摘要：计算机科学技术的发展总会带来一个时代的发展，区块链技术就是其中之一。区块链技术是近些年来最具新颖，前沿性的一项技术，它利用去中心化，分布式，可信任等特点，应用在比特币，以太坊等多方面。通过智能合约与共识算法来保证区块链的正常运行，将会对许多行业产生颠覆性的影响。本文将浅谈区块链的设计，解读区块链的发展，以及其在未来产业的应用方向，以供读者参考。
关键词：比特币；区块链；以太坊；智能合约；未来应用；安全
在中本聪的论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》中提到现在互联网上的交易大多依赖第三方金融机构，但是不管这个金融机构做的有多么的好，它总会具有一定的缺陷，例如第三方金融机构是否可信的问题，第三发机构对账单的隐私保护能力不足问题，第三方金融机构被黑客攻击的问题。这些是金融机构即使做的再好也不能完全保证的，这使得互联网中价值的转移会出现一系列大大小小的问题。所以如果想要实现真正意义上的“信任价值转移”，那么就需要移除第三方金融机构，建立真正意义上的互联网价值转移体系，区块链技术就应运而生了。
一、区块链1.0--比特币
区块链是比特实现的底层实现技术，比特是区块链的一个典型的应用。其实，在开始的时候人们只知道比特币并不知道区块链，后来经过不断的发展逐渐引发出了区块链技术。由于比特币利用公共链中的完全去中心化，通过密码学的技术保证账单交易的不可更改与不可逆转性，在各个节点之间形成共识算法，从而是使得比特币的交易安全可信。比特币的安全性是相对可靠的。比特币对账单的所有权和隐私其实是指对比特币账户地址的所有权，因为比特币没有第三方金融机构的参与，所以比特币的账户是用地址来表示的。在账本上并不会显示个人的信息，转账的实质就是从一个地址转移到另外一个地址。那么如果你拥有这个地址的私钥那么就相当于你对比特币账单拥有了所有权。私钥经过一系列的数学运算，利用密码学的知识（hash运算），保证了账单地址的不可逆转性。但是如果你的私钥丢失，那么比特币就有可能会出现丢失。
二、区块链2.0--以太坊
如果说比特币是区块链发展的开始，那么以太坊便是区块链应用中的一个完备框架平台，它是区块链与智能合约的完美结合。尽管比特币在区块链的架构中展示了较好的鲁棒性与飘逸感，但是那只是针对数字虚拟货币而言的，在除了虚拟货币以外的其他的应用场景中还是十分的不足的。比特币的思维缺陷在于它是不具备图灵完备性的，由于其脚本引擎就不具有图灵完备性，而以太坊虚拟机EVM提供了图灵完备的计算环境，可以进行更为复杂的运算。以太坊中的智能合约是以太坊的灵魂。这儿可分开理解“智能”指的是智能化，指的是在区块链中的一段由计算机执行和验证的程序，而“合约”也就是交易双方规定的协议。因为智能合约存在在以太坊中的每一个节点上，所以只有每一个节点都执行智能合约得到相同的结果，才可以确定这个交易是合法的。
三、区块链3.0--未来应用
区块链3.0意味着它的应用将不在局限在数字货币，金融方面，它将更为广泛的应用在教育，医疗，文化，企业等方面。从区块链的安全性来说，它的安全性能相当于区块链2.0来说也必将得到一个提升。在这里浅谈区块链在未来物联网方向上的应用。区块链的智能合约可以应用到物联网中的交易上，可以通过点对点的形式与智能设备上的接口实现智能对接，保证在区块链上转账，而在物理世界实现等价功能的转换。在物联网中智能设备中的数据是十分重要的，在智能设备中对应的各个数据区块可以以区块链的形式进行存储，利用区块链优良的特性，可以防止数据被篡改，对数据可追踪等。在很早的时候IBM就提出区块链将成为物联网的最佳解决方案。如麻省理工学院的NeuroMesh（物联网疫苗）项目。该项目是基于区块链技术为当前物联网基础设备所面临的的安全威胁提供防护，可以有效识别网络中的潜在威胁，同时将攻击源纳入黑名单。物联网的发展将会带来日益增多的安全威胁，这使得该区块链应用将得到十分长远的发展。
四、区块链安全
尽管认为区块链的实现机制是安全的，但不代表它是绝对安全的。比如比特币中的钱包私钥丢失问题，前面提到过比特币中账号地址是由密码学中一系列算法而生成，若一旦你忘记或者丢失私钥那么你将永远也取不走你的账户里面的比特币。矿池的算力集中也会出现相应的安全问题。矿工通过PoW（工作量证明）机制来获取区块的记账权，随着区块链的不断流行，单独矿工的算力没有了优势，使得矿力集中形成矿池来进行挖矿，但如果矿池的规模过大就有可能超过全网算力的50%，而掌握整个区块链的记账权，那么区块链强调的去中心化将不复存在，区块链将受到严重的安全威胁。如果我们可以通过在各个节点之间形成新颖的共识算法来抑制矿池的规模过大，那么这类问题也还是可以解决。区块链的发展是思维上的一种进步，其去中心化，分布式与智能合约结合的特点，以及在比特币与以太坊上的应用，必将引领未来。
作者:徐冯杰 刘析远 单位:西华大学计算机与软件工程学院