2020-R18-区块链技术与应用

一、疯狂的比特币及其原理机制

1、2008年11月中本聪提出了比特币,2009年1月3日,中本聪发布了比特币系统并挖掘出了第一个区块即创世区块;2010年5月22日,第一笔线下交易,1万个比特币买了一个价值25美元的披萨,单价为0.25美分;

2、挖矿芯片经历了四个阶段,CPU、GPU、FPGA、ASIC;

3、矿场和矿池;个人租一个场地进行挖矿和集体租一个场地挖矿;

4、比特币的交易用的是公钥和私钥;公钥如银行的账号,私钥如同银行账号的密码;

5、比特币获得方式;矿工挖矿所得;通过中间商购买;商家收取比特币;

6、比特币系统是一个参与节点互相验证的公开记账系统,而比特币挖矿的本质则是争夺某一区块的记账权;

7、挖矿的原理是解决数学难题,即算数满足“0”开头的随机数的哈希值;

8、矿池的挖矿原理是采用多人协调工作形成一个整体的算力来进行挖矿,根据每个人贡献的算力来分配收益;

9、比特币分叉,升级时导致不同的节点在一定时间内运行不同的脚本,不同同步同时完成。分叉分为软分叉和硬分叉,软分叉时版本能兼容之前的旧版本,硬分叉时不兼容之前的旧版本。

二、区块链技术原理

1、狭义来讲,区块链是一种按时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据,并以密码学的方式保证的不可伪造的分布式账本;广义来讲,区块链技术是利用块链式数据结构来验证和存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全性、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操控数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。

2、区块链技术由哈希算法、数字签名、P2P网络、共识算法、智能合约等;

3、哈希算法即散列算法的直接音译;功能概括来说就是把任意长度输入的信息通过一定的计算,生成一个固定长度的字符串,输出的字符串称为输入的哈希值;

* 优秀哈希运算的特征;具备正向快速、输入敏感、逆向困难、强抗碰撞等;

* 通过哈希构建区块链的链式结构,实现防篡改;

* 通过哈希构建默克尔树,实现内容改变的快速检测;

4、数字签名,区块链主要使用数字签名来实现权限控制,识别交易发起者的合法身份,防止恶意节点身份冒充;

5、共识算法;工作量证明PoW、凭证类共识算法Po*、拜占庭容错类算法BFT、结合可信执行环境的共识算法;

6、智能合约;一个智能合约是一套以数字形式定义的承诺,包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议;简单来说,智能合约是一种在满足一定条件时,就自动执行的计算机程序。

7、一个基于区块链的智能合约需要包括事务处理机制、数据存储机制以及完备的状态机,用于接受和处理各种条件。

8、P2P网络;对等计算机网络,不存在中心服务器;通过信息传给相邻节点而进行的方式来通过整个网络。

9、区块链的特性:

* 透明可信;人人记账保证人人获取完整信息,从而实现信息透明;节点间决策过程共同参与,共识保证可信性;

* 防篡改可追溯;

* 隐私安全保证;

* 系统高可靠;

10、常见的哈希算法;哈希算法主要包含构造函数及冲突解决两部分内容;构造函数的方法包含直接定址法、数字分析法、平方取中法、折叠发、随机数法等;解决冲突的方法有开放定址法、再哈希法、链地址法等;主要使用的有消息摘要算法系统MD和安全散列算法家族SHA;

11、密码学常用的三个单项函数原理为质数分解,如RSA算法、离散对数和椭圆曲线问题;

12、常见的共识算法;工作量证明PoW、权益证明PoS、委托股权证明DPoS-本质上中心化、瑞波共识-联盟链、拜占庭将军共识;

13、P2P技术的应用,如分布式计算、文件共享、流媒体直播、IP层语音通信。

三、区块链和加密数字货币之间的关系

1、区块链是比特币的底层技术和底层架构,比特币是区块链的成功应用;智能合约的应用让区块链有了更广泛的用途;

2、从区块链的发展历程来看,区块链是多种技术的集成,包括智能合约、共识算法、对等网络、账本数据存储、安全隐私保护等,其本身也在不断进行技术创新;而比特币只是区块链多种技术整合的一种形式。

3、链圈的人关注区块链技术本身,包括大量企业创新人员、技术人员、非技术出身而对其感兴趣的人等,他们或研究算法以提高区块链的性能、或研究区块链的应用场景以加快落地;

4、币圈的人则主要关心加密货币的价值,并期望能够从中牟利。

四、区块链发展历史及主要框架

1、区块链基础技术发展历程;1976年论文《密码学的新方向》,涵盖非对称加密、椭圆曲线算法、哈希等内容,首次提出公共密钥加密协议和数字签名概念;RSA算法

2、区块链平台发展历程;1.0的加密数字货币、2.0的企业应用-智能合约的履行、3.0的价值互联网;

3、区块链的分为公有链、联盟链、私有链;

4、比特币系统;比特币的UTXO模型,它对应的是某个地址所有的余额。锁定脚本和解锁脚本;限定的5种标准脚本-P2PKH、P2PK、P2SH|、MS、OP_Return。多重签名、数据记录输出;

5、以太坊系统;以太坊账户模型--账户余额、以太坊挖矿算法--Ethash、以太坊智能合约及以太坊虚拟机EVM---基于栈+区分存储类型、图灵完备+Gas限制计算量、环境隔离;

6、超级账本;Fabric是超级账本项目种核心平台项目,它致力于提供一个能使用于各种场景、内置共识协议可插拔、可部署分中心化的分布式账本平台;

7、核心思想-它是一个带有节点许可管理的联盟链系统,做法采用执行-排序-验证-提交模型;整体架构充分利用了模块化设计、容器技术和密码学技术,如灵活的链码信任机制、高效地扩展性、隐私保护和共识算法模块化。

8、共识算法-solo、Kafka两种共识算法;智能合约-链码,分为系统链码(LSCC\CSCC\QSCC\ESCC\VSCC)和用户链码(开发、安装、实例化、升级、运行)。隐私安全保护需求有交易数据安全保密、不可更改、交易匿名、符合监管和审计的要求,采用了密码学相关技术,包含非对称加密、数字摘要等。

五、区块链技术趋势

1、区块链有一个三元悖论,三元是说衡量区块链好坏的三个指标:高效性、去中心化和安全性;

2、比特币系统的吞吐量低,在于共识过程;

3、常用解决方案有异步共识、随机共识?分区方案、子链/侧链技术、可信执行环境、隐形中心化;

4、公开、透明和隐私的冲突,常见解决办法有同态加密技术、零知识证明技术-它是指证明者能够在不向验证者提供任何有用的信息情况下,使验证者相信某个论断是正确的。、群签名、环签名和可信执行环境等;

5、跨链技术的难点,主要有两个方面,一个是交易验证问题,如何设计区块链系统之间的信任机制,使得一个区块链可以接受并且验证另一个区块链的交易?另一个是事务管理问题,跨链交易包含多个子交易,这些子交易构成另一个事物,如何确定子交易是否被最终确认,永不会滚,及如何保证交易的原子性?所有交易要么成功,要么失败。

6、常见的解决方法有侧链、中继、哈希锁定等;

7、链式结构的共识机制的问题有吞吐率低、共识节点扩容有限、能耗大;常用的解决方法有Tangle、Hashgraph、SPECTRE/PHANTOM。

六、区块链应用的价值和场景

1、区块链提供一种在不可信环境中,进行信息与价值传递交换机制,是构建未来价值互联网的基石。

2、区块链适用场景的三个特征;第一,存在去中心化、多方参与和写入数据需求的;第二,对数据真实性要求高;第三,存在初始情况下相互不信任的多个参与者建立分布式信任的需求;

3、金融应用场景包含数字支付、跨境支付和结算、票据与供应链金融业务、证券发行和交易、客户征信和反欺诈;

4、前沿的研究认为区块链回催生一种自组织的商业模式的兴起,即以区块链以基础架构,以人工智能为驱动引擎,让相同层次趋同利益对等需求的相似/互补的人聚到一起,安全透明的交互,形成新的商业形态。

5、如果说互联网是信息的高速公路,区块链就是价值的安全航线和可信的价值互联网,它从网上无序、混乱、真伪难辨的数据提取有价值的部分,以拥有者的信用做背书,在完成共识后,实现并放大价值。

七、金融的应用案例

1、跨境清算场景中的应用,由原来的中心化方式一层层通过支付,改为现在基于区块链的点对点支付;

2、供应链金融的核心问题有三点:融资难、风控难、监管难多级链联合起来,实现每一级数据可信范围内的共享,授权给下一级链;

3、用户场景,业务KYC(know your customer);

4、区块链与跨境支付结合,利用区块链去中心,分布式账本特点,实现点对点交易,打通中间环节,构建可信交易,最大限度提示效率,节省成本开支;

5、区块链和供应金融结合,保障数据不可篡改,让数据很容易追溯,公私钥签名保证不可抵赖,让上下游的企业建立互信;区块链中的智能合约可以保障各方约定的合同可以自动执行,降低核验成本,打通企业信贷的信息壁垒,解决融资问题,提高供应链的效率;

6、区块链技术和银行的KYC结合,银行企业可以创建自身客户的身份数据,且可以提供基于身份的共享,快速构建企业之间可信数字身份体系而不泄露用户的信息。

八、供应链应用案例

1、供应链会涉及不同行业的不同企业,在地域上可能跨越不同的城市、省份甚至是国家,供应链整个流程中的上下游本质上是一层层供应商和一层层客户的关系,每个前方的业务和发展都和后方的供应有密切的联系;

2、区块链的可追溯性、透明性、不可篡改性;可以快速的发现源头、快速的处理解决问题;

3、挑战一,业务数据是否真实无法单独通过区块链技术来保证,基于区块链技术的溯源场景市供应链的一个细分行业;希望产生的数据对各方透明、容易被追溯、数据真实可信、产品安全可靠;而目前需要靠管理手段来规范,迫切需要结合物联网技术来保证数据的可靠性;

4、供应链的区块链系统需核心企业的上下游多方共同参与,任意一方的缺失都会导致整个商品生命周期信息的缺失 ,这是该行业的重大挑战;

5、供应链和物流参与方众多,没有强中心化组织、流程复杂、这些特点在传统的中心化结构中存在过程不透明、难以追踪、管理困难等问题,而区块链的多方共享、不可篡改账本、多方共识,全程克追踪等特点刚好适合供应链和物流行业。

九、政务服务应用案例

1、在租房领域,虚假房源泛滥、黑中介横行、租客和房东之间缺乏信任、行业交易率低下等问题一直存在;

2、租房的各个环节信息都会记在区块链上,它们之间的每个流程都会进行相互验证,租客就不必担心遇到假房东、租到假房子;

3、在税务变革中的应用,传统的税票的办理时间周期长、流程比较复杂,需要一层一层的传递,人工审核容易出错,有些人还会开一些虚假发票;对于贷款方面,中小微企业的覆盖率低,而且信息收集的不到位;

4、采用区块链技术开发票后消费者结账后可以从网上申请开票、存储、报销,且报销状态实时可查;实现交易即开票,开票即报销,基于区块链分布式账本的远离,纳税人的交易信息真实有效,且不可篡改。

5、传统纸质财政票据的印制成本高、开具效率低下、管理不规范、不便于监督检查等问题日益突出,越来越不适应现代信息网络科技技术的发展,制约了网络缴款、电子支付等新兴缴款模式在政府收费中的应用。

6、共享账本端到端打通了多各个组织间的异构系统,使得票据数据在联盟成员间完全透明化;智能合约和共识机制保证了链上数据的更改权限掌握在必要的角色中,避免了集中化的数据存储介质;多中心化和块链结构账本保证了票据难以篡改,以及天然的容灾备份,很大程度上防止了由于黑客攻击等造成的安全威胁。

十、存证及版权应用案例

1、版权保护,又称著作权保护,实质上是一种控制作品使用的机制。

2、数字版权保护技术就是对各类数字内容的知识产权进行保护的一系列软硬件技术,用以保证数字内容在整个生命周期内的合合法使用,平衡数字内容价值链中各个角色的利益和需求,促进整个数字化市场的发展和信息的传播。

3、传统的版权效率保护低下,无法应对海量的数字作品;传统的版权保护成本过高;取证维权难;维权周期长;难以形成有效市场;

4、区块链版权的价值,它能快速有效地保护作者权益;去中心化版权保护,降低版权保护成本,提高维权效率;打通版权信息孤岛,构筑版权互信,形成有效数字市场,促进数字行业地良心发展;

5、建立区块链版权联盟链,任何一条版权信息任何人都无法篡改且随时可以追溯;公证处和版权局作为联盟链节点之一,区块链版权存证所有信息都会同步到公证处,保证任何时刻都可以出局公证证明,具有最高司法效力;国家授权中心提供时间戳。

6、挑战,一是付费商业模式和付费意识不健全是对区块链版权应用地极大挑战;区块链本身地技术成熟也会制约其应用规模;现有法律体系对区块链价值地认可和兼容是区块链版权能否深入发展的关键。

十一、能源领域应用案例

1、通过互联网促进能源系统扁平化,推进能源生产与消费模式革命,提高能源利用效率,推动节能减排,加强分布式能源网络建设,提高可再生能源占比,促进能源利用结构优化,加快发电设施、用电设施和电网智能化改造,提高电力系统的安全性、稳定性和可靠性;

2、推进能源生产智能化;建设分布式能源网络;探索能源消费新模式;发展基于电网的通信设施和新型业务;

3、消费者缺少选择导致用电成本高;分布式电网管理控制困难;碳资产开发流程不透明;

4、价值:不依赖第三方的去中心化交易平台;利用智能合约实现电网分布式管理;碳资产/新能源交易环节简化及端到透明化和防篡改;

十二、区块链应用的判断准则

1、准则一:是否储存状态?把区块链理解为一个分布式数据库,使用数据库的各个方面都可以储存交易数据,我们可以把存储的数据称之为状态。

2、从业务角度来说,不需要共享的数据不适合上链;从性能角度来说,过于庞大的数据和更新过于频繁的数据不适合上链;

3、什么样的数据适合上链呢?简单来说就是需要共享的、需要具备可信度、不能篡改的并且需要可追溯的数据。

4、准则二:是否多方协同写入;去中心化的系统需要多方的参与,才能体现它的优势和特点;

5、准则三:多方是否互信;区块链的意义在于使得户部信任的各方可以通过区块链传递和获取信任,并且这种信任建立的成本是很低的,具有极高的性价比。

6、准则四:TTP是否能完美解决;TTP的成本是否能接受?TTP的缺陷我们能否接受?

7、准则五:是否限制参与;作为参考即可。

十三、如何使用公有云区块链服务

1、使用公有云可以按需购买,在业务初期可以购买少量的进行测试验证,当业务量上来后,可以迅速扩容,业务量减少,可以弹性减少资源占用,从而节约成本。

2、一个完整的企业区块链应用架构由上至下包含三层:业务应用层、合约层和底层区块链平台层,这三个层级决定了区块链应用开发的成本,是企业在区块链应用的决策、需求分析以及架构阶段需要着重考量的方面。

3、业务应用层,这一层是区块链应用对外的表现层,主要功能是对外提供友好易用的界面为企业用户提供业务服务,形式可以为一个Web应用或者一个手机移动端的APP。

4、合约层是智能合约的部署层,是企业应用区块链最重要的一层,他封装了企业对区块链使用的全部业务逻辑,是企业业务精髓的体现,每个企业的智能合约都不今年相同,是需要每一个开发区块链的企业用户用心设计,定制开放的部分。

5、区块链服务基于华为云解决的解决方案有三种,分别是合作伙伴+华为云BCS、企业+合作伙伴+华为云BCS、企业+华为云BCS。

6、基于华为云开发区块链的6个步骤,分别是业务场景分析,是否适合区块链、梳理上链信息,数据是否适合上链、创建区块链服务、编写链码并部署、业务集成、区块链服务运维。

区块链未来

第十四章、区块链的价值及前景

1、这是最好的时代,也是最坏的时代;这是智慧的时代,也是愚昧的时代;这是信仰的纪元,也是怀疑的纪元;这是光明的季节,也是黑暗的的季节;这是希望之春,也是失望之冬;我们面前应有尽有,我们面前一无所有;我们正走向天堂,我们正走下地狱。

2、区块链缩短了人与人之间信任的距离;

3、区块链咋桑叶社会的影响体现在三个方面;一是降低社会交易成本;二是提升社会效率;三是交易透明可监管;

第十五章、区块链的其它声音

1、区块链技术可以很好的应用于溯源,在一定程度上保证资料来源和变动历史的可信度,但它解决不了源头信息造假的问题;即业界所说的,链上数据不可篡改,但上链的原始数据是需要人来进行输入的,即由人进行控制的。

2、ICO事件;

3、各国对区块链地态度;有禁止到谨慎开放,有积极开放和融入法规的等;

第十六章,区块链的发展趋势

1、区块链从探索阶段到应用阶段;

2、企业应用成为区块链的主战场;

3、区块链将是一种改变商业模式的基础设施;

4、区块链技术体系逐渐清晰,应用正加速落地;

5、区块链知识产权保护的竞争愈发激烈;

6、区块链标准规范的重要性日益突出;

7、区块链和新技术结合带来新的产品与服务。

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