第十六章 区块链

这是一个关于第十六章 区块链的思维导图，区块链拥有诸多特性，包括去中心化、共识性、不可篡改、可追溯以及可编程性。基于这些特性，区块链技术也具备了相对于传统技术的诸多功能优势。

第十六章 区块链

• 区块链的概述
  • 1.基本概念
    • 利用分布式节点共识算法来生成和更新数据的
    • 区块链起源于一篇由化名为中本聪(SatoshiNakamoto)的学者在2008年发表的奠基性论文《比特币:一种点对点电子现金系统》。该论文提出区块链技术被用于实现一种不依赖中间人的点对点电子货币系统。由于论文中使用了“chain of blocks”这一词组来介绍系统底层结构，我国研究人员在翻译该词时就直接用了“区块链”一词，而后该词就直接被写成了blockchain，成为代表区块链技术体系的专方名词同
    • 2016年10月，我国工业和信息化部信息化和软件服务业司指导发布的《中国区块链技术和应用发展白皮书》将区块链描述为分布式数据存储、点对点传输、共识机制、非对称加密算法等计算机技术在互联网时代的创新应用模式。 简单来说，就是一套“加密的、分布式的、多方参与的记账技术”
  • 2.区块链发展历程
    • 从2008年诞生开始，区块链技术一直在不断升级与演进，总体发展历程可分为3个阶段，即1.0时代、2.0时代和3.0时代。在1.0时代中区块链技术主要应用于数字货币中:在2.0时代中区块链技术引入了智能合约在金融业务得到了延伸，相关区块链应用涵盖了金融机构和金融工具等。目前正处在区块链3.0时代的发展历程中，区块链技术的应用已不限于金融业务，覆盖包括医疗、物流、公共服务、教育等更多领域。
      • 1)区块链1.0时代 2009 年比特币的诞生标志着区块链1.0时代的到来，被称为区块链货币时代，该时期的区块链技术主要应用在数字货币的兑换、转移和支付方面，以比特币为代表，主要是为了解决货币和支付手段的去中心化管理。
      • 2) 区块链2.0时代 2013年以太坊的出现标志着区块链2.0时代的到来。被称为区块链合约时代。
      • 3)区块链3.0时代 2015年联盟链的出现标志着区块链3.0时代的到来，被称为区块链治理时代。
  • 3.区块链的特点
    • 区块链拥有诸多特性，包括去中心化、共识性、不可篡改、可追溯以及可编程性。基于这些特性，区块链技术也具备了相对于传统技术的诸多功能优势。
    • (1)去中心化（最重要、最显著的特点） 去中心化是区块链最根本的性质，也是区块链区别于其他分布式账本的最重要因素。
    • (2)不可篡改 由于使用区块链技术的网络是一种全民参与记账(数据记录)，共同维护账本的系统，所以数据一旦形成共识被大家记录，篡改的成本将及其高昂。另一方面，在区块链网络中数据记录采用了密码学相关的技术通过哈希函数、数字签名（非对称加密算法实现传统物理签名的效果）等防伪认证技术确保了数据的安全，极大增加了网络中恶意攻击者篡改、伪造和否认数据的难度与成本。 哈希运算的特性： 正向快速：对给定数据，可以在短时间内快速得到哈希值 输入敏感：输入信息发生任何微小变化，重新生成的哈希值与原哈希值也会有天壤之别，可以用来验证两个文件内容是否相同 逆向困难：要求无法在较短时间内根据哈希值计算出原始输入信息，是哈希算法安全性的基础 强碰撞性：即不同的输入很难可以产生相同的哈希输出
    • (3)共识性 基于去中心化的特性构建的区块链网络，需要借助共识性实现网络中的数据同步。共识性也是构建区块链网络高可信度的基石。
    • (4)去信任 去信任(trustless)指的是在区块链中，一个节点无须信任任何其他节点，在假设其他节点都是不合作、不可信的前提下，最终仍可以根据共识机制从区块链中获得可信的数据。 因此，区块链又被称为“创造信任的机器”，被誉为构成价值互联网的基石，
    • (5)开放性 区块链的数据全部被存储在每一个节点之中，除了交易各方的私人信息被加密存储外，区块链的数据对所有节点公开，任何人都可以通过公开接口查询区块链数据，因此整个系统的信息保持高度透明，数据的完整性也易于验证
    • (6)匿名性 由于节点之间进行数据交换无须互相信任，因此交易对手之间可以不用公开身份，在系统中的每个参与者都可以保持匿名。匿名性是区块链共识机制带来的副作用，并不是必需的。在金融业务中，由于反洗钱等监管要求，在具体实现时往往会去除匿名性，并不影响它的其他特性。
    • (7)隐私性 区块链数据结构广泛使用了数据加密技术，几乎涵盖了所有种类的加密算法，包括最新的加密理论(如盲签名、门限签名、同态加密、零知识证明等)。
    • (8)自动执行 区块链采用事先商定的智能合约，使整个系统中的所有节点能够在无须信任的环境下自动安全地交换数据并自动执行预定义的业务逻辑，无须任何人为干预，资金结算以区块为单位自动进行，无须外部对账，可用来构建7x24小时运行的金融交易系统。
    • (9)简化运维 在中心化的交易系统中，建设和维护一个高可用性的中心系统的成本很高。而区块链技术采用去中心化的模式，设备由各网络节点自行维护，对单个节点的可用性要求大大降低，可以显著降低系统建设和运维成本，并具有较长的生命周期。
    • (10)可追溯性 区块链在数据存储方面采用带有时间戳的链式区块结构存储数据，而通过时间可以保证区块数据存储的存在性。
    • (11)可编程性 区块链具备脚本代码系统。如区块链2.0植入了智能合约技术，区块链网络的参与成员可以自行创建与自身业务关联的智能合约。
    • （13）高可靠性 如果某一个节点出现故障，整个系统能够正常运转。 区块链系统支持占庭容错
• 区块链的分类
  • 区块链根据准入机制和节点开放程度可以分成3类，即公有链、私有链、联盟链。
  • 1.公有链 公有链中，任何节点都可以被加入区块链网络，并且可以读取、发送交易，同时参与共识过程。公有链是完全去中心化的网络。但是公有链共识速度慢，目前应用局限于虚拟货币。常用于加密数字货币，典型的公有链有比特币、以太坊。
  • 2.私有链 与公有链相对应的是私有链技术。一般地，此类区块链技术构建的网络是完全中心化并且不对外开放。常用于审计发行场景
  • 3.联盟链 联盟链是介于公有链和私有链的一种区块链技术。与公有链相比，联盟链在成员加入方面设有“门槛”，在联盟链中天然植入了一套权限管理系统，联盟链成员在加入前需要经过权限系统的授权。常用于支付、公益场景
• 区块链技术原理
  • 分别从分布式账本、密码算法、智能合约和共识机制这4个方面阐述原理
  • 1.分布式账本
    • 区块链网络中产生的所有数据都被每个成员记录，这就是“去中心化”的核心概念。在区块链中每个成员都有权利知晓链中的存储数据内容，信息公开透明。
  • 2. 加密算法
    • 密码算法是构建区块链信任体系的基石，使用密码算法可以保证区块链网络的数据安全。区块链技术主要用到了哈希算法(Hash)、数字签名这两类密码学算法技术。
  • 3.智能合约
    • 智能合约是在区块链2.0阶段融合的一种新兴工具，其定义为一套以数字形式定义的承诺，包括合约参与方可以在合约中执行承诺的协议。可以说，智能合约是区块链技术的灵魂。
  • 4.共识机制
    • 共识机制是在区块链去中心化账本的基础上提出的，用于保证区块链中所有参与成员存储账本的数据统一性。
• 典型区块链项目的机制
  • 1.比特币(BTC) 比特币(BTC)是基于密码学依托于区块链技术的一种去中心化传输模式的加密货币。目前在加密货币市场中市值排名第一。其运行机制是工作量证明(proof of work)共识机制，让所有节点通过解决工作量证明难题的方式参与竞争，竞争成功的节点拥有新区块的记账权，并能够将记录的信息广播出去。其他节点接收后将根据此消息进行数据同步，确保账本一致。这种竞争记账权的过程称为挖矿，参与挖矿的节点称为矿工。矿工挖矿成功后可以获得区块奖励，即一定数额的比特币，还可以收取该区块上的交易手续费。在利益的驱使下，节点会积极参与挖矿并维护交易记录的真实有效。区块链是比特币的底层技术
  • 2、超级账本Fabric(Hyperledger Fabric，HF) 超级账本 Fabric(Hyperledger Fabric，HF)是由Linux基金会于2015年创建的开源分布式账本平台。与数字货币的公有链系统不同，HF是一种联盟链技术，在创立时就锚定区块链平台的概念，其整体目标是区块链及分布式记账系统的跨行业发展与协作，并着重发展性能和可靠性。 HF是一个带有身份审核和节点许可的联盟链系统，利用这两种机制，HF可以给一系列已知的、具有身份标识的成员提供区块链技术支持。HF作为联盟链，可以在区块链网络中设有多链，每条链都具有自己的账本并在物理上实现数据隔离，可以实现自己独有的业务。HF相对于公有链技术另一大特点为采用了“执行一排序一验证一提交”模型，更好地扩充了HF平台的扩展性和灵活性。区块链3.0阶段研究的重点是将基于以HF为代表的联盟链落地实际产业，将区块链技术赋能更多产业，将区块链的特性与传统业务相结合，改变现有服务流程从而提升效率。
• 区块链技术的应用领域
  • 1.区块链在金融服务中的应用
    • 区块链技术天然具有金融属性，它正对金融业产生颠覆式变革，区块链在国际汇兑、信用证、股权登记和证券交易所等金融领域有着潜在的巨大应用价值。
    • 支付结算方面，在区块链分布式账本体系下，市场多个参与者共同维护并实时同步一份“总账”，短短几分钟内就可以完成现在两三天才能完成的支付、清算、结算任务，降低了跨行跨境交易的复杂性和成本要时一块的底层机密技术保证了参与者无法篡改账本，确保交易记录透明安全，监管部门方便地追踪链上交易，快速定位高风险资金流向。
    • 证券发行交易方面，传统股票发行流程长、成本高、环节复杂，区块链技术能够弱化承销机构作用，帮助各方建立快速准确的信息交互共享通道，发行人通过智能合约自行办理发行，监管部门统一审查核对，投资者也可以绕过中介机构进行直接操作。
    • 数字票据和供应链金融方面，区块链技术可以有效解决中小企业融资难问题。目前的供应链金融很难惠及产业链上游的中小企业，因为他们跟核心企业往往没有直接贸易往来，金融机构难以评估其信用资质。基于区块链技术，我们可以建立一种联盟链网络，涵盖核心企业、上下游供应商、金融机构等，核心企业发放应收账款凭证给其供应商，票据数字化上链后可在供应商之间流转，每一级供应商可凭数字票据证明实现对应额度的融资。
  • 2、区块链技术在供应链领域的应用
    • 物流行业因其链条长、环节多的行业特性，长期以来存在协同难、追溯难、征信难、融资难等痛点，而区块链技术作为创造信任的新模式，其分布式、不可篡改、可追溯的技术特性恰好为解决这些痛点提供了技术方案。
    • 我国区块链技术目前在物流行业正聚焦四大应用方向:流程优化、物流追踪、物流征信和物流金融。
    • 在流程优化方面，通过区块链和电子签名技术不仅可以实现无纸化签收，还可以依靠智能合约完成自动对账，实现对账过程的高度智能和高度信任;
    • 在物流追踪方面，包括跨境物流、商品追溯、危化品运输等方面，实现产品从生产、加工、运输、销售等全流程的透明化;
    • 在物流征信方面，通过将服务评分、配送时效、权威机构背书等可信的交易数据上链，可以实现可管控的信用数据共享和验证，为消费者提供高信任的物流服务;
    • 在物流金融方面，通过征信评级、账款查询、资产评估等帮助金融机构完善中小型企业画像，解决融资难问题，还可以让监管机构参与到链中，规避金融风险。
  • 3.区块链技术在政务领域的应用
    • 区块链可以让数据跑起来，大大精简办事流程。
    • 区块链的分布式技术可以让政府部门集中到一个链上，所有办事流程交付智能合约，办事人只要在一个部门通过身份认证以及电子签章，智能合约就可以自动处理并流转，顺序完成后续所有审批和签章。
    • 区块链发票是国内区块链技术最早落地的应用。税务部门推出区块链电子发票“税链”平台，税务部门、开票方、受票方通过独一无二的数字身份加入“税链”网络，真正实现“交易即开票”“开票即报销”--秒级开票、分钟级报销入账，大幅降低了税收征管成本，有效解决数据篡改、一票多报、偷税漏税等问题。
    • 扶贫是区块链技术的另一个落地应用。利用区块链技术的公开透明、可溯源、不可篡改等特性，实现扶贫资金的透明使用、精准投放和高效管理，区块链在数字政务领域的应用场景。
  • 4、区块链技术在数字版权领域的应用
    • 区块链技术在数字版权领域的应用，主要体现在对数字内容的全生命周期管理，解决数字内容的确权、用权、维权、交易等环节存在的问题，实现数字版权登记、智能交易、侵权监测等功能。
• 区块链技术的价值和未来发展趋势
  • 1.区块链技术的价值
    • (1)区块链改变了经济发展模式。
    • (2)区块链重构了社会信用体系。
    • (3)区块链改变了社会治理模式
  • 2.区块链技术的未来发展趋势
    • 从需求端来看，金融、医疗、公证、通信、供应链、域名、投票等领域都开始意识到区块链的重要性并开始尝试将技术与现实社会对接。
    • 从投资端来看，区块链的投资资金供给逐步上升，风投的投资热情也不断高涨，投资密度越来越大，供给端的资金供给有望推动技术的进一步发展。
    • 从市场应用来看，区块链能成为一种市场工具，帮助社会削减平台成本，让中间机构成为过去;区块链将促使公司现有业务模式重心的转移，有望加速公司的发展。
    • 从底层技术来看，区块链有望促进数据记录、数据传播及数据存储管理方式的转型;区块链本身更像一种互联网底层的开源式协议，在不远的将来会触动甚至最后彻底取代现有互联网的底层基础协议。
    • 从社会结构来看，区块链技术理为一体，彻底颠覆原有社会的监管模式;组织形态会因其而发生改变，区块链也许最终会带领人们走向分布式自治的社会。