隨著計算機技術的飛增猛進，區塊鏈技術也進入人們的視野，區塊鏈是一種基于去中心化的分布式計算機技術，多用于新興的數字加密貨幣，本質上是一種公共的記賬技術，設計巧妙，涉及了密碼學，數學，對等網路多種知識，當人們進入大資料時代后，人們的個人資訊都已經實作了資料化，極易受到泄露、篡改，但利用區塊鏈先進特性，可以對資訊資料安全性進行強化，提到區塊鏈不得不提的就是最近大熱的位元幣，能夠在運行的十多年內保證著資訊的安全，本文通過對區塊鏈技術進行調查與研究，對區塊鏈的起源，發展，資訊安全保證，技術應用和前景進行分析，

1.引言

1.1區塊鏈的起源

說起區塊鏈的起源，就要從一個上個世紀90年代美國成立的一個小眾神秘組織“密碼朋克”（Cypherpunk），他們創建了一個郵件串列，用來討論各類話題，主要包括數學，加密技術，計算機技術，政治，哲學等，1993年，埃里克.休斯寫了一本名叫《密碼朋克宣言》的書，其中一段話為位元幣系統的出現埋下了伏筆：“我們致力于建立匿名系統，我們用密碼學，匿名郵件轉發系統，數字簽名和數字貨幣來捍衛我們的隱私”，[ 杜經農，杜江天.輕松讀懂區塊鏈–北京：人民郵電出版社，2019.10]
在基于區塊鏈技術的位元幣系統出現前，密碼朋克的成員們討論，發明過多種失敗的數字貨幣和支付系統，直到2008年一個叫中本聰的人綜合前人的成就，創造性的融合點對點技術，非對稱技術，和作業量證明演算法，創造了一種去中心化的“數字貨幣”系統–位元幣系統，

1.2區塊鏈技術的概念

1.2.1去中心化

去中心化是保證區塊鏈用戶資訊安全的保證，
談到去中心化，就先來談談現在我們普遍使用的中心化系統，在我們開發一個系統，應用的時候，會使用服務器來進行資料的增刪改查詢，記錄人們的資訊，比如消費者在一個購物網站進行交易的時候，首先會訪問該網站的服務器，，服務器回傳該網站的商家產品資料進行互動，當消費者瀏覽到心儀的產品進行下單支付的時候，就會向服務器發起購物請求，服務器就會進行相關的操作，將你的資訊和錢轉到賣家的賬戶上，完成交易，這就類似于一個中心系統，平臺和平臺的服務器就是整個中心系統的中心節點，存盤著大量平臺用戶的個人資訊和資料，
在整個中心化系統中，中心節點能夠為用戶更快捷和方便的服務；處于一種可信任的環境中，交易是受到保護，當平臺出現違規行為會受到相關法律的懲罰；當我們賬戶資訊遭受篡改的時候平臺可以恢復相關資訊，由于中心節點擁有著普通用戶的特權就會存在許多的問題，中心節點存盤著用戶的姓名，年齡，居住地址，消費記錄，出行路線，愛好，社交圈子等大量私人資訊，在這個大資料時代，用戶畫像使用一組組資料來替代，繪制出各種個人資訊畫像，使用這些資訊制作的“猜你喜歡”總是能推薦到你喜歡的，當黑客攻擊中間節點，大量的個人資訊泄露，被不法人員利用實施詐騙，就會造成個人利益被損害，
而去中心化就去的就是中心節點，在去中心化系統中不存在類似于中心節點這樣的擁有較高權力的節點，每個網路節點都擁有著相同的權力，每個網路節點都掌握著所有資訊，當交易發生的時候，會向所有節點廣播這則訊息：某人向某人進行交易，交易的時間，數量都會記錄在每個節點之中可供查詢，這樣就不會擔心因為中間節點遭受攻擊而導致資料丟失，大家擁有的資訊是相同的，區塊鏈加密的技術保證了資料不易被篡改，偽造，保證了交易的公開，透明，可追溯，

圖 1參考自中本聰《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》

1.2.2加密演算法

區塊鏈中加密使用了大量的密碼學知識對資料進行加密，Satoshi Nakamoto[ Nakamotv S. Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system.2008]在《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》一文中說到“我們非常需要這樣一種電子支付系統，它基于密碼學原理而不基于信用，使得任何達成一致的雙方，能夠直接進行支付，從而不需要第三方中介的參與”，
哈希演算法屬于區塊鏈包括其應用位元幣中最常使用的加密演算法之一，通過散列函式對資訊進行轉換，在我們生活中比較常見的就是對比較敏感的資訊進行加密，比如我們在登錄一個網站時，一些比較安全的做法就是會對用戶輸入密碼進行加密處理，資料庫中保存的是加密后的字串，在一定程度上加大了攻擊者的破解難度，對不同明文資料加密后得到的密文一致這種被成為哈希碰撞，一種優秀的哈希演算法要使得產生哈希碰撞的可能性極低，低到在現實中幾乎不可能存在，在位元幣中使用的由美國國家安全域的數學專家設計的SHA256演算法，產生哈希碰撞的可能性極低，即使你知道演算法步驟，看到最終的加密結果，仍然很難猜到明文，在位元幣系統中，礦工挖礦就是使用SHA256演算法進行數萬次計算，

1.2.3數字簽名

中本聰是這樣定義數字簽名的：每一位所有者通過對前一次交易和下一位擁有者的公鑰簽署一個隨機散列的數字簽名，并將這個數字簽名符加在這枚電子貨幣的末尾，電子貨幣就發送給下一位所有者，收款人通過對簽名進行檢驗，就能驗證該鏈條的所有者，
在密碼學中，加密演算法被分為對稱加密和非對稱加密，對稱加密是指通信雙方都共享著一個密鑰，通過該密鑰對通信內容進行加密，保證通信的安全，存在著一個問題，因為通信雙方都掌握著這個密鑰，當有貿易出現糾葛時，不能對資訊的真偽進行辨別，容易產生抵賴，假冒等行為，因此引入了非對稱加密，
采用公/私鑰對資料進行加密處理，公鑰是大家都知道的，私鑰是自己知道的，當甲和乙要進行通信時，甲找到乙的公鑰，通過乙的公鑰加密資訊后發送給乙，乙使用自己私鑰解密，獲取通信內容，因為是乙的公鑰加密，保證了資訊只能由乙進行破解，這樣就保證了資訊不能被破壞，
在數字簽名中，甲給乙發訊息，甲一方面使用哈希對明文資訊進行加密處理，另一方面使用自身私鑰進行加密，將加密后的兩個內容連接使用乙的公鑰加密，發送給乙，乙接收后，使用自身的私鑰解密，再對加密后的哈希密文解密得到M’,使用甲的公鑰對密文進行解密得到M’’，將M’和M’’進行對比，判斷內容是否發生篡改，在整個程序中，因為使用了甲的私鑰加密，保證了資訊是由甲發出來的，由乙的公鑰加密，保證了只能由乙能進行解密，既保證了資料的安全性，通信雙方對通信內容有不可抵賴性，

在區塊鏈中就是采用這種方式來保證區塊鏈資料不被隨意的篡改和偽造，當然不是前面陳述的簡單使用哈希演算法和數字簽名，而是使用一套資料鏈結構，利用拜占庭將軍問題中的共識問題，促使無中心系統中成員達成共識，在不可信的環境中構造出一個可信的區塊鏈系統，
中本聰在《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》使用一幅圖說明了位元幣的數字簽名鏈如圖3所示

根據中本聰給出的數字簽名鏈，位元幣交易記錄是一環扣一環地進行鏈接，每次的交易都需要上一次交易哈希值進行驗證，使用自己簽名進行確認，保證了交易的不可抵賴性，不易被篡改和偽造，
在此中本聰提到了雙重支付，俗稱“雙花”，簡單的來說就是把一份資產進行兩次交易，用交易記錄使用廣播的形式傳播，存在網路延時，利用時間差完成兩次交易，為了防止雙重支付，需要確保在交易期間絕大多數的節點都認同該交易是首次出現，對每一筆已發生的交易，都要向前追溯整個交易鏈，將一些通過檢驗的交易記錄集中起來，進行檢驗和打包后，就形成了區塊，這些區塊通過哈希值鏈接起來，最終形成區塊鏈，中本聰通過區塊連接成可追溯的鏈條的方式來解決雙花問題，

1.2.4區塊鏈共識機制

前文中所提到的區塊鏈系統是一種去中心化的系統，任何節點都可以參與鏈的運行，擁有記賬的權力，但是它面臨著一個很實際的問題，如果有人惡意的發布一些錯誤的交易記錄，如何讓所有節點在記賬時保持一致性，記錄正確的資訊，針對這種一個分布式系統的多個節點存在失效或惡意行為，如何保證一致性，在區塊鏈中，技術人員研究提出多種共識機制以解決這個問題，常用的共識機制有作業量證明（proof of work,PoW）、股權權益證明[ King S, NaOl S. PPCoic: Peer-to-pees crypT-currencp with proof-of-stake. White Paper. 2012]（proof of stake,PoS）、委托權益人證明[ Kiayias A. Russell A. David B. et al. Ouroboros: A provably secure proof-of-stake blockchain protocol//Proceedings of the Annual International Cryptology Conlerence. Santa Barbara,USA，2017: 357-388]（deleated proof of stake,DPoS）、實用拜占庭容錯和[ Castro M，Liskov B. Practical Byzantine lault tolerance//Proceedings ol the 3rd USENIX Symposium on Operating Systems Design and Implementation, New Orleans, USA,
1999，99: 173-186]（practical byzantine fault tolerance,PBFT），

1.2.4.1PoW共識機制

它被位元幣系統所采用，其基本原則一是必須通過一定的作業量來獲得記賬的權利，通過基于作業量的投票來獲得全網共識；二是保證一份作業量一票原則，使投票權能平均分配，這個大多數是基于CPU的，一個CPU代表一票；三是記賬結果要經受大家的檢查，如果記得正確，會得到獎勵，如果記賬錯誤，那么之前的作業量就會白費，這種激勵系統有助于鼓勵節點保持誠實，如果有一個貪婪的攻擊者能夠調集比所有誠實節點加起來還要多的CPU計算力，那么他就面臨一個選擇，要么將其用于誠實作業產生新的電子貨幣或者將其用于二次支付攻擊，那么他會發現按照規則行事更有利可圖，因此大部分人會守規矩從而保障系統正常運行，

1.2.4.2PoS共識機制

該機制主要應用在以太坊，PoS的特點是參與記賬的人事先需要付出一些抵押物，采用PoS共識機制的區塊鏈同樣使用挖礦方式來產生新幣，但是與采用PoW共識機制的區塊鏈不同，PoS共識機制要求礦工在挖礦前必須擁有一定量的幣，這些幣相當于抵押物，以保證礦工的利益總是與區塊鏈的利益聯系在一起，礦工不會故意去破壞鏈的運行，因為這樣相當于破壞自己的利益，在這個機制中，你擁有的幣決定了你挖礦的效率，持幣越多的人，生成區塊的能力越強，得到的獎勵越多，

1.2.4.3DPoS共識機制

在該機制下，并非所有的持幣者都擁有記賬的權利，由所有持幣者選出部分代表，這些代表擁有記賬權，由系統隨機安排，輪流記賬，每過一段時間系統就會進行重排，以防止作弊，區塊鏈仍然按照“最長鏈法則”進行，但是該機制在一定程度上已經背離了區塊鏈去中心化的初衷，記賬權由少數人進行控制，

1.2.4.4PBFT共識機制

這是一種參與記賬的節點預先已經確定，不適用于面向大眾的公有鏈，而是適用于由幾家機構共同建立并維護的聯盟鏈，

1.3區塊鏈在資訊安全網路技術中應用

互聯網的高速發展，使得人們的資訊越來越透明化，網路已經滲入到大眾生活點點滴滴，網路安全問題已經成為我國乃至全球共同面臨的大挑戰，各種網路安全犯罪事故頻發，給人民，社會公共安全帶來了巨大的挑戰，互聯網世界中隱匿的威脅重重，
區塊鏈技術作為去中心化的分布式資料記錄技術，在網路上具有資料可追溯性以及唯一性特征，在資料傳輸程序中，采用區塊鏈技術，對資料進行保護，防止不法分子通過竊取或篡改等方式破壞資訊的安全性，
區塊鏈資料結構是一個共享資料庫，具有不可偽造，公開透明，可追溯性等，有效的保障資料存盤的安全性，只要控制絕大多數都是合法的遵守規則的用戶節點，就能在一定程度上保證資料的不可篡改性，
張彥林[ 張彥林，張昭.區塊鏈接受在資訊安全領域的應用（N）.網路安全技術與應用，2021，03]等在《區塊鏈技術在資訊安全領域的應用》一文中主要分成七方面闡述了區塊鏈技術在資訊安全領域的應用，

1.3.1在用戶身份資訊認證保護方面

使用非對稱公私鑰加密技術對身份資訊采用兩套密鑰系統管理，確保資訊的安全性，不可偽造性和隱匿性，不良分子難以發現身份資訊，有效避免了身份資訊的泄露和偽造，

1.3.2阻止DDos攻擊

DDos攻擊是一種大規模大范圍的網路攻擊，區塊鏈中采用分布式域名存盤系統架構能夠有效的抵御DDoS攻擊，提高網路域名系統的透明程度，

1.3.3在資訊安全領域中交易信任與安全方面的應用

區塊鏈技術中主要通過哈希演算法和非對稱公私鑰加密技術對資訊進行保護，每個參與節點都參與記賬，避免了單一節點記賬出現賬被篡改，控制，資料丟失等多種問題，保證了資料的完整性、安全性和正確性，

1.3.4防止資訊記錄篡改方面

區塊鏈共識和認證機制在大多數都是“好人”的情況下，能夠認定一個區塊鏈記錄的安全性和有效性，

1.3.5在英格碼系統的應用

資料的開放和資料共享等新態勢在5G時代的促發下，每天都會產生大量是資訊資料和痕跡，這些資料中包含了大量的價值，這些大量隱私核心資料面臨著巨大的泄露風險，區塊鏈激素中的脫敏技術能夠滿足在資料開發和資料共享的情況下對隱私資料進行安全性和完整性保護，

1.3.6在資訊資料分析方面的應用

直接對資料進行分析極易導致資料泄露，但是在區塊鏈中通過數字簽名技術進行權限授予等驗證后才可對資訊資料進行訪問，從而避免了資訊資料的泄露，

1.3.7資料流通方面的應用

使用區塊鏈技術可追溯的特點，可以對注冊后資訊進行全面掌握，包括來源歸屬問題，回溯歷史分析，有效保護各方權益，

2.國內外研究現狀

縱觀全球區塊鏈的發展，從1993年開始進入最初的設想，到2008年中本聰提出了位元幣系統概念，再到今天，可以看到區塊鏈的出現是一個很短暫，迅速的，如今區塊鏈大火，得到了許多研究人員的關注，

2.1國外發展現狀

根據鄒漩[ 鄒漩，陸紅娟.新時代下我國區塊鏈技術發展研究綜述（N）.江蘇科技資訊，2021年1月（03）]等研究2021年一月份的研究，國外區塊鏈技術發展主要以制定區塊鏈技術標準為目標，重點在金融行業，

2.2國內發展現狀

根據在維普網統計分析，國內區塊鏈技術研究主要集中在智能合約，去中心化，共識機制，數字貨幣，電子商務，審計等方面的研究和探索，

3.結論及分析

根據研究，觀察發現，國內外發表關于區塊鏈技術的文章來看，國外起步稍早于我國，大概在2016年開始研究有關區塊鏈技術的應用前景；我國大多從2019年開始進行區塊鏈研究，其中在2020年有大量論文研究發表，在分析觀察時發現，看到部分有關區塊鏈論文與政府作業和規劃相關，這可能與我們國家大力關注前沿技術相關，
雖然區塊鏈技術目前處于初始階段，但縱觀其未來的發展極有可能從根本上改變現有的中心化節點的互聯網運行模式，目前很多國家都非常重視區塊鏈技術的研究與發展，德國，俄羅斯，美國，日本等國家高度關注區塊鏈技術及其產業發展，我國出臺了區塊鏈相關技術標準，并在《“十三五”國家資訊規劃》中明確提出需加強區塊鏈等新技術的基礎研發和前沿布局，