能达到万笔/秒,能够满足绝大多数业务需求。

4,交易验证:

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从交易验证机制角度出发,目前有几种优化处理方式:

1.分片处理(sharding),总体思路是每个节点只处理一部分交易,比如一部分账户发起的交易,从而减轻节点的计算和存储负担。

2.闪电网络(LightningNetwork)和状态通道(State Channels),这两种策略是保持底层的区块链协议不变,尽可能将交易放到链外执行,通过改变协议用法的方式来解决扩展性问题。在这种策略下,分布式账本上只是记录粗粒度的账本,而真正细粒度的双边或有限多边交易明细,则不作为交易记录在分布式账本上。

Ripple到HyperLedger fabric或Corda,通过共识算法的创新以及联盟链的部署使得吞吐量等性能得到大幅的提升,当前延时已能够控制在秒级别,吞吐量达万笔每秒,单节点的存储空间需求也能够进行相应的优化与压缩,性能瓶颈已经被逐步突破。

二、隐私保护

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在区块链公有链中,每一个参与者都能够获得完整的数据备份 所有交易数据都是公开和透明的,这是区块链的优势特点,但另一方面,对于很多区块链应用来说,这个特点又是致命的。因为很多时候,不仅仅用户本身希望他的帐户隐私和交易信息被保护,就商业机构来说,很多帐户和交易信息更是这些机构的重要资产和商业机密,不希望公开分享給同行。

比特币对隐私保护的解决思路是,通过隔断交易地址和地址持有人真实身份的关联,来达到匿名的效果。所以虽然能够看到每一笔转账记录的发送方和接受方的地址,但无法对应到现实世界中的具体某个人。但这样的保护是很弱的,通过观察和跟踪区块链的信息,通过地址ID、IP信息等还是可以追查到帐户和交易的关联性。

为了解决区块链的隐私保护问题,目前有混币、环签名、同态加密、零知识证明等几种方式:

1,混币原理(CoinJoin):

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混币原理是割裂输入地址和输出地址之间的关系。在一个交易中,假如有很多人参与,其中包括大量输入和输出,这样会比较难在输入和输出中找出每个人的对应对,这样一来,输入与输出之间的联系被事实上割裂。多次混币、每次少量币,效果更好。

2,环签名:

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环签名是一种简化的类群签名,它因为签名由一定的规则组成一个环而得名。在环签名方案中,环中一个成员利用他的私钥和其他成员的公钥进行签名,但却不需要征得其他成员的允许,而验证者只知道签名来自这个环,但不知谁是真正的签名者。环签名解决了对签名者完全匿名问题,环签名允许一个成员代表一组人进行签名而不泄漏签名者的信息。在暗网币中,它的环签名是区块链上的混币服务,这种混币具有相同金额的输入,并且使用了多个别人的公钥,只知道是从这一群人中的一个发送的,但无法判断是哪一个,也无法通过金额分析来判断输入输出对。

同态加密:同态加密是一种无需对加密数据进行提前解密就可以执行计算的方法。它提供了一种急需的方法,能够在原有基础上使用区块链技术。通过使用同态加密技术在区块链上存储数据可以达到一种完美的平衡,不会对区块链属性造成任何重大的改变。也就是说,区块链仍旧是公有区块链。然而,区块链上的数据将会被加密,因此照顾到了公有区块链的隐私问题,同态加密技术使公有区块链具有私有区块链的隐私效果。

3,零知识证明(ZKPs):

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ZKP是一种密码学技术,是一种在无需泄露数据本身情况下证明某些数据运算的一种零知识证明,允许两方(证明者和验证者)来证明某个提议是真实的,而且无需泄露除了它是真实之外的任何信息。在密码学货币和区块链中,这通常是指交易信息数据。Zcash和Zcoin都引入的零知识证明,Zcoin和Zcash是仅存的两个使用零知识证明而达到零知识级匿名的加密货币。

在联盟链中,除了在算法做处理外,还有其他一些特别的隐私数据保护方法:

1,Enigma系统的方式,它将数据分解成碎片,然后使用一些巧妙的数学方法对这些数据进行掩盖。单独从每一碎片获知数据是不可能的,你不可能重新获得有关的原始数据。因为很多商业数据非常敏感,所以机构不能轻易把数据分享出来做研究,但是如果只是使用机器学习模型或者预测模型来运行特定的数据分析的话,就不会有这种担忧了,这将是突破性的。

2.很多联盟链都允许系统的终端用户控制他与环境交互和共享的信息,要求它的交易使其他企业不可见,而他的行业合作伙伴无权分享机密信息。如在fabric中交易隐私是通过非授权用户的两个属性来实现的,一个是交易匿名,交易的所有者隐藏在一个被称为匿名集的组建中;另一个是交易不可关联,同一用户的两个或多个交易不能被关联起来。

三、监管缺失问题

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区块链透明化、去中心化的特点,在监管者交易层面,都很难被完全接受。那么区块链应该如何让监管机构适当地参与到里面的监管,又不损害到商业机构的利益和避免降低效率呢?

fabric系统中,总账可以按照规定规则来审计全部或部分总账分录。在与参与者合作中,审计员可以通过基于时间的证书来获得总账的查看,连接交易来提供实际的资产操作。fabric利用了密钥的层级可以控制将给予审计员检查某些交易,某组交易的审计权限,只披露给审计实体最相关的密钥来提供控制审计的可能性。不是系统的成员的应用审计人员,可以给予被动的观察区块链数据的手段,同时保证给予他们只是为了与被审计应用程序相关的交易。

Corda用于记录、管理和同步受监管金融机构之间的金融协议,它直接设计出负责监管与监督观察作业的节点,监管者也在Corda账本上,交易信息经由特定交易方来验证,不需一大群与该交易无关的验证者。

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区块链的监管,在某种程序上是促进区块链的商业应用更好落地和提供合规性的保护,同时监管机构也应紧追创新步伐,以开放和包容的态度进行有效的新形式的监管。

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