互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時(shí)代，人們每天都會接觸數(shù)據(jù)，購物看評分，炒股看報(bào)表……但是，在這個(gè)“到處是陷阱”的年代，數(shù)據(jù)真的可信嗎？它們沒有被篡改過嗎？
前段時(shí)間，日本第三大鋼鐵巨頭——神戶鋼鐵被曝出篡改鋁制品性能數(shù)據(jù)；A股上市公司財(cái)務(wù)報(bào)表造假事件近年來也頻頻被曝光……
人們常說，真實(shí)而未篡改的數(shù)據(jù)是誠信的基礎(chǔ)，通常，大多數(shù)人會依賴于政府機(jī)關(guān)的立法和輿論曝光，通過提高對造假的懲罰來杜絕惡意篡改，但好的法律需要好的“警察”，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)篡改行為，就不能完全避免風(fēng)險(xiǎn)和損失。如果有一種技術(shù)手段，既能提高數(shù)據(jù)篡改的難度和代價(jià)，又能讓其他人快速而廉價(jià)的檢驗(yàn)是否發(fā)生了篡改行為，造假盛行這一狀況就會有很大的改觀。
2017年，比特幣的瘋狂上漲引發(fā)關(guān)注，除了傳說中的耗時(shí)耗電，比特幣究竟為人類做了哪些貢獻(xiàn)呢？很重要的一點(diǎn)就是比特幣構(gòu)建了一個(gè)高度可信的賬本，完全杜絕了賬本的篡改行為。
這是因?yàn)楸忍貛挪捎昧藚^(qū)塊鏈技術(shù)作為底層支撐，使得區(qū)塊鏈在沒有行政監(jiān)管的條件下，還能保證貨幣交易數(shù)據(jù)寫入賬本之后不會被篡改。對此，區(qū)塊鏈領(lǐng)域的業(yè)內(nèi)人士將其稱之為“不變性”。
那么，這種不變性究竟該如何理解？它又是怎樣實(shí)現(xiàn)的？它和普通民眾究竟有什么關(guān)系？本文嘗試對這些問題進(jìn)行解答。
什么是區(qū)塊鏈的不變性？
通常，不變性的具體含義是指某一事物不會隨著時(shí)間而改變。
以比特幣為例，交易數(shù)據(jù)是在不停擴(kuò)展的，因此在區(qū)塊鏈的范疇內(nèi)，不變性是指一旦交易被寫入到賬本以后，任何人都無法改變它。通過區(qū)塊鏈，數(shù)據(jù)的提供者可以證明其提供的數(shù)據(jù)沒有被更改過，而數(shù)據(jù)的接收者可以明確其接收的數(shù)據(jù)沒有被篡改。
值得注意的是，這種不變性是面向所有人的，區(qū)塊鏈維護(hù)的賬本和銀行的賬目并不一樣。對于銀行賬目，作為一個(gè)普通用戶，你只能讀取你本人的賬本，卻無法對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行更改，但是，其他一些更高權(quán)限的人，比如銀行內(nèi)部的系統(tǒng)管理員就具備完全的修改數(shù)據(jù)能力。而區(qū)塊鏈技術(shù)則保證了任何人，包括系統(tǒng)管理員，都無法對歷史記錄進(jìn)行修改。
不過，區(qū)塊鏈技術(shù)的不變性并非絕對的。
舉一個(gè)簡單的例子，你寫了一條信息準(zhǔn)備發(fā)送，在發(fā)送之前，你可以隨意修改它，這是沒有人知道的。如果你已經(jīng)發(fā)送給一位朋友，這條信息對你來說就有一定的不變性，你想改變它，你可以請你的這位朋友刪除原來的短信，然后你重新發(fā)送，這樣其他人就不會知道你修改了這條短信。那么，如果你群發(fā)給了很多人呢？對你來說這種不變性就很強(qiáng)了，因?yàn)槟阋f服每一位短信接收人去刪除原始短信，理論上，這是可以實(shí)現(xiàn)的，但是現(xiàn)實(shí)很殘酷，群發(fā)的數(shù)量越大，數(shù)據(jù)改變的難度就越大。
區(qū)塊鏈也基于同樣的原理。對于數(shù)據(jù)篡改者來說，篡改數(shù)據(jù)并不難，困難的地方在于怎么不讓別人發(fā)現(xiàn)這種篡改，只要能讓別人快速的驗(yàn)證數(shù)據(jù)被篡改過了，那就說明這次篡改行為是失敗的。這就變相地提高了修改某一事物的難度。
綜合起來，區(qū)塊鏈的不變性包含了兩個(gè)方面的內(nèi)涵：一是給攻擊者制造難關(guān)，二是方便用戶對篡改的檢測，但是，具體過程是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？
區(qū)塊鏈的不變性怎樣實(shí)現(xiàn)？
在金融領(lǐng)域，賬本記錄了資產(chǎn)和現(xiàn)金等資源的交易情況，是十分重要的財(cái)務(wù)記錄。我們每個(gè)人在銀行都有相應(yīng)的流水記錄，而每一條記錄之間的順序通常是按時(shí)間進(jìn)行排序和編號的。這種流水式的賬本對于有權(quán)限的人來說，篡改起來是非常容易的，比如，他們把幾條記錄里的內(nèi)容稍做修改，不仔細(xì)查看內(nèi)容很難看出來。
下圖就展示了一個(gè)例子：有人把第4頁的一行內(nèi)容進(jìn)行了修改，你可能很難看出前后的區(qū)別，因?yàn)橘~本的變化不夠顯著（參見下圖）。很顯然，這種普通的賬本篡改起來非常簡單，而檢查是否篡改卻十分困難。
根據(jù)這一原理，用戶的任何篡改都能反映到頁碼的變化上。為了更便于檢測，我們希望即便只是對內(nèi)容進(jìn)行了極小修改，頁碼都能面目全非。這樣做的一個(gè)好處是篡改者很難掌握頁碼的變化。那么，如果有一種賬本，他把每一頁的內(nèi)容和頁碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)，不管對第4頁的內(nèi)容進(jìn)行了何種修改，頁碼都會發(fā)生突變，比如篡改后第4頁的頁碼變成了40，這樣的話，篡改行為就能很快被檢測出來。這就是區(qū)塊鏈防篡改的第一個(gè)主要原理：將頁面內(nèi)容和順序編號進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
但這樣也給真實(shí)的記賬過程帶來一個(gè)問題——由于頁碼的不可控制，記賬時(shí)很難生成連續(xù)的頁碼，那么，賬本的順序該怎樣維護(hù)呢？區(qū)塊鏈中，在新加入一頁賬本的時(shí)候，就把上一頁賬本的頁碼寫到當(dāng)前頁的開頭，這樣就能對所有賬本頁進(jìn)行排序了，典型的一個(gè)區(qū)塊鏈就可以表示成下圖的形狀：
一個(gè)有效賬本的第一個(gè)規(guī)則是：必須保證前后兩頁的頁碼一致性。一旦出現(xiàn)頁面鏈接不上，說明賬目有假。
有了這樣一個(gè)賬本之后，怎么樣才能得到一個(gè)有效的篡改賬本呢？
比如，修改第200頁上的某一筆交易，很顯然，第200頁的頁碼也發(fā)生了變化，那么，為了保持整個(gè)區(qū)塊鏈的一致性，你必須修改第201頁頭部記錄的頁碼，由于第201頁也變了，那么必須修改第202頁頭部的頁碼。也就是說，必須把第200頁之后的所有賬本都修改了。乍聽上去，篡改數(shù)據(jù)只是增加了一些繁瑣度，因此我們需要第二條規(guī)則。
一個(gè)有效賬本的第二條有效性規(guī)則是：每一個(gè)頁碼都必須小于一個(gè)固定數(shù)值。符合第二條規(guī)則是極為困難的，這是由于區(qū)塊鏈從內(nèi)容到頁碼的映射過程有很強(qiáng)的不可預(yù)測性，篡改者只有不停地進(jìn)行隨機(jī)測試，這個(gè)計(jì)算量非常大，如果運(yùn)氣不好，上億次的嘗試才能改好一頁。
如果一個(gè)攻擊者的運(yùn)氣極佳，能生成一個(gè)有效的篡改賬本，但區(qū)塊鏈還為他準(zhǔn)備了第二條預(yù)防方法：在許多臺機(jī)器上備份統(tǒng)一的賬本。對比不同機(jī)器上的賬本也不用那么復(fù)雜，只要對比一下最新頁的頁碼就可以了，如果發(fā)現(xiàn)你和其他多數(shù)人不一樣，就知道你進(jìn)行了篡改，也就是說，你花費(fèi)了很大的力氣偽造了一本賬，別人只要花不到一秒鐘，就能知道你做假了。
唯一的一種實(shí)現(xiàn)篡改的可能性是：你掌握很大的計(jì)算資源，并串通大量攻擊者同時(shí)改寫了網(wǎng)絡(luò)上的大部分賬本，但這種可能性微不足道，技術(shù)本身足以保證區(qū)塊鏈賬本數(shù)據(jù)的不變性。
不變性的應(yīng)用
利用區(qū)塊鏈的不變性，我們可以解決很多實(shí)際問題。除了保證數(shù)據(jù)不被篡改已經(jīng)在金融支付行業(yè)成功應(yīng)用以外，還有哪些業(yè)務(wù)場景有可能會借助區(qū)塊鏈的不變性特點(diǎn)呢？
首先是在教育認(rèn)證行業(yè)。學(xué)歷證書、技能證書等材料直接反映了一個(gè)人的能力和教育經(jīng)歷，而用人單位會對招聘人員的能力具有一定程度的要求。如此，有一些求職者會偽造學(xué)歷證書作為踏入職場的敲門磚，而在當(dāng)前，學(xué)歷證書的偽造似乎成了一門產(chǎn)業(yè)，偽造的紙質(zhì)證書足以以假亂真。那么，可否考慮用區(qū)塊鏈技術(shù)來防止證書被偽造或篡改呢？
近年來，麻省理工學(xué)院使用比特幣區(qū)塊鏈進(jìn)行了認(rèn)證測試，并開發(fā)了相應(yīng)的證書系統(tǒng)用于學(xué)術(shù)、專業(yè)和勞動認(rèn)證。2015年10月，該系統(tǒng)為參加30周年慶的校友頒發(fā)了證書。
此外，墨爾本大學(xué)也宣布發(fā)起區(qū)塊鏈認(rèn)證和審核計(jì)劃，允許通過一種隱私、安全且持久的方式驗(yàn)證學(xué)生的證書。
由于區(qū)塊鏈證書的不可偽造性，一方面，可以更有效率的讓用人單位進(jìn)行學(xué)歷審查，也能為優(yōu)秀的人才創(chuàng)造一個(gè)公平的競爭環(huán)境。
其次是在醫(yī)療行業(yè)。近年來，醫(yī)療糾紛頻頻發(fā)生，其中有不少是由于病歷或處方等報(bào)告上出現(xiàn)的錯(cuò)誤信息和疏漏導(dǎo)致的。那么，如何防范此類事件的發(fā)生呢？將病人的所有醫(yī)療記錄用區(qū)塊鏈進(jìn)行存儲和保護(hù)不失為一種有效途徑。
目前，基于區(qū)塊鏈的醫(yī)療應(yīng)用已逐步成形，阿聯(lián)酋最大的電信公司之一Du已經(jīng)與大型私人醫(yī)療服務(wù)提供商N(yùn)MC Healthcare建立合作關(guān)系，開始使用區(qū)塊鏈技術(shù)來存儲電子健康記錄。如此，可以確保數(shù)據(jù)完整性和零錯(cuò)誤，同時(shí)加強(qiáng)醫(yī)療服務(wù)提供者和患者之間的信任。
另一個(gè)重要的問題是假藥的生產(chǎn)。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)，假藥占據(jù)醫(yī)藥市場的10%，發(fā)展中國家的數(shù)據(jù)則接近30%，這對患者的健康和安全造成了威脅。目前，包括因特爾、ibm等一些研究機(jī)構(gòu)共同發(fā)起了反藥品偽造項(xiàng)目，在這個(gè)項(xiàng)目里，每一個(gè)廠家生產(chǎn)的藥品都會附帶相應(yīng)的生產(chǎn)時(shí)間記錄，甚至包括藥物的整個(gè)供應(yīng)流程和主要成分，并在區(qū)塊鏈上保存起來，這樣就可以隨時(shí)檢測藥品的生產(chǎn)時(shí)間和地點(diǎn)，從而有效對抗市面上的假藥，對保護(hù)患者生命健康具有十分重要的意義。
最后，需要指出的是，在區(qū)塊鏈不斷火爆的今天，多數(shù)人只把它當(dāng)做又一場全民概念在炒作。然而，當(dāng)今天的我們需要隨時(shí)給自己的手機(jī)充電時(shí)，卻忘記了1831年10月28日夜晚被嘲笑的法拉第——電磁學(xué)之父；當(dāng)今天的我們習(xí)慣了淘寶購物時(shí)，卻忘記了十多年前“網(wǎng)購等于欺詐”的各種言論，更忘記了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)起之初受到的質(zhì)疑。
電和互聯(lián)網(wǎng)在產(chǎn)生之時(shí)，人們常說“虛幻”二字，我們有燃油和報(bào)紙就夠了?，F(xiàn)在的你或許嘲笑當(dāng)時(shí)之人多么的愚昧可悲，殊不知自己也是時(shí)代的替代品。區(qū)塊鏈誕生至今，“縹緲虛幻”的評價(jià)從未間斷，比特幣更是非議重重，但是不管遭受了多少黑客的攻擊，它構(gòu)建的誠信大廈卻從未被破壞過?；蛟S，未來的一天，“上鏈”也會像“上網(wǎng)”一樣隨處可見，那時(shí)的你，會怎么看待今日的你呢？
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