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新聞資訊2 | 2023-05-26 09:49 | 投稿人：pos機(jī)之家

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本文目錄一覽：

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題圖來自Unsplash

10月24日下午，中共中央政治局就區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行第十八次集體學(xué)習(xí)。

“要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關(guān)鍵核心技術(shù)，加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展?！?/p>

這一次區(qū)塊鏈被點(diǎn)名了，這段話也讓區(qū)塊鏈成為了街頭巷尾最熱的話題，沒有之一！一夜間，區(qū)塊鏈重新回到大眾視野。

今天，我們就來了解一下這個站在風(fēng)口上的區(qū)塊鏈技術(shù)。

本文內(nèi)容分六部分介紹區(qū)塊鏈：基礎(chǔ)知識、發(fā)展歷程、關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、應(yīng)用場景、主流平臺。內(nèi)容較多，可挑選感興趣的小節(jié)來看。

一、區(qū)塊鏈基礎(chǔ)知識

談到區(qū)塊鏈技術(shù)，人們往往會先聯(lián)想到比特幣，因為區(qū)塊鏈技術(shù)最初是作為比特幣的底層框架技術(shù)出現(xiàn)的。因此，我們在探究區(qū)塊鏈技術(shù)之前，先來簡單地了解一下區(qū)塊鏈的起源——比特幣。

1.從比特幣到區(qū)塊鏈

早在20世紀(jì)80年代，人們就已經(jīng)開始了“數(shù)字貨幣”的探索。但是直到比特幣出現(xiàn)，“數(shù)字加密貨幣”的想法才變成了現(xiàn)實(shí)，“數(shù)字貨幣”及其衍生應(yīng)用才開始迅猛發(fā)展。比特幣是第一個區(qū)塊鏈應(yīng)用，也是迄今為止規(guī)模最大、應(yīng)用范圍最廣的區(qū)塊鏈應(yīng)用。在2008年11月，一個化名為中本聰?shù)娜嗽谝黄氨忍貛牛阂环N點(diǎn)對點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)”論文中，描述了一種如何建立一套全新的、去中心化的點(diǎn)到點(diǎn)交易系統(tǒng)的方法，并將他在論文中提出的理念付諸實(shí)踐，著手開發(fā)比特幣的發(fā)行、交易和賬戶管理系統(tǒng)。2009年1月3日，比特幣系統(tǒng)正式開始運(yùn)行，比特幣的第一個區(qū)塊（也稱“創(chuàng)世區(qū)塊”）誕生了。不久后的2009年1月12日，中本聰通過比特幣系統(tǒng)發(fā)送了10個比特幣給密碼學(xué)家哈爾?芬尼（Hal Finney），這是比特幣系統(tǒng)自上線以來完成的第一筆交易。盡管充滿了爭議，但從技術(shù)角度來說，比特幣是“數(shù)字貨幣”歷史上一次了不起的創(chuàng)新。

與傳統(tǒng)貨幣和在比特幣誕生之前的“數(shù)字貨幣”相比，比特幣最大的不同是不依賴于任何中心化機(jī)構(gòu)，而是僅僅依賴于其系統(tǒng)中完全透明的數(shù)學(xué)原理——加密和共識算法。這就是技術(shù)創(chuàng)新所帶來的美好，人們不再需要為了信任某個機(jī)構(gòu)而進(jìn)行一系列的保護(hù)措施。這是比特幣和區(qū)塊鏈技術(shù)受到如此多關(guān)注和追捧的最主要原因。

比特幣作為一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)造出的“虛擬數(shù)字貨幣”，旨在解決之前的“數(shù)字貨幣”所存在的以下幾個問題：

發(fā)行機(jī)構(gòu)控制貨幣的發(fā)行以及相關(guān)政策，可以決定一切；以前的“數(shù)字貨幣”都無法做到匿名化交易；貨幣自身的價值無法得到保證；所持貨幣對于持幣人來說不具備完全的安全性。

當(dāng)前的銀行系統(tǒng)作為貨幣的第三方機(jī)構(gòu)，確實(shí)可以有代價地解決上面的幾個問題，但是如果把交易范圍擴(kuò)大到全球范圍，又有哪一所銀行能確保它在全球都是可以信任的呢？于是，就有人提出是否可以設(shè)計出一套分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它在全球范圍內(nèi)都可訪問，并完全中立、公正、安全。很多研究者都努力探索并提出了一些解決方案，但都由于種種原因未能真正被社會接納，而比特幣實(shí)現(xiàn)了這樣的分布式賬本技術(shù)。

從2014年開始，人們發(fā)現(xiàn)比特幣的底層支撐技術(shù)區(qū)塊鏈具有巨大的潛在應(yīng)用價值，這正式引發(fā)了分布式賬本（Distributed Ledger）技術(shù)的革新浪潮。隨著探索者們的不斷創(chuàng)新，區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)脫胎于比特幣，在金融、貿(mào)易、物流、征信、物聯(lián)網(wǎng)、共享經(jīng)濟(jì)等諸多領(lǐng)域嶄露頭角。

2.區(qū)塊鏈定義

區(qū)塊鏈技術(shù)本質(zhì)上是一個去中心化的數(shù)據(jù)庫，它是比特幣的核心技術(shù)與基礎(chǔ)架構(gòu)，是分布式數(shù)據(jù)存儲、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、共識機(jī)制、加密算法等計算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式。狹義來講，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N按照時間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連的方式組合成的一種鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以密碼學(xué)方式保證的不可篡改、不可偽造的分布式賬本。廣義來講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算范式^。

區(qū)塊鏈上存儲的數(shù)據(jù)需由全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)，可以在缺乏信任的節(jié)點(diǎn)之間有效地傳遞價值。相比現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，區(qū)塊鏈具有以下技術(shù)特征。

1. 塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

區(qū)塊鏈利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證和存儲數(shù)據(jù)，通過上文對區(qū)塊鏈基本概念的介紹可以知道，每個區(qū)塊打包記錄了一段時間內(nèi)發(fā)生的交易是對當(dāng)前賬本的一次共識，并且通過記錄上一個區(qū)塊的哈希值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而形成塊鏈?zhǔn)降臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2. 分布式共識算法

區(qū)塊鏈系統(tǒng)利用分布式共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)，從技術(shù)層面杜絕了非法篡改數(shù)據(jù)的可能性，從而取代了傳統(tǒng)應(yīng)用中保證信任和交易安全的第三方中介機(jī)構(gòu)，降低了為維護(hù)信用而造成的時間成本、人力成本和資源耗用。

3. 密碼學(xué)方式

區(qū)塊鏈系統(tǒng)利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全。存儲在區(qū)塊鏈上的交易信息是公開的，但賬戶的身份信息是高度加密的。區(qū)塊鏈系統(tǒng)集成了對稱加密、非對稱加密及哈希算法的優(yōu)點(diǎn)，并使用數(shù)字簽名技術(shù)來保證交易的安全。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)的以上技術(shù)特征決定了其應(yīng)用具有如下功能特征。

1. 多中心

不同于傳統(tǒng)應(yīng)用的中心化數(shù)據(jù)管理，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中有多個機(jī)構(gòu)進(jìn)行相互監(jiān)督并實(shí)時對賬，從而避免了單一記賬人造假的可能性，提高了數(shù)據(jù)的安全性。

2. 自動化

區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的智能合約是可以自動化執(zhí)行一些預(yù)先定義好的規(guī)則和條款的一段計算機(jī)程序代碼，它大大提高了經(jīng)濟(jì)活動與契約的自動化程度。

3. 可信任

存儲在區(qū)塊鏈上的交易記錄和其他數(shù)據(jù)是不可篡改并且可溯源的，所以能夠很好地解決各方不信任的問題，無需第三方可信中介。

4. 開放性

通常情況下，區(qū)塊鏈系統(tǒng)的每個節(jié)點(diǎn)都有全網(wǎng)的賬本，且很多區(qū)塊鏈項目源代碼開源。除了行業(yè)相關(guān)隱私數(shù)據(jù)被加密外，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)信息公開透明。

3.區(qū)塊鏈相關(guān)概念

區(qū)塊鏈以密碼學(xué)的方式維護(hù)一份不可篡改和不可偽造的分布式賬本，并通過基于協(xié)商一致的規(guī)范和協(xié)議（共識機(jī)制）解決了去中心化的記賬系統(tǒng)的一致性問題，其相關(guān)概念主要包括以下三個。

交易（Transaction）：區(qū)塊鏈上每一次導(dǎo)致區(qū)塊狀態(tài)變化的操作都稱為交易，每一次交易對應(yīng)唯一的交易哈希值，一段時間后便會對交易進(jìn)行打包。區(qū)塊（Block）：打包記錄一段時間內(nèi)發(fā)生的交易和狀態(tài)結(jié)果，是對當(dāng)前賬本的一次共識。每個區(qū)塊以一個相對平穩(wěn)的時間間隔加入到鏈上，在企業(yè)級區(qū)塊鏈平臺中，共識時間可以動態(tài)設(shè)置。鏈（Chain）：區(qū)塊按照時間順序串聯(lián)起來，通過每個區(qū)塊記錄上一個區(qū)塊的哈希值關(guān)聯(lián)，是整個狀態(tài)改變的日志記錄。

圖1.1展示的區(qū)塊鏈主要結(jié)構(gòu)可以幫助大家理解這些概念。

圖1.1區(qū)塊鏈主要結(jié)構(gòu)

區(qū)塊鏈技術(shù)體系不是通過一個權(quán)威的中心化機(jī)構(gòu)來保證交易的可信和安全，而是通過加密和分布式共識機(jī)制來解決信任和安全問題，其主要技術(shù)創(chuàng)新有以下4點(diǎn)。

1. 分布式賬本

交易是由分布式系統(tǒng)中的多個節(jié)點(diǎn)共同記錄的。每一個節(jié)點(diǎn)都記錄完整的交易記錄，因此它們都可以參與監(jiān)督交易合法性并驗證交易的有效性。不同于傳統(tǒng)的中心化技術(shù)方案，區(qū)塊鏈中沒有任何一個節(jié)點(diǎn)有權(quán)限單獨(dú)記錄交易，從而避免了因單一記賬人或節(jié)點(diǎn)被控制而造假的可能性。另一方面，由于全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)參與記錄，理論上講，除非所有的節(jié)點(diǎn)都被破壞，否則交易記錄就不會丟失，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性。

2. 加密技術(shù)和授權(quán)技術(shù)

區(qū)塊鏈技術(shù)很好地集成了當(dāng)前對稱加密、非對稱加密和哈希算法的許多優(yōu)點(diǎn)，并使用了數(shù)字簽名技術(shù)來保證交易的安全性，其中最具代表性的是使用橢圓曲線加密算法生成用戶的公私鑰對和使用橢圓曲線數(shù)字簽名算法來保證交易安全。打包在區(qū)塊上的交易信息對于參與共識的所有節(jié)點(diǎn)是公開的，但是賬戶的身份信息是經(jīng)過嚴(yán)格加密的。

3. 共識機(jī)制

共識機(jī)制是區(qū)塊鏈系統(tǒng)中各個節(jié)點(diǎn)達(dá)成一致的策略和方法。區(qū)塊鏈的共識機(jī)制替代了傳統(tǒng)應(yīng)用中保證信任和交易安全的第三方中心機(jī)構(gòu)，能夠降低由于各方不信任而產(chǎn)生的第三方信用成本、時間成本和資本耗用。常用的共識機(jī)制主要有PoW、PoS、DPoS、Paxos、Raft、PBFT等，共識機(jī)制既是數(shù)據(jù)寫入的方式，也是防止篡改的手段。

4. 智能合約

智能合約是可以自動化執(zhí)行預(yù)先定義規(guī)則的一段計算機(jī)程序代碼，它自己就是一個系統(tǒng)參與者。它能夠?qū)崿F(xiàn)價值的存儲、傳遞、控制和管理，為基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用提供了創(chuàng)新性的解決方案。

4.區(qū)塊鏈分類

按照節(jié)點(diǎn)參與方式的不同，區(qū)塊鏈技術(shù)可以分為：公有鏈（Public Blockchain）、聯(lián)盟鏈（Consortium Blockchain）和私有鏈（Private Blockchain）。按照權(quán)限的不同，區(qū)塊鏈技術(shù)可以分為：許可鏈（Permissioned Blockchain）和非許可鏈（Permissionless Blockchain）。前述的三大類區(qū)塊鏈技術(shù)中，聯(lián)盟鏈和私有鏈屬于許可鏈，公有鏈屬于非許可鏈。

1. 公有鏈

公有鏈，顧名思義，就是公開的區(qū)塊鏈。公有鏈?zhǔn)侨_的，所有人都可以作為網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點(diǎn)，而不需要任何人給予權(quán)限或授權(quán)。在公有鏈中，每個節(jié)點(diǎn)都可以自由加入或者退出網(wǎng)絡(luò)，參與鏈上數(shù)據(jù)的讀寫、執(zhí)行交易，還可以參與網(wǎng)絡(luò)中共識達(dá)成的過程，即決定哪個區(qū)塊可以添加到主鏈上并記錄當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。公有鏈?zhǔn)峭耆饬x上的去中心化區(qū)塊鏈，它借助密碼學(xué)中的加密算法保證鏈上交易的安全。在采取共識算法達(dá)成共識時，公有鏈主要采取工作量證明（PoW，Proof of Work）機(jī)制、權(quán)益證明（PoS，Proof of Stake）機(jī)制和股份授權(quán)證明（DPoS，Delegated Proof of Stake）機(jī)制等共識算法，將經(jīng)濟(jì)獎勵和加密數(shù)字驗證結(jié)合起來，來達(dá)到去中心化和全網(wǎng)達(dá)成共識的目的。在這些算法共識形成的過程中，每個節(jié)點(diǎn)都可以為共識過程做出貢獻(xiàn)，也是我們俗稱的“挖礦”，來獲取與貢獻(xiàn)成正比的經(jīng)濟(jì)獎勵，也就是系統(tǒng)中發(fā)行的數(shù)字代幣。

公有鏈通常也被稱為公共鏈，它屬于一種非許可鏈，不需要許可就可以自由參加退出。當(dāng)前最典型的代表應(yīng)用有比特幣、以太坊（Ethereum）等。因其完全去中心化和面向大眾的特性，公有鏈通常適用于“虛擬加密貨幣”和面向大眾的一些金融服務(wù)以及電子商務(wù)等。

2. 聯(lián)盟鏈

聯(lián)盟鏈不是完全去中心化的，而是一種多中心化或者部分去中心化的區(qū)塊鏈。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)運(yùn)行時，它的共識過程可能會受某些指定節(jié)點(diǎn)的控制。例如，在一個有15個金融機(jī)構(gòu)接入的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，每個機(jī)構(gòu)都作為鏈上的一個節(jié)點(diǎn)，每確認(rèn)一筆交易，都需要至少對10個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)（2/3確認(rèn)），這筆交易或者這個區(qū)塊才能被認(rèn)可。聯(lián)盟鏈賬本上的數(shù)據(jù)與公有鏈的完全公開是不同的，只有聯(lián)盟成員節(jié)點(diǎn)才可以訪問，并且鏈上的讀寫權(quán)限、參與記賬規(guī)則等操作也需要由聯(lián)盟成員節(jié)點(diǎn)共同決定。由于聯(lián)盟鏈場景中的參與者組成一個聯(lián)盟，參與共識的節(jié)點(diǎn)相對公有鏈而言會少很多，并且一般是針對某個商業(yè)場景，所以共識協(xié)議一般不采用與工作量證明類似的挖礦機(jī)制，同時也不一定需要代幣作為激勵機(jī)制，而是采用PBFT、RAFT這類適用于多中心化且效率較高的共識算法。同時，聯(lián)盟鏈對交易的時間、狀態(tài)、每秒交易數(shù)等與公有鏈有很大區(qū)別，所以它比公有鏈有更高的安全和性能要求。

聯(lián)盟鏈屬于一種許可鏈，意味著不是任何人都能自由加入網(wǎng)絡(luò)中，而是需要一定的權(quán)限許可，才可以作為一個新的節(jié)點(diǎn)加入。當(dāng)前聯(lián)盟鏈典型的代表有Linux基金會支持的超級賬本（Hyperledger）項目、R3區(qū)塊鏈聯(lián)盟開發(fā)的Corda，以及趣鏈科技推出的Hyperchain平臺等。

3. 私有鏈

私有鏈，是指整個區(qū)塊鏈上的所有寫入權(quán)限僅僅掌握在一個組織手里，而讀取權(quán)限可以根據(jù)情況對外開放或者任意進(jìn)行限制。所以，私有鏈的應(yīng)用場景一般是單一的企業(yè)內(nèi)部總公司對分公司的管理方面，如數(shù)據(jù)庫管理和審計等。相比于公有鏈和聯(lián)盟鏈，私有鏈的價值主要體現(xiàn)在它可以提供一個安全、可追溯、不可篡改的平臺，并且可以同時防止來自內(nèi)部和外部的安全攻擊。目前對于私有鏈確實(shí)存在著一些爭議，有人認(rèn)為私有鏈的意義不大，因為它需要依賴于第三方的區(qū)塊鏈平臺機(jī)構(gòu)，所有的權(quán)限都被控制在一個節(jié)點(diǎn)中，已經(jīng)違背了區(qū)塊鏈技術(shù)的初衷，不能算一種區(qū)塊鏈技術(shù)，而是已經(jīng)存在的分布式賬本技術(shù)。但是也有人認(rèn)為私有鏈擁有很大的潛在價值，因為它可以給當(dāng)前存在的許多問題提供一個很好的解決方案，比如企業(yè)內(nèi)部規(guī)章制度的遵守、金融機(jī)構(gòu)的反洗錢行為以及政府部門的預(yù)算和執(zhí)行，等等。

與聯(lián)盟鏈一樣，私有鏈也屬于一種許可鏈，不過它的許可權(quán)掌握在單一節(jié)點(diǎn)中，在有些場景中，私有鏈還被稱為專有鏈。當(dāng)下私有鏈的應(yīng)用不是很多，開創(chuàng)者都在努力探索之中。當(dāng)前已經(jīng)存在的應(yīng)用主要有英國幣科學(xué)公司（Coin Sciences Ltd.）推出的多鏈（Multichain）平臺，這個平臺的宗旨是希望能幫助各企業(yè)快速地部署私有鏈環(huán)境，提供良好的隱私保護(hù)和權(quán)限控制。

自誕生至今，區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)歷了三次大的技術(shù)演進(jìn)，其典型代表平臺為2009年的比特幣、2013年的以太坊和2015年的Fabric和Hyperchain，其組織形態(tài)從資源消耗嚴(yán)重、交易性能低下、缺乏靈活控制機(jī)制的公有區(qū)塊鏈，向高效共識、智能可編程、可保護(hù)隱私的聯(lián)盟區(qū)塊鏈轉(zhuǎn)變。當(dāng)前，Hyperchian平臺的TPS（每秒事務(wù)處理量）已達(dá)到千甚至萬量級，可以滿足大部分商業(yè)場景的需要。將來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，基于聯(lián)盟鏈的區(qū)塊鏈商業(yè)應(yīng)用將成為區(qū)塊鏈應(yīng)用的主要形態(tài)。

二、區(qū)塊鏈發(fā)展歷程

比特幣所實(shí)現(xiàn)的基于零信任基礎(chǔ)、真正去中心化的分布式系統(tǒng)，其實(shí)是解決一個30多年前由Leslie Lamport等人提出的拜占庭將軍問題。區(qū)塊鏈技術(shù)從誕生至今，其發(fā)展歷程大致可以分為4個階段：技術(shù)起源、區(qū)塊鏈1.0、區(qū)塊鏈2.0和區(qū)塊鏈3.0，如圖1.2所示。

圖1.2區(qū)塊鏈發(fā)展歷程

1.技術(shù)起源

區(qū)塊鏈技術(shù)源于中本聰創(chuàng)造的比特幣。比特幣是中本聰站在巨人的肩膀上，基于前人的各種相關(guān)技術(shù)和算法，結(jié)合自己獨(dú)特的創(chuàng)造性思維而設(shè)計出來的。下面簡要介紹區(qū)塊鏈相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展歷史。

1982年，Leslie Lamport等人提出拜占庭將軍問題（Byzantine Generals Problem），這是一個非常著名的、分布式計算領(lǐng)域的問題，旨在設(shè)法建立具有容錯性的分布式系統(tǒng)，即在一個存在故障節(jié)點(diǎn)和錯誤信息的分布式系統(tǒng)中保證正常節(jié)點(diǎn)達(dá)到共識，保持信息傳遞的一致性。

1985年，Neal Koblitz和Victor Miller兩人提出橢圓曲線密碼學(xué)（Elliptic Curve Cryptography，ECC），第一次將橢圓曲線用于密碼學(xué)中，建立公開金鑰加密演算法。相較于之前的RSA演算法，采用ECC的好處在于可用較短的金鑰達(dá)到與RSA相同的安全強(qiáng)度。

1990年，David Chaum根據(jù)之前提出的密碼學(xué)網(wǎng)絡(luò)支付系統(tǒng)理念，實(shí)現(xiàn)了一個不可追蹤密碼學(xué)網(wǎng)絡(luò)支付系統(tǒng)，稱為eCash。不過，這是一個中心化的系統(tǒng)，但區(qū)塊鏈技術(shù)在隱私安全上借鑒了其很多設(shè)計。

1990年，Leslie Lamport針對自己在1982年提出的拜占庭將軍問題，給出了一個解決方案——Paxos算法，Paxos共識算法能在分布式系統(tǒng)中達(dá)成高容錯性的全網(wǎng)一致性。

1991年，Stuart Haber與W. Scott Stornetta提出了時間戳技術(shù)來確保電子文件安全，中本聰在比特幣中也采用了這一技術(shù)，對賬本中的交易進(jìn)行追本溯源。

1992年，Scott Vanstone等人基于ECC提出了性能更好的橢圓曲線數(shù)字簽名算法（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm，ECDSA）。

1997年，Adam Back發(fā)明了Hashcash，一種工作量證明算法，此演算法仰賴成本函數(shù)的不可逆特性，具有容易被驗證但很難被破解的特性，最早被應(yīng)用于阻擋垃圾郵件。其算法設(shè)計理念被中本聰改進(jìn)之后，Hashcash成為比特幣區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識的核心技術(shù)之一，是比特幣的基石。

1998年，Wei Dai發(fā)表了匿名的分布式電子現(xiàn)金系統(tǒng)B-money，引入了工作量證明機(jī)制，強(qiáng)調(diào)點(diǎn)對點(diǎn)交易和不可篡改特性。不過在B-money中，并未采用Adam Back提出的Hashcash演算法。Wei Dai的許多設(shè)計也被比特幣區(qū)塊鏈所采用。

2005年，Hal Finney提出可重復(fù)使用的工作量證明機(jī)制（Reusable Proofs of Work，RPOW），結(jié)合B-money與Adam Back提出的Hashcash演算法來創(chuàng)造密碼學(xué)“貨幣”。

2008年，中本聰在一個隱秘的密碼學(xué)討論組發(fā)表了一篇關(guān)于比特幣的論文，發(fā)明了比特幣。

從上述技術(shù)發(fā)展歷史來看，區(qū)塊鏈技術(shù)并不是一蹴而就的，而是一定背景和技術(shù)發(fā)展下的必然產(chǎn)物。關(guān)于區(qū)塊鏈的核心技術(shù)，后續(xù)章節(jié)會進(jìn)行系統(tǒng)性的詳細(xì)介紹。

2.區(qū)塊鏈1.0——“數(shù)字貨幣”

在區(qū)塊鏈1.0階段，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用范圍主要集中在“數(shù)字貨幣”領(lǐng)域。在2009年比特幣上線之后，由于比特幣區(qū)塊鏈解決了“雙花問題”和“拜占庭將軍問題”，真正掃清了“數(shù)字貨幣”流通的主要障礙，因而獲得了極大的追捧，狗狗幣、萊特幣之類的“山寨”“數(shù)字貨幣”也開始大量涌現(xiàn)。這些“數(shù)字貨幣”在技術(shù)上與比特幣十分類似，其架構(gòu)一般都可分為三層：區(qū)塊鏈層、協(xié)議層和貨幣層。區(qū)塊鏈層作為這些“數(shù)字貨幣”系統(tǒng)的底層技術(shù)，是最核心部分，系統(tǒng)的共識過程、消息傳遞等核心功能都是通過區(qū)塊鏈達(dá)成的。協(xié)議層則主要為系統(tǒng)提供一些軟件服務(wù)、制定規(guī)則，等等。最后的貨幣層則主要是作為價值表示，用來在用戶之間傳遞價值，相當(dāng)于一種貨幣單位。

在區(qū)塊鏈1.0階段，基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建了很多去中心化數(shù)字支付系統(tǒng)，很好地解決了貨幣和支付手段的去中心化問題，對傳統(tǒng)的金融體系有著一定的沖擊。

3.區(qū)塊鏈2.0——智能合約

在比特幣和其他山寨幣的資源消耗嚴(yán)重、無法處理復(fù)雜邏輯等弊端逐漸暴露后，業(yè)界逐漸將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了比特幣的底層支撐技術(shù)區(qū)塊鏈上，產(chǎn)生了運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的模塊化、可重用、自動執(zhí)行腳本，即智能合約。這大大拓展了區(qū)塊鏈的應(yīng)用范圍，區(qū)塊鏈由此進(jìn)入2.0階段。業(yè)界慢慢地認(rèn)識到區(qū)塊鏈技術(shù)潛藏的巨大價值。區(qū)塊鏈技術(shù)開始脫離“數(shù)字貨幣”領(lǐng)域的創(chuàng)新，其應(yīng)用范圍延伸到金融交易、證券清算結(jié)算、身份認(rèn)證等商業(yè)領(lǐng)域。涌現(xiàn)了很多新的應(yīng)用場景，如金融交易、智能資產(chǎn)、檔案登記、司法認(rèn)證，等等。

以太坊是這一階段的代表性平臺，它是一個區(qū)塊鏈基礎(chǔ)開發(fā)平臺，提供了圖靈完備的智能合約系統(tǒng)。通過以太坊，用戶可以自己編寫智能合約，構(gòu)建去中心化的DAPP。基于以太坊智能合約圖靈完備的性質(zhì)，開發(fā)者可以編程任何去中心化應(yīng)用，例如投票、域名、金融交易、眾籌、知識產(chǎn)權(quán)、智能財產(chǎn)，等等。目前在以太坊平臺運(yùn)行著很多去中心化應(yīng)用，按照其白皮書說明，它們可以分為三種應(yīng)用。第一種是金融應(yīng)用，包括“數(shù)字貨幣”、金融衍生品、對沖合約、儲蓄錢包、遺囑這些涉及金融交易和價值傳遞的應(yīng)用。第二種是半金融應(yīng)用，它們涉及金錢的參與，但有很大一部分是非金錢的方面。第三種則是非金融應(yīng)用，如在線投票和去中心化自治組織這類不涉及金錢的應(yīng)用。

在區(qū)塊鏈2.0階段，以智能合約為主導(dǎo)，越來越多的金融機(jī)構(gòu)、初創(chuàng)公司和研究團(tuán)體加入了區(qū)塊鏈技術(shù)的探索隊列，推動了區(qū)塊鏈技術(shù)的迅猛發(fā)展。

4.區(qū)塊鏈3.0——超越貨幣、經(jīng)濟(jì)和市場

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展，區(qū)塊鏈技術(shù)的低成本信用創(chuàng)造、分布式結(jié)構(gòu)和公開透明等特性的價值逐漸受到全社會的關(guān)注，在物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療、供應(yīng)鏈管理、社會公益等各行各業(yè)中不斷有新應(yīng)用出現(xiàn)。區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入到了區(qū)塊鏈3.0階段。在這一階段，區(qū)塊鏈的潛在作用并不僅僅體現(xiàn)在貨幣、經(jīng)濟(jì)和市場方面，更延伸到了政治、人道主義、社交和科學(xué)領(lǐng)域，區(qū)塊鏈技術(shù)方面的能力已經(jīng)可以讓特殊的團(tuán)體來處理現(xiàn)實(shí)中的問題。而隨著區(qū)塊鏈的繼續(xù)發(fā)展，我們可以大膽構(gòu)想，區(qū)塊鏈技術(shù)或許將廣泛而深刻地改變?nèi)藗兊纳罘绞?，并重?gòu)整個社會，重鑄信用價值。

或許將來當(dāng)區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展到一定程度時，整個社會中的每一個人都可作為一個節(jié)點(diǎn)，連接到一個全球性的去中心化網(wǎng)絡(luò)中，整個社會進(jìn)入?yún)^(qū)塊鏈時代，然后通過區(qū)塊鏈技術(shù)來分配社會資源，或許區(qū)塊鏈將成為一個促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的理想框架。

三、區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)

通過對區(qū)塊鏈基礎(chǔ)知識和發(fā)展歷程的介紹，相信讀者已經(jīng)對區(qū)塊鏈有了一個較為直觀的認(rèn)識，本節(jié)將更進(jìn)一步，深入介紹區(qū)塊鏈的系統(tǒng)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。

1.基礎(chǔ)模型

圖1.3所示是區(qū)塊鏈的基本架構(gòu)，該圖的繪制參考了《區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望》和工信部《中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書(2016)》中的區(qū)塊鏈架構(gòu)圖。區(qū)塊鏈基本架構(gòu)可以分為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層：

數(shù)據(jù)層封裝了區(qū)塊鏈的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、區(qū)塊數(shù)據(jù)以及非對稱加密等區(qū)塊鏈核心技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)層提供點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信傳播以及驗證機(jī)制；共識層主要是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間達(dá)成共識的各種共識算法；激勵層將經(jīng)濟(jì)因素引入到區(qū)塊鏈技術(shù)體系之中，主要包括經(jīng)濟(jì)因素的發(fā)行機(jī)制和分配機(jī)制；合約層展示了區(qū)塊鏈系統(tǒng)的可編程性，封裝了各類腳本、智能合約和算法；應(yīng)用層則封裝了區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用場景和案例。

在該架構(gòu)中，基于時間戳的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、分布式節(jié)點(diǎn)間的共識機(jī)制和可編程的智能合約是區(qū)塊鏈技術(shù)最具代表性的創(chuàng)新點(diǎn)。一般可以在合約層編寫智能合約或者進(jìn)行腳本編程，來構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的去中心化應(yīng)用。下面將對本架構(gòu)中每一層所涉及的技術(shù)展開具體介紹。

圖1.3區(qū)塊鏈基本架構(gòu)

2.數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是區(qū)塊鏈的核心部分，區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一種數(shù)據(jù)庫技術(shù)和分布式共享賬本，是由包含交易信息的區(qū)塊從后向前有序連接起來的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該層涉及的技術(shù)主要包括：區(qū)塊結(jié)構(gòu)、Merkle樹、非對稱加密、時間戳、數(shù)字簽名和哈希函數(shù)。時間戳和哈希函數(shù)相對比較簡單，這里重點(diǎn)介紹一下區(qū)塊結(jié)構(gòu)、Merkle樹、非對稱加密和數(shù)字簽名。

1. 區(qū)塊結(jié)構(gòu)

每個區(qū)塊一般都由區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分組成。如圖1.4所示，區(qū)塊頭部分包含了父區(qū)塊哈希值、時間戳、Merkle根等信息，而區(qū)塊體部分則包含著此區(qū)塊中所有的交易信息。除此之外，每一個區(qū)塊還對應(yīng)著兩個值來識別區(qū)塊：區(qū)塊頭哈希值和區(qū)塊高度。

圖1.4區(qū)塊結(jié)構(gòu)

每一個區(qū)塊都會有一個區(qū)塊頭哈希值，這是一個通過SHA256算法對區(qū)塊頭進(jìn)行二次哈希計算而得到的32字節(jié)的數(shù)字指紋。例如，比特幣的第一個區(qū)塊的頭哈希值為000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f。區(qū)塊頭哈希值可以唯一標(biāo)識一個區(qū)塊鏈上的區(qū)塊，并且任何節(jié)點(diǎn)通過對區(qū)塊頭進(jìn)行簡單的哈希計算都可以得到該區(qū)塊頭的哈希值。區(qū)塊頭哈希也包含在區(qū)塊的整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，但是區(qū)塊頭的數(shù)據(jù)和區(qū)塊體的數(shù)據(jù)并不一定一起存儲，為了檢索效率起見，在實(shí)現(xiàn)中可以將二者分開存儲。

除了通過頭哈希值來識別區(qū)塊，還可以通過區(qū)塊高度來對區(qū)塊進(jìn)行識別。例如高度為0和前面000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f所索引的區(qū)塊都是第一個區(qū)塊。但是與頭哈希值不同的是，區(qū)塊高度并不能唯一地標(biāo)識一個區(qū)塊。由于區(qū)塊鏈存在著分叉情況，所以可能存在2個或以上區(qū)塊的區(qū)塊高度是一樣的。

談完了頭哈希值和區(qū)塊高度，下面介紹區(qū)塊頭的構(gòu)造。以比特幣為例，區(qū)塊頭是80字節(jié)，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如表1.1所示。

區(qū)塊頭由三組元數(shù)據(jù)組成，一組是引用父區(qū)塊的哈希值數(shù)據(jù)，用于同前一區(qū)塊進(jìn)行相連。第二組即難度值、時間戳和隨機(jī)數(shù)，這些都與挖礦競爭相關(guān)。第三組是Merkle根，是區(qū)塊體中Merkle樹的根節(jié)點(diǎn)。

2. Merkle樹

前面介紹了區(qū)塊頭哈希值、區(qū)塊高度和區(qū)塊頭的結(jié)構(gòu)，接著來看看區(qū)塊體。區(qū)塊體存儲著交易信息，在區(qū)塊中它們是以一棵Merkle樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲的，而Merkle樹是一種用來有效地總結(jié)區(qū)塊中所有交易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Merkle樹是一棵哈希二叉樹，樹的每個葉子節(jié)點(diǎn)都是一筆交易的哈希值。同樣以比特幣為例，在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，Merkle樹被用來歸納一個區(qū)塊中的所有交易，同時生成整個交易集合的數(shù)字指紋即Merkle樹根，且提供了一種校驗區(qū)塊是否存在某交易的高效途徑。生成一棵Merkle樹需要遞歸地對每兩個哈希節(jié)點(diǎn)進(jìn)行哈希得到一個新的哈希值，并將新的哈希值存入Merkle樹中，直到兩兩結(jié)合最終只有一個哈希值時，這個哈希值就是這一區(qū)塊所有交易的Merkle根，存儲到上面介紹的區(qū)塊頭結(jié)構(gòu)中。

下面通過一個實(shí)例來對Merkle樹進(jìn)行進(jìn)一步的介紹。圖1.5是一棵只有4筆交易的Merkle樹，即交易A、B、C和D。

圖1.5Merkle樹

第一步，需要使用兩次SHA256算法對每筆交易數(shù)據(jù)進(jìn)行哈希運(yùn)算，得到每筆交易的哈希值，這里可以得到HA、HB、HC、HD這4個哈希值，也就是這棵Merkle樹的葉子節(jié)點(diǎn)。例如，

HA = SHA256（SHA256（交易A））

第二步，對兩個葉子節(jié)點(diǎn)HA、HB的哈希值同樣使用兩次SHA256進(jìn)行組合哈希運(yùn)算，將會得到一個新的哈希值HAB，對HC、HD進(jìn)行同樣的操作將獲得另一個哈希值HCD。例如，

HAB = SHA256（SHA256（HA＋HB））

第三步，對現(xiàn)有的兩個哈希值HAB、HCD進(jìn)行第二步中的組合運(yùn)算，最后將得到一個新的哈希值HABCD，此時我們已經(jīng)沒有了其他同高度節(jié)點(diǎn)，所以最后的HABCD就是這一棵Merkle樹的Merkle根。之后將這個節(jié)點(diǎn)的32字節(jié)哈希值寫入到區(qū)塊頭部Merkle根字段中。Merkle樹的整個形成過程結(jié)束。

HABCD = SHA256（SHA256（HAB＋HCD））

因為Merkle樹是一棵二叉樹，所以它需要偶數(shù)個葉子節(jié)點(diǎn)，也就是偶數(shù)筆交易。但是在很多情況下，某個區(qū)塊的交易數(shù)目會出現(xiàn)奇數(shù)筆。對于這種情況，Merkle樹的解決方案是將最后一筆交易進(jìn)行一次復(fù)制，以此構(gòu)造成偶數(shù)個葉子節(jié)點(diǎn)，這種偶數(shù)個葉子節(jié)點(diǎn)的二叉樹也稱為平衡樹。

圖1.6展示的是一棵更大的Merkle樹，由16個交易構(gòu)成。通過圖示，可以發(fā)現(xiàn)，不管一個區(qū)塊中有一筆交易還是十萬筆交易，最終都能歸納成一個32字節(jié)的哈希值作為Merkle樹的根節(jié)點(diǎn)。

圖1.6多節(jié)點(diǎn)的Merkle樹

當(dāng)需要證明交易列表中的某筆交易存在時，一個節(jié)點(diǎn)只需計算log2N個32字節(jié)的哈希值，就可以形成一條從Merkle樹根到特定交易的路徑，Merkle樹的效率如表1.2所示。

3. 非對稱加密與數(shù)字簽名

非對稱加密是區(qū)塊鏈技術(shù)中用于安全性需求和所有權(quán)認(rèn)證時采用的加密技術(shù)，常見的非對稱加密算法有RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（橢圓曲線加密算法）和ECDSA（橢圓曲線數(shù)字簽名算法），等等。與對稱加密算法不同的是，非對稱加密算法需要兩個密鑰：公開密鑰（public key）和私有密鑰（private key）。基于非對稱加密算法可使通信雙方在不安全的媒體上交換信息，安全地達(dá)成信息的一致。公開密鑰是對外公開的，而私有密鑰是保密的，其他人不能通過公鑰推算出對應(yīng)的私鑰。每一個公開密鑰都有其相對應(yīng)的私有密鑰，如果我們使用公開密鑰對信息進(jìn)行了加密，那么則必須有對應(yīng)的私有密鑰才能對加密后的信息進(jìn)行解密；而如果是用私有密鑰加密信息，則只有對應(yīng)的公開密鑰才可以進(jìn)行解密。在區(qū)塊鏈中，非對稱加密主要用于信息加密、數(shù)字簽名等場景。

在信息加密場景中，如圖1.7所示，信息發(fā)送者A需要發(fā)送一個信息給信息接收者B，需要先使用B的公鑰對信息進(jìn)行加密，B收到后，使用自己的私鑰就可以對這一信息進(jìn)行解密，而其他人沒有私鑰，是沒辦法對這個加密信息進(jìn)行解密的。

圖1.7信息加密

而在數(shù)字簽名場景中，如圖1.8所示，發(fā)送者A先用哈希函數(shù)對原文生成一個摘要（Digest），然后使用私鑰對摘要進(jìn)行加密，生成數(shù)字簽名（Signature），之后將數(shù)字簽名與原文一起發(fā)送給接收者B；B收到信息后使用A的公鑰對數(shù)字簽名進(jìn)行解密得到摘要，由此確保信息是A發(fā)出的，然后再對收到的原文使用哈希函數(shù)產(chǎn)生摘要，并與解密得到的摘要進(jìn)行對比，如果相同，則說明收到的信息在傳輸過程中沒有被修改過。

圖1.8數(shù)字簽名

3.網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是區(qū)塊鏈平臺信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，通過P2P的組網(wǎng)方式、特定的信息傳播協(xié)議和數(shù)據(jù)驗證機(jī)制，使得區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)都可以平等地參與共識與記賬。下面將詳細(xì)介紹區(qū)塊鏈平臺網(wǎng)絡(luò)層中的P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、信息傳輸機(jī)制和數(shù)據(jù)驗證機(jī)制。

1. P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一般采用的是基于互聯(lián)網(wǎng)的P2P（peer-to-peer）架構(gòu)，在P2P網(wǎng)絡(luò)中，每臺計算機(jī)每個節(jié)點(diǎn)都是對等的，它們共同為全網(wǎng)提供服務(wù)。而且，沒有任何中心化的服務(wù)端，每臺主機(jī)都可以作為服務(wù)端響應(yīng)請求，也可以作為客戶端使用其他節(jié)點(diǎn)所提供的服務(wù)。P2P通信不需要從其他實(shí)體或CA獲取地址驗證，因此有效地消除了篡改的可能性和第三方欺騙。所以P2P網(wǎng)絡(luò)是去中心化和開放的，這也正符合區(qū)塊鏈技術(shù)的理念。

在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，所有的節(jié)點(diǎn)地位均等且以扁平式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互連通和交互，每個節(jié)點(diǎn)都需要承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)路由、驗證區(qū)塊數(shù)據(jù)、傳播區(qū)塊數(shù)據(jù)等功能。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，存在著兩類節(jié)點(diǎn)，一類是全節(jié)點(diǎn)，它保存著區(qū)塊鏈上所有的完整數(shù)據(jù)信息，并需要實(shí)時地參與區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的校驗和記錄來更新區(qū)塊鏈主鏈。另一類是輕節(jié)點(diǎn)，它只保存著區(qū)塊鏈中的部分信息，通過簡易支付驗證（SPV）方式向其他相鄰的節(jié)點(diǎn)請求數(shù)據(jù)以便完成數(shù)據(jù)的驗證。

2. 傳輸機(jī)制

在新的區(qū)塊數(shù)據(jù)生成后，生成該數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)會將其廣播到全網(wǎng)的其他節(jié)點(diǎn)以供驗證。目前的區(qū)塊鏈底層平臺一般都會根據(jù)自身的實(shí)際應(yīng)用需求，在比特幣傳輸機(jī)制的基礎(chǔ)上重新設(shè)計或者改進(jìn)出新的傳輸機(jī)制，如以太坊區(qū)塊鏈集成了所謂的“幽靈協(xié)議”，以解決因區(qū)塊數(shù)據(jù)確認(rèn)速度快而導(dǎo)致的高區(qū)塊作廢率和隨之而來的安全性風(fēng)險。這里我們以中本聰設(shè)計的比特幣系統(tǒng)為例，列出其傳輸協(xié)議的步驟如下：

(1) 比特幣交易節(jié)點(diǎn)將新生成的交易數(shù)據(jù)向全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播；

(2) 每個節(jié)點(diǎn)都將收集到的交易數(shù)據(jù)存儲到一個區(qū)塊中；

(3) 每個節(jié)點(diǎn)基于自身算力在區(qū)塊中找到一個具有足夠難度的工作量證明；

(4) 當(dāng)節(jié)點(diǎn)找到區(qū)塊的工作量證明后，就向全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)廣播此區(qū)塊；

(5) 只有包含在區(qū)塊中的所有交易都有效且之前未存在過，其他節(jié)點(diǎn)才認(rèn)同該區(qū)塊的有效性；

(6) 其他節(jié)點(diǎn)接收該數(shù)據(jù)區(qū)塊，并在該區(qū)塊的末尾制造新的區(qū)塊以延長鏈，而將被接收的區(qū)塊的隨機(jī)哈希值視為新區(qū)塊的前序區(qū)塊哈希值。

如果交易的相關(guān)節(jié)點(diǎn)是一個未與其他節(jié)點(diǎn)相連接的新節(jié)點(diǎn)，比特幣系統(tǒng)通常會將一組長期穩(wěn)定運(yùn)行的“種子節(jié)點(diǎn)”推薦給新節(jié)點(diǎn)以建立連接，或者推薦至少一個節(jié)點(diǎn)連接新節(jié)點(diǎn)。此外，進(jìn)行廣播的交易數(shù)據(jù)并不需要全部節(jié)點(diǎn)都接收到，只要有足夠多的節(jié)點(diǎn)做出響應(yīng)，交易數(shù)據(jù)便可整合到區(qū)塊鏈賬本中。而未接收到完整交易數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以向臨近節(jié)點(diǎn)請求下載缺失的交易數(shù)據(jù)。

3. 驗證機(jī)制

在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，所有的節(jié)點(diǎn)都會時刻監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中廣播的交易數(shù)據(jù)和新產(chǎn)生的區(qū)塊。在接收到相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)后，會首先驗證該數(shù)據(jù)的有效性，若數(shù)據(jù)有效則按接收順序為新數(shù)據(jù)建立存儲池來暫存這些數(shù)據(jù)，并且繼續(xù)向臨近節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)；若數(shù)據(jù)無效則立即廢棄該數(shù)據(jù)，從而保證無效數(shù)據(jù)不會在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中繼續(xù)傳播。驗證有效性的方法是根據(jù)預(yù)定義好的標(biāo)準(zhǔn)，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、語法規(guī)范性、輸入輸出和數(shù)字簽名等各方面進(jìn)行校驗。對于新區(qū)塊的校驗同理，某節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生出新區(qū)塊后，其他節(jié)點(diǎn)按照預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)對新區(qū)塊的工作量證明、時間戳等方面進(jìn)行校驗，若確認(rèn)有效，則將該區(qū)塊鏈接到主區(qū)塊鏈上，并開始爭取下一個區(qū)塊的記賬權(quán)。

4.共識層

Leslie Lamport于1982年提出著名的拜占庭將軍問題，引發(fā)了無數(shù)研究者探索解決方案。如何在分布式系統(tǒng)中高效地達(dá)成共識是分布式計算領(lǐng)域的一個重要研究課題。區(qū)塊鏈的共識層的作用就是在不同的應(yīng)用場景下通過使用不同的共識算法，在決策權(quán)高度分散的去中心化系統(tǒng)中使得各個節(jié)點(diǎn)高效地達(dá)成共識。

最初，比特幣區(qū)塊鏈選用了一種依賴節(jié)點(diǎn)算力的工作量證明共識（Proof of Work，PoW）機(jī)制來保證比特幣網(wǎng)絡(luò)分布式記賬的一致性。之后隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷演進(jìn)和改進(jìn)，研究者陸續(xù)提出了一些不過度依賴算力而能達(dá)到全網(wǎng)一致的算法，比如權(quán)益證明共識（Proof of Stake，PoS）機(jī)制、授權(quán)股份證明共識（Delegated Proof of Stake，DPoS）機(jī)制、實(shí)用拜占庭容錯（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT）算法、Raft共識算法，等等。下面我們對這幾種共識算法進(jìn)行簡單介紹。

1. PoW（工作量證明機(jī)制）

PoW機(jī)制誕生于1997年 Adam Back 設(shè)計的Hashcash系統(tǒng)，它最初被創(chuàng)造出來用于預(yù)防郵件系統(tǒng)中漫天遍地的垃圾郵件。2009年，中本聰將PoW機(jī)制運(yùn)用于比特幣區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，作為達(dá)成全網(wǎng)一致性的共識機(jī)制。從嚴(yán)格意義上講，比特幣中所采用的是一種可重復(fù)使用的Hashcash工作證明，使得生成工作證明量可以是一個概率意義上的隨機(jī)過程。在該機(jī)制中，網(wǎng)絡(luò)上的每一個節(jié)點(diǎn)都在使用SHA256哈希算法運(yùn)算一個不斷變化的區(qū)塊頭的哈希值。共識要求算出的值必須等于或者小于某個給定的值。在分布式網(wǎng)絡(luò)中，所有的參與者都需要使用不同的隨機(jī)數(shù)來持續(xù)計算該哈希值，直到達(dá)到目標(biāo)為止。當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)得出了確切的值，其他所有的節(jié)點(diǎn)必須相互確認(rèn)該值的正確性。之后，新區(qū)塊中的交易將被驗證以防欺詐。然后，用于計算的交易信息的集合會被確認(rèn)為認(rèn)證結(jié)果，用區(qū)塊鏈中的新區(qū)塊表示。在比特幣中，運(yùn)算哈希值的節(jié)點(diǎn)被稱作“礦工”，而PoW的過程被稱為“挖礦”。由于認(rèn)證的計算是一個耗時的過程，所以也提出了相應(yīng)的激勵機(jī)制（例如向礦工授予一小部分比特幣）?？偟膩碚f，工作量證明就是對于工作量的證明，每個區(qū)塊加入到鏈上，必須得到網(wǎng)絡(luò)參與者的同意驗證，礦工對它完成了相對應(yīng)的工作量。PoW的優(yōu)點(diǎn)是完全的去中心化和分布式賬簿。缺點(diǎn)也很明顯，即消耗資源：挖礦行為造成了大量的資源浪費(fèi)，同時PoW達(dá)成共識的周期也比較長，比特幣網(wǎng)絡(luò)會自動調(diào)整目標(biāo)值來確保區(qū)塊生成過程大約需要10分鐘，因此它不是很適合商業(yè)運(yùn)用。

2. PoS（股權(quán)證明機(jī)制）

PoS的想法源于尼克·薩博（Nick Szabo），是PoW的一種節(jié)能替代選擇，它不需要用戶在不受限制的空間中找到一個隨機(jī)數(shù)，而是要求人們證明貨幣數(shù)量的所有權(quán)，因為其相信擁有貨幣數(shù)量多的人攻擊網(wǎng)絡(luò)的可能性更低。由于基于賬戶余額的選擇是非常不公平的，因為單一最富有的人勢必在網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位，所以提出了許多解決方案，結(jié)合股權(quán)來決定誰來創(chuàng)建下一個塊。其中，Blackcoin使用隨機(jī)選擇來預(yù)測下一個創(chuàng)建者，而Peercoin則傾向于基于幣齡來選擇。Peercoin首次開創(chuàng)性地實(shí)現(xiàn)了真正的股權(quán)證明，它采用工作量證明機(jī)制發(fā)行新幣，采用股權(quán)證明機(jī)制維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，這也是“虛擬貨幣”歷史上的一次創(chuàng)舉。同比特幣網(wǎng)絡(luò)要求證明人執(zhí)行一定量的工作不同，該機(jī)制只需要證明人提供一定數(shù)量“數(shù)字貨幣”的所有權(quán)即可。在股權(quán)證明機(jī)制中，每當(dāng)創(chuàng)建一個區(qū)塊時，礦工需要創(chuàng)建一個稱為“幣權(quán)”的交易，這個交易會按照一定的比例預(yù)先將一些幣發(fā)給礦工。然后股權(quán)證明機(jī)制根據(jù)每個節(jié)點(diǎn)持有代幣的比例和時間，依據(jù)算法等比例地降低節(jié)點(diǎn)的挖礦難度，以加快節(jié)點(diǎn)尋找隨機(jī)數(shù)的速度，縮短達(dá)成共識所需的時間。與PoW相比，PoS可以節(jié)省更多的能源，更有效率。但是，由于挖礦成本接近于零，因此可能會遭受攻擊。且PoS在本質(zhì)上仍然需要網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行挖礦運(yùn)算，所以它同樣難以應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。

3. DPoS（股份授權(quán)證明機(jī)制）

DPoS由比特股（Bitshares）項目組發(fā)明。股權(quán)擁有者選舉他們的代表來進(jìn)行區(qū)塊的生成和驗證。DPoS類似于現(xiàn)代企業(yè)董事會制度，比特股系統(tǒng)將代幣持有者稱為股東，由股東投票選出101名代表，然后由這些代表負(fù)責(zé)生成和驗證區(qū)塊。持幣者若想成為一名代表，需先用自己的公鑰去區(qū)塊鏈注冊，獲得一個長度為32位的特有身份標(biāo)識符，股東可以對這個標(biāo)識符以交易的形式進(jìn)行投票，得票數(shù)前101位被選為代表。代表們輪流產(chǎn)生區(qū)塊，收益（交易手續(xù)費(fèi)）平分。如果有的代表不老實(shí)生產(chǎn)區(qū)塊，很容易被其他代表和股東發(fā)現(xiàn)，他將立即被踢出“董事會”，空缺位置由票數(shù)排名102的代表自動填補(bǔ)。DPoS的優(yōu)點(diǎn)在于大幅減少了參與區(qū)塊驗證和記賬的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，從而縮短了共識驗證所需要的時間，大幅提高了交易效率。從某種角度來說，DPoS可以理解為多中心系統(tǒng)，兼具去中心化和中心化優(yōu)勢。

4. PBFT（實(shí)用拜占庭容錯算法）

這個算法最初出現(xiàn)在MIT的Miguel和Barbara Liskov的學(xué)術(shù)論文中，初衷是為一個低延遲存儲系統(tǒng)所設(shè)計，降低算法的復(fù)雜度，該算法可以應(yīng)用于吞吐量不大但需要處理大量事件的數(shù)字資產(chǎn)平臺。它允許每個節(jié)點(diǎn)發(fā)布公鑰，任何通過節(jié)點(diǎn)的消息都由節(jié)點(diǎn)簽名，以驗證其格式。驗證過程分為三個階段：預(yù)備、準(zhǔn)備、落實(shí)。如果已經(jīng)收到超過1/3不同節(jié)點(diǎn)的批準(zhǔn)，服務(wù)操作將是有效的。使用PBFT，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)N個節(jié)點(diǎn)中可以包含f個拜占庭惡意節(jié)點(diǎn)，其中f =(N-1)/ 3。換句話說，PBFT確保至少2 f + 1個節(jié)點(diǎn)在將信息添加到分布式共享賬簿之前達(dá)到共識。目前，HyperLedger聯(lián)盟、中國ChinaLedger 聯(lián)盟等諸多區(qū)塊鏈聯(lián)盟都在研究和驗證這個算法的實(shí)際部署和應(yīng)用。

5. Raft（信道可信條件下的共識算法）

Raft是由Stanford提出的一種更易理解的一致性算法，基于沒有作惡節(jié)點(diǎn)但網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可能宕機(jī)的前提條件下，達(dá)成所有節(jié)點(diǎn)的一致性共識。Raft節(jié)點(diǎn)一般分為三種角色：Follower、Candidate、Leader。一開始，所有的節(jié)點(diǎn)都是以Follower角色啟動，想當(dāng)Leader的節(jié)點(diǎn)將會成為Candidate節(jié)點(diǎn)，并向其它Follower發(fā)出選舉投票請求，只要超過半數(shù)的節(jié)點(diǎn)選擇自己即可成為Leader節(jié)點(diǎn)，之后該Leader節(jié)點(diǎn)每隔一段時間就向 Follower節(jié)點(diǎn)發(fā)送“心跳”?；?，否則其余節(jié)點(diǎn)可再次競爭Leader節(jié)點(diǎn)。寫入數(shù)據(jù)時，Leader先將數(shù)據(jù)暫時寫在本地日志，并向Follower發(fā)送添加數(shù)據(jù)請求。當(dāng)有超過半數(shù)的添加成功信息返回，Leader便可以寫入本地并向客戶端發(fā)回成功結(jié)果，否則寫入失敗。

5.激勵層

激勵層作為將經(jīng)濟(jì)因素引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)的一個層次，其存在的必要性取決于建立在區(qū)塊鏈技術(shù)上的具體應(yīng)用需求。這里以比特幣系統(tǒng)為例，對其激勵層進(jìn)行介紹。

在比特幣系統(tǒng)中，大量的節(jié)點(diǎn)算力資源通過共識過程得以匯聚，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈賬本的數(shù)據(jù)驗證和記賬工作，因而其本質(zhì)上是一種共識節(jié)點(diǎn)間的任務(wù)眾包過程。在去中心化系統(tǒng)中，共識節(jié)點(diǎn)本身是自利的，其參與數(shù)據(jù)驗證和記賬工作的根本目的是最大化自身收益。所以，必須設(shè)計合理的激勵機(jī)制，使得共識節(jié)點(diǎn)最大化自身收益的個體行為與區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全性和有效性相契合，從而使大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)對區(qū)塊鏈歷史形成穩(wěn)定的共識。

比特幣采用PoW共識機(jī)制，在該共識中其經(jīng)濟(jì)激勵由兩部分組成：一是新發(fā)行的比特幣；二是交易流通過程中的手續(xù)費(fèi)。兩者組合在一起，獎勵給PoW共識過程中成功計算出符合要求的隨機(jī)數(shù)并生成新區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)。因此，只有當(dāng)各節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識，共同合作來構(gòu)建和維護(hù)區(qū)塊鏈歷史記錄及其系統(tǒng)的有效性，當(dāng)作獎勵的比特幣才會有價值。

1. 發(fā)行機(jī)制

在比特幣系統(tǒng)中，新區(qū)塊產(chǎn)生發(fā)行比特幣的數(shù)量是隨著時間階梯型遞減的。從創(chuàng)世區(qū)塊起，每個新區(qū)塊將發(fā)行50個比特幣獎勵給該區(qū)塊的記賬者，此后每隔約4年（21萬個區(qū)塊），每個新區(qū)塊發(fā)行的比特幣數(shù)量減少一半，以此類推，一直到比特幣的數(shù)量穩(wěn)定在上限2100萬為止。前文提到過，給記賬者的另一部分獎勵是比特幣交易過程中產(chǎn)生的手續(xù)費(fèi)，目前默認(rèn)的手續(xù)費(fèi)是1/10000個比特幣。兩部分費(fèi)用會被封裝在新區(qū)塊的第一個交易（稱為Coinbase交易）中。雖然現(xiàn)在每個新區(qū)塊的總手續(xù)費(fèi)與新發(fā)行的比特幣相比要少得多，但隨著時間推移，未來比特幣的發(fā)行數(shù)量會越來越少，甚至停止發(fā)行，到那時手續(xù)費(fèi)便會成為共識節(jié)點(diǎn)記賬的主要動力。此外，手續(xù)費(fèi)還可以起到保障安全性的作用，防止大量微額交易對比特幣系統(tǒng)發(fā)起“粉塵攻擊”。

2. 分配機(jī)制

隨著比特幣挖礦生態(tài)圈的成熟，“礦池”出現(xiàn)在人們的視野中。大量的小算力節(jié)點(diǎn)通過加入礦池而聯(lián)合起來，相互合作匯集算力來提高獲得記賬權(quán)的概率，并共享生成新區(qū)塊得到的新發(fā)行比特幣和交易手續(xù)費(fèi)獎勵。據(jù)Bitcoinminning.com統(tǒng)計，目前已經(jīng)存在13種不同的分配機(jī)制?，F(xiàn)今主流礦池通常采用PPLNS（Pay Per Last N Shares）、PPS（Pay Per Share）和PROP（PRO Portionately）等機(jī)制。在礦池中，根據(jù)各個節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)的算力，按比例劃分為不同的股份。PPLNS機(jī)制在產(chǎn)生新的區(qū)塊后，各合作節(jié)點(diǎn)根據(jù)其在最后N個股份內(nèi)貢獻(xiàn)的實(shí)際股份比例來分配獎勵；PPS則直接根據(jù)股份比例為各節(jié)點(diǎn)估算和支付一個固定的理論收益，采用此方式的礦池將會適度收取手續(xù)費(fèi)來彌補(bǔ)其為各個節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的收益不確定性風(fēng)險；PROP機(jī)制則根據(jù)節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)的股份按比例地分配獎勵。

6.合約層

合約層封裝了各類腳本、算法和智能合約，是區(qū)塊鏈可編程性的體現(xiàn)。比特幣本身就具有簡單腳本的編寫功能，而以太坊極大地強(qiáng)化了編程語言協(xié)議，理論上可以編寫實(shí)現(xiàn)任何功能的應(yīng)用。如果把比特幣看成是全球賬本的話，以太坊可以看作一臺“全球計算機(jī)”，任何人都可以上傳和執(zhí)行任意的應(yīng)用程序，并且程序的有效執(zhí)行能得到保證。如果說數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)和共識三個層次作為區(qū)塊鏈底層“虛擬機(jī)”，分別承擔(dān)數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)傳播和數(shù)據(jù)驗證功能，合約層則是建立在區(qū)塊鏈虛擬機(jī)之上的商業(yè)邏輯和算法，是實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈系統(tǒng)靈活編程和操作數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。包括比特幣在內(nèi)的“數(shù)字加密貨幣”大多采用非圖靈完備的簡單腳本代碼來編程控制交易過程，這也是智能合約的雛形。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)以太坊等圖靈完備的可實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜和靈活的智能合約的腳本語言，使得區(qū)塊鏈能夠支持宏觀金融和社會系統(tǒng)的諸多應(yīng)用。

智能合約的概念可以追溯到1995年，是由學(xué)者尼克·薩博提出并進(jìn)行如下定義的：“一個智能合約是一套以數(shù)字形式定義的承諾，包括合約參與方可以在上面執(zhí)行這些承諾的協(xié)議。”其設(shè)計初衷是希望通過將智能合約內(nèi)置到物理實(shí)體來創(chuàng)造各種靈活可控的智能資產(chǎn)。但由于計算手段的落后和應(yīng)用場景的缺失，智能合約在當(dāng)時并未受到研究者的廣泛關(guān)注。

區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)對智能合約進(jìn)行了新的定義并使其成為了可能。智能合約作為區(qū)塊鏈技術(shù)的關(guān)鍵特性之一，是運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的模塊化、可重用、自動執(zhí)行的腳本，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理、價值轉(zhuǎn)移、資產(chǎn)管理等一系列功能。合約部署的時候被虛擬機(jī)編譯成操作碼存儲在區(qū)塊鏈上，對應(yīng)地會有一個存儲地址。當(dāng)預(yù)定的條件發(fā)生時，就會發(fā)送一筆交易（transaction）到該合約地址，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)都會執(zhí)行合約腳本編譯生成的操作碼，最后將執(zhí)行結(jié)果寫入?yún)^(qū)塊鏈。作為一種嵌入式程序化合約，智能合約可以內(nèi)置在任何區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)、交易或資產(chǎn)中，形成可由程序自行控制的系統(tǒng)、市場或資產(chǎn)。智能合約不僅為金融行業(yè)提供了創(chuàng)新性的解決方案，同時也能在社會系統(tǒng)中的信息、資產(chǎn)、合同、監(jiān)管等事務(wù)管理中發(fā)揮重要作用。

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能合約不僅可以發(fā)揮智能合約在成本效率方面的優(yōu)勢，還可以避免惡意行為對合約正常執(zhí)行的干擾。智能合約可以應(yīng)用到任何一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的業(yè)務(wù)邏輯中，以太坊

首先看到了區(qū)塊鏈和智能合約的契合，發(fā)布了白皮書《以太坊：下一代智能合約和去中心化應(yīng)用平臺》，構(gòu)建了內(nèi)置有圖靈完備編程語言的公有區(qū)塊鏈，使得任何人都能夠創(chuàng)建合約和去中心化應(yīng)用。

智能合約與區(qū)塊鏈的結(jié)合，豐富了區(qū)塊鏈本身的價值內(nèi)涵，其特性有以下3點(diǎn)：

用程序邏輯中的豐富合約規(guī)則表達(dá)能力實(shí)現(xiàn)了不信任方之間的公平交換，避免了惡意方中斷協(xié)議等可能性；最小化交易方之間的交互，避免了計劃外的監(jiān)控和跟蹤的可能性；豐富了交易與外界狀態(tài)的交互，比如可信數(shù)據(jù)源提供的股票信息、天氣預(yù)報等。四、區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

新技術(shù)的發(fā)展離不開市場和產(chǎn)業(yè)的推動，對于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)習(xí)，僅僅了解其技術(shù)原理是不夠的，還需知曉當(dāng)前相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況。本節(jié)將從區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢、政府對區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃以及區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)生態(tài)圖譜這3個維度，對區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析介紹。

1.區(qū)塊鏈發(fā)展態(tài)勢

區(qū)塊鏈最早應(yīng)用在“數(shù)字貨幣”方面，數(shù)字資產(chǎn)眾籌經(jīng)歷了從萌芽到爆發(fā)的過程，但隨之而來的也是資產(chǎn)發(fā)行無序，市場上各類項目良莠不齊，大部分的功能型通證并無實(shí)際使用價值。進(jìn)入2018年，數(shù)字資產(chǎn)市場出現(xiàn)了合規(guī)化資產(chǎn)發(fā)行模式。2017-2018年數(shù)字貨幣熱潮逐漸退卻，轉(zhuǎn)向多元化技術(shù)體系延伸，鏈上擴(kuò)容、鏈下擴(kuò)容、DAG、跨鏈、隱私幣等技術(shù)方案熱度不斷攀升。從2019年開始的長時間階段內(nèi)，區(qū)塊鏈的產(chǎn)業(yè)發(fā)展會從思維理論為重到實(shí)體應(yīng)用為主，從跟風(fēng)發(fā)行虛擬幣轉(zhuǎn)向穩(wěn)步造福實(shí)體產(chǎn)業(yè)。

ICO（Initial Coin Offering）是與“數(shù)字貨幣”密切相關(guān)的概念，是基于“數(shù)字貨幣”的項目初期資金籌措方式，早期參與ICO眾籌的人員可以獲得初始產(chǎn)生的“數(shù)字貨幣”作為回報。最早的ICO項目可追溯到2013年7月的Mastercoin項目，該項目通過比特幣進(jìn)行ICO眾籌，生成對應(yīng)的Mastercoin代幣并分發(fā)給眾籌參與者。知名的以太坊項目的初始研發(fā)資金也是通過ICO的方式籌得的。然而，因為不易監(jiān)管，ICO融資方式極易被投機(jī)者利用。特別是2017年以來，國內(nèi)ICO融資項目數(shù)量迅速爆發(fā)，2017年1至4月上線8個ICO項目，5月上線9個，6月上線了27個，導(dǎo)致ICO充斥著投機(jī)行為和泡沫，監(jiān)管層給予了高度關(guān)注，9月4日，央行、銀監(jiān)會等七部門發(fā)布通告，宣布任何組織和個人不得非法從事代幣發(fā)行融資活動。隨后，主要“數(shù)字貨幣”均應(yīng)聲迅速下跌。ICO的狂熱從側(cè)面反映了區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)受關(guān)注的程度，但想借助區(qū)塊鏈熱度進(jìn)行短期投機(jī)炒作甚至詐騙的行為注定不能長久，只有踏踏實(shí)實(shí)地進(jìn)行區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新，才能迎來真正的技術(shù)爆發(fā)期。之后通過證券化通證發(fā)行的 STO（SECurity Token Offering）與ICO相比， STO的代幣是在政府監(jiān)管之下的證券，證券型代幣通常都是與真實(shí)資產(chǎn)對映，如資產(chǎn)權(quán)益、有限責(zé)任公司股份，大宗商品等。目前，只有美國將ICO納入證券監(jiān)管范圍，即STO。在中國，STO屬于代幣發(fā)行活動，未受到監(jiān)管及政策的允許，本質(zhì)上是一種非法金融活動。2018年12月，北京市互聯(lián)網(wǎng)金融行業(yè)協(xié)會發(fā)布《關(guān)于防范以STO名義實(shí)施犯罪活動的風(fēng)險提示》，對STO潛在風(fēng)險予以提示。盡管中國目前還沒有對STO出臺相關(guān)政策法規(guī)，但一定會納入高度重視的監(jiān)管范圍。

下面來看看大數(shù)據(jù)平臺所展示的一些與區(qū)塊鏈技術(shù)相關(guān)的信息。據(jù)統(tǒng)計，在谷歌趨勢中，區(qū)塊鏈技術(shù)按區(qū)域顯示的搜索熱度排行中，印度排名第一，然后依次是澳大利亞、印度尼西亞、加拿大、英國和美國。這個排名與國家人口數(shù)量有關(guān)，但也與國家對區(qū)塊鏈技術(shù)的關(guān)注度有很大的關(guān)系。谷歌趨勢目前并沒有中國的數(shù)據(jù)，因此暫時不清楚中國和其他國家對于區(qū)塊鏈技術(shù)的搜索熱度對比。但為了探究區(qū)塊鏈在中國的熱度以及趨勢情況，通過與谷歌趨勢類似的百度指數(shù)平臺進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在國內(nèi)區(qū)塊鏈的熱度從2015年8月開始，一直呈上升趨勢，這或許與2015年10月首屆全球區(qū)塊鏈峰會的召開和宣傳有關(guān)，之后更多的人接觸和關(guān)注區(qū)塊鏈這一新技術(shù)。到2016年1月，中國央行召開研討會，討論采用區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)行“數(shù)字貨幣”的可能性，推動區(qū)塊鏈的百度指數(shù)繼續(xù)顯著提升。直至2016年6月，由于全球聞名的、也是當(dāng)時最大的眾籌項目DAO被黑客攻擊而被迫采用通過硬分叉的措施解決這一事件帶來的損失，導(dǎo)致區(qū)塊鏈的價值和安全性受到了大眾質(zhì)疑，相對應(yīng)的百度指數(shù)出現(xiàn)了明顯下滑。而到2016年8月，工信部發(fā)布區(qū)塊鏈發(fā)展白皮書，肯定了區(qū)塊鏈技術(shù)的價值，指數(shù)又開始再次反彈，并穩(wěn)步提升。2017年，隨著全球區(qū)塊鏈金融（杭州）峰會、工信部首屆中國區(qū)塊鏈開發(fā)大賽等大型區(qū)塊鏈活動的舉辦，區(qū)塊鏈的熱度持續(xù)攀升。2018年度德勤的全球區(qū)塊鏈調(diào)查顯示，約40％的受訪者的公司將在區(qū)塊鏈技術(shù)上面投資500萬美元或更多。約74%的受訪者認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)將給他們的公司帶來很多好處。2018年12月，中國信息通信研究院發(fā)布了“2019- 2021 信息通信業(yè)(ICT)十大趨勢”，指出區(qū)塊鏈會通過探索構(gòu)建分布式信任體系，與云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)深度融合和創(chuàng)新突破，將促進(jìn)其在醫(yī)療、司法、工業(yè)、媒體等的大規(guī)模商業(yè)探索應(yīng)用。

通過以上一系列數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)，在短短的幾年時間內(nèi)，區(qū)塊鏈這一新興技術(shù)發(fā)展得如此之快，態(tài)勢如此之猛烈。這不禁讓人聯(lián)想到了前些年的互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了信息傳播和分享，而區(qū)塊鏈技術(shù)宣告了互聯(lián)網(wǎng)從傳遞信息的信息互聯(lián)網(wǎng)向轉(zhuǎn)移價值的價值互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)化。

2.區(qū)塊鏈政府規(guī)劃

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展，各國對區(qū)塊鏈的認(rèn)知程度逐漸提高，政府相關(guān)部門紛紛對區(qū)塊鏈技術(shù)予以關(guān)注、探討和推動，并推出相應(yīng)發(fā)展規(guī)劃，如圖1.9所示。

圖1.9各國區(qū)塊鏈發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃

首先，來看一下國際組織對區(qū)塊鏈技術(shù)的關(guān)注情況。2016年初聯(lián)合國社會發(fā)展部發(fā)布了一篇題為《“加密貨幣”以及區(qū)塊鏈技術(shù)在建立穩(wěn)定金融體系中的作用》的報告，提出了應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建一個穩(wěn)定的金融體系的想法，并認(rèn)可了區(qū)塊鏈技術(shù)在金融領(lǐng)域的價值和發(fā)展?jié)摿?。后來，國際基金組織也針對“數(shù)字貨幣”發(fā)布了題為《關(guān)于“加密貨幣”的探討》的分析報告，對使用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建“數(shù)字加密貨幣”的未來進(jìn)行了具體詳細(xì)的分析。2017年8月，聯(lián)合國信息與通信部門（OICT）在紐約聯(lián)合國總部開展了區(qū)塊鏈技術(shù)研討會，重點(diǎn)探討了區(qū)塊鏈項目的嘗試性落地，以此提高聯(lián)合國各成員國對區(qū)塊鏈技術(shù)的重視。2019年4月，國際貨幣基金組織（IMF）和世界銀行推出一種名為“學(xué)習(xí)貨幣”（Learning Coin）的加密貨幣，該貨幣建立在IMF和世界銀行的私有鏈上，故沒有實(shí)際價值，只為更好得了解加密貨幣的基礎(chǔ)技術(shù)原理。此外，IMF指出各國央行、金融機(jī)構(gòu)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要及時跟上加密資產(chǎn)和分布式技術(shù)發(fā)展的步伐。

在美洲地區(qū)，多個國家政府都表明了對區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新持支持態(tài)度，但對ICO的監(jiān)管愈發(fā)嚴(yán)格。比如2015年11月10日，美國司法部舉行了“數(shù)字貨幣”峰會，意在探討區(qū)塊鏈技術(shù)在“數(shù)字貨幣”應(yīng)用的可能性。之后，美國證券交易所同意批準(zhǔn)了在區(qū)塊鏈上進(jìn)行公司股票的交易，美國商品期貨交易委員會在關(guān)注區(qū)塊鏈技術(shù)的同時，將比特幣視為大宗商品來進(jìn)行監(jiān)管監(jiān)督，對區(qū)塊鏈技術(shù)給予認(rèn)可。2016年7月29日，22名美國參議員致函美聯(lián)儲要求對區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展進(jìn)行指導(dǎo)，2016年9月12日，美國眾議院通過了一項要求支持區(qū)塊鏈技術(shù)的無約束力的決議。2016年9月28日，美聯(lián)儲主席耶倫向外透露美聯(lián)儲正致力于對區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行深入研究探討。

2017年2月，美國國會宣布成立國會區(qū)塊鏈決策委員會，探索區(qū)塊鏈技術(shù)在公共部門中的應(yīng)用。2017年8月，美國證券交易委員會（SEC）認(rèn)定以太坊代幣屬于證券發(fā)行，須依法注冊。2018年3月，SEC宣布數(shù)字交易登記所必須進(jìn)行登記。2018年8月，SEC拒絕了比特幣的9項ETF申請。2018年12月，美國國會議員提出將數(shù)字貨幣排除在證券外的法案。

在歐洲地區(qū)，各國對區(qū)塊鏈技術(shù)的態(tài)度總體上都比較積極且監(jiān)管較為寬松。早在2013年8月，德國就第一個宣布承認(rèn)比特幣的合法地位，并將其納入監(jiān)管體系。同時德國政府還表示，比特幣可以作為私人貨幣和貨幣單位。2014年11月，英國財政部官員發(fā)表聲明說“數(shù)字貨幣”以及“數(shù)字貨幣”交易不受國家監(jiān)管，但2015年3月，英國財政部發(fā)布“數(shù)字貨幣”相關(guān)報告，提出將商議“數(shù)字貨幣”的監(jiān)管模式并制定出一個“最佳的”監(jiān)管框架。2016年年初，英國政府發(fā)布了一份有關(guān)分布式賬本技術(shù)的研究報告，第一次從國家層面上對區(qū)塊鏈技術(shù)的未來與發(fā)展進(jìn)行了探討、分析和建議。2018年4月，英國金融市場對ICO發(fā)行的數(shù)字貨幣進(jìn)行授權(quán)式監(jiān)管。而俄羅斯央行在2016年上半年發(fā)布的一項研究計劃中表示，他們將對區(qū)塊鏈技術(shù)在金融領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行探索研究，這與其對比特幣的態(tài)度有著比較大的差距。2017年，俄羅斯央行發(fā)布的信息顯示他們已成立了一個專門研究前沿科技及金融市場創(chuàng)新技術(shù)的工作小組，對分布式賬本、區(qū)塊鏈技術(shù)及多種金融科技領(lǐng)域的新成果展開調(diào)查和研究。歐洲中央銀行也開始探索如何將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于證券和支付結(jié)算系統(tǒng)中。2016年3月，歐洲央行（ECB）發(fā)布《歐元體系的愿景—?dú)W洲金融市場基礎(chǔ)設(shè)施的未來》報告，正式探索區(qū)塊鏈技術(shù)的可用性。2018年4月，英國、法國等22個國家成立了區(qū)塊鏈合作聯(lián)盟，之后的幾個月里丹麥等4個歐洲國家也加入了該聯(lián)盟。2019年1月，歐洲證券和市場管理局向歐盟提出數(shù)字貨幣資產(chǎn)的現(xiàn)有漏洞。

在亞太地區(qū)，澳大利亞中央銀行對區(qū)塊鏈技術(shù)的態(tài)度表現(xiàn)得非常積極，他們表態(tài)支持銀行對分布式賬本技術(shù)進(jìn)行探索，提議全面發(fā)布“數(shù)字貨幣”澳元，充分利用區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢來革新傳統(tǒng)的金融系統(tǒng)。新加坡總理呼吁銀行和監(jiān)管機(jī)構(gòu)密切關(guān)注區(qū)塊鏈等新技術(shù)的發(fā)展，不斷改進(jìn)自身技術(shù)，創(chuàng)新商業(yè)模式，提高服務(wù)水平。2016年6月，新加坡金融管理局推出了sandbox機(jī)制，保證區(qū)塊鏈技術(shù)在可控范圍內(nèi)的金融領(lǐng)域創(chuàng)新。2015年11月16日，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省召開了一個Fintech會議，討論金融科技的發(fā)展與應(yīng)用，其中還專門對區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展和未來進(jìn)行了具體的分析討論。2017年4月，日本實(shí)施的《支付服務(wù)法案》認(rèn)可比特幣是合法支付，但對交易所的監(jiān)管提出了明確的要求。2016年2月3日，韓國央行發(fā)布了一篇題為《分布式賬本技術(shù)和“數(shù)字貨幣”的現(xiàn)狀和啟示》的分析報告，對區(qū)塊鏈技術(shù)和“數(shù)字貨幣”的現(xiàn)狀以及分布式賬本技術(shù)進(jìn)行了積極研究和探討。2017年9月，韓國加大對數(shù)字貨幣的監(jiān)管力度。

最后來看看我國政府部門對區(qū)塊鏈技術(shù)的推動情況。2016年2月，中國人民銀行行長周小川在談到“數(shù)字貨幣”相關(guān)問題時就曾提及，區(qū)塊鏈技術(shù)是一項推出“數(shù)字貨幣”可選的技術(shù)，并提到人民銀行部署了重要力量研究探討區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)。他認(rèn)為，目前區(qū)塊鏈還存在著比較多的問題，比如區(qū)塊鏈技術(shù)需要巨大的計算資源以及存儲資源，同時區(qū)塊產(chǎn)生的時間太長，還沒辦法應(yīng)對金融交易的規(guī)模。2016年9月9日，中國人民銀行副行長范一飛在2015年度銀行科技發(fā)展獎評審領(lǐng)導(dǎo)小組會議中提出，各機(jī)構(gòu)應(yīng)主動探索系統(tǒng)架構(gòu)轉(zhuǎn)型，積極研究建立靈活、可延展性強(qiáng)、安全可控的分布式系統(tǒng)架構(gòu)，同時應(yīng)加強(qiáng)對區(qū)塊鏈等新興技術(shù)的持續(xù)關(guān)注，不斷創(chuàng)新服務(wù)和產(chǎn)品，提升普惠金融水平。2016年年底，國務(wù)院將區(qū)塊鏈技術(shù)納入“十三五”國家信息化規(guī)劃，對于國內(nèi)區(qū)塊鏈技術(shù)來說是一個巨大的推進(jìn)。2017年1月，央行推動的基于區(qū)塊鏈的數(shù)字票據(jù)交易平臺已測試成功。此舉說明中國央行緊跟金融科技的國際前沿趨勢，力求把握對金融科技應(yīng)用的前瞻性和控制力、探索實(shí)踐前沿金融服務(wù)的決心和努力。2017年8月，國務(wù)院鼓勵利用開源代碼開展基于區(qū)塊鏈的試點(diǎn)應(yīng)用。2017年9月，中國人民銀行等聯(lián)合發(fā)文認(rèn)定ICO是一種非法公開融資行為。2018年5月，工信部發(fā)布《2018中國區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)白皮書》。2018年12月，工信部為促進(jìn)區(qū)塊鏈應(yīng)用落地、推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)院組織制定了《區(qū)塊鏈隱私保護(hù)規(guī)范》、《區(qū)塊鏈智能合約實(shí)施規(guī)范》、《區(qū)塊鏈存證應(yīng)用指南》、《區(qū)塊鏈技術(shù)安全通用規(guī)范》四大團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

3.區(qū)塊鏈生態(tài)圖譜

區(qū)塊鏈技術(shù)是具有普適性的底層技術(shù)框架，可以為金融、經(jīng)濟(jì)、科技甚至政治等各領(lǐng)域帶來深刻變革。區(qū)塊鏈在發(fā)展的初期階段，即區(qū)塊鏈1.0階段，主要作為“數(shù)字貨幣”（比特幣）體系的技術(shù)支撐，只實(shí)現(xiàn)單一的支付功能，所以在這個階段，區(qū)塊鏈的應(yīng)用和基礎(chǔ)平臺是緊密耦合的。但隨著以以太坊為首的新一代區(qū)塊鏈平臺的出現(xiàn)，區(qū)塊鏈進(jìn)入了2.0階段，在這個階段，區(qū)塊鏈應(yīng)用和基礎(chǔ)平臺開始解耦。以以太坊為例，其提供了更加完善的區(qū)塊鏈基礎(chǔ)協(xié)議以及圖靈完備的智能合約語言，使我們可以在其平臺上開發(fā)各種各樣的去中心化應(yīng)用。甚至可以將以太坊類比為一個全新的互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議，依賴這個協(xié)議及其提供的各種API接口，幫助開發(fā)者開發(fā)去中心化應(yīng)用或?qū)⒃械囊恍┗ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用移植再造到一個去中心化的網(wǎng)絡(luò)中。于是，整個區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)鏈開始衍生出了各個不同的生態(tài)層次。

區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)鏈的參與者可分為4個層次：應(yīng)用層、中間服務(wù)層、基礎(chǔ)平臺層和輔助平臺層。其中，應(yīng)用層主要為最終用戶（個人、企業(yè)、政府）服務(wù)，開發(fā)者基于不同的用戶需求開發(fā)不同的去中心化應(yīng)用來為不同的行業(yè)服務(wù)；中間服務(wù)層主要幫助客戶對各種基于區(qū)塊鏈底層技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行二次開發(fā)，為其使用區(qū)塊鏈技術(shù)改造業(yè)務(wù)流程提供便捷的工具和協(xié)議；基礎(chǔ)平臺層主要聚焦于區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)協(xié)議和底層架構(gòu)，為整個社會的區(qū)塊鏈生態(tài)發(fā)展提供技術(shù)支持；輔助平臺層并不是區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)鏈的主要參與者，但其同樣是區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常重要的外部輔助力量，包括基金、媒體和社區(qū)等。

總的來說，區(qū)塊鏈的應(yīng)用可以分為兩類。

第一類，基于區(qū)塊鏈分布式記賬的特點(diǎn)開發(fā)的應(yīng)用，包括身份驗證、權(quán)益證明、資產(chǎn)鑒證等。

第二類，利用區(qū)塊鏈的去中心化體系開發(fā)的各種去中心化應(yīng)用，從技術(shù)的可行性角度來看，目前所有涉及價值傳遞的行業(yè)皆可通過區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行底層重構(gòu)。

圖1.10是當(dāng)前區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)的生態(tài)圖譜，展示了部分公司和機(jī)構(gòu)在各自領(lǐng)域應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)的情況?？偟膩碚f，整個區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)包括底層平臺、上層應(yīng)用、技術(shù)研究、媒體及社區(qū)、投資、計算與安全等生態(tài)領(lǐng)域。在區(qū)塊鏈底層平臺領(lǐng)域，以以太坊、Fabric、Hyperchain為代表的開發(fā)平臺對區(qū)塊鏈底層技術(shù)進(jìn)行革新，為基于區(qū)塊鏈的去中心化應(yīng)用提供底層技術(shù)支撐。在上層應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)者在各行各業(yè)展開了應(yīng)用場景探索，如以Ripple、Circle公司為代表的金融服務(wù)領(lǐng)域，以Factom公司為代表的公證防偽領(lǐng)域，以Skuchain公司為代表的供應(yīng)鏈領(lǐng)域，等等。除此之外，各地也開始成立區(qū)塊鏈聯(lián)盟或區(qū)塊鏈實(shí)驗室專門研究區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)，各大金融公司也開始參與區(qū)塊鏈項目的投資，更有網(wǎng)絡(luò)媒體及社區(qū)對區(qū)塊鏈技術(shù)的相關(guān)信息進(jìn)行報道與討論。

圖1.10區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)生態(tài)圖譜

雖然區(qū)塊鏈技術(shù)被認(rèn)為是一種未來具有廣泛應(yīng)用前景的新技術(shù)，但近年來由于在“數(shù)字貨幣”領(lǐng)域信息難以監(jiān)管，“數(shù)字貨幣”平臺一度成為了惡意炒作人員快速非法獲利的渠道。2017年9月，國家先后明令禁止了ICO融資和“虛擬貨幣”交易，有效地遏制了相關(guān)非法炒作行為，保障了區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

五、區(qū)塊鏈應(yīng)用場景

當(dāng)前，區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)了應(yīng)用前景，許多機(jī)構(gòu)和組織都對區(qū)塊鏈技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，正在為區(qū)塊鏈在本領(lǐng)域的落地進(jìn)行積極的探索，本節(jié)將對當(dāng)前區(qū)塊鏈的主要應(yīng)用場景進(jìn)行分析和介紹。

1.數(shù)字票據(jù)

傳統(tǒng)的紙質(zhì)票據(jù)存在著易丟失、易偽造和被篡改等風(fēng)險。通過引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，可以將票據(jù)信息、狀態(tài)記錄在區(qū)塊鏈平臺。一筆票據(jù)交易一旦生成，區(qū)塊鏈上的各節(jié)點(diǎn)首先對交易進(jìn)行驗證，一旦各節(jié)點(diǎn)達(dá)成“共識”，便把該條交易記錄于區(qū)塊鏈上，且“不可篡改”。區(qū)塊鏈內(nèi)存在多個副本，增加了內(nèi)容被惡意篡改的成本，因此相對于傳統(tǒng)票據(jù)，具有更高的安全性。另外，傳統(tǒng)的票據(jù)行業(yè)，各個機(jī)構(gòu)之間的對賬與清算相對比較復(fù)雜，而區(qū)塊鏈技術(shù)通過各個節(jié)點(diǎn)共同記賬、相互驗證的方式，可有效地提高資金清算的效率。同時，各個機(jī)構(gòu)也保持了相對獨(dú)立的業(yè)務(wù)自主性，從而實(shí)現(xiàn)了效率與靈活的完美平衡。由于參與方存在互信問題，傳統(tǒng)的票據(jù)流通審核繁瑣，變現(xiàn)困難，難以實(shí)現(xiàn)互通互利。通過將票據(jù)信息登記在區(qū)塊鏈平臺上，利用區(qū)塊鏈擴(kuò)展成本低、交易步驟簡化的特性，將票據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛻艨沙钟?、可流通、可拆分、可變現(xiàn)的具有一定標(biāo)準(zhǔn)化程度的數(shù)字資產(chǎn)。

2.供應(yīng)鏈金融

傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈金融平臺一般由單個金融機(jī)構(gòu)主導(dǎo)，難以實(shí)現(xiàn)同業(yè)間的擴(kuò)展和推廣。區(qū)塊鏈技術(shù)讓參與方只需專注于業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接區(qū)塊鏈平臺即可，可實(shí)現(xiàn)全行業(yè)的快速覆蓋。供應(yīng)鏈上企業(yè)之間的貿(mào)易信息、授信融資信息，以及貿(mào)易過程中涉及的倉儲、物流信息均登記在區(qū)塊鏈上，且信息不可篡改，保證了資產(chǎn)的真實(shí)有效，降低了企業(yè)融資成本和銀行授信成本?？鐧C(jī)構(gòu)信息通過區(qū)塊鏈的共識機(jī)制和分布式賬本保持同步，通過訪問任意一個節(jié)點(diǎn)即可獲取完整的交易數(shù)據(jù)，打破信息孤島。機(jī)構(gòu)通過訪問內(nèi)部區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)即可獲得完整的交易數(shù)據(jù)，增強(qiáng)企業(yè)間的信用協(xié)作。通過將應(yīng)收賬款、承兌匯票、倉單等資產(chǎn)憑證記錄在區(qū)塊鏈上，并支持轉(zhuǎn)讓、質(zhì)押等相關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)了資產(chǎn)數(shù)字化，并通過區(qū)塊鏈構(gòu)造了一個數(shù)字化的、可以點(diǎn)對點(diǎn)傳輸價值的信用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了區(qū)塊鏈上的價值傳輸。這一可信賴的價值傳輸系統(tǒng)既提高了需求方的融資能力，又提高了供應(yīng)方的監(jiān)管能力，為金融系統(tǒng)健康穩(wěn)定提供了根本保障。通過智能合約控制供應(yīng)鏈流程，減少人為交互，提升產(chǎn)業(yè)效率。無需中心平臺審核確認(rèn)，通過傳感器探測真實(shí)倉儲、物流信息，使用無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送可信數(shù)據(jù)到區(qū)塊鏈驗證節(jié)點(diǎn)，保證滿足合約條件時，自動觸發(fā)相關(guān)操作，減少操作失誤。

3.應(yīng)收賬款

傳統(tǒng)的應(yīng)收賬款通過線下交易確認(rèn)的方式完成，而偽造交易、篡改應(yīng)收賬款信息等風(fēng)險的存在降低了交易參與方的信任感。將應(yīng)收賬款的全流程操作通過區(qū)塊鏈平臺進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)收賬款交易的全程簽名認(rèn)證并且不可抵賴，同時使用智能合約實(shí)現(xiàn)權(quán)限和狀態(tài)控制，使得應(yīng)收賬款更加安全可控，構(gòu)建了高度可信的交易平臺。應(yīng)收賬款交易流程中參與方眾多，業(yè)務(wù)復(fù)雜，面對傳統(tǒng)應(yīng)收賬款的融資申請，金融機(jī)構(gòu)需要進(jìn)行大量的貿(mào)易背景審查。區(qū)塊鏈平臺通過時間戳來記錄整個應(yīng)收賬款的生命周期，從而使得所有的市場參與者都可以看到資金流和信息流，排除了票據(jù)造假的可能性。傳統(tǒng)的應(yīng)收賬款由于存在互信問題，在交易市場上流通困難。應(yīng)收賬款以數(shù)字資產(chǎn)的方式進(jìn)行存儲、交易，不易丟失和無法篡改的特點(diǎn)使得新的業(yè)務(wù)模式可以快速推廣，在提高客戶資金管理效率的同時降低使用成本，并在不同企業(yè)間形成互信機(jī)制，使得多個金融生態(tài)圈可以通過區(qū)塊鏈平臺互通互利，具有良好的業(yè)務(wù)價值和廣闊的發(fā)展空間。

4.數(shù)據(jù)交易

數(shù)據(jù)作為特殊商品具有獨(dú)特性，存在被復(fù)制、轉(zhuǎn)存的風(fēng)險，按照商品流通中介模式建立的數(shù)據(jù)中介平臺構(gòu)成了對數(shù)據(jù)交易雙方權(quán)益的潛在威脅，變成了數(shù)據(jù)交易的一個障礙。只有建立符合數(shù)據(jù)特性的信息平臺，通過技術(shù)機(jī)制而不是僅憑承諾來保障數(shù)據(jù)的安全和權(quán)益，做到讓數(shù)據(jù)交易雙方真正放心，才能加速數(shù)據(jù)的順暢流動。通過區(qū)塊鏈技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行確權(quán)，能夠有效保障數(shù)據(jù)所有方的權(quán)益，杜絕數(shù)據(jù)被多次復(fù)制轉(zhuǎn)賣的風(fēng)險，把數(shù)據(jù)變成受保護(hù)的虛擬資產(chǎn)，對每筆交易和數(shù)據(jù)進(jìn)行確權(quán)和記錄。利用區(qū)塊鏈的可追溯和不可篡改等特性，可以確保數(shù)據(jù)交易的合規(guī)、有效，激發(fā)數(shù)據(jù)交易的積極性，促成數(shù)據(jù)市場的規(guī)模性增長。

5.債券交易

債券業(yè)務(wù)是需要多家機(jī)構(gòu)共同參與的一項業(yè)務(wù)，在其發(fā)行、交易等流程中，各機(jī)構(gòu)之間需要通過傳統(tǒng)的郵寄或者報文轉(zhuǎn)發(fā)的形式進(jìn)行信息的同步與確認(rèn)。債券發(fā)行交易如果通過中心化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，可能會存在人工操作性失誤或惡意篡改的風(fēng)險。使用區(qū)塊鏈技術(shù)之后，系統(tǒng)可以由區(qū)塊鏈底層來保證數(shù)據(jù)的同步與一致，降低不同機(jī)構(gòu)系統(tǒng)之間對接的時間、人力和資金成本，從依靠基于業(yè)務(wù)流的低效協(xié)同升級為不依靠任何中介而由平臺保證基本業(yè)務(wù)流程的低成本、高效率、高可信協(xié)作系統(tǒng)。而且傳統(tǒng)的中心化系統(tǒng)很多信息都封閉在機(jī)構(gòu)內(nèi)部，無法對外部系統(tǒng)進(jìn)行及時、有效的監(jiān)管，監(jiān)管會存在盲區(qū)。利用區(qū)塊鏈技術(shù)，監(jiān)管機(jī)構(gòu)以節(jié)點(diǎn)的形式加入?yún)^(qū)塊鏈，實(shí)時監(jiān)控區(qū)塊鏈上的交易。同時，智能合約使得債券在整個生命周期中具備限制性和可控制性，也可以有效提高監(jiān)管效能。由于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)完整和不可篡改性，對任何價值交換歷史記錄都可以追蹤和查詢，能夠清晰查看和控制債券的流轉(zhuǎn)過程，從而保證債券交易的安全性、有效性和真實(shí)性，有效防范市場風(fēng)險。同時，基于區(qū)塊鏈技術(shù)可避免第三方機(jī)構(gòu)對賬清算的工作，從而有效提升債券交易的清算效率。

6.大宗交易

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的大宗交易平臺，可以實(shí)現(xiàn)各清算行之間大宗交易的實(shí)時清算，提高大宗交易效率，為業(yè)務(wù)開展提供便利。智能合約控制大宗交易流程，減少人為交互，提升處理效率。無需中心平臺審核確認(rèn)，保證報價滿足撮合條件時，自動觸發(fā)相關(guān)操作，減少操作失誤。交易所和清算所可以互為主備，負(fù)責(zé)所有交易數(shù)據(jù)定序廣播，發(fā)起共識。實(shí)時災(zāi)備容錯，發(fā)生重大故障可以秒級切換主節(jié)點(diǎn)。接入節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，通過內(nèi)置算法快速恢復(fù)歷史數(shù)據(jù)，避免交易數(shù)據(jù)丟失。會員和銀行接入端獨(dú)立處理查詢，數(shù)據(jù)實(shí)時同步，減輕主節(jié)點(diǎn)壓力。監(jiān)管節(jié)點(diǎn)實(shí)時獲取相關(guān)交易數(shù)據(jù)，監(jiān)管機(jī)構(gòu)對大宗交易進(jìn)行實(shí)時監(jiān)管。

7.跨境支付

傳統(tǒng)跨境支付由于存在幣種、匯率的問題，十分依賴于第三方機(jī)構(gòu)。主要存在兩個問題：流程繁瑣周期長并且手續(xù)費(fèi)較高。傳統(tǒng)的跨境交易都是非實(shí)時的，通常需要一天的時間。由于人工對賬，成本自然會高。目前一些第三方支付公司如銀聯(lián)，財付通，支付寶等，實(shí)行的方案流程大致如下：1、國內(nèi)用戶在跨境電商平臺內(nèi)購買商品，使用國內(nèi)支付方式（網(wǎng)銀、快捷、掃碼等）。2、支付公司去合作銀行進(jìn)行購匯（購匯成功后外幣進(jìn)入支付公司的外幣備付金賬戶）。3、商戶維護(hù)指定的境外收款人信息，支付公司向境外付匯（從支付公司外幣備付金至境外收款人賬戶）。

8.其他場景

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N可以進(jìn)行價值傳輸?shù)膮f(xié)議，除了上述場景之外，還可應(yīng)用于其他一切與價值轉(zhuǎn)移有關(guān)的場景，如數(shù)字版權(quán)、公證、身份認(rèn)證、社會公益，等等。

在消費(fèi)金融領(lǐng)域，陽光保險公司用區(qū)塊鏈技術(shù)作為底層技術(shù)架構(gòu)推出了“陽光貝”積分，用戶在享受普通積分功能的基礎(chǔ)上，還能以“發(fā)紅包”的形式將積分向朋友轉(zhuǎn)贈，并可與其他公司發(fā)行的積分進(jìn)行互換。

在數(shù)字版權(quán)領(lǐng)域，知識產(chǎn)權(quán)侵權(quán)現(xiàn)象嚴(yán)重，基于區(qū)塊鏈技術(shù)可以通過時間戳、哈希算法對作品進(jìn)行確權(quán)，證明知識產(chǎn)權(quán)的存在性、真實(shí)性和唯一性，并可對作品的全生命周期進(jìn)行追溯，極大地降低了維權(quán)成本。

在醫(yī)療領(lǐng)域，患者私密信息泄露情況時有發(fā)生，2015年4月，F(xiàn)actom宣稱與醫(yī)療記錄和服務(wù)方案供應(yīng)商Healthnautica展開合作，研究運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)保護(hù)醫(yī)療記錄以及追蹤賬目，為醫(yī)療記錄公司提供防篡改數(shù)據(jù)管理。

在教育領(lǐng)域，目前學(xué)生信用體系不完整，無歷史數(shù)據(jù)信息鏈，這導(dǎo)致政府和用人企業(yè)無法獲得完整、有效的信息，利用區(qū)塊鏈技術(shù)對學(xué)生的學(xué)歷信息進(jìn)行存儲，可以解決信息不透明及容易被篡改的問題，有利于構(gòu)建良性的學(xué)生信用體系。

在社會公益領(lǐng)域，慈善機(jī)構(gòu)想要獲得群眾的支持，就必須具有公信力，而信息的透明則是必要條件之一，螞蟻金服等公司已開始把區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于公益捐贈平臺，這為加速公益透明化提供了一種可能。區(qū)塊鏈技術(shù)也可用于政府信息公開領(lǐng)域，幫助政府部門實(shí)施公共治理及服務(wù)創(chuàng)新，提升政府部門的效率及效力。

關(guān)于區(qū)塊鏈的應(yīng)用場景還有很多，區(qū)塊鏈的未來存在著無限的可能，這需要更多優(yōu)秀的公司、企業(yè)和人才加入到區(qū)塊鏈技術(shù)的探索隊伍中，這樣才能使區(qū)塊鏈技術(shù)得到更快、更好的發(fā)展。人們有理由期待在區(qū)塊鏈技術(shù)的范式下，又一次“大航海時代”的來臨，將給各行各業(yè)和社會帶來一次重構(gòu)。

六、區(qū)塊鏈主流平臺

本節(jié)將對當(dāng)前主流的區(qū)塊鏈平臺進(jìn)行簡介和對比分析。

比特幣（Bitcoin）是第一個區(qū)塊鏈應(yīng)用，使用工作量證明機(jī)制來達(dá)成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的共識，由于比特幣網(wǎng)絡(luò)任何人都可以加入，沒有訪問權(quán)限，因此它是一個公有鏈，不支持智能合約，但是可以支持一些圖靈不完備的編程腳本來進(jìn)行一些簡單的操作編程。其公網(wǎng)TPS小于7。

以太坊（Ethereum）是一個圖靈完備的區(qū)塊鏈一站式開發(fā)平臺，采用多種編程語言實(shí)現(xiàn)協(xié)議，采用Go語言寫的客戶端作為默認(rèn)客戶端（即與以太坊網(wǎng)絡(luò)交互的方法支持其他多種語言的客戶端）。基于以太坊平臺之上的應(yīng)用是智能合約，這是以太坊的核心。智能合約配合友好的界面，外加一些額外的小支持，可以讓用戶基于合約搭建各種各樣的DApp應(yīng)用，這樣使得開發(fā)人員開發(fā)區(qū)塊鏈應(yīng)用的門檻大大降低。目前以太坊正在正式運(yùn)行1.0版本，使用PoW共識機(jī)制，公網(wǎng)TPS約為100。

Hyperledger Fabric是Linux基金會成立的Hyperledger聯(lián)盟所推出的一個孵化中的項目，目前正在構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字賬本，它旨在使用區(qū)塊鏈技術(shù)幫助新創(chuàng)公司、政府和企業(yè)聯(lián)盟之間減少工作的花費(fèi)和提高效率。因此，它不是面向公眾的，而是服務(wù)于公司、企業(yè)、組織等聯(lián)盟團(tuán)體，屬于聯(lián)盟鏈。平臺設(shè)計所使用的是Go語言，共識算法則是PBFT算法。同樣，它也是支持智能合約編程的，在Fabric中有自己的學(xué)名，叫Chaincode。另外，Chaincode僅在驗證節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行，且運(yùn)行在被隔離的沙盒中，目前采用Docker作為執(zhí)行Chaincode的容器。Fabric的公網(wǎng)TPS約為3000。

EOS (Enterprise Operation System)是由 Block.one公司主導(dǎo)開發(fā)的一種全新的基于區(qū)塊鏈智能合約平臺，旨在實(shí)現(xiàn)個類似操作系統(tǒng)的支撐分布式應(yīng)用程序的區(qū)塊鏈架構(gòu)。該架構(gòu)可以提供賬戶，身份認(rèn)證，數(shù)據(jù)庫，異步通信以及可在數(shù)以萬計的 CPU/GPU群集上進(jìn)行程序調(diào)度和并行運(yùn)算。EOS的普通用戶執(zhí)行智能合約無需支付使用費(fèi)用。EOS公網(wǎng)的TPS約3600。

比特股（BitShares）是一個點(diǎn)對點(diǎn)的多態(tài)數(shù)字資產(chǎn)交易系統(tǒng)，是DPoS共識機(jī)制的鼻祖。它提供的BitUSD等錨定資產(chǎn)是虛擬幣歷史上最重要的變革之一，能夠極大地消除“虛擬貨幣”被人詬病的波動性大的問題。此外，比特股內(nèi)置了強(qiáng)大的賬戶權(quán)限設(shè)定、靈活的多重簽名方式、白名單等特性，足以滿足企業(yè)級的功能定制需求。比特股區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€公有鏈，其核心技術(shù)框架采用C++語言進(jìn)行開發(fā)，公網(wǎng)TPS大于500。

公證通（Factom）利用比特幣的區(qū)塊鏈技術(shù)來革新商業(yè)社會和政府部門的數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)記錄方式。利用區(qū)塊鏈技術(shù)幫助各種應(yīng)用程序的開發(fā)，包括審計系統(tǒng)、醫(yī)療信息記錄、供應(yīng)鏈管理、投票系統(tǒng)、財產(chǎn)契據(jù)、法律應(yīng)用、金融系統(tǒng)等。建立在公證通基礎(chǔ)之上的應(yīng)用程序?qū)で竽軌蛑苯永脜^(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)追蹤資產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)合約，而不用將交易記錄寫入?yún)^(qū)塊鏈，公證通在自己的架構(gòu)中記錄條目。公證通中的政策和獎勵機(jī)制與PoS機(jī)制有相似之處。與其不同之處在于，公證通中只有一小部分的用戶權(quán)益能夠被認(rèn)可。只有已經(jīng)提交到系統(tǒng)的權(quán)益有投票權(quán)，而可轉(zhuǎn)移的Factoid權(quán)益沒有投票權(quán)，避免了PoS機(jī)制的“股份磨損”和“沒有人進(jìn)行PoS”的問題。公證通的核心技術(shù)框架采用Go語言開發(fā)，TPS為27左右。

瑞波（Ripple）是世界上第一個開放的支付網(wǎng)絡(luò)，它引入了一個共識機(jī)制RPCA，通過特殊節(jié)點(diǎn)的投票，在很短的時間內(nèi)就能夠?qū)灰走M(jìn)行驗證和確認(rèn)。瑞波客戶端不需要下載區(qū)塊鏈，它在普通節(jié)點(diǎn)上舍棄掉已經(jīng)驗證過的總賬本鏈，只保留最近的已驗證總賬本和一個指向歷史總賬本的鏈接，因而同步和下載總賬本的工作量很小。瑞波核心技術(shù)框架采用C++語言進(jìn)行開發(fā)，公網(wǎng)TPS小于1000。

未來幣（Nextcoin，NXT）是第二代去中心化“虛擬貨幣”，它使用全新的代碼編寫，不是比特幣的山寨幣。它第一個采用100%的股權(quán)證明PoS算法，有資產(chǎn)交易、任意消息、去中心化域名、賬戶租賃等多種功能，部分實(shí)現(xiàn)了透明鍛造功能。透明鍛造機(jī)制使得每一個用戶客戶端可以自動決定哪個服務(wù)器節(jié)點(diǎn)能夠產(chǎn)生下一個區(qū)塊，讓客戶端可以直接將交易發(fā)送到這個節(jié)點(diǎn)，從而使得交易的時間達(dá)到最短。實(shí)時和高優(yōu)先級的交易可以通過支付額外的費(fèi)用來被優(yōu)先處理。未來幣的核心技術(shù)框架所采用的開發(fā)語言是Java，TPS小于1000。

Hyperchain是杭州趣鏈科技開發(fā)的一個滿足行業(yè)需求的聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)基礎(chǔ)平臺，通過整合并改進(jìn)區(qū)塊鏈開源社區(qū)和研究領(lǐng)域的最前沿技術(shù)，集成了高性能的可靠共識算法RBFT，兼容開源社區(qū)的智能合約開發(fā)語言和執(zhí)行環(huán)境，同時在記賬授權(quán)機(jī)制和交易數(shù)據(jù)加密等關(guān)鍵特性上進(jìn)行了強(qiáng)化，并且提供了功能強(qiáng)大的可視化Web管理控制臺對區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)、賬簿、交易和智能合約等進(jìn)行高效管理。Hyperchain與Fabric一樣采用了模塊化設(shè)計理念，分為共識算法、權(quán)限管理、多級加密、智能合約引擎、節(jié)點(diǎn)管理、區(qū)塊池、賬本存儲、數(shù)據(jù)存儲8個核心模塊，旨在服務(wù)于票據(jù)、存單、股權(quán)、債券、登記、供應(yīng)鏈管理等數(shù)字化資產(chǎn)、金融資產(chǎn)商業(yè)應(yīng)用，并且其系統(tǒng)吞吐量可達(dá)到每秒處理上萬筆交易，這在當(dāng)前的區(qū)塊鏈平臺中是首屈一指的。

表1.3中列出了各個平臺所使用的共識機(jī)制、所屬區(qū)塊鏈類型、平臺開發(fā)所采用的語言、是否支持智能合約以及每秒事務(wù)處理量（TPS）性能指標(biāo)，以供讀者進(jìn)行更直觀的統(tǒng)計和對比。

從上面的平臺介紹和對比中可以看出，當(dāng)前區(qū)塊鏈平臺使用的共識算法各有不同，對于不同的應(yīng)用場景，相應(yīng)的共識機(jī)制有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。平臺類型主要是公有鏈和聯(lián)盟鏈這兩種，私有鏈應(yīng)用較少。平臺設(shè)計所使用的編程語言主要是Go和C++，因為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)所處環(huán)境是一個分布式網(wǎng)絡(luò)，需要高并發(fā)和高效率的操作執(zhí)行。是否支持智能合約與每個平臺所面向的場景和所提供的服務(wù)有關(guān)，比如以太坊、Hyperledger Fabric、EOS、Hyperchain等作為底層平臺，一般都需要提供智能合約功能，而對于某些應(yīng)用平臺，智能合約則不一定是必需的。區(qū)塊鏈平臺的性能則隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展在不斷地提升，在某些應(yīng)用場合已基本滿足商業(yè)應(yīng)用的要求，其中Hyperchain平臺的TPS已達(dá)到了10000，在區(qū)塊鏈性能方面具有顯著優(yōu)勢。

七、小結(jié)

本章對區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行了全景分析，介紹了區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)知識和發(fā)展歷程，對其關(guān)鍵技術(shù)和特性進(jìn)行了詳細(xì)的講解，并結(jié)合時代背景分析了區(qū)塊鏈的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，選取了一些典型的應(yīng)用場景進(jìn)行闡述，最后對當(dāng)前的區(qū)塊鏈主流平臺進(jìn)行了介紹與對比，使讀者對區(qū)塊鏈技術(shù)有一個初步的了解和認(rèn)識，為之后的進(jìn)階和實(shí)戰(zhàn)打下基礎(chǔ)。

——本文內(nèi)容摘自《區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)階與實(shí)戰(zhàn)》

蔡亮，李啟雷，梁秀波著

關(guān)注區(qū)塊鏈發(fā)展的，最近都在談?wù)撘粋€人。他就是浙江大學(xué)教授、中國工程院院士陳純。在這次10月24日的高層會議上，就是他將區(qū)塊鏈問題給政治局作了講解，并談了意見和建議。而他同時也是杭州趣鏈科技有限公司董事長。

陳純教授做序推薦了這本區(qū)塊鏈的書——《區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)階與實(shí)戰(zhàn)》。

國內(nèi)區(qū)塊鏈技術(shù)頂尖研究者和一線開發(fā)者作品，專注介紹區(qū)塊鏈核心原理（干貨）和應(yīng)用技術(shù)（實(shí)戰(zhàn)），全面解讀區(qū)塊鏈平臺以太坊和HyperLedger。注重實(shí)戰(zhàn)，全書包含5個完整實(shí)際項目案例，參考本書實(shí)例即可快速開發(fā)自己的第一個區(qū)塊鏈應(yīng)用。

作者簡介：

蔡亮

博士，副教授，浙江大學(xué)計算機(jī)學(xué)院軟件工程系主任，浙江省重大科技專項專家。主要從事區(qū)塊鏈、云計算、網(wǎng)絡(luò)安全、可信計算和金融業(yè)務(wù)處理的研究，在國家級核心期刊和國際會議上發(fā)表了數(shù)十篇論文。參與了多項國家級或省部級科研項目，如國防軍工預(yù)研基金項目、國家創(chuàng)新基金項目、863項目等。獲得教育部科技進(jìn)步一等獎、浙江省科技進(jìn)步一等獎和三等獎。

李啟雷

博士，講師，杭州趣鏈科技有限公司首席技術(shù)官。主要從事體感人機(jī)交互、區(qū)塊鏈和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等方面的研究與開發(fā)。在國內(nèi)外知名學(xué)術(shù)期刊和會議發(fā)表論文九篇，獲得國家發(fā)明專利一項、軟件著作權(quán)一項。

梁秀波

博士，副研究員，杭州趣鏈科技有限公司副總經(jīng)理。主要從事機(jī)器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈、數(shù)字娛樂和移動互聯(lián)網(wǎng)等方面的研究與開發(fā)，曾赴法國進(jìn)行為期一年的訪問研究。作為核心研究人員參與國家級和省部級科研項目近十項，主持企事業(yè)單位委托項目二十余項。已發(fā)表論文十余篇，獲得國家發(fā)明專利三項。

前言

第一部分區(qū)塊鏈基礎(chǔ)

第1章區(qū)塊鏈基礎(chǔ)入門

第二部分開源區(qū)塊鏈平臺

第2章以太坊深入解讀

第3章以太坊應(yīng)用開發(fā)基礎(chǔ)

第4章Hyperledger Fabric深入解讀

第5章Hyperledger Fabric應(yīng)用開發(fā)基礎(chǔ)

第三部分企業(yè)級區(qū)塊鏈平臺 Hyperchain

第6章企業(yè)級區(qū)塊鏈平臺核心原理剖析

第7章Hyperchain應(yīng)用開發(fā)基礎(chǔ)

第四部分區(qū)塊鏈應(yīng)用案例