科普 | 区块链概念火爆的背后，真正的价值在这里

在互联网大数据时代，人们每天都在接触数据，在购物时看评级，在投资股票时看报告……然而，在这个“陷阱无处不在”的时代，数据真的可信吗？他们没有被篡改吗？

前段时间，日本第三大钢铁巨头神户制钢被曝铝制品性能数据被篡改；近年来，A股上市公司财务报表造假事件也频频曝光……

人们常说，真实、不可篡改的数据是诚实的基础。通常，大多数人会依靠政府机构的立法和舆论曝光，通过加大对欺诈行为的处罚力度来防止恶意篡改，但好的法律需要好的“警察”，如果不能及时发现篡改行为，风险和损失就无法弥补。如果有一种技术手段，不仅可以增加数据篡改的难度和成本，还可以让别人快速廉价地检查是否发生了篡改，欺诈的发生率将大大提高。

2017年，比特币的疯狂崛起备受关注。除了传说中的耗时耗电，比特币还为人类做出了哪些贡献？很重要的一点是，比特币构建了一个可信度很高的账本，彻底杜绝了账本的篡改。

这是因为比特币使用区块链技术作为底层支撑，使得区块链能够确保货币交易数据在没有行政监督的情况下写入账本后不会被篡改。对此，区块链领域的业内人士称之为“不变性”。

那么，如何理解这种不变性呢？它是如何实现的？跟普通人有什么关系？本文试图回答这些问题。

什么是区块链的不变性？

通常，不变性的具体含义是某些东西不会随着时间而改变。

以比特币为例，交易数据在不断扩大，因此在区块链的背景下，不可篡改意味着一笔交易一旦写入账本，就没有人可以改变它。通过区块链，数据提供者可以证明其提供的数据没有被篡改，数据接收者可以确定其接收到的数据没有被篡改。

值得注意的是，这种不可篡改性是针对所有人的，而区块链维护的账本与银行的账户并不相同。对于银行账户，作为普通用户，只能阅读自己的账本，不能修改历史数据。但是，其他具有更高权限的人，例如银行内部的系统管理员，则具有完全修改数据的能力。能力。区块链技术确保包括系统管理员在内的任何人都不能修改历史记录。

然而，区块链技术的不变性并不是绝对的。

举个简单的例子，你写了一条准备发送的消息，在发送之前，你可以随意修改，没人会知道。如果你已经发给朋友了，消息对你有一定的不变性，你想改，可以让你的朋友把原来的短信删掉，然后你重新发，这样别人就不会了知道您修改了这条短信。那么，如果您向很多人大量发帖怎么办？对你来说，这种不变性非常强，因为你要说服每一个短信接收者删除原始短信。理论上，这是可以实现的区块链技术概念，但现实是残酷的。组消息的数量越大，数据就会发生变化。难度越大。

区块链也是基于同样的原理。对于数据篡改者来说，篡改数据并不难。难点在于如何防止别人发现这种篡改。只要别人能快速验证数据被篡改，就意味着篡改行为失败。这变相增加了修改某些东西的难度。

综上所述，区块链的不变性包含两个内涵：一是给攻击者制造困难，二是方便用户检测篡改，但具体过程是如何实现的呢？

区块链的不变性是如何实现的？

在金融领域，账本记录了资产、现金等资源的交易，是非常重要的财务记录。我们每个人在银行里都有对应的流水记录，每条记录之间的顺序通常是按时间排序和编号的。这种流动的账本很容易被有权限的人篡改。比如他们稍微修改了几条记录的内容，不仔细检查内容很难看出。

下图是一个例子：有人修改了第 4 页的一行，你可能很难看出差异，因为账本的变化不够显着（见下图）。显然，这个普通的账本很容易被篡改，但是要检查它是否被篡改却是非常困难的。

根据这个原理，用户的任何篡改都可以体现在页码的变化上。为了更容易检测，我们希望页码看起来无法识别，即使对内容进行了最小的更改。这样做的一个好处是篡改者很难掌握页码的变化。那么，如果有一个账本将每一页的内容与页码关联起来，那么无论对第4页的内容进行什么修改，页码都会发生变异。例如，第 4 页的页码在篡改后变为 40。这样，可以快速检测到篡改。这是区块链防篡改的第一大原则：将页面内容与序号相关联。

但这也给真正的记账过程带来了一个问题——由于页码不可控，记账时很难产生连续的页码，那么如何维护账本的顺序呢？在区块链中，当增加一个新的账本页面时，会将前一个账本的页码写入当前页的开头，这样就可以对所有的账本页面进行排序。一个典型的区块链可以表示为下图的形状：

有效账本的第一条规则是正面和背面的页码必须一致。一旦页面链接不可用，则表示该帐户为假。有了这样的账本，我们如何才能得到有效的篡改账本呢？

例如，如果您修改了第 200 页的事务，显然第 200 页的页码也发生了变化。那么，为了保持整个区块链的一致性，就必须修改page 201的header中记录的页码。由于page 201也发生了变化，所以page 202的header中的页码也必须修改。也就是说，必须修改第 200 页之后的所有分类帐。乍一看，篡改数据只是增加了一些麻烦，所以我们需要第二条规则。

有效账本的第二个有效性规则是每个页码必须小于一个固定数字。遵守第二条规则是极其困难的。这是因为区块链中从内容到页码的映射过程是高度不可预测的。篡改者只能连续进行随机测试，计算量非常大。嗯，改变一个页面需要数亿次尝试。

如果攻击者有幸生成了一个有效的篡改账本，区块链还为他提供了第二个预防措施：在多台机器上备份一个统一的账本。比较不同机器上的账本并没有那么复杂。只需比较最新页面的页码即可。如果你发现你和大多数人不同，你就会知道你已经篡改了它，也就是说，你已经付出了很多努力。如果您伪造帐户，其他人只需不到一秒钟的时间就知道您是伪造的。

唯一被篡改的可能性是：你拥有大量的计算资源，并且勾结了大量的攻击者，同时重写了网络上的大部分账本，但是这种可能性可以忽略不计，技术本身就足以保证区块链账本数据的不变性。

不变性的应用利用区块链的不变性，我们可以解决很多实际问题。除了保证数据不被篡改，已经成功应用于金融支付行业，还有哪些业务场景可以利用区块链的不可篡改性？

首先是教育认证行业。学历证书、技能证书等材料直接反映一个人的能力和教育经历，用人单位对招聘人员的能力会有一定的要求。这样一来，一些求职者就会伪造学历证书作为进入职场的敲门砖。目前，伪造学历证书似乎是一个行业，伪造纸质证书足以造假。那么，是否可以考虑使用区块链技术来防止证书被伪造或篡改？

近年来，麻省理工学院利用比特币区块链进行了认证测试，并开发了相应的学术、专业和劳工认证的认证体系。2015年10月，系统为参加建校30周年的校友颁发证书。

此外，墨尔本大学宣布启动基于区块链的认证和审核计划，该计划将允许以私密、安全和持久的方式验证学生证书。

由于区块链证书的不可伪造性，一方面可以让用人单位进行学历考试更有效率，也可以为优秀人才创造公平的竞争环境。

二是医疗行业。近年来，医疗纠纷频发，其中不少是由于病历或处方等报告信息错误、遗漏造成的。那么，如何防止此类事件的发生呢？区块链是存储和保护患者所有病历的有效方式。

目前，基于区块链的医疗应用已经逐渐形成。Du 是阿联酋最大的电信公司之一，与大型私人医疗服务提供商 NMC Healthcare 建立了合作伙伴关系，并开始使用区块链技术存储电子健康记录。通过这种方式，可以确保数据完整性和零错误，同时增强医疗保健提供者和患者之间的信任。

另一个重要问题是假药的生产。根据世界卫生组织的数据，假药占药品市场的 10%区块链技术概念，而发展中国家的这一比例接近 30%，对患者的健康和安全构成威胁。目前，包括英特尔和IBM在内的一些研究机构已经联合启动了一个打假项目。在这个项目中，每个厂家生产的每一种药品都会附有相应的生产时间记录，甚至包括药品的整个供应过程和主要成分。并将其保存在区块链上，以便随时检测药品的生产时间和产地，从而有效打击市场上的假药，

最后需要指出的是，在区块链不断火爆的今天，大多数人只是把它当作炒作中的另一个民族概念。然而，当我们今天需要随时给手机充电时，却忘记了在 1831 年 10 月 28 日晚上被嘲笑的电磁之父法拉第；当我们习惯了淘宝购物，我们就忘记了十年前，“网购等于欺诈”的各种言论，已经忘记了互联网在推出之初所受到的质疑。

当电力和互联网发明时，人们常说“虚幻”，我们有足够的燃料和报纸。现在你可能会笑那个时代的人是多么的无知和可悲，但你不知道你也是时代的替代品。自区块链诞生以来，对“幻觉”的评价从未停止过，比特币饱受诟病，但无论它遭受多少黑客攻击，它所建立的诚信建设从未被破坏。或许，在未来的某一天，“链上”会像“互联网”一样随处可见。你觉得你今天怎么样？