区块链(BlockChain)


  一、什么是区块链(BlockChain)?

  区块链(BlockChain)是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型互联网和物联网的应用模式。区块链源自于比特币,而比特币本质上是一个去中心化的数据库,区块链是比特币的核心技术,是一串使用密码学方法相关联产生的数据块,每一个数据块中包含了一批次比特币网络交易的信息,用于验证其信息的有效性(防伪)和生成下一个区块。

  区块链涉及人类生活、工作、学习、经济、政治等所有领域,包括但不限于:互联网技术、无线技术、云计算、分布式记账、大数据、人工智能、互联网金融、网络支付、物联网、交易平台、移动互联网应用、节点存储、加密技术、开放规则和隐私保护等很多科学技术以及应用问题。

  区块链是一个分布式的共享账本和数据库,具有去中心化、匿名化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护、公开透明等特点。这些特点保证了区块链的“诚实”与“透明”,为区块链创造信任奠定基础。

  区块链本质作用是存储信息,任何需要保存的信息和数据,都可以大量写入区块链,也可以公开透明地读取,所以区块链是节点化的数据库。任何机构和个人都可以假设服务器,加入区块链网络,成为网络中的一个数据库节点。任何一个节点都不是中心节点,每个节点无论大小和规模都是平等的,都保存着整个数据库。任何人都可以向一个节点读写数据和信息,所有节点都会同步记录读写的数据库,保证区块链上所有的节点数据库的一致性。

  国家互联网信息办公室2019年1月10日发布《区块链信息服务管理规定》,自2019年2月15日起施行。作为核心技术自主创新的重要突破口,区块链的安全风险问题被视为当前制约行业健康发展的一大短板,频频发生的安全事件为业界敲响警钟。拥抱区块链,需要加快探索建立适应区块链技术机制的安全保障体系。

  近年来,世界对比特币的态度起起落落,但作为比特币底层技术之一的区块链技术日益受到重视。在比特币形成过程中,区块是一个一个的存储单元,记录了一定时间内各个区块节点全部的交流信息。各个区块之间通过随机散列(也称哈希算法)实现链接,后一个区块包含前一个区块的哈希值,随着信息交流的扩大,一个区块与一个区块相继接续,形成的结果就叫区块链。

  2019年10月24日,中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第18次集体学习。中共中央总书记习近平在主持学习时强调,区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口,明确主攻方向,加大投入力度,着力攻克一批关键核心技术,加快推动区块链技术和产业创新发展。

  2019年,中国区块链行业共披露148个项目融资事件,相比于2018年国内区块链行业共披露447个项目融资事件(总融资额达394亿元)有所减少,降幅超过60%。从融资轮次分布状况来看,目前有接近90%的投资事件集中在早期阶段(A轮及以前),另外有9%的投资事件属于战略投资,B轮及以后的投资事件占比较少。说明区块链市场尚不成熟,行业发展仍处于上升期。随着整个产业的高速发展以及项目落地速度的加快,融资轮次将逐渐往后延伸,未来会出现更多进入中后期阶段的项目。

 

  二、区块链发展历程

  2008年,由中本聪第一次提出了区块链的概念,在随后的几年中,区块链成为了电子货币比特币的核心组成部分:作为所有交易的公共账簿。通过利用点对点网络和分布式时间戳服务器,区块链数据库能够进行自主管理。为比特币而发明的区块链使它成为第一个解决重复消费问题的数字货币。比特币的设计已经成为其他应用程序的灵感来源。

  2008年11月1日,一个自称中本聪(Satoshi Nakamoto)的人在P2P foundation网站上发布了比特币白皮书《比特币:一种点对点的电子现金系统》,陈述了他对电子货币的新设想——比特币就此面世。2009年1月3日,比特币创世区块诞生。比特币用分布式账本摆脱了第三方机构的制约,中本聪称之为“区块链”。用户乐于奉献出CPU的运算能力,运转一个特别的软件来做一名“挖矿工”,这会构成一个网络共同来保持“区域链”。这个过程中,他们也会生成新货币。买卖也在这个网络上延伸,运转这个软件的电脑争相破解不可逆暗码难题,这些难题包含好几个买卖数据。第一个处理难题的“矿工”会得到50比特币奖赏,相关买卖区域加入链条。跟着“矿工”数量的添加,每个迷题的艰难程度也随之进步,这使每个买卖区的比特币生产率保持约在10分钟一枚。

  2014年,"区块链2.0”成为一个关于去中心化区块链数据库的术语。对这个第二代可编程区块链,经济学家们认为它是一种编程语言,可以允许用户写出更精密和智能的协议。因此,当利润达到一定程度的时候,就能够从完成的货运订单或者共享证书的分红中获得收益。区块链2.0技术跳过了交易和“价值交换中担任金钱和信息仲裁的中介机构”。它们被用来使人们远离全球化经济,使隐私得到保护,使人们“将掌握的信息兑换成货币”,并且有能力保证知识产权的所有者得到收益。第二代区块链技术使存储个人的“永久数字ID和形象”成为可能,并且对“潜在的社会财富分配”不平等提供解决方案。

  2016年1月20日,中国人民银行数字货币研讨会宣布对数字货币研究取得阶段性成果。会议肯定了数字货币在降低传统货币发行等方面的价值,并表示央行在探索发行数字货币。中国人民银行数字货币研讨会的表达大大增强了数字货币行业信心。这是继2013年12月5日央行五部委发布关于防范比特币风险的通知之后,第一次对数字货币表示明确的态度。

  2016年12月20日,数字货币联盟——中国FinTech数字货币联盟及FinTech研究院正式筹建。比特币仍是数字货币的绝对主流,数字货币呈现了百花齐放的状态,常见的有bitcoin、litecoin、dogecoin、dashcoin,除了货币的应用之外,还有各种衍生应用,如以太坊Ethereum、Asch等底层应用开发平台以及NXT,SIA,比特股,MaidSafe,Ripple等行业应用。

 

  三、比特币(Bitcoin)

  区块链源自比特币(Bitcoin),而比特币就是区块链目前在货币领域和支付领域中最大的应用。比特币是人类历史上第一次在没有中介机构(中心)的参与下,完成交易双方可以互信的转账行为,这就是区块链技术的重大意义。

  比特币(Bitcoin)的概念最初由中本聪在2008年11月1日提出,并于2009年1月3日正式诞生 。根据中本聪的思路设计发布的开源软件以及建构其上的P2P网络。比特币是一种P2P形式的虚拟的加密数字货币。点对点的传输意味着一个去中心化的支付系统。

  比特币的核心技术模式就是区块链模式,区块链的数据库分布在各个节点之上,可以实现公共账本,记账不由某一个中心机构的平台来完成,而是全世界所有节点来为你记账。由于比特币是特殊的数字货币,采用了区块链技术,导致其数字货币完全不受任何节点控制,也就意味着一个世界数字货币诞生了。

  比特币与所有的货币不同,比特币不依靠特定货币机构发行,它依据特定算法,通过大量的计算产生,比特币经济使用整个P2P网络中众多节点构成的分布式数据库来确认并记录所有的交易行为,并使用密码学的设计来确保货币流通各个环节安全性。P2P的去中心化特性与算法本身可以确保无法通过大量制造比特币来人为操控币值。基于密码学的设计可以使比特币只能被真实的拥有者转移或支付。这同样确保了货币所有权与流通交易的匿名性。比特币与其他虚拟货币最大的不同,是其总数量非常有限,具有极强的稀缺性。2017年12月17日,比特币价格高达19850美元。

 

  四、以太坊(Ethereum)

  以太坊(Ethereum)是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台,通过其专用加密货币以太币(Ether/ETH)提供去中心化的以太虚拟机(Ethereum Virtual Machine)来处理点对点合约。

  以太坊的概念首次在2013至2014年间由程序员Vitalik Buterin受比特币启发后提出,大意为“下一代加密货币与去中心化应用平台”,在2014年通过ICO众筹开始得以发展。截至2018年2月,以太币是市值第二高的加密货币,仅次于比特币。

  比特币开创了去中心化密码货币的先河,五年多的时间充分检验了区块链技术的可行性和安全性。比特币的区块链事实上是一套分布式的数据库,如果再在其中加进一个符号——比特币,并规定一套协议使得这个符号可以在数据库上安全地转移,并且无需信任第三方,这些特征的组合完美地构造了一个货币传输体系——比特币网络。

  发展历史

  2013年年末,以太坊创始人Vitalik Buterin发布了以太坊初版白皮书,启动了项目。2014年7月24日起,以太坊进行了为期42天的以太币预售。2016年初,以太坊的技术得到市场认可,价格开始暴涨,吸引了大量开发者以外的人进入以太坊的世界。中国三大比特币交易所之二的火币网及OKCoin币行都于2017年5月31日正式上线以太坊。

  以太坊实施全球去中心化且无所有权的的数字技术计算机来执行点对点合约。简单来说就是,以太坊是一个你无法关闭的世界计算机。加密架构与图灵完整性的创新型结合可以促进大量的新产业的出现。反过来,传统行业的创新压力越来越大,甚至面临淘汰的风险。

  比特币网络事实上是一套分布式的数据库,而以太坊则更进一步,她可以看作是一台分布式的计算机:区块链是计算机的ROM,合约是程序,而以太坊的矿工们则负责计算,担任CPU的角色。计算机不是免费使用的,否则任何人都可以往里面存储各种垃圾信息和执行各种鸡毛蒜皮的计算,使用它至少需要支付计算费和存储费,当然还有其它一些费用。

  2017年,美国摩根大通、芝加哥交易所集团、纽约梅隆银行、汤森路透、微软、英特尔、埃森哲等20多家全球顶尖金融机构和科技公司成立的企业以太坊联盟。而以太坊催生的加密货币以太币近期又成了继比特币之后受追捧的资产。

  功能应用

  比特币并不完美,其中协议的扩展性不足,例如比特币网络里只有一种符号——比特币,用户无法自定义另外的符号,这些符号可以是代表公司的股票,或者是债券等,这就损失了一些记录功能。另外,比特币协议里使用了一套基于堆栈的脚本语言,这语言虽然具有一定灵活性,使得像多重签名这样的功能得以实现,然而却不足以构建更高级的应用,例如去中心化交易所等。以太坊从设计上就是为了解决比特币扩展性不足的问题。

  以太坊是一个系统平台,可以提供各种模块让用户来搭建应用,如果将搭建应用比作造房子,那么以太坊就提供了墙面、屋顶、地板等模块,用户只需像搭积木一样把房子搭起来,因此在以太坊上建立应用的成本和速度都大大改善。具体来说,以太坊通过一套图灵完备的脚本语言(Ethereum Virtual Machinecode,简称EVM语言)来建立应用,它类似于汇编语言。直接用汇编语言编程是非常痛苦的,但以太坊里的编程并不需要直接使用EVM语言,而是类似C语言、Python、Lisp等高级语言,再通过编译器转成EVM语言。

  以太坊的应用是智能合约,这是以太坊的核心。智能合约是以太坊系统里的自动代理人,有一个自己的以太币地址,当用户向合约的地址里发送一笔交易后,该合约就被激活,然后根据交易中的额外信息,合约会运行自身的代码,最后返回一个结果,这个结果可能是从合约的地址发出另外一笔交易。以太坊中的交易,不单只是发送以太币而已,它还可以嵌入相当多的额外信息。如果一笔交易是发送给合约的,那么这些信息就非常重要,因为合约将根据这些信息来完成自身的业务逻辑。

  智能合约所能提供的业务,几乎是无穷无尽的,智能合约的边界就是的想象力,因为图灵完备的语言提供了完整的自由度,让用户搭建各种应用。

  技术软件

  以太坊的软件分为客户端软件和企业软件。

  客户端软件:以太坊的两个主要的客户端软件是Geth和Parity。

  企业软件:企业软件公司也正测试用以太坊作为各种用途。已知有兴趣的公司包括微软、IBM、摩根大通。德勤和ConsenSys在2016年宣布成立数字银行Project ConsenSys。R3公司在Microsoft Azure上运行私人以太坊区块链,将11间银行连接至一本分布式帐薄(distributed ledger)。Microsoft Visual Studio提供程序开发者使用Solidity编程语言。英国政府中负责推动创新的机构Innovate UK提供了近25万英镑给Tramonex用以太坊发展跨国支付系统。

  应用模块

  以太坊可以用来创建去中心化的程序、自治组织和智能合约,据纽约时报的报导,在2016年5月已经有数十个可用的程序。预期的应用目标涵盖金融、物联网、农田到餐桌(farm-to-table)、智能电网、体育赌博等。去中心化自治组织有潜力让许多原本无法运行或成本过高的营运模型成为可能。较知名的应用有:

  去中心化创业投资:The DAO用以太币资金创立,目标是为商企业和非营利机构创建新的去中心化营业模式、The Rudimental让独立艺术家在区块链上进行群众募资。

  社会经济平台:Backfeed。去中心化预测市场:Augur。物联网:Ethcore(一间以太坊公司)研发的客户端、Chronicled(一间区块链公司)发表了以太坊区块链的实物资产验证平台;芯片公司、物理IP创建者和生产者可以用植入的蓝牙或近场通信进行验证。Slock.It开发的智能锁可以在付费后自动打开,让用户在付费后可以帮电动车充电、或是打开租屋的房门。虚拟宝物交易平台:FreeMyVunk。版权授权:Ujo Music平台让创作人用智能合约发布音乐,消费者可以直接付费给创作人。伊莫珍·希普用此平台发布了一首单曲。智能电网:TransActive Grid让用户可以和邻居买卖能源。去中心化期权市场:Etheropt。钉住汇率的代币:DigixDAO提供与黄金挂钩的代币,在2016年四月正式营运。ecentralized Capital提供和各种货币挂钩的代币。移动支付:Everex让外劳汇款回家乡。

  项目争议

  以太币在中国生根落地,引得市场纷纷侧目,然而在价格已经创下历史新高的时刻,以太币的到来,国外的学者已经指出在整个以太币的智能合约交易中,10%是庞氏骗局,也就是说有人在借以太坊平台发融资项目获得资金,而以太币则成为一种媒介,这些融资项目可能只是一个画饼的计划。看似公平的以太坊众筹,其实是完全不等额的现实货币融资,别人的以太币成本是300元,你的以太币成本是1800元,然后抱团一起做一个项目。而所谓的30%盈利率其实是在庄家币值盈利600%的基础上的盈利,最后托盘的便是以高币值入场的接盘侠。

  市场人士指出,以太坊平台上的众筹项目还存在诸多风险,首先以太币不是去中心数字货币,存在巨庄而且持有80%以上的币值,一直未动,相当于每一个币民头顶都悬着一把利刃;其次以太坊的众筹货币分4-5轮进行解禁,需要变现,所以众筹的项目越多,解禁的压力越大;第三众筹基金的融资效应,每一次众筹都需要十倍百倍的以太坊数字货币等待融资,而不是参与交易,众筹结束后这部分货币重新进入市场进行打压;第四众筹基金的参与获利,众筹基金的目的便是获利,融到以太币不是积极参与众筹而是抛售,然后等待币值下降的时候购入再返还给用户,这便是标准的“做空获利”;第五以太坊所有的众筹项目都没有确立以太坊的货币地位,而是以积分、交易税费的形式进行抵扣,也就相当于淘宝币、天猫积分一样的性质,可抵用但是永远无法取代货币的功用。

  值得关注的是,在2017年6月美国科技股大跌的时候,以太币在创下407美元/个新高之后,截至6月15日,其价格也跟随美国科技股连续出现下跌,跌幅达到15%。

 

  五、智能合约(Smart Contact)

  智能合约(Smart contract)是一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。智能合约允许在没有第三方的情况下进行可信交易,这些交易可追踪且不可逆转。智能合约概念于1995年由Nick Szabo首次提出。一个智能合约是一套以数字形式定义的承诺(commitment),包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。

  数字形式

  数字形式意味着合约不得不写入计算机可读的代码中。这是必须的,因为只要参与方达成协定,智能合约建立的权利和义务,是由一台计算机或者计算机网络执行的。

  (1)达成协定:智能合约的参与方什么时候达成协定呢?答案取决于特定的智能合约实施。一般而言,当参与方通过在合约宿主平台上安装合约,致力于合约的执行时,合约就被发现了。

  (2)合约执行:“执行”的真正意思也依赖于实施。一般而言,执行意味着通过技术手段积极实施。

  (3)计算机可读的代码:合约需要的特定“数字形式”非常依赖于参与方同意使用的协议。

  技术协议

  协议是技术实现(technical implementation),在这个基础上,合约承诺被实现,或者合约承诺实现被记录下来。选择哪个协议取决于许多因素,最重要的因素是在合约履行期间,被交易资产的本质。

  再次以销售合约为例。假设,参与方同意货款以比特币支付。选择的协议很明显将会是比特币协议,在此协议上,智能合约被实施。因此,合约必须要用到的“数字形式”就是比特币脚本语言。比特币脚本语言是一种非图灵完备的、命令式的、基于栈的编程语言,类似于Forth。

  安全问题

  智能合约是“执行合约条款的计算机交易协议”。区块链上的所有用户都可以看到基于区块链的智能合约。但是,这会导致包括安全漏洞在内的所有漏洞都可见,并且可能无法迅速修复。

  这样的攻击难以迅速解决,例如,2016年6月The DAOEther的漏洞造成损失5000万美元,而开发者试图达成共识的解决方案。DAO的程序在黑客删除资金之前有一段时间的延迟。以太坊软件的一个硬分叉在时限到期之前完成了攻击者的资金回收工作。

  以太坊智能合约中的问题包括合约编程Solidity、编译器错误、以太坊虚拟机错误、对区块链网络的攻击、程序错误的不变性以及其他尚无文档记录的攻击。

 

  六、区块链特征

  (1)去中心化

  区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施,没有中心管制,除了自成一体的区块链本身,通过分布式核算和存储,各个节点实现了信息自我验证、传递和管理。去中心化是区块链最突出最本质的特征。

  在网上购物中,交易者的资金是由购物平台和银行等进行管理和储存。消费过程中的交易、支付、转账是在交易者的账户余额上做资金的支付减法和收款加法。所有个人信息和交易信息也都在购物平台和银行的数据库中,这些数据就是中心化的。只有购物平台和银行这些个中心机构,可以证明你拥有一笔资金,并且证明资金是多少。

  但如果购物平台和银行的服务器和收据库受到黑客攻击、物理损坏、数据篡改等,导致数据丢失或者数据作假,那交易者的记录就会被销毁,交易无法查询、在特殊时期,会被随时查封、冻结、无法交易、或者由于天灾导致数据销毁,交易者存在账户内的资金无法追回等。当然,交易者的个人信息和交易信息还可能产生泄露,导致隐私受损,这就是中心化的缺点。

  区块链技术支撑的交易模式则不同,买家卖家可以直接交易,无需通过任何第三方支付平台,同时也无须担心自己的其他信息泄漏。去中心化的处理方式就要更为简单和便捷,当中心化交易数据过多时,去中心化的处理方式还会节约很多资源,使整个交易自主简单化,并且排除了被中心化控制的风险。

  (2)开放性

  区块链技术基础是开源的,除了交易者各方的私有信息被加密外,区块链的数据对所有人开放,任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用,因此整个系统信息高度透明。

  区块链资产首先是基于互联网的,只要有互联网的地方,区块链资产就可以进行流通。这里的互联网可以是万维网,也可以使各种局域网,所以区块链资产是全球流通的。只要有互联网,就可以把区块链资产转账,相较于中心化的方式,区块链资产在全球流通的转账手续费非常低,比如比特币早期转账手续费为0.0001BTC,相对于传统转账来说,区块链资产到账也非常快。一般几分钟到1小时就能到账。

  任何机构和个人都可以加入区块链,并且部署区块链的数据库,成为区块链的数据库系统的节点;一旦加入了区块链,任何一个节点都享受其他所有节点完全一样的权利和义务,而节点是开放的,去中心化的。

  区块链是去中心化的,其开放性将不受到任何国家和语言的影响;区块链以数字算法为背书,其规则是建立在一个公开透明的数学算法之上,能够让不同政治文化背景的人群获得共识,实现跨区跨国的交易互信。

  (3)安全性

  区块链上的各个技术服务平台,也就是区块链上的各个节点,只要不能掌控全部数据节点的51%,就无法肆意操控修改网络数据,这使区块链本身变得相对安全,避免了主观人为的数据变更。例如,区块链上有30个节点,一笔交易完成之后,30个节点的数据库都会对该笔交易进行记录,任何一个节点想要篡改数据和记录,那么其他29个几点的数据库记录就会和他不一致,从而形成有效的监督。

  区块链系统是去中心化的,任何节点都是平等的,数据和信息一旦经过验证并添加至区块链后,就会得到所有节点的永久存储,无法更改(具备特殊更改需求的私有区块链等系统除外)。除非一个机构和个人能够同时控制系统中超过51%的节点,否则单个节点上对数据库的修改是无效的,因此区块链的数据稳定性和可靠性极高。哈希算法的单向性保证区块链网络实现不可篡改性的基础技术之一。

  区块链技术首先应用于虚拟数字货币,除了对私有信息的加密性,其他信息都具有透明性,交易是点对点的交易,数据可以追溯并且不可以被篡改,所以金融企业、地产企业、大型国企、IT产业、电子商务等领域开始大量应用。

  (4)独立性

  区块链基于协商一致的规范和协议(类似比特币采用的哈希算法等各种数学算法),整个区块链系统不依赖其他第三方,所有节点能够在系统内自动安全地验证、交换数据,不需要任何人为的干预。

  区块链采用基于协商一致的规范和协议(比如一套公开透明的算法)使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据,使得对“人”的信任改成了对机器的信任,任何人为的干预不起作用。

  区块链各个节点是平等的,不受任何其他节点的控制和影响,所有节点的维护都由各个节点自己来完成,不需要消耗专门的人力和物力,去中心化的结果就是让节点可以独立完成运行和维护,交易和支付的各方不再支付任何交易中介费用,所以交易成本会非常低。

  (5)透明性

  区块链系统是公开透明的,除了交易各方的私有信息被加密外,数据对全网节点是透明的,任何人或参与节点都可以通过公开的接口查询区块链数据记录或者开发相关应用,这是区块链系统值得信任的基础。区块链数据记录和运行规则可以被全网节点审查、追溯,具有很高的透明度。

  区块链系统让所有节点具有任何交易平台(节点)的所有交易数据和记录,这样所有节点都可以有效分享节点的数据,这些数据可以被任何节点所分析和利用。区块链体系由大家共同维护,不须专门的机构和中心来确保数据完整性,任何一个节点的数据丢失和篡改,都不会影响区块链体系中整体的运行。

  区块链采用智能合约,用机器数据合约代替人工操作的合约,让一切变得更加透明、高效,不仅成本低廉,而且没有人可以人为控制、干扰和篡改,这种透明性,即使各国政府联合起来也无法控制。

  (6)低成本

  区块链的节点是可以不断扩充的,利用海量节点记账,没有人任何节点可以收取费用,任何人在区块链上进行交易和支付都不需要支付一分钱的费用,所有运行和记录成本全部有各个节点自行承担。

  区块链采用智能合约,用机器数据合约代替人工操作的合约,让一切变得更加透明、高效,不仅成本低廉,而且没有人可以人为控制、干扰和篡改,这种透明性,即使各国政府联合起来也无法控制。

  (7)匿名性

  区块链还有一个非常重大的功能,就是匿名性,会除非各国有法律规范的硬性要求,单从技术上来讲,区块链中各区块节点的交易者的个人信息不需要公开或验证,信息传递可以匿名进行。

  区块链网络中,任何节点的人都无法知道交易者的区块链资产有多少,以及和谁进行了转账,这种匿名性是不分程度的,比特币的匿名性是最基本的,在区块链网络上只能查到转账记录,但不知道地址背后是谁,但是一旦知道这个地址背后对应的人是谁,也就能查到其所有相关的转账记录和资产。达世币和门罗币匿名性做得更高。即使查到了地址背后是谁,你也无法知道他所有的转账信息,而ZCASH将匿名性做到极致,只有拥有私钥的人才能查到所有转让信息。

 

  七、区块链基础架构模型

  一般说来,区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中,数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法;网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等;共识层主要封装网络节点的各类共识算法;激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来,主要包括经济激励的发行机制和分配机制等;合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约,是区块链可编程特性的基础;应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中,基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。

  (1)数据层

  数据层封装了底层数据区块的链式结构,以及相关的非对称公私钥数据加密技术和时间戳等技术,这是整个区块链技术中最底层的数据机构,其中大多数技术都已被发明数十年,并在计算机领域使用了很久,无须担心其中的安全性,因为如果这些技术出现安全性上的巨大漏洞,则意味着全球金融技术都会出现严重的问题。中本聪在设计比特币时,为每个区块设置了1MB(兆)大小的容量限制,但由于目前比特币的交易量迅速提升,1MB的区块空间能容纳的交易数量有限,所以要考虑扩容区块链来突破这个限制。

  (2)网络层

  网络层包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等,由于采用了完全P2P的组网技术,也就意味着区块链是具有自动组网功能的。这种P2P组网技术,在早先应用于BT(比特流)和eMule(电驴)之类的P2P下载软件中,也是一种相对来说非常成熟的技术。

  (3)共识层

  共识层主要封装网络节点的各类共识机制算法。共识机制算法是区块链技术的核心技术,因为这决定了到底由谁来进行记账,记账者选择方式将会影响到整个系统的安全性和可靠性。目前已经出现了十余种共识机制算法,其中最为知名的有工作量证明机制(Proof of Work,PoW)、权益证明机制(Proof of Stake,PoS)、股份授权证明机制(Delegated Proof of Stake,DPoS)等。在下一节中将会详细介绍这些共识机制。

  (4)激励层

  激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来,主要包括经济激励的发行机制和分配机制等,该层主要出现在公有链(Public BlockChains)中,因为在公有链中必须激励遵守规则参与记账的节点,并且惩罚不遵守规则的节点,才能让整个系统朝着良性循环的方向发展。所以激励机制往往也是一种博弈机制,让更多遵守规则的节点愿意进行记账。而在私有链(Private Blockchain)中,则不一定需要进行激励,因为参与记账的节点往往是在链外完成了博弈,也就是可能有强制力或者有其他需求来要求参与记账。

  (5)合约层

  合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约,是区块链可编程特性的基础。以以太坊为首的新一代区块链系统试图完善比特币的合约层。比特币尽管也包含了脚本代码,但是并不是图灵完备的,即不支持循环语句;以太坊在比特币结构的基础上,内置了编程语言协议,从而在理论上可以实现任何应用功能。如果把比特币看成是全球账本的话,那么就可以把以太坊看作是一台“全球计算机”——任何人都可以上传和执行任意的应用程序,并且程序的有效执行能够得到保证。

  (6)应用层

  应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。比如搭建在以太坊上的各类区块链应用就是部署在应用层,所谓可编程货币和可编程金融也将会搭建在应用层。该模型中,基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识机制的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。其中数据层、网络层和共识层是构建区块链应用的必要因素,否则将不能称为真正意义上的区块链。而激励层、合约层和应用层则不是每个区块链应用的必要因素,有部分的区块链应用并不完整地包含着这三层结构。

 

  八、区块链的类型

  公有区块链

  公有区块链(Public BlockChains)是指:世界上任何个体或者团体都可以发送交易,且交易能够获得该区块链的有效确认,任何人都可以参与其共识过程。公有区块链是最早的区块链,也是应用最广泛的区块链,各大bitcoins系列的虚拟数字货币均基于公有区块链,世界上有且仅有一条该币种对应的区块链。

  行业区块链

  行业区块链(Consortium BlockChains):由某个群体内部指定多个预选的节点为记账人,每个块的生成由所有的预选节点共同决定(预选节点参与共识过程),其他接入节点可以参与交易,但不过问记账过程(本质上还是托管记账,只是变成分布式记账,预选节点的多少,如何决定每个块的记账者成为该区块链的主要风险点),其他任何人可以通过该区块链开放的API进行限定查询。

  私有区块链

  私有区块链(Private BlockChains):仅仅使用区块链的总账技术进行记账,可以是一个公司,也可以是个人,独享该区块链的写入权限,本链与其他的分布式存储方案没有太大区别。传统金融都是想实验尝试私有区块链,而公链的应用例如bitcoin已经工业化,私链的应用产品还在摸索当中。

 

  九、区块链核心技术

  分布式账本

  分布式账本指的是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成,而且每一个节点记录的是完整的账目,因此它们都可以参与监督交易合法性,同时也可以共同为其作证。

  跟传统的分布式存储有所不同,区块链的分布式存储的独特性主要体现在两个方面:一是区块链每个节点都按照块链式结构存储完整的数据,传统分布式存储一般是将数据按照一定的规则分成多份进行存储。二是区块链每个节点存储都是独立的、地位等同的,依靠共识机制保证存储的一致性,而传统分布式存储一般是通过中心节点往其他备份节点同步数据。没有任何一个节点可以单独记录账本数据,从而避免了单一记账人被控制或者被贿赂而记假账的可能性。也由记账节点足够多,理论上讲除非所有的节点被破坏,否则账目就不会丢失,从而保证了账目数据的安全性。

  非对称加密

  存储在区块链上的交易信息是公开的,但是账户身份信息是高度加密的,只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到,从而保证了数据的安全和个人的隐私。

  共识机制

  共识机制就是所有记账节点之间怎么达成共识,去认定一个记录的有效性,这既是认定的手段,也是防止篡改的手段。区块链提出了四种不同的共识机制,适用于不同的应用场景,在效率和安全性之间取得平衡。

  区块链的共识机制具备“少数服从多数”以及“人人平等”的特点,其中“少数服从多数”并不完全指节点个数,也可以是计算能力、股权数或者其他的计算机可以比较的特征量。“人人平等”是当节点满足条件时,所有节点都有权优先提出共识结果、直接被其他节点认同后并最后有可能成为最终共识结果。以比特币为例,采用的是工作量证明,只有在控制了全网超过51%的记账节点的情况下,才有可能伪造出一条不存在的记录。当加入区块链的节点足够多的时候,这基本上不可能,从而杜绝了造假的可能。

  智能合约

  智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据,可以自动化的执行一些预先定义好的规则和条款。以保险为例,如果说每个人的信息(包括医疗信息和风险发生的信息)都是真实可信的,那就很容易的在一些标准化的保险产品中,去进行自动化的理赔。在保险公司的日常业务中,虽然交易不像银行和证券行业那样频繁,但是对可信数据的依赖是有增无减。因此,笔者认为利用区块链技术,从数据管理的角度切入,能够有效地帮助保险公司提高风险管理能力。具体来讲主要分投保人风险管理和保险公司的风险监督。

 

  十、区块链应用

  金融领域

  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。将区块链技术应用在金融行业中,能够省去第三方中介环节,实现点对点的直接对接,从而在大大降低成本的同时,快速完成交易支付。比如Visa推出基于区块链技术的VisaB2BConnect,它能为机构提供一种费用更低、更快速和安全的跨境支付方式来处理全球范围的企业对企业的交易。要知道传统的跨境支付需要等3-5天,并为此支付1-3%的交易费用。Visa还联合Coinbase推出了首张比特币借记卡,花旗银行则在区块链上测试运行加密货币“花旗币”。

  物联网和物流领域

  区块链在物联网和物流领域也可以天然结合。通过区块链可以降低物流成本,追溯物品的生产和运送过程,并且提高供应链管理的效率。该领域被认为是区块链一个很有前景的应用方向。

  区块链通过结点连接的散状网络分层结构,能够在整个网络中实现信息的全面传递,并能够检验信息的准确程度。这种特性一定程度上提高了物联网交易的便利性和智能化。区块链+大数据的解决方案就利用了大数据的自动筛选过滤模式,在区块链中建立信用资源,可双重提高交易的安全性,并提高物联网交易便利程度。为智能物流模式应用节约时间成本。区块链结点具有十分自由的进出能力,可独立的参与或离开区块链体系,不对整个区块链体系有任何干扰。区块链+大数据解决方案就利用了大数据的整合能力,促使物联网基础用户拓展更具有方向性,便于在智能物流的分散用户之间实现用户拓展。

  公共服务领域

  区块链在公共管理、能源、交通等领域都与民众的生产生活息息相关,但是这些领域的中心化特质也带来了一些问题,可以用区块链来改造。区块链提供的去中心化的完全分布式DNS服务通过网络中各个节点之间的点对点数据传输服务就能实现域名的查询和解析,可用于确保某个重要的基础设施的操作系统和固件没有被篡改,可以监控软件的状态和完整性,发现不良的篡改,并确保使用了物联网技术的系统所传输的数据没用经过篡改。

  数字版权领域

  通过区块链技术,可以对作品进行鉴权,证明文字、视频、音频等作品的存在,保证权属的真实、唯一性。作品在区块链上被确权后,后续交易都会进行实时记录,实现数字版权全生命周期管理,也可作为司法取证中的技术性保障。例如,美国纽约一家创业公司MineLabs开发了一个基于区块链的元数据协议,这个名为Mediachain的系统利用IPFS文件系统,实现数字作品版权保护,主要是面向数字图片的版权保护应用。

  保险领域

  在保险理赔方面,保险机构负责资金归集、投资、理赔,往往管理和运营成本较高。通过智能合约的应用,既无需投保人申请,也无需保险公司批准,只要触发理赔条件,实现保单自动理赔。一个典型的应用案例就是LenderBot,是2016年由区块链企业Stratumn、德勤与支付服务商Lemonway合作推出,它允许人们通过FacebookMessenger的聊天功能,注册定制化的微保险产品,为个人之间交换的高价值物品进行投保,而区块链在贷款合同中代替了第三方角色。

  公益领域

  区块链上存储的数据,高可靠且不可篡改,天然适合用在社会公益场景。公益流程中的相关信息,如捐赠项目、募集明细、资金流向、受助人反馈等,均可以存放于区块链上,并且有条件地进行透明公开公示,方便社会监督。

 

  十一、区块链面临的挑战

  从实践进展来看,区块链技术在商业银行的应用大部分仍在构想和测试之中,距离在生活、生产中的运用还有很长的路,而要获得监管部门和市场的认可也面临不少困难,主要有:

  (1)受到现行观念、制度、法律制约。区块链去中心化、自我管理、集体维护的特性颠覆了人们生产生活方式,淡化了国家、监管概念,冲击了现行法律安排。对于这些,整个世界完全缺少理论准备和制度探讨。即使是区块链应用最成熟的比特币,不同国家持有态度也不相同,不可避免阻碍了区块链技术的应用与发展。解决这类问题,显然还有很长的路要走。

  (2)在技术层面,区块链尚需突破性进展。区块链应用尚在实验室初创开发阶段,没有直观可用的成熟产品。比之于互联网技术,人们可以用浏览器、APP等具体应用程序,实现信息的浏览、传递、交换和应用,但区块链明显缺乏这类突破性的应用程序,面临高技术门槛障碍。再比如,区块容量问题,由于区块链需要承载复制之前产生的全部信息,下一个区块信息量要大于之前区块信息量,这样传递下去,区块写入信息会无限增大,带来的信息存储、验证、容量问题有待解决。

  (3)竞争性技术挑战。虽然有很多人看好区块链技术,但也要看到推动人类发展的技术有很多种,哪种技术更方便更高效,人们就会应用该技术。比如,如果在通信领域应用区块链技术,通过发信息的方式是每次发给全网的所有人,但是只有那个有私钥的人才能解密打开信件,这样信息传递的安全性会大大增加。同样,量子技术也可以做到,量子通信——利用量子纠缠效应进行信息传递——同样具有高效安全的特点,近年来更是取得了不小的进展,这对于区块链技术来说,就具有很强的竞争优势。

 

  十二、区块链全国整顿

  随着区块链技术成为社会关注热点,被监管部门严厉打击的虚拟货币出现死灰复燃势头。针对这一新情况,多地监管部门宣布,新一轮清理整顿已经展开。

  2019年11月22日,有国家互联网金融风险专项整治小组办公室表示,区块链的内涵很丰富,并不等于虚拟货币。所有打着区块链旗号关于虚拟货币的推广宣传活动都是违法违规的。监管部门对于虚拟货币炒作和虚拟货币交易场所的打击态度没有丝毫改变。

  据了解,监管部门已经通盘部署,要求全国各地全面排查属地借助区块链开展虚拟货币炒作活动的最新情况,出现问题及时打早打小。在下一阶段的工作中,监管部门将加大清理整顿虚拟货币及交易场所的力度,发现一起、处置一起。

 

  十三、区块链光明前景

  2019年10月24日,中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第18次集体学习。中共中央总书记习近平在主持学习时强调,区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口,明确主攻方向,加大投入力度,着力攻克一批关键核心技术,加快推动区块链技术和产业创新发展。

  习近平主席在主持学习时发表了讲话。他指出,区块链技术应用已延伸到数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等多个领域。目前,全球主要国家都在加快布局区块链技术发展。我国在区块链领域拥有良好基础,要加快推动区块链技术和产业创新发展,积极推进区块链和经济社会融合发展。

  习近平主席强调,要强化基础研究,提升原始创新能力,努力让我国在区块链这个新兴领域走在理论最前沿、占据创新制高点、取得产业新优势。要推动协同攻关,加快推进核心技术突破,为区块链应用发展提供安全可控的技术支撑。要加强区块链标准化研究,提升国际话语权和规则制定权。要加快产业发展,发挥好市场优势,进一步打通创新链、应用链、价值链。要构建区块链产业生态,加快区块链和人工智能、大数据、物联网等前沿信息技术的深度融合,推动集成创新和融合应用。要加强人才队伍建设,建立完善人才培养体系,打造多种形式的高层次人才培养平台,培育一批领军人物和高水平创新团队。

  习近平主席指出,要抓住区块链技术融合、功能拓展、产业细分的契机,发挥区块链在促进数据共享、优化业务流程、降低运营成本、提升协同效率、建设可信体系等方面的作用。要推动区块链和实体经济深度融合,解决中小企业贷款融资难、银行风控难、部门监管难等问题。要利用区块链技术探索数字经济模式创新,为打造便捷高效、公平竞争、稳定透明的营商环境提供动力,为推进供给侧结构性改革、实现各行业供需有效对接提供服务,为加快新旧动能接续转换、推动经济高质量发展提供支撑。要探索“区块链+”在民生领域的运用,积极推动区块链技术在教育、就业、养老、精准脱贫、医疗健康、商品防伪、食品安全、公益、社会救助等领域的应用,为人民群众提供更加智能、更加便捷、更加优质的公共服务。要推动区块链底层技术服务和新型智慧城市建设相结合,探索在信息基础设施、智慧交通、能源电力等领域的推广应用,提升城市管理的智能化、精准化水平。要利用区块链技术促进城市间在信息、资金、人才、征信等方面更大规模的互联互通,保障生产要素在区域内有序高效流动。要探索利用区块链数据共享模式,实现政务数据跨部门、跨区域共同维护和利用,促进业务协同办理,深化“最多跑一次”改革,为人民群众带来更好的政务服务体验。

  习近平主席强调,要加强对区块链技术的引导和规范,加强对区块链安全风险的研究和分析,密切跟踪发展动态,积极探索发展规律。要探索建立适应区块链技术机制的安全保障体系,引导和推动区块链开发者、平台运营者加强行业自律、落实安全责任。要把依法治网落实到区块链管理中,推动区块链安全有序发展。

  习近平主席指出,相关部门及其负责领导同志要注意区块链技术发展现状和趋势,提高运用和管理区块链技术能力,使区块链技术在建设网络强国、发展数字经济、助力经济社会发展等方面发挥更大作用。