分布式账本技术（DLT）：解释与行业应用

分布式账本概述：超越基础——高级应用和用例

自从2008年比特币问世以来，基于分布式账本技术 (DLT) 的区块链技术获得了显著的普及。本文探讨了区块链之外的各种 DLT，讨论了它们的技术实现以及在不同领域的实际应用。 从历史上看，交易从物物交换系统演变为使用Coin，最终演变为书面所有权证明，例如纸币。随着技术的进步，交易现在以数字方式进行，通常需要像银行这样受信任的第三方。然而，这种对中介机构的依赖带来了一些问题，包括交易费用、延迟和潜在的安全漏洞。 DLT 通过实现无需中央授权的对等交易来解决这些挑战，从而确保更快、更便宜和更安全的交易。

什么是 DLT？

分布式账本技术 (DLT) 已成为一个总称，用于指代在没有中央运营商或授权机构的环境中运行的多方系统，尽管各方可能不可靠或具有恶意（“对抗环境”）。它允许通过在计算机网络上分布数据而不是将其存储在单个位置来实现安全透明的记录保存。

分布式账本技术系统

分布式账本技术 (DLT) 系统 是一种数字数据库，它分布在多个参与者之间，而不是由单个实体控制。这种去中心化的方法可以实现安全透明的记录保存，因为账本会在计算机网络上复制和同步。 DLT 系统设计为能够在对抗环境中运行；其特征是系统或网络中存在恶意行为者，他们以非预期的方式使用该系统来破坏系统。 DLT 系统中的典型对手是一个试图利用共识规则在未经授权的情况下转移资产、审查他人交易或以其他方式扰乱网络的实体。

DLT 系统的属性

1) 共享记录保存：允许多方集体创建、维护和更新一组共享的权威记录（“账本”）。 2) 多方共识：允许所有各方就一组共享记录达成一致 I. 如果是无需许可的，则无需依赖单方或单方协议，并且在各方之间不存在事后信任关系；和 II. 如果是许可的，则通过已获得批准并受某种形式的合同或其他协议约束的多个记录生产者。 3) 独立验证：允许每个参与者独立验证其交易的状态和系统的完整性。 4) 篡改证据：允许每个参与者轻松检测到应用于记录的非经同意的更改。 5) 抗篡改性：使得单方难以单方面更改过去的记录（即交易历史）。

关键概念

DLT 系统中的交易

在 DLT 系统中，交易是一项授权尝试——由发起者使用私钥进行加密签名——以更改累积记录的状态（即“状态转换”）。交易通常包含一组指令（例如，发行代币、转移代币、更新余额、赎回代币、事件描述）。

• 交易：对账本的任何拟议更改；尽管有内涵，但交易本质上不必是经济性的（价值转移）。
• 日志：节点持有的未排序的有效交易集合，这些交易尚未纳入受网络共识规则约束的正式记录（即“未确认”的交易）。
• 记录：已受网络共识规则约束的交易数据。注意：“候选记录”是指尚未传播到网络的记录。
• 日志：节点持有的记录集合，尽管不一定与其他节点的共识一致。日志是部分的、临时的和异构的：它们可能包含也可能不包含所有相同的记录。
• 账本：任何时候网络参与者的很大一部分集体持有的权威记录集合，使得记录不太可能被擦除或修改（即“最终”）。

  账本概念

  从本质上讲，账本是交易记录。

• 传统账本：可以想象成银行里一本老式的会计账簿。它是由一个实体（银行）维护的单一、中心化记录。如果该实体的账本受到破坏，整个记录都将面临风险。
• DLT 账本：

  ~分布式： 网络中的每个参与者（节点）都维护他们自己的相同副本，而不是一个中央副本。这意味着账本会在多台计算机上复制。 ~共享： 所有参与者都会看到相同且一致的交易记录。 ~不可变（仅追加）： 一旦交易记录在账本上并得到网络同意，就无法更改或删除。新交易只是添加到现有记录链的末尾。这创建了一个不可更改的审计跟踪。 ~透明（对参与者而言）： 根据 DLT 类型（公共与私有），参与者通常可以查看账本上的所有或部分交易。 ~共识驱动： 对于要添加到账本的任何新交易或更新，大多数参与者（或预定义的验证者集合）必须同意其有效性。此过程由共识机制驱动。

  私钥概念

  私钥是 DLT 中安全和所有权的基石，尤其是在加密货币和数字身份中。

• 它是什么： 私钥是一个秘密的字母数字代码（一个非常大的数字），它以加密方式链接到公钥。可以将其视为 DLT 网络上数字资产和身份的终极密码或主密钥。
• 公钥： 通过数学方法从你的私钥派生而来。它就像你的银行帐号或你的电子邮件地址 — 你可以与他人分享的内容。
• 加密签名： 当你想要发起交易时（例如，发送加密货币、执行智能合约），你可以使用你的私钥为该交易创建数字签名。此签名证明你拥有与公钥关联的资产或身份，而无需泄露你的私钥。
• 所有权和控制权： 拥有私钥的人实际上_拥有_与对应公钥关联的数字资产。没有“忘记密码”选项；如果你丢失了私钥，你的资产将永久无法访问。
• 安全影响： i. 切勿共享： 你的私钥绝不能与任何人共享。 ii. 保持安全： 它应以高度安全的方式存储（例如，硬件钱包、加密文件、写下来并离线存储在安全的地方）。 iii. 不可逆转的交易： 使用你的私钥签名的交易一旦在账本上确认，通常是不可逆转的。

  共识机制

  共识机制： 这些是节点用于就交易的有效性和账本状态达成一致的算法。它们确保账本的所有副本保持同步和一致。常见的例子包括：

• 工作量证明 (PoW)： （例如，比特币）节点竞争解决复杂的计算难题（挖矿）以添加下一个区块。能源密集型。
• 权益证明 (PoS)： （例如，以太坊 2.0）选择验证者来创建新区块，这取决于他们“质押”（锁定）的加密货币数量作为抵押品。更节能。
• 委托权益证明 (DPoS)、权威证明 (PoA) 等。

  抗审查性

  抗审查性 是 DLT 上下文中常用的一个术语，通常是指单个方或卡特尔单方面执行以下任何操作的能力：1. 更改系统规则 2. 阻止或审查交易 3. 没收帐户和/或冻结余额

  以编程方式执行的交易（智能合约）

  以编程方式执行的交易 (PET) 是计算机脚本，当由特定消息触发时，会由系统执行。当代码能够按照所有各方的意愿运作时，执行的确定性会降低个人参与者相互交互所需的信任级别。例如，这些脚本可以用代码代替信托关系，例如托管和代管。这些通常被称为“智能合约”，但不是自主或自适应的（“智能”），也不是法律意义上的合约。相反，它们可以作为合同的证据，或作为实施合同或协议的技术手段 智能合约： 具有协议条款的自执行合约直接写入代码行中。它们在 DLT 上运行（通常是像以太坊这样的区块链），并在满足预定义条件时自动执行，而无需中介。它们是不可变的和透明的。

  有向无环图 (DAG)

  有向无环图 (DAG) 是一种数学结构，由节点（顶点）和边（连接）组成，其中所有边都是有向的（单向），并且不存在环（你无法从一个节点开始并沿着边返回到同一节点）。在 DLT 的上下文中，此结构用于记录交易。 它在 DLT 中的工作方式：

• 没有区块，没有矿工（通常）： 与区块链将交易捆绑到区块中并由矿工 (PoW) 或验证者 (PoS) 添加不同，基于 DAG 的 DLT 通常允许将单个交易直接链接到先前的交易。没有传统意义上的“区块”概念。
• 直接验证： 当用户提交新交易时，通常需要验证少量先前未确认的交易。这意味着用户通过自己执行验证工作来为网络的安全和共识做出贡献。
• 并行处理： DAG 的非线性性质允许并行处理和确认多个交易，从而与线性区块链相比，可以实现更高的交易吞吐量（每秒交易数 — TPS）。
• 可扩展性： 随着更多用户参与并提交交易，网络处理交易的能力理论上会增加，因为有更多参与者可以验证先前的交易。
• 无费用（通常）： 因为没有矿工可以奖励区块创建，所以许多基于 DAG 的 DLT 设计为无费用，或具有极低的交易费用。 主要特点：
• 异步： 交易可以独立并行地添加到账本中。
• 没有全局排序： 虽然交易相对于它们验证的交易进行排序，但不存在像区块链中那样的所有交易的单一全局排序。 例子：
• IOTA (Tangle)： 在 IOTA 的 Tangle 中，每个新交易都必须批准两个先前未确认的交易。交易越多，网络越快。
• Nano (Block Lattice)： Nano 使用“区块网格”架构，其中每个帐户都有自己的区块链（帐户链）。要发送资金，发送者将“发送”区块发布到其帐户链，接收者将“接收”区块发布到其帐户链。这允许非常快速、无费用的交易。

  Radix (Cerberus 共识)

  Radix 是一个专为去中心化金融 (DeFi) 应用程序设计的 DLT 平台，旨在解决困扰当前许多 DLT 的可扩展性问题。它利用独特的共享架构和一种名为 Cerberus 的新型共识机制。 共享的去中心化数据库：

• 分片： Radix 将账本划分为许多独立的“分片”。每个分片都可以并行处理交易，从而显着提高整体网络容量。这类似于传统数据库中的横向扩展。
• 跨分片的原子性： 分片的一个关键挑战是确保涉及不同分片之间的资产的交易保持原子性（所有部分要么都成功，要么都失败）。 Radix 的 Cerberus 共识旨在实现这一点。 Cerberus 共识：
• 乐观并发： Cerberus 在乐观并发模型上运行。交易最初被假定为有效并被处理。如果稍后检测到冲突（例如，跨分片的双重支出尝试），则会回滚冲突的交易。
• BFT 风格的共识（大规模）： 虽然复杂，但 Cerberus 有效地提供了大规模的拜占庭容错 (BFT)，从而实现了高吞吐量和最终性（交易会快速确认为不可逆转）。
• 可扩展性重点： 从分片到共识机制，Radix 的整个设计都围绕着为 DLT 应用程序（尤其是 DeFi 的高需求）实现前所未有的可扩展性水平。 主要特点：
• 大规模可扩展性： 旨在通过跨分片的并行处理实现每秒数百万次交易 (TPS)。
• 对开发者友好： 侧重于为开发者提供一个强大而安全的环境，以构建 DeFi 应用程序。
• 原生组件： 引入“组件”作为智能合约的更高级别抽象，从而更容易构建复杂的 DeFi 逻辑。

  哈希

  哈希（加密哈希函数）： 数学函数，它接受输入（例如，交易、数据块）并生成固定大小的唯一输出字符串（“哈希”或“摘要”）。

• 单向： 无法从哈希反向工程输入。
• 确定性： 相同的输入始终产生相同的哈希。
• 敏感： 即使输入发生微小变化，也会产生截然不同的哈希。
• 用于数据完整性、链接区块链中的区块和创建唯一标识符。

  加密签名

  加密签名： 一种用于证明数字消息或文档真实性的数学方案。它使用私钥对消息进行签名，并使用公钥验证签名。提供：

• 身份验证： 证明发送者的身份。
• 完整性： 确保消息未被篡改。
• 不可否认性： 发送者以后不能否认已发送消息。

  去中心化

  去中心化： 缺少单个、中央控制机构。在 DLT 中，控制和数据分布在节点网络中。这使得系统更能抵抗攻击、审查和单点故障。

  代币化

  代币化： 将现实世界的资产（如房地产、艺术品、商品，甚至公司股份）或数字权利表示为 DLT 上的数字代币的过程。然后，这些代币可以在分布式账本上轻松交易、管理和验证。

  DLT 系统的框架

  可以通过几个相互关联的框架或层来理解分布式账本技术 (DLT) 系统，这些框架或层定义了其操作。你的要点 — 协议、网络和数据 — 准确地捕获了此架构的基本方面。 图 3：DLT 系统剖析

  1. 协议：软件定义的规则集

  协议是任何 DLT 系统的基石。它是软件定义的规则和算法的综合集合，用于管理系统运行的各个方面，从如何启动和验证交易到如何添加新区块以及参与者如何交互。

• 共识机制： 这是协议的核心部分。无论是工作量证明 (PoW)、权益证明 (PoS) 还是其他方法，共识机制都规定了节点就交易的有效性和账本的整体状态达成一致的规则。它确保了去中心化环境中的信任和一致性。
• 交易验证规则： 协议定义了构成有效交易的要素（例如，正确的数字签名、足够的资金、遵守智能合约逻辑）。
• 区块创建规则（对于区块链）： 在基于区块链的 DLT 中，协议指定了如何将交易捆绑到区块中、区块的大小限制以及可以将新区块添加到链中的条件。
• 智能合约执行规则： 协议概述了如何在账本上部署、触发和执行智能合约，从而确保其确定性和不可变性。
• 密码学： 协议结合了密码学原理，包括 哈希 （用于数据完整性和链接区块）和 加密签名 （用于身份验证和不可否认性），这些是安全和信任的基本规则。
• 激励机制： 对于公共 DLT，协议通常包括奖励参与者（例如，矿工或验证者）对保护和维护网络做出贡献的规则。

  2. 网络：互连的参与者和过程

  网络是指实现和维护 DLT 协议的基础设施和参与者。它是共同维护账本的互连实体的分布式网络。

• 节点： 这些是“互连的参与者和过程”。节点是运行 DLT 软件的计算机或服务器。它们负责： i. 存储账本的副本。 ii. 根据协议规则验证传入的交易。 iii. 将交易和区块中继到其他节点。 iv. 参与共识机制。
• 对等 (P2P) 架构： DLT 网络通常在 P2P 模型上运行，这意味着没有中央服务器。每个节点都可以直接与其他节点通信，从而促进账本的分布式性质。
• 去中心化： 网络的设计体现了去中心化，这意味着没有单一的控制点或故障点。这种权力和数据在多个节点之间的分布增强了弹性、安全性和抗审查性。
• 通信协议： 特定的通信协议是网络层的一部分，使节点能够相互发现、交换数据（交易、区块）并有效地同步其账本副本。

  3. 数据：流经系统的信息

  DLT 系统中的数据是在网络上记录、验证和共享的信息。它是“账本”本身，包含携带与系统目的相关的特定含义的各种类型的信息。

• 账本： 这是数据的主要形式。它是所有交易的分布式、共享和不可变（仅追加） 记录。它的完整性通过 哈希 维护，其中每个新条目（或区块）都以加密方式链接到前一个条目。
• 交易： 这些是账本中的基本数据单元。交易表示操作或事件（例如，转移资产、执行智能合约功能）。交易包含基本信息，如发送者、接收者、金额、时间戳和用于验证的 加密签名 。
• 区块（在区块链中）： 在区块链中，交易被分批处理到区块中。每个区块都是包含一组经过验证的交易、时间戳和前一个区块的哈希的数据块，形成数据的“链”。
• 智能合约代码和状态： 智能合约的代码及其当前状态（变量、余额等）也是存储和管理在账本上的数据形式。
• 代币： 通过 代币化 ，各种资产或权利可以表示为 DLT 上的数字数据（代币）。这些代币在系统中具有特定的含义和价值。 图 4：DLT 系统框架概述

  澄清分布式和去中心化过程

  不应将去中心化过程与分布式过程混淆。当存储或计算是分布式的时，它会被分成多个部分并在多个服务器或节点上发生（“并行化”），从而提供优于仅使用单个节点的效率和更高的弹性。分布式过程可能仍然依赖于中央协调器来充当记录的权威来源。当一个过程是去中心化的时，会再次使用多个节点——但在这种情况下，该过程通常会在各个节点上复制，这些节点通常由不同的实体控制。这意味着每个节点都在冗余地管理与其他节点相同的存储或执行相同的程序。这种复制要求是一些 DLT 系统难以扩展以适应新用户和交易量增长的核心，因为网络的功能受到最弱节点的限制。如果网络试图突破此限制，则较弱的节点将无法保持同步并退出网络，从而导致中心化程度的增加。

  使用分布式账本技术 (DLT) 的应用和行业

  由于其不可变性、透明性和去中心化的核心属性，分布式账本技术远远超出了加密货币的范围，为众多行业提供了变革潜力。

  1. 金融：
• 加密货币： 如前所述，比特币和以太坊例证了 DLT 实现快速、低成本、点对点交易而无需传统中介机构的能力。
• 简化的交易： DLT 可以通过实现股票、债券和其他证券等资产的直接、即时销售和转移来彻底改变传统金融，从而绕过复杂的清算和结算流程。这可以降低成本、提高速度并最大限度地降低交易对手风险。 2. 投票：
• DLT 为增强选举制度的完整性提供了一个引人注目的解决方案。通过提供防篡改和透明的投票记录，它可以显着提高公众对选举结果的信任，并减轻对欺诈的担忧。 3. 能源：
• DLT 促进去中心化的能源生产和交易。这意味着拥有可再生能源（如太阳能电池板）的个人或小型社区可以直接与邻居或电网交易剩余能源，从而促进当地能源市场，提高效率并促进竞争。 4. 医疗保健：
• DLT 的安全和不可变特性使其成为存储患者记录的理想选择。这可以改善授权提供商之间的数据共享，改进诊断和治疗计划，并通过确保数据完整性和可审计性来有力地防御欺诈性索赔。 5. 供应链管理：
• 这是 DLT 采用的主要领域。通过创建产品旅程中每个步骤（从原材料到消费者）的透明且不可变的记录，DLT 显着提高了效率并减少了欺诈。它允许所有参与者实时跟踪货物、验证真实性并查明效率低下之处。
• 示例（富士通的稻米交易所）： 此 DLT 解决方案记录并保护有关来源、价格、保险、运输和结算的数据。账本的不可变性确保所有相关方都可以访问整个过程中准确、不可更改的信息，最终为运输集装箱跟踪到最终目的地。 6. 音乐和媒体：
• DLT 为版权管理和直接艺术家付款提供了解决方案。智能合约可以在内容被消费后立即自动将版税分配给艺术家、词曲作者和其他权利持有者，从而消除了延迟并减少了分发链中对中介机构的需求。 7. 财产登记：
• DLT 可以简化和保护财产所有权的登记和转让。通过创建土地所有权和房产契据的不可变的数字记录，它可以自动化流程，减少官僚主义障碍，最大限度地减少冲突并防止欺诈性索赔。

  实施 DLT 解决方案的行业：

  除了特定应用程序之外，DLT 还在广泛的行业中被采用，通常利用像 Hyperledger Fabric 这样的平台。 正如你的文本所说，Hyperledger Fabric 是一个模块化和可扩展的 DLT 平台，各种企业使用它来创建量身定制的解决方案。 已经实施 DLT 解决方案的行业包括：

• 航空
• 教育
• 医疗保健
• 保险
• 制造业
• 运输
• 公用事业

  为什么分布式账本技术 (DLT) 很重要

  分布式账本技术 (DLT) 不仅仅是一项技术进步；它代表了信息记录、存储和分发方式的范式转变。

  1. 安全

  传统的账本系统由于其中心化特性而固有地存在漏洞。单一的控制点意味着单一的故障点，使其容易受到网络攻击、数据操纵或系统范围内的中断的影响。 DLT从根本上改变了这一点：

• 抵抗攻击和故障： 通过在独立参与者（节点）的网络中分发账本的副本，DLT 消除了单点故障。如果一个节点受到攻击或下线，网络可以继续无缝运行，因为其他节点维护着相同的有效账本副本。这使得 DLT 系统更加强大和有弹性。
• 防篡改和防伪造记录： DLT 采用强大的 加密算法 （如哈希和数字签名）来保护数据。一旦交易记录在账本上并得到确认，它就会以加密方式链接到以前的记录，形成一条不可变的链（尤其是在区块链中）。任何试图更改过去记录的行为都会使后续记录无效，从而使篡改立即被检测到，并且实际上不可能在不控制网络大部分计算能力的情况下实现（这对于大型去中心化网络来说在经济上是不可行的）。
• 共识驱动的信任： 如前所述，在 DLT 系统中，所有分布式账本必须就如何记录交易达成一致，并通过 共识机制 进行验证。这种集体验证过程消除了任何个人或实体单方面更改数据的权力，从而在不需要信任中央中介机构的用户之间建立更大的信任。相反，信任建立在协议和网络的集体协议之上。

  2. 透明度

  中心化系统通常以受限制的访问权限运行，从而限制了可以查看或审核信息的人员。虽然对于某些敏感数据来说是必要的，但许多用例从更广泛的数据分发和透明度中受益匪浅，而 DLT 提供了这一点：

• 广泛分发和可验证的记录： DLT 允许将数据和信息广泛分发，并以透明的方式供所有授权参与者访问。这增强了记录的可验证性。例如，在投票系统中，拥有数字分发、无可争议和可验证的投票记录可以显着提高选举结果的可信度和完整性。
• 减少欺诈和增加责任： DLT 系统固有的透明度意味着任何有权访问 DLT 的人都可以查看所有交易（或至少是它们的存在和有效性）。这种普遍的可见性可以有效地阻止恶意活动，因为不良行为者知道他们的行为会被永久记录并公开审计，从而提高责任感。

  3. 可访问性

  DLT 在扩大服务访问范围方面具有巨大的潜力，尤其是在传统中心化基础设施可能有限或昂贵的发展中和新兴地区：

• 更低的准入门槛： DLT 拥有存储和记录交易的能力，只需要网络连接（如互联网访问），而不需要依赖非常小众或昂贵的连接，例如在特定的、通常难以访问的金融机构拥有银行账户。这使金融服务、财产登记和其他关键功能的访问民主化。
• 创新机会： 其更容易的访问促进了一种环境，可以在没有太多官僚障碍的情况下开发新的应用程序和用例。这种广泛的公众共同访问共享的、去中心化的网络的能力可以导致跨各个部门的更具包容性和效率的系统。

  4. 效率和速度

  除了核心支柱之外，DLT 在运营效率和交易速度方面还提供了显着的优势，尤其是与依赖多个中介机构和协调过程的传统系统相比：

• 简化的流程： DLT 可以自动执行和简化复杂的多方流程，这些流程传统上涉及大量的文书工作、人工验证和众多中介机构。例如，智能合约可以在满足预定义条件时自动执行协议，从而消除延迟并减少人为错误。
• 减少协调： 在传统系统中，不同的参与者通常维护自己单独的记录，导致耗时且成本高昂的协调过程，以确保一致性。 DLT 凭借其共享和同步的账本，固有地减少或消除了对此类协调的需求，因为所有参与者都从相同的单一事实来源工作。
• 更快的结算： 对于金融交易和资产转移，DLT 可以实现近乎即时的结算。与传统系统中结算可能需要几天时间（例如，股票市场中的 T+2 或 T+3）不同，DLT 允许原子交换和立即结算，从而释放资本并降低风险。
• 更低的成本： DLT 可以显着降低各个行业的运营成本。这种成本效益可以转化为消费者更实惠的服务和企业更高的利润率。

  5. 不可变性和可审计性

  虽然在安全性方面有所涉及，但不可变性和可审计性的具体好处值得进一步强调：

• 不可更改的历史： 一旦数据记录在 DLT 上，实际上不可能更改或删除它。这会创建所有活动的不可更改和永久的历史记录。这对于需要严格合规性、监管监督和取证分析的行业来说非常宝贵。
• 增强的审计跟踪： 审计师可以信任数据的完整性，而无需协调来自多个参与者的不同记录。这简化了合规性并加强了对报告信息的信任。

• 原文链接： coinsbench.com/an-overvi...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～