在大规模应用落地之前,区块链应如何解决隐私问题?

2019-11-15

“区块链或将永远和加密货币联系在一起,但研究人员已开始探索开发其它应用程序,以发挥区块链作为安全分类账的作用。”

 

比特币与区块链

2008年,中本聪(Satoshi Nakamoto)向世界介绍了比特币,这是一种“不安分”的数字货币,不受任何特定机构或国家的束缚。人们很快揭露了“中本聪”为化名,这个名字背后的一个或多个发明人的真实身份仍然未知。在随后的几年中,比特币的价值飙升,暴跌,并再次飙升,同时催生了大量新的加密货币,具有不同的稳定性和合法性。比特币和其他比特币都有其支持者和反对者。

但是,比特币不仅是一种革命性的虚拟货币创新,它还为投资者和其他人提供了一种获取,监控和交易该货币的全新方法。用户使用比特币区块链(中本聪设计的分类账系统)记录和保护金融交易信息以及时间戳,与以前使用的任何传统记录系统不同。区块链既不存储在中央计算机上,也不由单个上司控制;相反,它是分布式的,这意味着区块链网络上的每个用户都拥有整个分类账的副本。信息还受到共识算法的保护,共识算法是使网络能够验证交易的计算机程序。

区块链或将永远和加密货币联系在一起,但研究人员已开始探索开发其它应用程序,以发挥区块链作为安全分类账的作用。它内置的信任机制和归属机制使它成为一种很有吸引力的方式,来组织人们希望共享信息的网络——这是在各种科学相关的系统中跟踪信息的潜在最优方式之一。它的应用包括建立分布式电网管理、追踪受管制的食品和药品、在不断增长的物联网(IoT)中监控设备,甚至可能快速准确地记录新的科学发现是如何出现的。

但是区块链本身也容易被炒作,某些拟定的应用可能没有意义。“确实,区块链只有在两三件事上才能带来其他系统无法提供的东西,”斯坦福大学区块链研究中心联合主任、计算机科学家David Mazières说。其中包括两个人进行交易的方式,特别是如果他们彼此不信任时,以及交易历史的防篡改记录。但如果系统不需要那些组件,那么可能会有更好的方法来管理信息。

“我问人们的一个问题是,你们的项目如何利用区块链的特定特性?”Mazieres补充道。“如果你有一个受信的中央政党,你就不需要区块链。”尽管他对区块链技术的最新进展感到兴奋,但他将表示许多项目并不需要区块链的独特属性。“还有很多误入歧途的努力。”

即使是合适的项目也可能需要调整他们的方法。怀疑者们强调,比特币的区块链版本是一个站不住脚的模型,它的共识算法太过繁琐、能耗高,添加交易的速度相对较慢,而且需要大量的数据存储,因为每个用户都必须保留一份完整的分类账。公开的区块链也存在隐私问题。因此,在某些设置中,区块链可能需要进行调整,以适应加密货币以外的网络的安全性、能量和用户需求。

IBM的电气工程师Krishna Ratakonda说,最重要的是,人们需要有参与的动机。从客户那里收集数据而不提供任何回报的区块链可能不会吸引很多支持者。

 

上下求索

 

区块链由一个“块”组成,数据以字母数字代码形式编写。只有在网络批准并验证后才能添加。对于比特币,这是通过“工作量证明”算法进行的。这意味着,添加到链中的任何区块都必须对一个难以破解但易于验证的计算问题进行计算(比如求一个大数的质因数)。整个网络都可以验证问题的答案,验证出块,并使用时间戳将区块添加到链中。比特币的力量在于它的规模:任何用户都能观察到这种解决方案,信息受到共识的保护。

比特币用户有动力保持网络运行,因为他们已经投入了大量的精力和资源来参与其中。还有一种经济激励。解决这些问题的用户将获得加密货币单位。同时,工作量证明要求不鼓励黑客入侵,因为闯入区块链需要投入时间和精力来解码单个块,但没有网络的任何激励或支持。

Ratakonda说:“工作量证明是确保每个人都诚实的一个很好的主意。” 他指出,这是每个人都可以信任的概念,即使他们彼此都不信任。

但是工作量证明确实需要强大的计算能力,这导致计算机科学家寻求可证明可信度的替代方法。例如,布鲁克林微电网公司允许消费者可以通过太阳能电池板和其他方式发电,然后将其出售给邻居。该公司对用户进行单独审批,并对交易进行验证,而不需要工作证明。

(图:布鲁克林微电网,来源:Sasha圣地亚哥的故事实验室)

 

杀手级应用

 

无论是私有的和公共的实体已经在追求区块链系统。沃尔玛宣布计划与IBM合作,制定一个基于区块链的系统,可以追踪生菜的分布,可以轻松地跟踪沙门氏菌污染的来源或其他事件。一些保险公司正在测试利用区块链进行验证,并发布报道声称可以减少欺诈并减少日常成本。亚马逊为消费者提供了一个服务创建和维护使用Hyperledger(超级账本)网络,一个区块链框架。美国食品和药物管理局已经启动了一项使用区块链追踪处方药的试点计划。

区块链的用途可能会成倍增加。许多在线设备,作为不断增长的物联网的一部分,对黑客的不安全是出了名的。这在一定程度上是因为黑客可以在用户发现或制造商修复软件缺陷之前发现并利用这些缺陷。区块链可能会提供一个解决方案。如果它的账簿是防篡改的,它可能会揭示智能设备之间的每一笔交易,包括未经授权的黑客访问。例如,智能锁可以显示谁进入了一所房子,以及何时进入,并检测未经授权的进入。2017年,一个由思科(Cisco)和博世(Bosch)等科技巨头组成的财团宣布,计划探索使用区块链改善物联网安全的新项目。“区块链是一种近乎完美的审计工具,”软件工程师Konstantinos Christidis说。

但是,尽管区块链可能会检测到入侵者,但它无法阻止它们。设备被黑的方式可能是不被区块链标记的。拉塔孔达指出,物联网网络已经有了可靠的数据共享方式,在这种情况下,区块链不一定会带来任何好处。“如果现有的就足够了,为什么还需要区块链呢?”

 

谁做了什么、什么时候做

 

在芝加哥大学的知识实验室,社会学家詹姆斯·埃文斯(James Evans)一直在思考区块链将如何彻底改变科学研究过程。

一篇传统发表的科学文章将大量信息打包成一个整洁的、离散的“包”,而这个“包”常常不能准确地表示包含在其中的工作。“这是一个非常笨重的系统,”Evans说。在过去的40年里,投入到一篇科学论文上的精力急剧增加。现在发表的一篇生物医学论文所包含的实验平均是上世纪70年代发表的论文的两倍。

这个细节可能很重要。研究人员通常不会分享负面的结果、失败的实验方法的报告,或者有效但不支持研究人员假设的实验方法的概述。“意识到实验的死胡同可以帮助其他人避免重复同样的错误,”Evans说。对一个实验不奏效的新方法可能对另一个实验有用。

Evans说,区块链网络可能会有所帮助。区块链可以全程轻松地记录个人对科学发现的贡献。研究人员可以通过区块链记录和分享新的方法和技术,无论是成功的还是曾失败的,而不是仅仅从一篇发表的论文中寻找研究结果和实验结果。

Mazieres看到了一些优势,区块链的防篡改时间戳可以帮助研究人员确定谁做了什么,什么时候做,甚至帮助他们保持任务。他表示“让研究人员正在做或计划做的事情,基本上都可能是有用的,有借鉴意义的。”

 

前路漫漫

 

区块链远非完美。除了能源和计算需求,Ratakonda认为透明度也是一个巨大的挑战。一些区块链平台,如由摩根大通开发的Hyperledger和Quorum,对任何人都是透明的。Ratakonda说,他担心私人区块链的扩散,因为不是所有用户都能访问整个账本。

但是Ratakonda说,但隐私“可能也是实现区块链网络的关键挑战”。例如,一个伪装成病人的黑客可能仍然能够获得电子健康记录,或者在公共网络上破译身份,或者获得一个人的私钥并控制他或她的数据。用当今最好的加密算法加密的区块链——而且从未更新过——可能仍然容易受到未来黑客的攻击。

正如Mazieres和其他研究人员指出的那样,除了区块链,有时还有更好、更容易的选择。例如,智能合约本身并不证明使用区块链是合理的。“智能合约只是程序的另一种说法,”而且可以在不使用区块链的情况下构建这些程序。在许多情况下,区块链可能不是解决这个问题的适当技术解决方案。举个例子:如果兰道微电网项目的研究人员最终决定不使用区块链技术,而是选择了一个不同的集中式系统,该系统仍然允许点对点能源交易。

即使区块链提供了潜在的优势,是否能被机构认可也是一个大问题。比如一个基于区块链的系统,它可以提高研究人员的信用和资金分配,但机构用不用又是另一回事了。Evans表示:“除非有至少一小部分机构认同这一概念,否则它(区块链系统)不会自己启动。它必须获得足够的动力,才能成为一件有意义的事情。”

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