論文區塊鏈

⑴ 區塊鏈在金融領域的前景分析論文

區塊鏈在金融領域的前景分析論文

區塊鏈技術誕生於2008年，第一個應用是畢特幣。區塊鏈技術使用去中心化共識機制，維護一個完整的、分布式的、不可篡改的賬本資料庫，在無需建立信任關系的前提下，能夠讓區塊鏈中的參與者實現一個統一的賬本系統。2015年，歐美的很多主流金融機構認識到了該技術的應用前景，紛紛探索在金融領域應用區塊鏈技術。國際貨幣基金組織在一份報告中指出「它具有改變財政金融的潛力」，也有人認為區塊鏈技術將會像復式記賬法和股份制一樣深刻改變人類社會。

區塊鏈將使所有個體都有可能成為金融資源配置中的重要節點，也將促進現有金融體系與金融規則的改良，構建共享共贏式的金融發展生態體系。區塊鏈技術的出現是人類信用創造的一次革命，它能讓交易雙方在無需第三方信用中介的情況下開展經濟活動，從而實現低成本的價值轉移。可以說，區塊鏈技術是互聯網時代效率更高的價值交換技術，互聯網由此從傳遞信息的信息互聯網向轉移價值的價值互聯網進化，這有利於傳統金融機構借勢轉型，將內生的業務流程和應用場景互聯網化。

一、區塊鏈的特徵與不足

(一)區塊鏈的主要特徵

(1)去中心。在區塊鏈中，不存在中心化的硬體或管理機構，分布式的結構體系和開源協議讓所有的參與者都參與數據的記錄和驗證，再通過分布式傳播發送給各個節點，每個參與的節點都是「自中心」，權利和義務都是均等的。區塊鏈又不是簡單的去中心，而是多中心或弱中心。當物聯網使所有個體都有可能成為中心節點時，傳統金融中介的中心地位發生改變，從壟斷型、資源優勢型的中心和強中介轉化為開放式平台，成為服務導向式的多中心當中的差異化中心。

(2)去信任。從信任的角度來看，區塊鏈採用一套公開透明的數學演算法，基於協商一致的規范和協議，使所有節點能夠在去信任的環境下自動安全地交換數據。區塊鏈實質上是通過數學方法解決信任問題，所有的規則都以演算法程序的形式表達，參與方不需要知道交易對手的信用水平，不需要第三方機構的交易背書或者擔保驗證，只需要信任共同的演算法，通過演算法為參與者創造信用、產生信任、達成共識。

(3)時間戳。區塊是一段時間內的數據和代碼打包而生成的，下一區塊的頁首包含上一區塊的索引信息，首尾相連便形成了鏈。記錄完整歷史的區塊與可進行完整驗證的鏈，形成了可追朔完整歷史的時間戳，可為每一筆數據提供檢索和查找功能，並可藉助區塊鏈結構追本溯源，逐筆驗證。所以，區塊鏈生成時都加蓋了時間戳，形成不可篡改、不可偽造的資料庫。單個節點上對資料庫的修改是無效的，除非能夠同時控制系統中超過51%的節點，因此區塊鏈的數據可靠性很高。

(4)非對稱加密。區塊鏈使用非對稱加密演算法，即在加密和解密過程中使用一個「密鑰對」，「密鑰對」中的兩個密鑰具有非對稱特點。在區塊鏈的應用場景中，一方面，密鑰是所有參與者可見的公鑰，參與者都可用公鑰來加密一段真實性信息，只有信息擁有者能用私鑰來解密。另一方面，使用私鑰對信息簽名，通過對應的公鑰來驗證簽名，確保信息為真正的持有人發出。非對稱加密將價值交換中的摩擦邊界降到最低，能夠實現透明數據的匿名性，保護個人隱私。

(5)智能合約：由於區塊鏈可實現點對點的價值傳遞，傳遞時可以嵌入相應的編程腳本，通過這種智能合約的方式去處理一些無法預見的交易模式，保證區塊鏈能夠持續生效。這種可編程腳本本質上是眾多指令匯總的列表，實現價值交換時的針對性和條件性，實現價值的特定用途。所以，基於區塊鏈的任何價值交換活動都可通過智能編程的方式對其用途、方向和各種限制條件等做到硬控制，省去了以法律或者合同軟約束的成本。

(二)區塊鏈存在的主要問題

(1)高能耗問題。傳統貨幣銀行學體系中存在不可能三角，即不可能同時達到去中心化、低能耗和高度安全，在區塊鏈構建中也同樣存在不可能三角。比如，在畢特幣的實際應用中，其發展帶來了計算機硬體的快速膨脹，在「挖礦」過程中的主要成本轉移到硬體成本和電力成本等。所以，應用區塊鏈技術實現權益成本收益後，讓其技術功效發揮至最大化成為急需解決的問題。

(2)存儲空間問題。由於區塊鏈記錄系統中自初始信息的每一筆交易信息，並且每個節點都要下載存儲並實時更新數據區塊，所以，每個節點的數據都完全同步的話，網路壓力較大，每個節點的存儲空間容量要求可能會成為制約其發展的關鍵問題。

(3)抗壓能力問題。基於區塊鏈構建的.系統遵循木桶理論，要兼顧所有網路節點中處理速度和網路環境最差的，所以，如果將區塊鏈技術推廣至大規模交易環境下，其整體的抗壓能力還有待驗證。如果每秒產生的交易量超過系統(最弱節點)的設計容納能力，交易就自動進入到隊列進行排隊，帶來不良用戶體驗。

二、區塊鏈在金融領域的應用

(一)金融基礎設施

區塊鏈可能作為互聯網的基礎設施，在很多領域都表現出廣闊的應用前景。在金融行業中，區塊鏈技術將首先影響支付系統、證券結算系統、交易資料庫等金融基礎設施，隨後該技術也會擴及一般性金融業務，比如信用體系、「反洗錢」等。這是因為，基於區塊鏈技術的特點，其將首先切入信任要求高且傳統信任機製成本高的基礎設施領域，過去，基礎設施都是公共產品，而區塊鏈新技術和新制度使更多人有可能參與公共產品供給。未來的互聯網金融是要利用區塊鏈等互聯網技術，改造傳統金融機構的核心生產系統，把金融企業架構在互聯網上。

當前的信息互聯網可統稱為TCP/IP模型，HTTP是應用層中最重要的應用協議。在價值互聯網中，區塊鏈是在應用層里的一個點對點傳輸的協議。它的價值與信息互聯網中HTTP協議的價值是一樣的。區塊鏈的巨大潛力和前景就是可以重構傳統金融業的基礎設施與核心生產系統，而不僅僅停留在APP等應用層面。這是因為，在網路層次，區塊鏈是建立在IP通信協議基礎上的，是建立在分布式網路基礎上的;在數據層面，區塊鏈這一資料庫系統是嶄新的，明顯優於現有金融體系的資料庫;在應用層面，基於區塊鏈的登記結算、清算系統以及智能合約、物聯網能大幅提升效率，區塊鏈上的金融活動是可編程的金融。.

(二)數字的貨幣

從安全、成本等角度看，紙幣被新技術、新產品取代是大勢所趨。數字的貨幣發行、流通體系的建立，對於金融基礎設施建設和經濟發展都是十分必要的。遵循傳統貨幣與數字的貨幣一體化的思路，數字的貨幣的發行、流通和交易應由央行主導，體現便利性和安全性，做到保護隱私與維護社會秩序、打擊違法犯罪行為的平衡，要有利於貨幣政策的有效運行和傳導，要保留貨幣主權的控制力，數字的貨幣是自由可兌換的，同時也是可控的可兌換。

區塊鏈技術在畢特幣上的成功證明了可編程數字的貨幣的可行性。英國央行的研究表明，中央銀行可以考慮發行基於區塊鏈的數字的貨幣，這可增加金融穩定性。數字的貨幣的技術路線可分為基於賬戶和不基於賬戶兩種，也可分層並用而設法共存。區塊鏈技術的特點是分布式簿記，不基於賬戶，而且無法篡改，如果數字的貨幣重點強調保護個人隱私，可選用這一技術。不過，目前區塊鏈佔用的計算資源和存儲資源太多，應對不了現在的交易規模，需要解決這一問題才能得到推廣應用。

(三)自金融

如果從服務的角度、從非貨幣創造角度來看，現代金融都是通過中介機構實現的。互聯網時代，有可能實現去中介化的真正意義上的直接金融。不過，這種可能性還不完全，最主要的原因是目前互聯網金融是在原有金融基礎之上的，無法跳出來，區塊鏈技術提供了一種可能性。區塊鏈可分為公有區塊鏈和私有區塊鏈。公有區塊鏈就是像畢特幣這樣的，認可了協議，就成為區塊鏈的組成部分。私有區塊鏈仍然是要獲得許可的，銀行系統的區塊鏈技術，需要對每一個參與者進行審核。私有區塊鏈非常近似於一種自金融的形態，公有區塊鏈更類似於對私有區塊鏈底層的支持和保障。當區塊鏈技術普遍應用，金融管理技術的第三方化普通呈現，基於區塊鏈技術的自金融就完全成為可能。

三、區塊鏈應用與金融監管

區塊鏈技術是目前唯一無需第三方就可用於記錄和證明交易一致性和公司財務准確性的工具。因此，它可以滿足潛在監管者和公眾對於審計有效性、准確性和時效性的要求，在金融領域有著廣闊的應用前景。但其發展仍受到現行制度的制約。一方面，區塊鏈對現行體制帶來了沖擊，因為其去中心、自治的特性淡化了國家、監管等概念。比如，以畢特幣為代表的數字的貨幣挑戰了國家的貨幣發行權和貨幣政策調控權，導致貨幣當局對數字的貨幣的發展持保守態度。另一方面，監管部門對這項新技術也缺乏充分的認識和預期，法律和制度建立將會嚴重滯後，導致區塊鏈運用缺乏必要的制度規范和法律保護，增大了市場主體的風險。

區塊鏈金融技術一旦在金融業普遍展開以後，監管的去金融屬性化就產生了，監管職能、監管方式和監管手段將會被重新界定。比如，證券借貸、回購和融資融券如能通過區塊鏈交易，監管部門就可考慮利用這個公共賬本的信息對市場中的系統性風險進行監控，不僅高效而且可靠。從宏觀金融視角看，當自金融時代產生以後，貨幣創造和傳導機制以及信用創造格局將會變化。從微觀金融視角看，隨著區塊鏈技術的進一步發展，金融與商業已經難以區分，將超越分業和混業監管的含義，金融監管體系的改革需要從這個視角來探討。

區塊鏈技術帶來的「去中心化」仍需要中心化的部門提供規范和保障支持。監管機構可主動擁抱互聯網金融的新技術，美國證監會委員Kara Stein認為，監管機構需要處於引導位置，利用區塊鏈技術的優勢並快速響應其潛在的弱點。比如，區塊鏈技術希望打破特權和人為操縱，讓計算機演算法實現「信用自由公證」。但從實踐來看，由於缺乏監管，畢特幣等數字的貨幣交易面臨的投機和洗錢風險就很高。因此，區塊鏈技術應用需要監管部門制定相關標准和規范，保證金融創新產品得到合理運用。同時，還要提高消費者權益的保護，加強金融消費權益保護的教育工作，提高消費者的風險防範意識。

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⑵ 區塊鏈可不可以寫進有關數據結構的論文里

你考上可不可以寫進有關數據結構的路人里，區塊鏈兒可以寫進數據結構的論文里。

⑶ 區塊鏈畢業設計開題報告

課題研究的背景：

隨著現代科技與信息產業的發展，現階段,第四次工業革命初見端倪,全球即將進入一個以互聯網、人工智慧等新技術為核心的科技時代,同時,區塊鏈技術應運而生,成為國際眾多政府與行業關注的熱點對象。區塊鏈技術已經被視為繼蒸汽機、電力、信息和互聯網科技之後,最有潛力觸發第五輪顛覆性革命浪潮的核心技術。過去10年,在政府與政策的大力支持下,我國公益慈善事業的發展形勢較為樂觀。然而隨著慈善規模不斷發展擴大,我國公益事業逐漸顯露了一些弊端。傳統的公益事業存在的最大問題是公信力不足,存在慈善組織內部管理不健全、成本高等問題,但目前許多互聯網公益服務公司正積極利用區塊鏈這一新技術解決該問題。區塊鏈技術具有去中心化、信息可追溯且不可篡改、公開透明、智能合約等特點,能夠彌補傳統公益事業中存在的信息不透明、管理效率低等不足, 區塊鏈技術進入公益事業,將為慈善行業帶來新的發展契機。

課題研究的主要內容： 本課題主要包括以下三個方面的內容：

[if !supportLists]一、[endif]區塊鏈技術與公益結合會出現的問題並解決。

[if !supportLists]二、[endif]基於區塊鏈技術做一個公益查詢網頁

[if !supportLists]三、[endif]對該查詢系統應用問題及闡述

課題研究的目的：

我國公益規模不斷的發展擴大，隨之而來我們的弊端也被顯露出來，公信力不足，慈善組織缺乏管理，而利用區塊鏈技術可以達到解決這問題的效果。該技術會在捐贈流程中實行數據和行為的全程跟蹤，存證，實現公益鏈的完整公開，使捐贈者進行有效監督，避免了效率低，資金流向明確等缺點，為公益項目控股風險，提升公信力和公益項目的透明度，促進公益項目的發展與進步，增強了人與人的信任。公益性企業根據區塊鏈系統的屬性與特點,可以在公益流程中實行數據與行為的全周期跟蹤、存證與審計,使公益項目參與各方能夠對該項目進行全程跟蹤及有效監督, 避免公益中因人為降低效率的缺點,從而為公益項目提供控制風險、判斷效果的理性方法, 提升公益事業的透明度,促進公益發展。

  課題研究的意義： 本課題擬在區塊鏈技術的基礎上，結合我國公益事業發展實際，做出關於公益事業捐贈的追蹤，公開透明的系統。通過對區塊鏈技術和慈善事業業務的深入分析, 我們發現區塊鏈技術對解決公益透明性問題有著天然優勢。區塊鏈技術可理解為是一種分布式的記賬方式,可記錄所有交易信息並確保無法篡改,這就決定了凡需要公正、公平、誠信的地方,區塊鏈都有很大的技術發揮空間。同時,智能合約的加入直接解決了專款專用這一業務難題。

    最終將會實現公民之間信任增強，捐贈渠道速度加快，推動社會捐助事業的發展

二、文獻綜述 （國內外相關研究現況和發展趨向）

[if !supportLists] (一) [endif] 國外區塊鏈相關產業現狀

  中歐在區塊鏈產業政策中逐漸佔領全球，歐盟在2018年2月已成立歐洲區塊鏈觀察論壇，主要職責包括:政策確定，產學研聯動,跨國境BaaS

  (Blockchain as a Service)服務構建，標准開源制定等，組在Horizon2020投入 500萬歐作為區塊鏈研發基金(在2018年12月19日前)，預計三年內(2018-2020) 區塊鏈方面投資將達到3.4億歐元。美國則由於各州之間政策不一，雖然區塊鏈在美國初創企業中仍然是熱潮，產業政策推動-直較慢。中東地區以迪湃為首在引|領區塊鏈的潮流，由政府牽頭，企業配合以探索區塊鏈的新技術應用。亞太區域日韓也相對活躍，日本以NTT為主,政府背後提供支撐，韓國以金融為切入點探索區塊鏈應用。主義也時刻在威脅著中國社會的各個領域。綜觀國外主要發達國家新媒體文化的發展現狀，總結經驗，吸取教訓，對中國新媒體文化發展有一定的啟示。

[if !supportLists] (二） [endif] 國內新媒體研究現狀

     中國國務院印發《「十三五」國家信息化規劃》，區塊鏈與大數據、人工智慧、機器深度學習等新技術，成為國家布局重點。中國人民銀行印發了《中國金融業信息技術"十三五」發展規劃》，明確提出積極推進區塊鏈、人工智慧等新技術應用研究，並組織進行國家數字貨幣的試點。在2017年10月，工信部發布《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》，這是首個落地的區塊鏈官方指導文件。

各地政府，特別是沿海地區紛紛成立區塊鏈實驗地、研究院。前，深圳、杭州、廣州、貴陽等地政府都在積極建立區塊鏈發展專區,給予特別扶植政策。中廣州在2017年12月正式發布廣州區塊鏈10條策略,在黃浦區和開發區打造區塊鏈企業技術創新區。深圳在2018年3月由深圳市經濟貿易和信息化委員會發布《市經貿信息委關於組織實施深圳市戰略性新興產業新一代信息技術信息安全轉型201 8年第二批扶持計劃的通知》，區塊鏈在扶持方向之列，這是繼廣州、貴陽、鴿杭州之後,國內第5個地方政府，出台的關於區塊鏈的扶持政策。

( 三）區塊鏈在開源領域的現狀

    超級賬本(Hyperledger)

超級賬本(Hyperledger)是由Linux基會於2015年發起的推進區塊鏈數字技術和交易驗證的開源項目，吸引了包括IBM,英特爾，Fujitsu,UPS,Cisco,華為，Redhat,Oracle,三星，騰訊雲，網路金融等眾多公司參與，目前已經有超過200家會員單位，Aache基金會創始人BranBehlendorf擔任賬本項目的執行董事。

  超級賬本項目的目標是讓成員共同合作，共建開放平台，滿足來自多個不同行業的用戶案例並簡化業務流程。流程賬本旗下有多個區塊鏈平台項目，包括BIM貢獻的Fabric項目，Intel貢獻的Sawtooth項目，以及Iroha,Burrow,Indy等。

區塊鏈在標准領域的發展現狀

ITU-T

ITU-T (國際電信聯盟標准化組織)於2016至2017年初，SG16 (Study Group)、SG17和SG20分別啟動了分布式賬本的總體需求、安全,以吸在物聯網中的應用研究。成立三個焦點組Focus Group (分布式賬本焦點組(FG DLT)、數據處理與管理焦點組(FG DPM) )、法定數字貨幣焦點組(FG DFC) ), 分別針對區塊鏈與分布式賬本技術應用與服務研究,基於區塊鏈建立可信任的物聯網和智慧城市數據管理框架，基於數字貨幣的區塊鏈應用展開標准化工作。華為擔任分布式賬本焦點組(FG DLT)架構組主席和數據處理與管理焦點組(FGDPM)區塊鏈組主席。

CCSA (中國通信標准化協會)兩個委員會分別成立了子組和項目:

CCSA TC10 (物聯網技術工作委員會) 2017年10月成立物聯網區塊鏈子組:負責區塊鏈技術在物聯網及其涵蓋的智慧城市、車聯網、邊緣計算、物聯網大數據、物聯網行業應用、物流和智能製造等領域的應用研究與標准化，由中國聯通技術專家擔任組長，華為技術專家擔任副組長。  

CCSA TC1 (互聯網與應用技術工作委員會)下區塊鏈與大數據工作組完成兩個區塊鏈行業標准:《區塊鏈: 第1部分區塊鏈總體技術要求》和《區塊鏈:第2部分評價指標和評測方法》，華為積極參與其中。

JPEG

201 8年2月第78屆JPEG會議期間，JPEG委員會組織了關於區塊鏈和分布式賬本技術及其對JPEG標准影響的特別會議。考慮到區塊鏈和分布式賬本等技術對未來多媒體的潛在影響，委員會決定成立一個特設小組在多媒體環境下探索與區塊鏈技術相關的用例和標准化需求，歧持專注於圖像和多媒體應用的標准化工作。

IETF

在2017年6月lETF99會議上成立"Decentralized Internet  Infrastructure ProposedRG

(Research Group),計劃研究區塊鏈架構和相應的標准，201 8年IETF在區塊鏈上將可能更多的關注區塊鏈的互聯互通的標準的落地發展。

 

三、擬採取的研究方法（方案、技術路線等）和可行性論證

本課題主要研究區塊鏈技術的應用於慈善捐贈的結合採取的研究方法：

1、以文獻資料法收集相關理論，以信息檢索、篩選等方法收集文獻資料及其相關理論，來了區塊鏈技術的現狀，掌握區塊鏈去中心化技術。

2、以理論與實際相結合的方法，將該技術與公益事業結合起來。完成對系統的改進。

3、採用對比分析的方法，從國內外兩個方面討論新媒體運營發展現狀，以及我國新媒體運營模式發展的現存問題，並展望該技術領域的發展前景。

可行性論證：

1、技術可行性，本課題所涉及的研究目標，在國內外已經有相當多的理論基礎。通過文獻調查，可以了解到實際的、可靠的、有用的信息數據，實際要求的難度不大。

2、經濟可行性，本課題的研究，可以通過網路和圖書館查閱文獻資料，方便可行，不需要很多的經濟消耗，所以，從經濟的角度，完全可行。

3、操作可行性，本課題要求對區塊鏈技術與公益的結合特別是追溯這些方面應用，對關於此課題的畢業設計的系統的全面解析，能夠通過對既有文獻的學習和既有資料文檔的研習，利用自己搜集的數據，進行整理和分析，學以致用，完整的完成本次課題。從可操作性的角度來講，完全可行。

四、預期結果（或預計成果）

1、通過對資料的研究，明確區塊鏈技術的相關概念，熟練運用dapp，製作出網頁。

2、通過對分布式應用，製作出可以使大眾快速瀏覽與了解公益進程的系統為我國公益事業進一步發展增加便利。

3、希望我能夠從這次論文的撰寫的過程中不斷學習，不斷進步。能夠掌握區塊鏈的相關的知識，對自己以後的事業能有所幫助。

⑷ 一文看懂互聯網區塊鏈

一文看懂互聯網區塊鏈

一文看懂互聯網區塊鏈，要了解區塊鏈，就不得不從互聯網的誕生開始研究區塊鏈的技術發展簡史，從中發掘區塊鏈產生的動因，並由此推斷區塊鏈的未來。下面讓我們一文看懂互聯網區塊鏈。

一文看懂互聯網區塊鏈1

區塊鏈的鼻祖就是麻將，最早的區塊鏈是中國人發明的！區塊鏈就跟麻將一樣，只不過麻將的區塊比較少而已，麻將只有136個區塊，各地麻將規則不同可視作為比特幣的硬分叉。

麻將作為最古老的區塊鏈項目，四個礦工一組，最先挖出13位正確哈希值的獲得記賬權以及獎勵，採用願賭服輸且不能作弊出老千的共識機制！

麻將去中心化，每個人都可以是庄，完全就是點對點。

礦池=棋牌室的老闆抽佣。

不可篡改，因為說服其他三個人需要消耗太多算力和體力。

典型的價值互聯網。我兜里的價值用不了八圈，就跑到他們兜里去了。

中國人基本上人手打得一手好麻將，區塊鏈方面生產了全球70%~80%的礦機，並擁有全世界最多的算力，約佔77%的算力

麻將其實是最早的的區塊鏈項目：

1，四個礦工一組，先碰撞出13個數字正確哈希值的礦工可以獲得記賬權並得到獎勵。

2，不可篡改。因為說服其他三個人需要消耗太多算力和體力。

3，典型的價值互聯網。我兜里的價值數字貨幣www.gendan5.com/digitalcurrency/btc.html用不了八圈，就跑到他們兜里去了。

4、去中心化，每個人都可以是庄，完全就是點對點。

5、UTXO，未花費的交易支出。

還有另外一種賒賬的區塊鏈玩法，假設大家身上都沒現金

細究一下，在大家達成共識時，我們看不到任何中介或者第三方出來評判丙贏了，大家給丙的獎勵也不需要通過第三方轉交給丙，都是直接點對點交易，這一過程就是去中心化，牌友們（礦工）各自記錄了第一局的戰績，丙大胡自摸十三幺，乙杠了甲東風，記錄完成後就生成了一個完整的區塊，但要記住，這才只是第一局，在整個區塊鏈上，這才僅僅是一個節點，開頭說的8局打完，也就是8個節點（區塊），8個區塊連接在一起就形成了一個完整賬本，這就是區塊鏈。因為這個賬本每人都有一個，所以就是分布式賬本，目的就是為了防止有人篡改記錄，打到最後，誰輸誰贏一目瞭然。

4個男士（甲乙丙丁）湊在一塊打麻將來錢，大家都沒帶現金，於是請一美女（中心化）用本子記賬，記錄每一局誰贏了多少錢、誰輸了多少錢？最後結束時，大家用支付寶或微信支付結總賬，但是如果這位美女記賬時記錯了或者預先被4人中的某人買通了故意記錯，就保證不了這個游戲結果的公正公平合理性，你說是不是？那怎麼辦呢？如果你「打麻將」能用「區塊鏈」作為游戲規則改編為如下：

4個男士（甲乙丙丁）湊在一塊打麻將來錢，大家都沒帶現金，乙說讓她帶來的美女記賬，甲說這位美女我們都不認識，於是甲乙丙丁4人一致約定每個人每局牌都在自己的手機上（區塊鏈節點）同時記賬（去中心化），最後打完麻將，直接手機上以電子貨幣結賬時，大家都對一下記賬的的結果，本來應該是一樣的記賬結果。

假設本來結果是甲手機上記的賬：乙欠甲10元。但乙手機上的記錄卻是不欠，可是其餘2人（丙、丁）和甲的記賬一樣，那還是按照少數服從多數規則結算，另外大家心裡對乙的誠信印象就差評了，下次打麻將就不會帶乙一起玩了。

除非乙預先買通（丙、丁）2人讓其故意作假，但乙買通他們2人的代價是10萬元（賴賬10元的1萬倍），那常理上乙只能選擇放棄，因為做假成本太高了。

假設即使乙在打牌的過程中，偷偷願意以高價10萬元預先買通丙、丁做這筆巨虧的傻貓交易，但區塊鏈的規則是按時間戳記賬的，原來是下午1點鍾記賬乙欠甲10元的，即丙和丁下午3點鍾再改賬時，時間是不可逆的，只能記下午3點鍾，那就又不吻合游戲規則了。

實際上在2017年博主已經開發出了一套麻將幣

中國最早的區塊鏈項目：四個礦工一組，最先從 148 個隨機數字中碰撞出 14 個數字正確哈希值的礦工，可以獲得一次記賬權激勵，由於分布式記賬需要得到其他幾位礦工的共識，因此每次記賬交易時間長約十幾分鍾。

一文看懂互聯網區塊鏈2

一、比特幣誕生之前，5個對區塊鏈未來有重大影響的互聯網技術

1969年，互聯網在美國誕生，此後互聯網從美國的四所研究機構擴展到整個地球。在應用上從最早的軍事和科研，擴展到人類生活的方方面面，在互聯網誕生後的近50年中，有5項技術對區塊鏈的未來發展有特別重大的意義。

1、1974誕生的TCP/IP協議：決定了區塊鏈在互聯網技術生態的位置

1974年，互聯網發展邁出了最為關鍵的一步，就是由美國科學家文頓瑟夫和羅伯特卡恩共同開發的互聯網核心通信技術－－TCP/IP協議正式出台。

這個協議實現了在不同計算機，甚至不同類型的網路間傳送信息。所有連接在網路上的計算機，只要遵照這個協議，都能夠進行通訊和交互。

通俗的說，互聯網的數據能穿過幾萬公里，到達需要的計算機用戶手裡，主要是互聯網世界形成了統一的信息傳播機制。也就是互聯網設備傳播信息時遵循了一個統一的法律-TCP/IP協議。

理解TCP/IP協議對掌握互聯網和區塊鏈有非常重要的意義，在1974年TCP/IP發明之後，整個互聯網在底層的硬體設備之間，中間的網路協議和網路地址之間一直比較穩定，但在頂層應用層不斷涌現層出不窮的創新應用，這包括新聞，電子商務，社交網路，QQ，微信，也包括區塊鏈技術。

也就是說區塊鏈在互聯網的技術生態中，是互聯網頂層-應用層的一種新技術，它的出現，運行和發展沒有影響到互聯網底層的基礎設施和通訊協議，依然是按TCP/IP協議運轉的眾多軟體技術之一。

2、1984年誕生的思科路由器技術：是區塊鏈技術的模仿對象

1984年12月，思科公司在美國成立，創始人是斯坦福大學的一對夫婦，計算機中心主任萊昂納德·波薩克和商學院的計算機中心主任桑蒂·勒納，他們設計了叫做「多協議路由器」的聯網設備，放到互聯網的通訊線路中，幫助數據准確快速從互聯網的一端到達幾千公里的另一端。

整個互聯網硬體層中，有幾千萬台路由器工作繁忙工作，指揮互聯網信息的傳遞，思科路由器的一個重要功能就是每台路由都保存完成的互聯網設備地址表，一旦發生變化，會同步到其他幾千萬台路由器上（理論上），確保每台路由器都能計算最短最快的路徑。

大家看到路由器的運轉過程，會感到非常眼熟，那就是區塊鏈後來的重要特徵，理解路由器的意義在於，區塊鏈的重要特徵，在1984年的路由器上已經實現，對於路由器來說，即使有節點設備損壞或者被黑客攻擊，也不會影響整個互聯網信息的傳送。

3、隨萬維網誕生的B/S（C/S）架構：區塊鏈的對手和企圖顛覆的對象

萬維網簡稱為Web，分為Web客戶端和伺服器。所有更新的信息只在Web伺服器上修改，其他幾千，上萬，甚至幾千萬的客戶端計算機不保留信息，只有在訪問伺服器時才獲得信息的數據，這種結構也常被成為互聯網的B/S架構，也就是中心型架構。這個架構也是目前互聯網最主要的架構，包括谷歌、Facebook、騰訊、阿里巴巴、亞馬遜等互聯網巨頭都採用了這個架構。

理解B/S架構，對與後續理解區塊鏈技術將有重要的意義，B/S架構是數據只存放在中心伺服器里，其他所有計算機從伺服器中獲取信息。區塊鏈技術是幾千萬台計算機沒有中心，所有數據會同步到全部的計算機里，這就是區塊鏈技術的核心，

4、對等網路（P2P）：區塊鏈的父親和技術基礎

對等網路P2P是與C/S(B/S)對應的另一種互聯網的基礎架構，它的特徵是彼此連接的多台計算機之間都處於對等的地位，無主從之分，一台計算機既可作為伺服器，設定共享資源供網路中其他計算機所使用，又可以作為工作站。

Napster是最早出現的P2P系統之一，主要用於音樂資源分享，Napster還不能算作真正的對等網路系統。2000 年3月14 日，美國地下黑客站點Slashdot郵寄列表中發表一個消息，說AOL的Nullsoft 部門已經發放一個開放源碼的Napster的克隆軟體Gnutella。

在Gnutella分布式對等網路模型中，每一個聯網計算機在功能上都是對等的，既是客戶機同時又是伺服器，所以Gnutella被稱為第一個真正的對等網路架構。

20年裡，互聯網的一些科技巨頭如微軟，IBM，也包括自由份子，黑客，甚至侵犯知識產權的犯罪分子不斷推動對等網路的發展，當然互聯網那些希望加強信息共享的理想主義者也投入了很大的熱情到對等網路中。區塊鏈就是一種對等網路架構的軟體應用。它是對等網路試圖從過去的沉默爆發的標桿性應用。

5、哈希演算法：產生比特幣和代幣（通證）的關鍵

哈希演算法將任意長度的數字用哈希函數轉變成固定長度數值的演算法，著名的哈希函數如：MD4、MD5、SHS等。它是美國國家標准暨技術學會定義的加密函數族中的一員。

這族演算法對整個世界的運作至關重要。從互聯網應用商店、郵件、殺毒軟體、到瀏覽器等、，所有這些都在使用安全哈希演算法，它能判斷互聯網用戶是否下載了想要的東西，也能判斷互聯網用戶是否是中間人攻擊或網路釣魚攻擊的受害者。

區塊鏈及其應用比特幣或其他虛擬幣產生新幣的過程，就是用哈希演算法的函數進行運算，獲得符合格式要求的數字，然後區塊鏈程序給予比特幣的獎勵。

包括比特幣和代幣的挖礦，其實就是一個用哈希演算法構建的小數學游戲。不過因為有了激烈的競爭，世界各地的人們動用了強大的伺服器進行計算，以搶先獲得獎勵。結果導致互聯網眾多計算機參與到這個小數學游戲中，甚至會耗費了某些國家超過40%的電量。

二、區塊鏈的誕生與技術核心

區塊鏈的誕生應該是人類科學史上最為異常和神秘的發明和技術，因為除了區塊鏈，到目前為止，現代科學史上還沒有一項重大發明找不到發明人是誰。

2008年10月31號，比特幣創始人中本聰（化名）在密碼學郵件組發表了一篇論文——《比特幣：一種點對點的電子現金系統》。在這篇論文中，作者聲稱發明了一套新的不受政府或機構控制的電子貨幣系統，區塊鏈技術是支持比特幣運行的基礎。

論文預印本地址在http://www.bitcoin.org/bitcoin.pdf，從學術角度看，這篇論文遠不能算是合格的論文，文章的主體是由8個流程圖和對應的解釋文字構成的, 沒有定義名詞、術語，論文格式也很不規范。

2009年1月,中本聰在SourceForge網站發布了區塊鏈的應用案例-比特幣系統的開源軟體，開源軟體發布後, 據說中本聰大約挖了100萬個比特幣.一周後，中本聰發送了10個比特幣給密碼學專家哈爾·芬尼，這也成為比特幣史上的第一筆交易。伴隨著比特幣的蓬勃發展，有關區塊鏈技術的研究也開始呈現出井噴式增長。

向大眾完整清晰的解釋區塊鏈的確是困難的事情，我們以比特幣為對象，盡量簡單但不斷深入的介紹區塊鏈的技術特徵。

1、區塊鏈是一種對等網路（P2P）的軟體應用

我們在前文提過，在21世紀初，互聯網形成了兩大類型的應用架構，中心化的B/S架構和無中心的對等網路（P2P）架構，阿里巴巴，新浪，亞馬遜，網路等等很多互聯網巨頭都是中心化的B/S架構，簡單的說，就是數據放在巨型伺服器中，我們普通用戶通過手機，個人電腦訪問阿里，新浪等網站的伺服器。

21世紀初以來，出現了很多自由分享音樂，視頻，論文資料的軟體應用，他們大部分採用的是對等網路（P2P）架構，就是沒有中心伺服器，大家的個人計算機都是伺服器，也都是客戶機，身份平等。但這類應用一直沒有流行起來，主要原因是資源消耗大，知識版權有問題等。區塊鏈就是這種領域的一種軟體應用。

2、區塊鏈是一種全網信息同步的對等網路（P2P）軟體應用

對等網路也有很多應用方式，很多時候，並不要求每台計算機都保持信息一致，大家只存儲自己需要的的信息，需要時再到別的計算機去下載。

但是區塊鏈為了支持比特幣的金融交易，就要求發生的每一筆交易都要寫入到歷史交易記錄中，並向所有安裝比特幣程序的計算機發送變動信息。每一台安裝了比特幣軟體的計算機都保持最新和全部的.比特幣歷史交易信息。

區塊鏈的這個全網同步，全網備份的特徵也就是常說的區塊鏈信息安全，不可更改來源。雖然在實際上依然不是絕對的安全，但當用戶量非常大時，的確在防範信息篡改上有一定安全優勢。

3、區塊鏈是一種利用哈希演算法產生」通證（代幣）」的全網信息同步的對等網路（P2P）軟體應用

區塊鏈的第一個應用是著名的比特幣，討論到比特幣時，經常會提到的一個名詞就是「挖礦」，那麼挖礦到底是什麼呢？

形象的比喻是，區塊鏈程序給礦工（游戲者）256個硬幣，編號分別為1,2,3……256，每進行一次Hash運算，就像拋一次硬幣，256枚硬幣同時拋出，落地後如果正巧編號前70的所有硬幣全部正面向上。礦工就可以把這個數字告訴區塊鏈程序，區塊鏈會獎勵50個比特幣給礦工。

從軟體程序的角度說，比特幣的挖礦就是用哈希SHA256函數構建的數學小游戲。區塊鏈在這個小游戲中首先規定了一種獲獎模式：給出一個256位的哈希數，但這個哈希數的後70位全部是0，然後游戲者（礦工）不斷輸入各種數字給哈希SHA256函數，看用這個函數能不能獲得位數有70個0的數字，找到一個，區塊鏈程序會獎勵50個比特幣給游戲者。實際的挖坑和獎勵要更復雜，但上面的舉例表達了挖礦和獲得比特幣的核心過程。

2009年比特幣誕生的時候，每筆賞金是50個比特幣。誕生10分鍾後，第一批50個比特幣生成了，而此時的貨幣總量就是50。隨後比特幣就以約每10分鍾50個的速度增長。當總量達到1050萬時(2100萬的50%)，賞金減半為25個。當總量達到1575萬(新產出525萬，即1050的50%)時，賞金再減半為12.5個。根據比特幣程序的設計，比特幣總額是2100萬。

從上述介紹看，比特幣可以看做一個基於對等網路架構的猜數小游戲，每次正確的猜數結果獎勵的比特幣信息會傳遞給所有游戲者，並記錄到每個游戲者的歷史資料庫中。

4、區塊鏈技術因比特幣的興起產生的智能合約，通證、ICO與區塊鏈基礎平台

從上面的介紹看，比特幣的技術並不是從天上掉下來的新技術，而是把原來多種互聯網技術，如對等網路架構，路由的全網同步，網路安全的加密技術巧妙的組合在一起，算是一種組合創新的演算法游戲。

由於比特幣通過運作成為可以兌換法幣，購買實物，通過升值獲得暴利，全世界都不淡定了。抱著你能做，我也能做的態度，很多人創造了自己的仿比特幣軟體應用。同時利用政府難以監管對等網路的特點，各種山寨幣與比特幣一起爆發。這其中出現了很多欺詐和潛逃事件，逐步引起各國政府的關注。

區塊鏈基礎平台：用區塊鏈技術框架創建貨幣還是有相當的技術難度，這時區塊鏈基礎平台以太坊等基礎技術平台出現了，讓普通人也可以方便的創建類「比特幣」軟體程序，各顯神通，請人入局挖幣，炒幣，從中獲得利益。

通證或代幣：各家「比特幣」、「山寨幣」如果用哈希演算法創建的猜數小游戲，產生自己的「貨幣」時，這個「貨幣」統稱「通證」或「代幣」。

ICO:由於比特幣和以太幣已經打通與各國法幣的兌換，其他新虛擬幣發幣時，只允許用比特幣和以太幣購買發行的新幣，這樣的發幣過程就叫ICO，ICO的出現放大了比特幣，以太幣的交易量。同時很多ICO項目完全建立在虛無的項目上，導致大量欺詐案例頻發。進一步加深了社會對區塊鏈生成虛擬貨幣的負面認識。

智能合約:可以看做區塊鏈上的一種軟體功能，是輔助區塊鏈上各種虛擬幣交易的程序，具體的功能就像淘寶上支付寶的資金託管一樣，當一方用戶收到的貨物，在支付寶上進行確認後，資金自動支付個給買家貨主，智能合約在比特幣等區塊鏈應用上也是承擔了這個中介支付功能。

三、區塊鏈技術在互聯網中的歷史地位和未來前景

1、區塊鏈處於互聯網技術的什麼位置？是頂層的一種新軟體和架構。

我們在前面的TCP/IP介紹中提到，區塊鏈與瀏覽器、QQ、微信、網路游戲軟體、手機APP等一樣，是互聯網頂層-應用層的一種軟體形式。它的運行依然要靠TCP/IP的架構體系傳輸數據。只是與大部分應用層軟體不同，沒有採用C/S（B/S）的中心軟體架構。而是採用了不常見的對等網路架構，從這一點說，區塊鏈並不能顛覆互聯網基礎結構。

2、區塊鏈想要顛覆誰？想顛覆萬維網的B/S（C/S）結構。

它試圖要顛覆其實是89年年誕生的萬維網B/S,C/S結構。前面說過。由於89年年歐洲物理學家蒂姆· 伯納斯· 李發明萬維網並放棄申請專利。此後近30年中，包括谷歌，亞馬遜，facebook，阿里巴巴，網路，騰訊等公司利用萬維網B/S（C/S）結構，成長為互聯網的巨頭。

在他們的總部，建立了功能強大的中心伺服器集群，存放海量數據，上億用戶從巨頭伺服器中獲取自己需要的數據，這樣也導致後來雲計算的出現，而後互聯網巨頭把自己沒有用完的中心伺服器資源開放出來，進一步吸取企業，政府，個人的數據。中心化的互聯網巨頭對世界，國家，互聯網用戶影響力越來越大。

區塊鏈的目標是通過把數據分散到每個互聯網用戶的計算機上，試圖降低互聯網巨頭的影響力，由此可見區塊鏈真正的對手和想要顛覆的是1990年誕生的B/S（C/S）結構。但能不能顛覆掉，就要看它的技術優勢和瓶頸。

3、區塊鏈的技術缺陷：追求徹底平等自由帶來的困境

區塊鏈的技術缺陷首先來自與它的對等網路架構上，舉個例子，目前淘寶是B/S結構，海量的數據存放在淘寶伺服器集群機房裡，幾億消費者通過瀏覽器到淘寶伺服器網站獲取最新信息和歷史信息。

如果用區塊鏈技術，就是讓幾億人的個人電腦或手機上都保留一份完整的淘寶資料庫，每發生一筆交易，就同步給其他幾億用戶。這在現實中是完全無法實現的。傳輸和存儲的數據量太大。相當於同時建立幾億個淘寶網站運行。

因此區塊鏈無法應用在數據量大的項目上，甚至小一點的網站項目用區塊鏈也會吃力。到2018年，比特幣運行了近10年，積累的交易數據已經讓整個系統面臨崩潰。

於是區塊鏈採用了很多變通方式，如建立中繼節點和閃電節點，這兩個概念同樣會讓人一頭霧水，通俗的說，就是區塊鏈會向它要顛覆的對象B/S結構進行了學習，建立數據伺服器中心成為區塊鏈的中繼節點，也用類瀏覽器的終端訪問，這就是區塊鏈的閃電節點。

這種變動能夠緩解區塊鏈的技術缺陷，但確讓區塊鏈變成它反對的樣子，中心化。由此可見，單純的區塊鏈技術由於技術特徵有重大缺陷，無法像萬維網一樣應用廣泛，如果技術升級，部分採用B/S（C/S）結構,又會使得區塊鏈有了中心化的信息節點，不在保持它誕生時的夢想。

4、從互聯網大腦模型看區塊鏈的未來前景

我們知道互聯網一般是指將世界范圍計算機網路互相聯接在一起的網際網路，在這基礎上發展出覆蓋全世界的全球性互聯網路稱互聯網，即是互相連接一起的網路結構。

從1969年互聯網誕生以來，人類從不同的方向在互聯網領域進行創新，並沒有統一的規劃將互聯網建造成什麼結構，當時間的車輪到達2017年，隨著人工智慧，物聯網，大數據，雲計算，機器人，虛擬現實，工業互聯網等科學技術的蓬勃發展，當人類抬起頭來觀看自己的創造的巨系統，互聯網大腦的模型和架構已經越來越清晰。

通過近20年的發展依託萬維網的B/S,C/S結構，騰訊QQ，微信，Facebook，微博、twitter亞馬遜已經發展出類神經元網路的結構。互聯網設備特別是個人計算機，手機在通過設備上的軟體在巨頭的中心伺服器上映射出個人數據和功能空間，相互加好友交流，傳遞信息。互聯網巨頭通過中心伺服器集群的軟體升級，不斷優化數億台終端的軟體版本。在神經學的體系中，這是一種標準的中樞神經結構。

區塊鏈的誕生提供了另外一種神經元模式，不在巨頭的集中服務中統一管理神經元，而是每台終端，包括個人計算機和個人手機成為獨立的神經元節點，保留獨立的數據空間，相互信息進行同步，在神經學的體系中，這是一種沒有中心，多神經節點的分布式神經結構。

有趣的是，神經系統的發育出現過這兩種不同類型的神經結構。在低等生物中，出現過類區塊鏈的神經結構，有多個功能相同的神經節，都可以指揮身體活動和反應，但隨著生物的進化，這些神經節逐步合並，當進化成為高等生物時，中樞神經出現了，中樞神經中包含大量神經元進行交互。

四、關於區塊鏈在互聯網未來地位的判斷

1、對比特幣的認知：一個基於對等網路架構（P2P）的猜數小游戲，通過高明的金融和輿論運作，成為不受政府監管的」世界性貨幣」。

2、對區塊鏈的認知：一個利用哈希演算法產生」通證（代幣）」的全網信息同步的對等網路(P2P)軟體應用。

3、區塊鏈有特定的用途，如大規模選舉投票，大規模賭博，規避政府金融監管的金融交易等等領域，還是有不可替代的用處。

4、在更多時候，區塊鏈技術會依附於互聯網的B/S,C/S結構，實現功能的擴展，但總體依然屬於互聯網已有技術的補充。對於區塊鏈目前設想的絕大部分應用場景，都是可以用B/S,C/S結構實現，效率可以更高和技術也可以更為成熟。

5、無論是從信息傳遞效率和資源消耗，還是從神經系統進化看，區塊鏈無法成為互聯網的主流架構，更不能成為未來互聯網的顛覆者和革命者。

6、當然B/S,C/S結構發展出來的互聯網巨頭也有其問題，但這些將來可以通過商業的方式，政治的方式逐漸解決。

⑸ 區塊鏈論文精讀——Pixel: Multi-signatures for Consensus

論文主要提出了一種針對共識機制PoS的多重簽名演算法Pixel。

所有基於PoS的區塊鏈以及允許的區塊鏈均具有通用結構，其中節點運行共識子協議，以就要添加到分類賬的下一個區塊達成共識。這樣的共識協議通常要求節點檢查阻止提議並通過對可接受提議進行數字簽名來表達其同意。當一個節點從特定塊上的其他節點看到足夠多的簽名時，會將其附加到其分類帳視圖中。

由於共識協議通常涉及成千上萬的節點，為了達成共識而共同努力，因此簽名方案的效率至關重要。此外，為了使局外人能夠有效地驗證鏈的有效性，簽名應緊湊以進行傳輸，並應快速進行驗證。已發現多重簽名對於此任務特別有用，因為它們使許多簽名者可以在公共消息上創建緊湊而有效的可驗證簽名。

補充知識： 多重簽名
是一種數字簽名。在數字簽名應用中，有時需要多個用戶對同一個文件進行簽名和認證。比如，一個公司發布的聲明中涉及財務部、開發部、銷售部、售後服務部等部門，需要得到這些部門簽名認可，那麼，就需要這些部門對這個聲明文件進行簽名。能夠實現多個用戶對同一文件進行簽名的數字簽名方案稱作多重數字簽名方案。
多重簽名是數字簽名的升級，它讓區塊鏈相關技術應用到各行各業成為可能。 在實際的操作過程中，一個多重簽名地址可以關聯n個私鑰，在需要轉賬等操作時，只要其中的m個私鑰簽名就可以把資金轉移了，其中m要小於等於n，也就是說m/n小於1，可以是2/3, 3/5等等，是要在建立這個多重簽名地址的時候確定好的。

本文提出了Pixel簽名方案，這是一種基於配對的前向安全多簽名方案，可用於基於PoS的區塊鏈，可大幅節省帶寬和存儲要求。為了支持總共T個時間段和一個大小為N的委員會，多重簽名僅包含兩個組元素，並且驗證僅需要三對配對，一個乘冪和N -1個乘法。像素簽名幾乎與BLS多重簽名一樣有效，而且還滿足前向安全性。此外，就像在BLS多簽名中一樣，任何人都可以非交互地將單個簽名聚合到一個多簽名中。

有益效果：
為了驗證Pixel的設計，將Pixel的Rust實施的性能與以前的基於樹的前向安全解決方案進行了比較。展示了如何將Pixel集成到任何PoS區塊鏈中。接下來，在Algorand區塊鏈上評估Pixel，表明它在存儲，帶寬和塊驗證時間方面產生了顯著的節省。我們的實驗結果表明，Pixel作為獨立的原語並在區塊鏈中使用是有效的。例如，與一組128位安全級別的N = 1500個基於樹的前向安全簽名（對於T = 232）相比，可以認證整個集合的單個Pixel簽名要小2667倍，並且可以被驗證快40倍。像素簽名將1500次事務的Algorand塊的大小減少了約35％，並將塊驗證時間減少了約38％。

對比傳統BLS多重簽名方案最大的區別是BLS並不具備前向安全性。

對比基於樹的前向安全簽名，基於樹的前向安全簽名可滿足安全性，但是其構造的簽名太大，驗證速度有待提升。 本文設計減小了簽名大小、降低了驗證時間。

補充知識： 前向安全性
是密碼學中通訊協議的安全屬性，指的是長期使用的主密鑰泄漏不會導致過去的會話密鑰泄漏。前向安全能夠保護過去進行的通訊不受密碼或密鑰在未來暴露的威脅。如果系統具有前向安全性，就可以保證在主密鑰泄露時歷史通訊的安全，即使系統遭到主動攻擊也是如此。

構建基於分層身份的加密（HIBE）的前向安全簽名，並增加了在同一消息上安全地聚合簽名以及生成沒有可信集的公共參數的能力。以實現：
1、生成與更新密鑰
2、防止惡意密鑰攻擊的安全性
3、無效的信任設置

對於常見的後攻擊有兩種變體：
1、短程變體：對手試圖在共識協議達成之前破壞委員會成員。解決：通過假設攻擊延遲長於共識子協議的運行時間來應對短距離攻擊。
2、遠程變體：通過分叉選擇規則解決。
前向安全簽名為這兩種攻擊提供了一種干凈的解決方案，而無需分叉選擇規則或有關對手和客戶的其他假設。（說明前向安全簽名的優勢）。

應用於許可的區塊鏈共識協議（例如PBFT）也是許多許可鏈（例如Hyperledger）的核心，在這些區塊鏈中，只有經過批準的方可以加入網路。我們的簽名方案可以類似地應用於此設置， 以實現前向保密性，減少通信帶寬並生成緊湊的塊證書。

傳統Bellare-Miner 模型，消息空間M的前向安全簽名方案FS由以下演算法組成：
1、Setup
pp ←Setup(T), pp為各方都同意的公共參數，Setup(T)表示在T時間段內對於固定參數的分布設置。

2、Key generation
(pk,sk1) ←Kg
簽名者在輸入的最大時間段T上運行密鑰生成演算法，以為第一時間段生成公共驗證密鑰pk和初始秘密簽名密鑰sk1。

3、Key update
skt+1←Upd(skt) 簽名者使用密鑰更新演算法將時間段t的秘密密鑰skt更新為下一個周期的skt + 1。該方案還可以為任何t0> t提供 「快速轉發」更新演算法 skt0←$ Upd0（skt，t0），該演算法比重復應用Upd更有效。

4、Signing
σ ←Sign(skt,M),在輸入當前簽名密鑰skt消息m∈M時，簽名者使用此演算法來計算簽名σ。

5、Verification
b ← Vf(pk,t,M,σ)任何人都可以通過運行驗證演算法來驗證消息M在公共密鑰pk下的時間段t內的簽名M的簽名，該演算法返回1表示簽名有效，否則返回0。

1、依靠非對稱雙線性組來提高效率，我們的簽名位於G2×G1中而不是G2 ^2中。這樣，就足以給出公共參數到G1中（然後我們可以使用散列曲線實例化而無需信任設置），而不必生成「一致的」公共參數（hi，h0 i）=（gxi 1，gxi 2）∈G1× G2。

2、密鑰生成演算法，公鑰pk更小，參數設置提升安全性。

除了第3節中的前向安全簽名方案的演算法外，密鑰驗證模型中的前向安全多重簽名方案FMS還具有密鑰生成，該密鑰生成另外輸出了公鑰的證明π。
新增Key aggregation密鑰匯總、Signature aggregation簽名匯總、Aggregate verification匯總驗證。滿足前向安全的多重簽名功能的前提下也證明了其正確性和安全性。

1、PoS在後繼損壞中得到保護
後繼損壞：後驗證的節點對之前的共識驗證狀態進行攻擊破壞。
在許多用戶在同一條消息上傳播許多簽名（例如交易塊）的情況下，可以將Pixel應用於所有這些區塊鏈中，以防止遭受後繼攻擊並潛在地減少帶寬，存儲和計算成本。

2、Pixel整合
為了對區塊B進行投票，子協議的每個成員使用具有當前區塊編號的Pixel簽署B。當我們看到N個委員會成員在同一塊B上簽名的集合時，就達成了共識，其中N是某個固定閾值。最後，我們將這N個簽名聚合為單個多重簽名Σ，而對（B，Σ）構成所謂的 區塊證書 ，並將區塊B附加到區塊鏈上。

3、注冊公共密鑰
希望參與共識的每個用戶都需要注冊一個參與簽名密鑰。用戶首先採樣Pixel密鑰對並生成相應的PoP。然後，用戶發出特殊交易（在她的消費密鑰下簽名）， 注冊新的參與密鑰 。交易包括PoP。選擇在第r輪達成協議的PoS驗證者，檢查（a）特殊交易的有效性和（b）PoP的有效性。如果兩項檢查均通過，則 使用新的參與密鑰更新用戶的帳戶 。從這一點來看，如果選中，則用戶將使用Pixel登錄塊。
即不斷更換自己的參與密鑰，實現前向安全性。

4、傳播和聚集簽名
各個委員會的簽名將通過網路傳播，直到在同一塊B上看到N個委員會成員的簽名為止。請注意，Pixel支持非互動式和增量聚合：前者意味著簽名可以在廣播後由任何一方聚合，而無需與原始簽名者，而後者意味著我們可以將新簽名添加到多重簽名中以獲得新的多重簽名。實際上，這意味著傳播的節點可以對任意數量的委員會簽名執行中間聚合並傳播結果，直到形成塊證書為止。或者，節點可以在將塊寫入磁碟之前聚合所有簽名。也就是說，在收到足夠的區塊證明票後，節點可以將N個委員會成員的簽名聚集到一個多重簽名中，然後將區塊和證書寫入磁碟。

5、密鑰更新
在區塊鏈中使用Pixel時，時間對應於共識協議中的區塊編號或子步驟。將時間與區塊編號相關聯時，意味著所有符合條件的委員會成員都應在每次形成新區塊並更新輪回編號時更新其Pixel密鑰。

在Algorand 項目上進行實驗評估，與Algorand項目自帶的防止後腐敗攻擊的解決方案BM-Ed25519以及BLS多簽名解決方案做對比。

存儲空間上：

節省帶寬：
Algorand使用基於中繼的傳播模型，其中用戶的節點連接到中繼網路（具有更多資源的節點）。如果在傳播過程中沒有聚合，則中繼和常規節點的帶寬像素節省來自較小的簽名大小。每個中繼可以服務數十個或數百個節點，這取決於它提供的資源。

節省驗證時間

⑹ 區塊鏈技術發展現狀與展望

區塊鏈技術發展現狀與展望
區塊鏈技術起源於2008年由化名為 「中本聰」 （Satoshi Nakamoto）的學者在密碼學郵件組發表的奠基性論文《比特幣：一種點對點電子現金系統》。近兩年來，區塊鏈技術的研究與應用呈現出爆發式增長態勢，被認為是繼大型機、個人電腦、互聯網、移動/社交網路之後計算範式的第五次顛覆式創新，是人類信用進化史上繼血親信用、貴金屬信用、央行紙幣信用之後的第四個里程碑。區塊鏈技術是下一代雲計算的雛形，有望像互聯網一樣徹底重塑人類社會活動形態，並實現從目前的信息互聯網向價值互聯網的轉變。區塊鏈的技術特點

區塊鏈具有去中心化、時序數據、集體維護、可編程和安全可信等特點。 去中心化：區塊鏈數據的驗證、記賬、存儲、維護和傳輸等過程均是基於分布式系統結構，採用純數學方法而不是中心機構來建立分布式節點間的信任關系，從而形成去中心化的可信任的分布式系統； 時序數據：區塊鏈採用帶有時間戳的鏈式區塊結構存儲數據，從而為數據增加了時間維度，具有極強的可驗證性和可追溯性； 集體維護：區塊鏈系統採用特定的經濟激勵機制來保證分布式系統中所有節點均可參與數據區塊的驗證過程（如比特幣的「挖礦」過程），並通過共識演算法來選擇特定的節點將新區塊添加到區塊鏈； 可編程：區塊鏈技術可提供靈活的腳本代碼系統，支持用戶創建高級的智能合約、貨幣或其它去中心化應用； 安全可信：區塊鏈技術採用非對稱密碼學原理對數據進行加密，同時藉助分布式系統各節點的工作量證明等共識演算法形成的強大算力來抵禦外部攻擊、保證區塊鏈數據不可篡改和不可偽造，因而具有較高的安全性。區塊鏈與比特幣 比特幣是迄今為止最為成功的區塊鏈應用場景，區塊鏈技術為比特幣系統解決了數字加密貨幣領域長期以來所必需面對的雙重支付問題和拜占庭將軍問題。與傳統中心機構（如中央銀行）的信用背書機制不同的是，比特幣區塊鏈形成的是軟體定義的信用，這標志著中心化的國家信用向去中心化的演算法信用的根本性變革。近年來，比特幣憑借其先發優勢，目前已經形成體系完備的涵蓋發行、流通和金融衍生市場的生態圈與產業鏈，這也是其長期占據絕大多數數字加密貨幣市場份額的主要原因。區塊鏈的發展脈絡與趨勢
區塊鏈技術是具有普適性的底層技術框架，可以為金融、經濟、科技甚至政治等各領域帶來深刻變革。按照目前區塊鏈技術的發展脈絡，區塊鏈技術將會經歷以可編程數字加密貨幣體系為主要特徵的區塊鏈1.0模式，以可編程金融系統為主要特徵的區塊鏈2.0模式和以可編程社會為主要特徵的區塊鏈3.0模式。然而，上述模式實際上是平行而非演進式發展的，區塊鏈1.0模式的數字加密貨幣體系仍然遠未成熟，距離其全球貨幣一體化的願景實際上更遠、更困難。目前，區塊鏈領域已經呈現出明顯的技術和產業創新驅動的發展態勢，相關學術研究嚴重滯後、亟待跟進。區塊鏈的基礎模型與關鍵技術
一般說來，區塊鏈系統由數據層、網路層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成。其中，數據層封裝了底層數據區塊以及相關的數據加密和時間戳等技術；網路層則包括分布式組網機制、數據傳播機制和數據驗證機制等；共識層主要封裝網路節點的各類共識演算法；激勵層將經濟因素集成到區塊鏈技術體系中來，主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等；合約層主要封裝各類腳本、演算法和智能合約，是區塊鏈可編程特性的基礎；應用層則封裝了區塊鏈的各種應用場景和案例。該模型中，基於時間戳的鏈式區塊結構、分布式節點的共識機制、基於共識算力的經濟激勵和靈活可編程的智能合約是區塊鏈技術最具代表性的創新點。區塊鏈技術的應用場景
區塊鏈技術不僅可以成功應用於數字加密貨幣領域，同時在經濟、金融和社會系統中也存在廣泛的應用場景。根據區塊鏈技術應用的現狀，本文將區塊鏈目前的主要應用籠統地歸納為數字貨幣、數據存儲、數據鑒證、金融交易、資產管理和選舉投票共六個場景：數字貨幣：以比特幣為代表，本質上是由分布式網路系統生成的數字貨幣，其發行過程不依賴特定的中心化機構。數據存儲：區塊鏈的高冗餘存儲、去中心化、高安全性和隱私保護等特點使其特別適合存儲和保護重要隱私數據，以避免因中心化機構遭受攻擊或許可權管理不當而造成的大規模數據丟失或泄露。數據鑒證：區塊鏈數據帶有時間戳、由共識節點共同驗證和記錄、不可篡改和偽造，這些特點使得區塊鏈可廣泛應用於各類數據公證和審計場景。例如，區塊鏈可以永久地安全存儲由政府機構核發的各類許可證、登記表、執照、證明、認證和記錄等。金融交易：區塊鏈技術與金融市場應用有非常高的契合度。區塊鏈可以在去中心化系統中自發地產生信用，能夠建立無中心機構信用背書的金融市場，從而在很大程度上實現了「金融脫媒」；同時利用區塊鏈自動化智能合約和可編程的特點，能夠極大地降低成本和提高效率。資產管理：區塊鏈能夠實現有形和無形資產的確權、授權和實時監控。無形資產管理方面已經廣泛應用於知識產權保護、域名管理、積分管理等領域；有形資產管理方面則可結合物聯網技術形成「數字智能資產」，實現基於區塊鏈的分布式授權與控制。選舉投票：區塊鏈可以低成本高效地實現政治選舉、企業股東投票等應用，同時基於投票可廣泛應用於博彩、預測市場和社會製造等領域。區塊鏈技術的現存問題
安全性威脅是區塊鏈迄今為止所面臨的最重要的問題。其中，基於PoW共識過程的區塊鏈主要面臨的是51%攻擊問題，即節點通過掌握全網超過51%的算力就有能力成功篡改和偽造區塊鏈數據。其他問題包括新興計算技術破解非對稱加密機制的潛在威脅和隱私保護問題等。 區塊鏈效率也是制約其應用的重要因素。區塊鏈要求系統內每個節點保存一份數據備份，這對於日益增長的海量數據存儲來說是極為困難的。雖然輕量級節點可部分解決此問題，但適用於更大規模的工業級解決方案仍有待研發。比特幣區塊鏈目前每秒僅能處理7筆交易，且交易確認時間一般為10分鍾，這極大地限制了區塊鏈在大多數金融系統高頻交易場景中的應用。 PoW共識過程高度依賴區塊鏈網路節點貢獻的算力，這些算力主要用於解決SHA256哈希和隨機數搜索，除此之外並不產生任何實際社會價值，因而一般意義上認為這些算力資源是被「浪費」掉了，同時被浪費掉的還有大量的電力資源。如何能有效匯集分布式節點的網路算力來解決實際問題，是區塊鏈技術需要解決的重要問題。 區塊鏈網路作為去中心化的分布式系統，其各節點在交互過程中不可避免地會存在相互競爭與合作的博弈關系，例如比特幣礦池的區塊截留攻擊博弈等。區塊鏈共識過程本質上是眾包過程，如何設計激勵相容的共識機制，使得去中心化系統中的自利節點能夠自發地實施區塊數據的驗證和記賬工作，並提高系統內非理性行為的成本以抑制安全性攻擊和威脅，是區塊鏈有待解決的重要科學問題。智能合約與區塊鏈技術
智能合約是一組情景-應對型的程序化規則和邏輯，是部署在區塊鏈上的去中心化、可信共享的程序代碼。通常情況下，智能合約經各方簽署後，以程序代碼的形式附著在區塊鏈數據（例如一筆比特幣交易）上，經P2P網路傳播和節點驗證後記入區塊鏈的特定區塊中。智能合約封裝了預定義的若干狀態及轉換規則、觸發合約執行的情景（如到達特定時間或發生特定事件等）、特定情景下的應對行動等。區塊鏈可實時監控智能合約的狀態，並通過核查外部數據源、確認滿足特定觸發條件後激活並執行合約。 智能合約對於區塊鏈技術來說具有重要的意義。一方面，智能合約是區塊鏈的激活器，為靜態的底層區塊鏈數據賦予了靈活可編程的機制和演算法，並為構建區塊鏈2.0和3.0時代的可編程金融系統與社會系統奠定了基礎；另一方面，智能合約的自動化和可編程特性使其可封裝分布式區塊鏈系統中各節點的復雜行為，成為區塊鏈構成的虛擬世界中的軟體代理機器人，這有助於促進區塊鏈技術在各類分布式人工智慧系統中的應用，使得基於區塊鏈技術構建各類去中心化應用（Decentralized application, Dapp）、去中心化自治組織（Decentralized Autonomous Organization, DAO）、去中心化自治公司（Decentralized Autonomous Corporation, DAC）甚至去中心化自治社會（Decentralized Autonomous Society, DAS）成為可能。 區塊鏈和智能合約技術的主要發展趨勢是由自動化向智能化方向演化。現存的各類智能合約及其應用的本質邏輯大多仍是根據預定義場景的「 IF-THEN」類型的條件響應規則，能夠滿足目前自動化交易和數據處理的需求。未來的智能合約應具備根據未知場景的「 WHAT-IF」推演、計算實驗和一定程度上的自主決策功能，從而實現由目前「自動化」合約向真正的「智能」合約的飛躍。區塊鏈驅動的平行社會
近年來，基於CPSS（Cyber-Physical-SocialSystems）的平行社會已現端倪，其核心和本質特徵是虛實互動與平行演化。區塊鏈是實現CPSS平行社會的基礎架構之一，其主要貢獻是為分布式社會系統和分布式人工智慧研究提供了一套行之有效的去中心化的數據結構、交互機制和計算模式，並為實現平行社會奠定了堅實的數據基礎和信用基礎。 就數據基礎而言，管理學家愛德華戴明曾說過：除了上帝，所有人必須以數據說話。然而在中心化社會系統中，數據通常掌握在政府和大型企業等「少數人」手中，為少數人「說話」，其公正性、權威性甚至安全性可能都無法保證。區塊鏈數據則通過高度冗餘的分布式節點存儲，掌握在「所有人」手中，能夠做到真正的「數據民主」。就信用基礎而言，中心化社會系統因其高度工程復雜性和社會復雜性而不可避免地會存在「默頓系統」的特性，即不確定性、多樣性和復雜性，社會系統中的中心機構和規則制定者可能會因個體利益而出現失信行為；區塊鏈技術有助於實現軟體定義的社會系統，其基本理念就是剔除中心化機構、將不可預測的行為以智能合約的程序化代碼形式提前部署和固化在區塊鏈數據中，事後不可偽造和篡改並自動化執行，從而在一定程度上能夠將「默頓」社會系統轉化為可全面觀察、可主動控制、可精確預測的「牛頓」社會系統。 ACP（人工社會Artificial Societies、計算實驗Computational Experiments和平行執行ParallelExecution）方法是迄今為止平行社會管理領域唯一成體系化的、完整的研究框架，是復雜性科學在新時代平行社會環境下的邏輯延展和創新。 ACP方法可以自然地與區塊鏈技術相結合，實現區塊鏈驅動的平行社會管理。首先，區塊鏈的P2P 組網、分布式共識協作和基於貢獻的經濟激勵等機制本身就是分布式社會系統的自然建模，其中每個節點都將作為分布式系統中的一個自主和自治的智能體（agent）。隨著區塊鏈生態體系的完善，區塊鏈各共識節點和日益復雜與自治的智能合約將通過參與各種形式的Dapp，形成特定組織形式的DAC和DAO，最終形成DAS，即ACP中的人工社會。其次，智能合約的可編程特性使得區塊鏈可進行各種「 WHAT-IF」 類型的虛擬實驗設計、場景推演和結果評估，通過這種計算實驗過程獲得並自動或半自動地執行最優決策。最後，區塊鏈與物聯網等相結合形成的智能資產使得聯通現實物理世界和虛擬網路空間成為可能，並可通過真實和人工社會系統的虛實互動和平行調諧實現社會管理和決策的協同優化。不難預見，未來現實物理世界的實體資產都登記為鏈上智能資產的時候，就是區塊鏈驅動的平行社會到來之時。

⑺ 《DIBN: A Decentralized Information-Centric Blockchain Network》論文閱讀筆記

區塊鏈是一種分布式賬本，具有不可變性，匿名性和可審計性，無需信任第三方。 為了提供數據交換以形成這樣的賬本，區塊鏈網路使交易和區塊的傳播達到共識，主要由附著策略和溝通策略組成。 當前，它是使用對等覆蓋網路來實現的，但是，它受到流量與底層網路拓撲之間不匹配的內在問題的困擾。 為了解決這個問題，我們採用了以信息為中心的網路（ICN）方法來設計去中心化的以信息為中心的區塊鏈網路（DIBN），其中命名類別以使流量能夠被去中心化，並且 在每個類別的所有區塊鏈節點（BN）之間建立任意的一對多類別傳播結構（CDS）。 對於CDS，一個BN可以有效地將數據發送到所有其他BN，以使流量與基礎網路保持一致，從而解決了不匹配問題。 性能分析表明，提出的DIBN可以大大減少區塊鏈數據分發的平均路徑長度。

大量移動設備生成大量的大數據，區塊鏈網路的現有工作主要針對數據和面向數據傳播的攻擊，但是，對於區塊鏈網路本身仍缺乏研究關注。

P2P上層網路中，流量和底層網路拓撲之間存在不匹配問題：現在的BC網路主要基於P2P上層網路技術的應用層多播（ALM）實現，其性能受到上層流量和基礎物理網路拓撲之間不匹配問題的影響，從而導致大量冗餘流量。

提出DIBN，命名類別使流量分散；建立any-to-all類別傳播結構。在DIBN中，類別、交易和數據塊被命名用於數據轉發，並通過交易記錄高性能區塊鏈節點（HPBN），以選擇根設備，即指定的區塊鏈節點（dBN）。
DIBN包含三個過程：類別通信結構（CDS）形成，雙向附件策略和任何對所有通信策略。 為每個類別構建一個包含所有BN的雙向數據分發樹，其中考慮負載平衡，選擇一個HPBN作為該樹的根dBN。 通過CDS，可以實現任何所有人的通信策略，其中任何BN都可以有效地將數據分發到所有其他BN，從而使流量與基礎網路保持一致。
我們分析了DIBN的性能，這表明與區塊鏈網路中現有的典型ALM相比，DIBN可以大大縮短平均路徑長度。

為了緩解流量集中程度，將對交易和塊進行分別命名。交易，語義上有意義的命名。塊，無意義的名稱標記類別，在負載均衡時分散流量。交易和塊通過類別標識符進行分發，並通過數據標識符進行檢索。 即，類別，交易和區塊具有類別標識符（CID），交易標識符（TID）和區塊標識符（BID）的標識符。CID是二進制的 < Category Name (CN) | DIBN Domain > ，TID的格式為 < CN | Transaction Name | DIBN Domain > ，BID的格式為 < CN | Block Name | DIBN Domain > 。

DIBN域：由BN和具有ICN功能的路由器構成的用於數據轉發的管理區域。

所有的交易和塊都包含在不同類別中。每種流量類別對應一個CDS，它是指一組鏈路，用於在一個特定類別的BN之間傳播交易和塊。根據類別和CDS，可以將流量分布在不同交易和塊的不同鏈路上。

為了避免過度依賴中心化的RN（組播中的交匯節點），HPBN通過區塊鏈交易記錄自己（HPBN作為dBN的次數）（HPBN可以主動宣布自己願意作為dBN）。在選擇dBN時，當一個BN想形成一個CDS樹時，會在區塊鏈中找到HPBN的記錄，選擇作為dBN次數最少的HPBN作為本CDS樹的dBN，並且更新該HPBN作為dBN的次數。

確定dBN後，BN將向所有其他BN廣播選出的HPBN的id。然後，那些收到公告的BN向該dBN發送CDS形成請求，並以所請求的類別CID構造一個以該dBN為根的雙向到所有通信樹。在所有BN向dBN發送請求的過程中，數據包會被路由器記錄到FIB表中，生成關於埠組和類別名稱的關聯映射。當從埠組中的某一個收到該類別的數據後路由器將自動轉發給其餘埠。如下圖建立了藍色線的CDS樹。同時這些映射關系具有一定的TTL生存時間，過期後需要重新構建新的CDS樹。

當一個新節點需要加入CDS時，需要向鄰近節點查詢負責該類流量的HPBN的id，然後向該dBN發送請求，請求會在路由表中建立相應項形成新的CDS樹。路由器定期檢查與BN的連接。 如果相鄰的BN不可訪問，則可以將該BN視為擊敗「離開」狀態。 當檢測到相鄰BN的「 LEAVE」狀態時，如果剩餘兩個或更多個介面，則刪除檢測到的具有未連接的BN的介面。

一個DBIN域中形成一個類別的CDS時，該CDS樹的dBN會和其他域相同類別的dBN組件CDS樹形成多級域間數據分發。

在CDS形成之後，事務和塊可以將類別的已建立通信結構傳遞到所有BN。 在基於DIBN的場景中，每個BN都可以與區塊鏈網路之間收發事務和區塊。 中間路由器的基本轉發策略是路由器在數據包頭中的CID和FIB中的CID之間執行完全匹配，然後將數據轉發到相應FIB條目中的其餘介面（傳入介面除外）。如下圖所示分別由BN2向所有節點分發了交易1，由BN6向所有節點分發了區塊1。

ICN本質上允許隱藏底層設備和網路協議中的異質性，並支持基於名稱的轉發和網路內緩存[16]。 因此，由於ICN的這些有前途的功能，因此所提出的DIBN具有ALM的優點，例如即時可部署性和易於維護。 此外，它還具有使流量與基礎網路基礎結構保持一致的優點。 此外，通過採用區塊鏈的基本賬本功能，也可以避免使用集中式集合點。

文中並未對所述方法進行實驗，只是進行了簡單分析和推導。使用平均路徑長度作為指標，對比了所提出的DIBN與典型的ALM協議Narada[11]和NICE[12]。與典型值相比，因為DIBN中的CDS將流量與基礎網路拓撲對齊，相比於ALM協議，即Narada的O（M log（K））和NICE的O（log（M）log（K）），擬議的DIBN【O（log（K））】可以大大減小將數據從一個BN傳播到另一個BN的平均路徑長度。 顯然，如果BN的數量變得更大，則DIBN可以大大減小平均路徑長度。 此外，由於縮短了平均路徑長度，因此可以極大地減少通信開銷。

http://ieeexplore.ieee.org/document/9013622

⑻ 什麼是區塊鏈

【定義】

區塊鏈（Blockchain）是指通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠資料庫的技術方案。該技術方案讓參與系統中的任意多個節點，把一段時間系統內全部信息交流的數據，通過密碼學演算法計算和記錄到一個數據塊（block），並且生成該數據塊的指紋用於鏈接（chain）下個數據塊和校驗，系統所有參與節點來共同認定記錄是否為真。

區塊鏈是一種類似於NoSQL（非關系型資料庫）這樣的技術解決方案統稱，並不是某種特定技術，能夠通過很多編程語言和架構來實現區塊鏈技術。並且實現區塊鏈的方式種類也有很多，目前常見的包括POW（Proof of Work，工作量證明），POS（Proof of Stake，權益證明），DPOS（Delegate Proof of Stake，股份授權證明機制）等。

區塊鏈的概念首次在論文《比特幣：一種點對點的電子現金系統（Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System）》中提出，作者為自稱中本聰（Satoshi Nakamoto）的個人（或團體）。因此可以把比特幣看成區塊鏈的首個在金融支付領域中的應用。

【通俗解釋】

無論多大的系統或者多小的網站，一般在它背後都有資料庫。那麼這個資料庫由誰來維護？在一般情況下，誰負責運營這個網路或者系統，那麼就由誰來進行維護。如果是微信資料庫肯定是騰訊團隊維護，淘寶的資料庫就是阿里的團隊在維護。大家一定認為這種方式是天經地義的，但是區塊鏈技術卻不是這樣。

如果我們把資料庫想像成是一個賬本：比如支付寶就是很典型的賬本，任何數據的改變就是記賬型的。資料庫的維護我們可以認為是很簡單的記賬方式。在區塊鏈的世界也是這樣，區塊鏈系統中的每一個人都有機會參與記賬。系統會在一段時間內，可能選擇十秒鍾內，也可能十分鍾，選出這段時間記賬最快最好的人，由這個人來記賬，他會把這段時間資料庫的變化和賬本的變化記在一個區塊（block）中，我們可以把這個區塊想像成一頁紙上，系統在確認記錄正確後，會把過去賬本的數據指紋鏈接（chain）這張紙上，然後把這張紙發給整個系統裡面其他的所有人。然後周而復始，系統會尋找下一個記賬又快又好的人，而系統中的其他所有人都會獲得整個賬本的副本。這也就意味著這個系統每一個人都有一模一樣的賬本，這種技術，我們就稱之為區塊鏈技術（Blockchain），也稱為分布式賬本技術。

由於每個人（計算機）都有一模一樣的賬本，並且每個人（計算機）都有著完全相等的權利，因此不會由於單個人（計算機）失去聯系或宕機，而導致整個系統崩潰。既然有一模一樣的賬本，就意味著所有的數據都是公開透明的，每一個人可以看到每一個賬戶上到底有什麼數字變化。它非常有趣的特性就是，其中的數據無法篡改。因為系統會自動比較，會認為相同數量最多的賬本是真的賬本，少部分和別人數量不一樣的賬本是虛假的賬本。在這種情況下，任何人篡改自己的賬本是沒有任何意義的，因為除非你能夠篡改整個系統裡面大部分節點。如果整個系統節點只有五個、十個節點也許還容易做到，但是如果有上萬個甚至上十萬個，並且還分布在互聯網上的任何角落，除非某個人能控制世界上大多數的電腦，否則不太可能篡改這樣大型的區塊鏈。

【要素】

結合區塊鏈的定義，我們認為必須具有如下四點要素才能被稱為公開區塊鏈技術，如果只具有前3點要素，我們將認為其為私有區塊鏈技術（私有鏈）。

1、點對點的對等網路（權力對等、物理點對點連接）

2、可驗證的數據結構（可驗證的PKC體系，不可篡改資料庫）

3、分布式的共識機制（解決拜占庭將軍問題，解決雙重支付）

4、納什均衡的博弈設計（合作是演化穩定的策略）

【特性】

結合定義區塊鏈的定義，區塊鏈會現實出四個主要的特性：去中心化（Decentralized）、去信任（Trustless）、集體維護（Collectively maintain）、可靠資料庫（Reliable Database）。並且由四個特性會引申出另外2個特性：開源（Open Source）、隱私保護（Anonymity）。如果一個系統不具備這些特徵，將不能視其為基於區塊鏈技術的應用。

去中心化（Decentralized）：整個網路沒有中心化的硬體或者管理機構，任意節點之間的權利和義務都是均等的，且任一節點的損壞或者失去都會不影響整個系統的運作。因此也可以認為區塊鏈系統具有極好的健壯性。

去信任（Trustless）：參與整個系統中的每個節點之間進行數據交換是無需互相信任的，整個系統的運作規則是公開透明的，所有的數據內容也是公開的，因此在系統指定的規則范圍和時間范圍內，節點之間是不能也無法欺騙其它節點。

集體維護（Collectively maintain）：系統中的數據塊由整個系統中所有具有維護功能的節點來共同維護的，而這些具有維護功能的節點是任何人都可以參與的。

可靠資料庫（Reliable Database）：整個系統將通過分資料庫的形式，讓每個參與節點都能獲得一份完整資料庫的拷貝。除非能夠同時控制整個系統中超過51%的節點，否則單個節點上對資料庫的修改是無效的，也無法影響其他節點上的數據內容。因此參與系統中的節點越多和計算能力越強，該系統中的數據安全性越高。

開源（Open Source）：由於整個系統的運作規則必須是公開透明的，所以對於程序而言，整個系統必定會是開源的。

隱私保護（Anonymity）：由於節點和節點之間是無需互相信任的，因此節點和節點之間無需公開身份，在系統中的每個參與的節點的隱私都是受到保護的。

⑼ 重新認識區塊鏈：1550餘個應用案例帶來的啟示

作者：冉偉

（本文節選自《2021全球區塊鏈應用市場報告》）

當我們談論區塊鏈的時候，但凡對區塊鏈有所了解的人都能夠就相關主題或多或少地表達出自己的一些見解。例如：從技術體繫上看，區塊鏈是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密演算法等計算機技術的新型應用；從功能屬性上看，區塊鏈具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集體維護、公開透明等特徵。

回顧區塊鏈的 歷史 ，就繞不過比特幣。2009年1月3日，序號為0的比特幣創世區塊誕生。幾天後，也就是2009年1月9日，序號為1的比特幣區塊誕生。當兩個區塊連接起來時，區塊鏈就此「橫空出世」。

化名為「中本聰」的比特幣發明者可能自己都很難想像：在過去12年間，以比特幣為中心，一個龐大的「加密貨幣家族」已經在全球金融市場掀起一場持續至今的「巨浪」。其間，與加密貨幣相關的創新與風險交織，進步與泡沫同在，追捧與批判共存，並推動著各國政府部門不斷完善貨幣與金融體系、 社會 治理與監管體系。

與此同時，與比特幣相伴相生的區塊鏈同樣在快速進化，而且早已超越「比特幣的底層技術」范疇，應用到了 社會 與經濟發展的各個角落。

那麼，區塊鏈到底通過什麼樣的機制發揮作用，相比傳統技術和模式到底有哪些優勢，其應用效果到底如何？在資本實驗室與遠望智庫聯合發布的《2021全球區塊鏈應用市場報告》中，我們通過對2020全年和2021年一季度全球1550餘個應用案例的研究，試圖為上述問題提供具有一定實證性的答案。同時，基於這些案例的研究，我們可以建立起對區塊鏈的重新認識：區塊鏈即信任、區塊鏈即共享、區塊鏈即交易、區塊鏈即替代、區塊鏈即效率。

在比特幣創世論文《比特幣：一種點對點電子貨幣系統》中，「中本聰」反復強調了比特幣具有不依賴於「可信任第三方」的特性，也就是「去中心化」的特性。

反過來看，比特幣的底層技術——區塊鏈恰好正是為「信任」而生。換句話來說，重塑數字化時代的「信任」是區塊鏈最基礎的功能，只不過這種信任由人與人之間、法人主體之間的信任轉換成了機器與機器之間、區塊與區塊之間、節點與節點之間的信任。有趣的是，後續誕生的「智能合約」功能通過與區塊鏈的融合又進一步強化了這種信任。

身份編碼與認證是實現上述信任機制的第一步，分布式身份識別（Decentralized Identity, DID）系統是其中的核心。有了DID應用，從個人到組織，再到物聯網設備，從實體物品到虛擬產品，都能夠被賦予數字「身份」，並實現可信交互。也正因為此，基於區塊鏈的存證、賦權、驗證、流通、交易才得以實現，也才有了區塊鏈在各行業的落地實施。

來自全球的應用案例顯示，新的信任機制為 社會 與經濟運行提供了新的規則和動力：

l 中國正在全面推進區塊鏈電子證照的應用，企業與居民得以享受更高效、便捷的政務服務；

l 「一魚一碼」、「一果一碼」、「一茶一碼」等應用正在推動全球農產品防偽溯源與食品安全體系的升級；

l 通過區塊鏈與大數據、人工智慧的結合，企業的信用「畫像」更為精準，並能夠據此獲得更快捷、成本更低的融資服務；

l 公益機構紛紛將愛心善款「上鏈」，以形成更透明、更規范的公益跟蹤與管理系統；

l 中國相關城市啟動基於區塊鏈的氣瓶產品追溯管理系統，氣瓶檔案信息源頭可信度與氣瓶安全管理水平大幅提升；

l 德國正在為其分布式能源資產建立基於身份認證的數字注冊系統，以推動可再生能源開發與交易，並應對數字化能源時代的到來……。

在區塊鏈的三種類型（公有鏈、聯盟鏈、私有鏈）中，聯盟鏈得到了最廣泛的應用。除了對技術性能、運行效率、可操作性、預期成果等方面的考量，這主要是因為聯盟各方已經具備一定的信任基礎。這也從另外一個角度表明：在超越比特幣等加密貨幣的區塊鏈應用中，「多中心化」，而非完全的「去中心化」是更為現實的一種選擇。

此外，不可否認的是：不同於比特幣「挖礦」所依託的工作量證明機制，區塊鏈在實際應用過程中並不能從源頭上完全確保上鏈數據的真實性。也就是說，某個聯盟成員或節點可能會有意無意地提供虛假數據。不過，藉助區塊鏈不可篡改、可追溯、多方共識等特性，聯盟可對造假行為進行識別，並作出相應的懲罰，例如將造假成員「踢出」節點。因此，在某種意義上，基於區塊鏈的信任在很大程度上是建立起聯盟成員對數據真實性的敬畏，以及對數據造假行為的震懾。

如果說「信任」是區塊鏈應用的基礎，數據共享就是區塊鏈應用的核心。沒有數據共享，就產生不了合作，區塊鏈的落地應用便無從談起。

l 國家外匯管理局「跨境金融區塊鏈服務平台」試點已全面鋪開，通過外匯局、稅務、銀行及企業相關市場主體之間的信息交換推動了外貿出口業務的發展；

l 台灣11家保險公司聯合建立的「保全/理賠聯盟鏈」投入運營，各公司在該平台實現了「單一申請、文件共通」；

l Contour、TradeLens等區塊鏈平台通過企業、金融機構、航運公司、碼頭、海關等機構間的數據協同，正在重塑全球供應鏈，並為國際貿易的數字化變革提供動力……。

l 在中國，政府各部門間通過數據協同，實現了「一數一源、一源多用、一網通辦、全程網辦」；

l 通過「司法鏈」平台，各類電子證據得以與公證、仲裁、司法鑒定、法院等司法機構無縫對接，在提高司法體系效率的同時降低了成本；

l 面向全國基層法院的「審判輔助性事務跨域協作機制」可實現不同地域法院之間的「跨域送達、跨域取證」，有效提升了審判輔助性事務效率和審判質效，降低了司法運行成本……。

l 中國「粵港澳大灣區組合港」項目正式啟動，可支持大灣區五大直屬海關轄區之間貿易各方的互聯、互通，成為大灣區首個貫通港口、海關、物流、企業、金融等貿易全流程的互聯共享區塊鏈網路；

l 日本KDDI電信、日立公司、關西電力、積水建房等大型企業組建區塊鏈聯盟NEXCHAIN，以形成跨行業的房地產信息共享與管理模式，並推動跨行業創新；

l 法國雷諾集團完成其區塊鏈項目「XCEED」的測試，用於在零部件供應商和 汽車 製造商之間共享合規信息，並簡化合規認證……。

上述金融、政務及各行業的應用案例雖然只是少數的典型案例，但也足以說明：一方面，數據共享是區塊鏈應用的內在要求。在具體實施上，一切都要從打破「數據孤島」與「信息不對稱」開始；另一方面，區塊鏈的應用實踐又反過來推動了跨層級、跨部門、跨行業、跨區域、跨國界的數據共享和前所未有的合作。

由上述案例還可以看出，基於區塊鏈的透明度、安全性、可信任性等特徵，數據共享讓原本看起來不太可能的合作得以達成，並形成更多的開放式創新成果；數據共享能夠有效提升商業體系、金融體系與 社會 治理體系的運行效率；各類組織在與外部機構進行數據共享與合作的同時，促進了自身的組織變革、流程變革。

在信任與共享的基礎上，「交易」是區塊鏈應用價值最直觀、最深層次的體現。目前，區塊鏈正在開啟全球各行業交易模式變革的新篇章。

從功能架構上看，基於區塊鏈的交易絕非只是交易環節的變革，而是綜合了區塊鏈的各項獨特功能，是對防偽溯源、供需對接、倉儲物流、支付/結算、供應鏈融資、保險、網路安全等區塊鏈應用的一體化整合。

從應用形態上看，基於區塊鏈的交易超越了產品或服務交易的傳統概念，代表了更廣泛的數據在流通中的價值實現。

從應用場景來看，基於區塊鏈的交易涉及實體產業的升級、金融行業的數字化進階，以及「通證經濟」的創新應用。

在實體產業，以農業區塊鏈的應用為例：一方面，基於區塊鏈的供應鏈溯源已經成為食品安全的重要屏障；但另一方面，對於種植者或養殖者來說，供應鏈溯源功能還遠遠不夠。如何幫助他們擴大農產品銷售，並盡可能獲得更多收入，才是區塊鏈技術持續推動農業發展的「硬道理」。在其它行業，這一點同樣適用。

在上述背景下，全球實體產業的新型交易平台不斷涌現：

l 印度政府使用區塊鏈平台幫助偏遠地區的農民銷售農產品，以在減少中間費用的同時，獲得更高收入；

l 瑞士公司Cerealia搭建基於區塊鏈的農產品貿易和融資平台，以推動全球新興市場國家的農產品出口；

l 全球最大的獨立精製糖生產商、阿聯酋Al Khaleej糖業公司推出基於區塊鏈的糖產品交易平台DigitalSugar.io，實現基於現貨的國際原糖交易；

l 江西贛州上線基於區塊鏈的國際木材電子交易平台，對木材交易進行全流程上鏈管理，並將為木材市場提供監管雲倉、物流、金融、保險等全產業鏈服務；

l 山東省啟動山東互聯網中葯材交易平台，將通過區塊鏈等技術實現質控、交易、支付、結算和監管的線上一體化服務；

l 蘇州相城區渭塘鎮發布基於區塊鏈的珍珠在線交易平台，對珍珠核心參數及檢測報告上鏈存證，還將增加供應鏈管理、貿易金融、智能合約、支付結算、激勵機制等功能；

l 霍尼韋爾公司推出飛機零部件新件與二手件在線交易平台GoDirect Trade，為大型製造商如何將區塊鏈應用於零部件交易與流通提供了有價值的參考……。

在金融行業，區塊鏈正在從證券交易、資產證券化、貿易融資、跨境結算等方面推動金融交易業務的數字化進階：

l 澳大利亞國家證券交易所推出基於分布式賬本技術的數字證券交易平台ClearPay，可提供當日多幣種、實時DVP結算，並將替代原有的交易所結算系統；

l 瑞士公司Finka以玻利維亞有機牧場的牲畜為標的推出了相關的證券化代幣投資平台，以促進當地畜牧業發展；

l 美國公司Securitize建立了基於數字證券的日本房地產投資平台，旨在盤活日本農村的閑置不動產，並提升農村經濟活力；

l 中國郵儲銀行與建設銀行完成首筆跨區塊鏈平台福費廷交易，華夏銀行昆明分行首次實現二級市場福費廷轉售業務；

l 南京鋼鐵分別與澳大利亞力拓公司、巴西淡水河谷公司完成了基於區塊鏈的鐵礦石交易；

l 寶鋼股份與澳大利亞力拓公司完成首單基於區塊鏈的人民幣跨境結算交易……。

當然，在區塊鏈推動金融交易業務進階的同時，與區塊鏈、加密貨幣相關的炒作、騙局、洗錢、網路攻擊等陰暗面如影隨形。如何既能持續推動金融創新，又能進行高效的風險防控，以及對違法犯罪的有力打擊，是一個需要長期應對的重要問題。從全球來看，中國在這方面已經做出態度鮮明、措施嚴厲，並富有成效的回應。

實體產業、金融行業藉助區塊鏈實現的交易變革只是區塊鏈改變傳統交易方式的初級階段，「通證經濟（Token Economy）」才是區塊鏈「交易」功能的更高層級。

在「通證經濟」的框架下，從電子證照到技能證明，從信用記錄到公益活動參與記錄，從社交媒體軌跡到碳減排行動，當各種數據成為被加密的數字權益證明，並且可流通、可交換的時候，就被賦予了「通證」功能。

撇開「非同質化通證（Non-Fungible Token, NFT）」的投資/投機熱潮不論，我們已經可以看到全球為數不少的「通證經濟」早期應用：

l 由奧地利政府支持的HotCity項目通過眾包模式與區塊鏈、 游戲 化代幣的結合，鼓勵居民提交供暖余熱熱點，以更高效地滿足城市供熱需求；

l 福特公司為採用混合動力 汽車 的商業和市政車隊建立「綠色里程」，以幫助改善城市空氣質量；

l 河南新鄉市衛濱區在其區塊鏈產業園項目中基於商家和企業積分體系發行通證，以建立新型商業服務平台；

l 成都市發布基於區塊鏈的社區治理產品「鏈動社區」，居民可通過志願者服務等活動獲得該平台的「時間銀行」積分，並兌換成社區商戶提供的福利和優惠；

l 全球非營利組織「移動開放區塊鏈計劃」的電動 汽車 充電網路工作組（EVGI）啟動去中心化 汽車 充電技術的全球標准系統，涵蓋了通證化碳信用（TCC）場景；

l 區塊鏈獎勵平台MiL.k與韓國零售商合作，為其會員提供基於區塊鏈的積分管理服務。會員可通過MiL.k平台將現有積分轉換為本地MLK通證，也可以兌換成其他第三方積分……。

由上述案例及更多的案例可見，「通證經濟」具有幾個顯著特徵：

「通證經濟」為更廣泛的數據賦予了資產屬性和可交易屬性，並通過跨領域、跨平台的互信與流通，能夠提高整個 社會 與經濟系統的運行效率；

「通證經濟」是一種新的價值創造和實現過程，不一定直接以貨幣為交易媒介，而是更多體現為各種要素、資源的互換互利與重新配置；

「通證經濟」往往與激勵機制結合在一起，通過對「好人好事」、「好企業」、「好機構」的激勵，將有效重塑 社會 價值體系與 社會 信用體系。

總體而言，「通證經濟」將催生出新的生產要素，將重塑生產關系，並極大地解放 社會 生產力；「通證經濟」代表了「信息互聯網」向「價值互聯網」的進化，昭示著數字經濟最激動人心的未來；基於區塊鏈的「通證經濟」已經初見倪端，並開始對經濟運行、 社會 治理，以及每個人的生活方式帶來持續可見的變革。不管是各類機構，還是個人，都應該為這場變革做好思想與行動上的准備。

與其它新技術一樣，區塊鏈在應用和普及過程中，不斷產生著平台、媒介、模式、方法等方面的替代效應：實體證件被電子證件替代，信用記錄被通證替代，人工審核被數據驗證替代，城市管理平台被「城市大腦」替代……。

這樣的替代已成常態：

l 阿根廷央行開始就新的區塊鏈清算系統展開概念驗證，該系統可能會替代現有清算系統；

l 韓國造幣和安全印刷公司（KOMSCO）拓展區塊鏈數字禮券業務，以替代紙質禮券，並在紙幣和硬幣發行量大幅下降的同時實現了創紀錄的營收提升；

l 中國各地法院在不動產查封執行中開始採用區塊鏈電子封條替代傳統的紙質封條；

l 上海市法院系統正在通過人工智慧、區塊鏈等新技術的採用， 探索 以數字化庭審記錄替代人工庭審筆錄；

l 日本公司SUSMED推出「使用區塊鏈技術的臨床數據監測系統示範」試點，表明葯物或醫療設備臨床試驗中必要的監控過程可以使用區塊鏈系統進行替代；

l 支付寶與悟空租車合作推出「刷臉」租車服務，通過區塊鏈技術與信用免押模式，遊客只需「刷臉」即可租車，通過手機操作就能歸還車輛；

l 在新冠疫情下，中國各地方政府密集推出結合區塊鏈技術的「非見面、不接觸、零跑腿」式政務服務，替代了傳統的線下服務方式，為疫情期間的遠程招投標、「雲端」通關、金融支持、復工復產等工作的順利進行提供了有力保障……。

此外，我們還可以看到，通過區塊鏈技術的使用，各類企業級服務同樣在實現替代與進化：從紙質合同到電子合同，再到基於程序化、可自動執行智能合約的區塊鏈合同，區塊鏈正在推動合同簽署進入「鏈簽約」時代；從線下的人力資源公司到線上的人力資源平台，再到基於區塊鏈的人力資源市場，全球人力資源服務已經經歷了從1.0時代到2.0時代，再到3.0時代的持續變革。

總體來看，當區塊鏈「侵入」到各行業，便「毫不留情」地刪除著一切不必要的環節和流程，一切不必要的人工操作，並加速迎接無紙化、無人化、自動化時代的到來。

在我們分析全球1550餘個區塊鏈應用案例的過程中，類似「提高」、「加快」、「縮短」、「降低」、「減少」、「節約」、「節省」等詞彙頻頻出現在我們的眼前。這些詞彙表明，效率的提升是區塊鏈應用各方的共同追求，也是區塊鏈替代效應的最直接成果。

眾多的應用實踐正在為此添磚加瓦：

l 肯亞公司Shamba Records為該國農民提供區塊鏈溯源、交易與融資服務，目前已覆蓋6000多小型農戶，並幫助他們將收入提高了至少40%；

l NTT DATA、三菱等公司參與投資的區塊鏈貿易平台TradeWaltz完成試運行，結果顯示該平台最多能夠削減傳統貿易流程50%的工作量；

l 沃爾瑪加拿大公司通過DL Freight區塊鏈平台的應用，將其與承運人之間的發票糾紛顯著降低了97%；

l 國網公司電力交易存證溯源查詢平台投入運行，實現了注冊用戶的真實性審核全流程自動化，節省了99%的可信人工審核時間；

l 中遠海運集運與山東港口集團青島港合作推出區塊鏈無紙化進口放貨模式，平均每個集裝箱可為客戶節省提貨時間近24小時；

l 浙江台州利用「物聯網+區塊鏈」回收系統解決海洋污染治理難題，相比傳統處理方法，該回收系統可以節約94%的人力成本和84%的運營成本……。

綜上所述，通過信任機制、共享機制與交易機制的共同作用，區塊鏈形成了明顯的替代效應，提高了金融、政務與各行業的運營效率，並將持續形成系統性的變革。這種變革重塑著人與機器、人與 社會 、人與環境的關系，並清晰地指向三個終極目標：效率、福祉與環保。