Blockchain技术之区块链的概念和起源以及区块链的运行方式、发展前景和应用领域分析

一、什么是“区块链”？

• 区块链起源于中本聪的比特币，作为比特币的底层技术，本质上是一个去中心化的数据库，是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。
• 区块链技术是一种不依赖第三方、通过自身分布式节点进行网络数据的存储、验证、传递和交流的一种技术方案。因此，有人从金融会计的角度，把区块链技术看成是一种分布式开放性去中心化的大型网络记账薄，任何人任何时间都可以采用相同的技术标准加入自己的信息，延伸区块链，持续满足各种需求带来的数据录入需要。
• 通俗一点说，区块链技术就指一种全民参与记账的方式。所有的系统背后都有一个数据库，你可以把数据库看成是就是一个大账本，那么谁来记这个账本就变得很重要。目前就是谁的系统谁来记账，微信的账本就是腾讯在记，淘宝的账本就是阿里在记。但现在区块链系统中，系统中的每个人都可以有机会参与记账，在一定时间段内如果有任何数据变化，系统中每个人都可以来进行记账，系统会评判这段时间内记账最快最好的人，把他记录的内容写到账本，并将这段时间内账本内容发给系统内所有的其他人进行备份，这样系统中的每个人都有了一本完整的账本，这种方式，我们就称它为区块链技术。
• 区块链技术被认为是互联网发明以来最具颠覆性的技术创新，它依靠密码学和数学巧妙的分布式算法，在无法建立信任关系的互联网上，无需借助任何第三方中心的介入就可以使参与者达成共识，以极低的成本解决了信任与价值的可靠传递难题。
• 比特币点对点网络将所有的交易历史都储存在“区块链”中，区块链在持续延长，而且新区块一旦加入到区块链中，就不会再被移走。区块链实际上是一群分散的用户端节点，并由所有参与者组成的分布式数据库，是对所有比特币交易历史的记录。比特币的交易数据被打包到一个个“数据块”或“区块”(block)中后，交易就算初步确认了。当区块链接到前一个区块之后，交易会得到进一步的确认，在连续得到 6 个区块确认之后，这笔交易基本上就不可逆转地得到确认了。
• 区块链在网络上是公开的，可以在每一个离线比特币钱包数据中查询，轻量级比特币钱包使用在线确认，即不会下载区块链数据到设备存储中。
• 数字货币容易被传统金融机构视做一种新的货币，但实际上其底层技术的意义和价值远远大于其货币属性。以比特币为例，一般意义上它被当作一种点对点形式的数字货币，但从技术层面来说，它实际上是一个点对点的去中心化网络平台，这样一个网络平台依托的正是区块链技术。数字货币是依靠区块链技术搭建的全球点对点网络平台。以比特币为代表的，区块链在数字货币领域的应用，也被称为 Blockchain。

二、区块链的起源

• 若要解释何谓区块、区块链，还得从 1982 年提出的拜占庭将军问题说起。拜占庭位于如今的土耳其的伊斯坦布尔，是东罗马帝国的首都。由于当时东罗马帝国国土辽阔，为了防御目的，因此每个军队都分隔很远，将军与将军之间只能靠信差传递消息。在战争的时候，拜占庭军队内所有将军和副官必需达成一致的共识，决定是否有赢的机会才去攻打敌人的阵营。但是，在军队内有可能存有叛徒和敌军的间谍，左右将军们的决定又扰乱整体军队的秩序。在进行共识时，结果并不代表大多数人的意见。这时候，在已知有成员谋反的情况下，其余忠诚的将军在不受叛徒的影响下如何达成一致的协议，拜占庭问题就此形成。拜占庭将军问题实际是对网络世界容许入侵体系的模型化。
• 拜占庭的忠实将军们要在叛徒存在且不抓出叛徒的情况下，使其决策形成一致。对应到通信世界中，人们要在容许一些捣乱或失效协议存在的情况下解决问题。后来，人们发现，区块和区块链可以解决拜占庭将军问题。
• 区块链起源于比特币，标志着上轮金融危机起点的雷曼兄弟倒闭后两周，2008 年 11 月 1 日， 一位自称中本聪(Satoshi Nakamoto)的人发表了《比特币:一种点对点的电子现金系统》一文，阐述了基于 P2P 网络技术、加密技术、时间戳技术、区块链技术等的电子现金系统的构架理念，这标志着比特币的诞生。两个月后理论步入实践，2009 年 1 月 3 日第一个序号为 0 的比特币创世区块诞生。几天后，2009 年 1 月 9 日出现序号为 1 的区块，并与序号为 0 的创世区块相连接形成了链，标志着区块链的诞生。
• 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(chain，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。

三、区块链的特征

• 从区块链的形成过程看，区块链技术具有以下特征：
• • 一是去中心化：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。
• • 二是开放性：区块链技术基础是开源的，除了交易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。
• • 三是独立性：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。
• • 四是安全性：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。
• • 五是匿名性：除非有法律规范要求，单从技术上来讲，各区块节点的身份信息不需要公开或验证，信息传递可以匿名进行。

四、区块链发展面临的主要挑战

• 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:
• • 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目前的生产生活方式，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。
• • 在技术层面，区块链尚需突破性进展；目前，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。
• • 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。

五、区块链系统的运行方式

• 首先，中本聪很清楚建立一个支付系统的信用必须解决防止“重复支付”问题，也就是不能造假币。中心化的信用系统是靠国家机器防止造假币，那么“比特币”怎么办呢？中本聪的伟大创新是给每一笔交易“盖时间戳”(timestamp) ，每十分钟一个区块(block: 相当于网络账簿)，把这十分钟的全网交易都正确的盖上时间戳，那么问题是谁来盖呢？中本聪并没有假设互联网上都是雷锋，他同意亚当斯密的观点：市场上的人是贪婪的。他让所谓自称“矿工”的人去竞争这十分钟一个区块的记账权，竞争的规则就是正确记账的同时要去解 SHA256 难题，谁能证明自己的计算机算力最快(所谓PROOF OF WORK机制)，他就能竞争到这十分钟区块的合法记账权，并得到二十五个比特币的奖励，这就是所谓俗称的“挖矿”过程，实际是建立一个全网总账，区块链的去中心化信用过程，所以矿工更本质的职能是“记账员”。
• 中本聪在其比特币白皮书中，比较详尽的叙述了这个信用系统建立的过程:
• • 第一步：每一笔交易为了让全网承认有效，必须广播给每个节点(node: 也就是矿工)；
• • 第二步：每个矿工节点要正确无误的给这十分钟的每一笔交易盖上时间戳并记入那个区块(block)；
• • 第三步：每个矿工节点要通过解 SHA256 难题去竞争这个十分钟区块的合法记账权，并争取得到二十五个比特币的奖励(头四年是每十分钟五十个比特币，每四年递减一半)；
• • 第四步：如果一个矿工节点解开了这十分钟的 SHA256 难题，他将向全网公布他这十分钟区块记录的所有盖时间戳交易，并由全网其他矿工节点核对；
• • 第五步：全网其他矿工节点核对该区块记账的正确性(因为他们同时也在盖时间戳记账，只是没有竞争到合法区块记账权，因此无奖励)，没有错误后他们将在该合法区块之后竞争下一个区块，这样就形成了一个合法记账的区块单链，也就是比特币支付系统的总账。
• 一般来说，每一笔交易，必须经过六次区块确认，也就是六个十分钟记账，才能最终在区块链上被承认合法交易。所以所谓“比特币”，就是这样一个账单系统：它包括所有者用私钥进行电子签名并支付给下一个所有者，然后由全网的“矿工”盖时间戳记账，形成区块链。

六、区块链的发展前景

• 区块链的发展趋势是全球性的，英国已经把区块链列为了国家战略，新加坡央行在2015年就已经支持了一个基于区块链的记录系统，日本目前在区块链领域也处于领先地位。R3CEV 作为首个以创建分布式账本应用为目标而成立的商业联盟，目前在全世界范围内拥有包括花旗、摩根、富国、渣打等50多位成员。
• 而国内目前已成立了中国分布式总账基础协议联盟、中国区块链应用研究中心、金融区块链联盟等，以推动区块链产业研究与合作。继区块链被正式列入“十三五”国家信息化规划，区块链技术研究已然处于最好的触发点。
• 然而目前国内的区块链创业项目基本还处于研究设想、小范围试验阶段,少有成型的商业模式，缺乏正式机构组织的推动。因此，建立大而强的联合体，推动并提高我国区块链技术领域的研究、应用和开发水平，促使我国相关产业走出去，在新一轮国际竞争中抢占技术标准和专利的制高点和话语权，将是未来我国在区块链技术领域的着重发力点。

七、区块链的应用领域

• 可以使用区块链的领域是：
• • 智能合约
• • 证券交易
• • 电子商务
• • 物联网
• • 社交通讯
• • 文件存储
• • 存在性证明
• • 身份验证
• • 股权众筹
• • 金融征信
• 我们可以把区块链的发展类比互联网本身的发展，未来会在 internet 上形成一个比如叫做 fnance- internet 的东西，而这个东西就是基于区块链，它的前驱就是 bitcoin，即传统金融从私有链、行业链出发(局域网) ，bitcoin 系列从公有链(广域网)出发,都表达了同一种概念：数字资产(DigitalAsset) ，最终向一个中间平衡点收敛。
• 区块链的进化方式是：
• • 区块链1.0—数字货币
• • 区块链2.0—数字资产与智能合约
• • 区块链3.0—DAO、DAC (区块链自洽组织、区块链自治公司) – ->区块链大社会(科学, 医疗，教育etc，区块链+人工智能)。
• 区块链的应用也如火如荼的展开了，在金融、物流、公共服务等领域都有大量案例。

① 区块链在金融领域的应用前景

• 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，可省去第三方中介环节，实现点对点的对接，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Visa B2B Connect，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。要知道传统的付需要等3-5天，并为此支付1-3%的交易费用。
• 又比如纳斯达克推出基于区块链的交易平台 Linq，Linq 的具体应用场景是非上市公司的股权管理和股权交易。
• 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”。

② 区块链在物联网和物流领域的应用前景

• 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。
• 德国一个初创公司 Slock.it 做了一个基于区块链技术的智能锁，将锁连接到互联网，通过区块链上的智能合约对其进行控制。只需通过区块链网络向智能合约账户转账，即可打开智能锁。用在酒店里，客人就能很方便地开门了，这是真正的共享经济。

③ 区块链在公共服务领域的应用前景

• 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，但是目前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。例如：
• • 乌克兰敖德萨地区政府已经试验建立了一个基于区块链技术的在线拍卖网站，通过该平台以更加透明的方式来销售和出租国有资产，避免此前的腐败和欺诈行为的发生。
• • 西班牙 Lugo 市政府则利用区块链建立了一个公开公正的投票系统。
• • 爱沙尼亚政府与 Bitnation 合作，在区块链上开展政务管辖，通过区块链为居民提供结婚证明、出生证明、商务合同等公证服务。

④ 区块链在认证、公证领域的应用前景

• 区块链具有不可篡改的特性，所以在认证和公证也有巨大的市场。
• Bitproof 是一家专利用区块链技术进行文件验证的公司，区块链初创公司 Bitproof 已经与霍伯顿学校(Holberton School)开展合作，该校宣布将利用比特币区块链技术向学生颁发学历证书，解决学历造假等问题。

⑤ 区块链在数字版权领域的应用前景

• 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，Ujo Music 平台借助区块链，建立了音乐版权管理平台新模式，歌曲的创作者与消费者可以建立直接的联系，省去了中间商的费用提成。

⑥ 区块链在预测市场和保险领域的应用

• 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。
• 典型的应用案例是 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 Facebook Messenger 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。

⑦ 区块链在公益慈善上的应用

• 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。
• 例如 BitGive 平台，BitGive 是一家非营利性慈善基金会， 致力于将比特币及相关技术应用于慈善和人道主义工作中。2015 年，BitGive 公布慈善 2.0 计划，应用区块链技术建立公开透明的捐赠平台，平台 上的捐款的使用和去向都会面向捐助方和社会公众完全开放。

八、区块链的相关问答

• 问：区块链解决了什么问题吗?
• 答：区块链最重要的是解决了中介信用问题，在过去，两个互不认识和信任的人要达成协作是难的，必须要依靠第三方，比如支付行为，在过去任何一种转账，必须要有钼行或者支付宝这样的机构存在；但是通过区块链技术，比特币是人类第一次实现在没有任何中介机构参 与的情况下，完成双方可以互信的转账行为，这是区块链的重大突破。
• 问：区块链是比特币吗?或者比特币就是区块链吗?
• 答：区块链技术是比特币的底层技术，在早期并没有太多人注意到比特币的底层技术。但是当比特币在没有任何中心化机构运营和管理的情况下，在多年里非常稳定的运行，并且没有出现过任何问题。所以很多人注意到，该底层技术技术也许有很大的机制，而且不仅仅可以在比特币中使用，也许可以在许多领域都能够应用这种技术。于是把比特币技术抽象提取出来，称之为区块链技术，或者分布式账本技术。所以从某个角度来看，比特币可以看成是区块链第一个应用，而区块链更类似于TCP/IP这样的底层技术，后会扩展到越来越多的行业中。
• 问：所有的区块链都需要挖矿吗?
• 答：并非所有的区块链项目都会采用类似于比特币这样的“工作量证明”方式，这更多出现在早期的区块链项目中。如果采取其他的证明机制，如“权益证明(Proof ofStake, PoS) ”、“股份授权证明机制(DPoS, Delegate Proof of Stake)” 都是不需要采取这样的挖矿方式。
• 问：区块链和大数据什么关系？区块链会取代大数据？
• 答：区块链和大数据关系并不是很大。大数据主要的是对于海量数据进行管理，而区块链的核心是在没有中心化中介计入的情况下实现数据的高安全性和高可靠性，所以区块链和大数据并不互相冲突，也不会取代，完全是面对不同场景情况下对于数据的不同解决方案。
• 问：区块链和云计算云存储有什么关系？区块链是云计算或云存储吗？
• 答：云计算通常定义为通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源，但是提供云计算平台的往往是一个中心化机构。而区块链组成的网络-般是没有特定的机构，所以区块链更接近分布式计算系统的定义，属于分布式计算的一种。不过，区块链是能够实现云存储的，不同于目前中心化提供云存储空间，区块链有-些提供去中心化的云有储方案。这样的项目包括Storj, Sia, Maidsafe。
• 问：区块链是软件吗？是用什么程序写的？
• 答：区块链不是一种特定的软件，就像“数据库”这个三个字表现的意思一样，它是一种特定技术的设计思想。可以用绝大多数语言来实现它，而且实现的方式也有许多种。而且区块链技术目前还在快速发展中，相对而言，目前区块链技术设计思想还是比较简单的，也许在未来会变得愈加复杂。
• 问：发展区块链与炒币的区别？
• 答：政府强调的是区块链技术的集成应用以及与产业的结合，驱动产业的发展与创新。比特币价格的短时上涨只是人们短时期过度反应，并不是政府强调的区块链产业发展的实质。比特币价格的短时上涨，是现在比特币存量资金对消息的反应，尤其是中国虚拟货币投资者的存量资金，并没有反映世界虚拟货币投资者的情绪反应，也没有反映增量资金。对于区块链技术的认识，我们既要看当前，又要看长远，既要看国内，又要看全球,这是一个很重要、未来会有突破的技术。在-系列政策的扶持下，区块链技术可以和我们当前的产业进行各种深度融合，长远来看，会为我们经济的发展助力。
• 问：区块链是泡沫吗？
• 答：众所周知，由于比特币波动性极大，不少名人并不看好，比如诺贝尔经济学奖获得者保罗·克鲁格曼就说过对比特币狂热是不明智的，股神巴菲特直言比特币是一种“幻想”。虽然比特币不受待见，但与之相关的区块链技术却备受追捧，那么，马云是怎么看待的呢?马云曾表示区块链不是泡沫，比特币才是，而且区块链不是金矿，不可能一夜暴富，区块链必须解决社会问题，是一种解决隐私、信用问题的技术。

九、参考文献

• 权威探讨，助力区块链金融应用
• 马云谈区块链：不可能也不应该用来一夜暴富
• “标准+应用”双轮驱动 区块链技术助力金融发展
• 蒋润祥 魏长江—《区块链的应用进展与价值探讨》金融视界 2016年Z2期