区块链 Block Chain

图说区块链：神一样的金融科技和未来社会

互联网金融 ITFin = IT Finance
金融科技 FinTech = Financial Technology，
ABCD = 人工智能 Artificial Intelligence
- 区块链 Blockchain
- 云计算 Cloud Computing
- 大数据 Big Data

推荐序一 夯实通往区块链社会的基础

区块链说到底更是一种观念，用技术设计取代权威控制和情感信任，以此建立一种网络结构，所有人都可以参与成为无数节点之一，进行认证、确权、交易、追测和调整等一系列动作，它公开透明、成本低、速度快、分布广,，没有权威可以篡改伪造和取缔记录。

起源篇

• 账本演变
  21世纪，信息化、数据化、智能化。
  区块链，分布式共享账本，无限增加、加密有序、去中心化，一种价值传输网络。
• 价值转移
  网络中所有授权的参与者都保存着一份完全相同的账本，每一笔交易都有一个独一无二的时间戳，防止重复支付。
  可编程性
• 信用成本
  算法证明机制来保证信任，自动撮合、强制执行、成本很低。
  区块链是一台创造信任的机器，最核心的问题就是解决信用共识的问题。
• 技术创新

原理篇

区块链本质上是一个去中心化的分布式账本，其本身是一系列使用密码学而产生的互相关联的数据块，每一个数据块中包含了多条经比特币的网络交易有效确认的信息。
“听谁的”——中本聪破解“拜占庭将军问题”的算法
“在小本本上记录”——比特币挖矿
“脱鞋用脚写字”——比特币挖矿难度
“脱鞋写字速度”——算力
“新的规则”——工作量证明链

区块链系统大约每10分钟会创建一个区块，其中包含了这段时间里全网范围内发生的所有交易。每个区块中也包含了前一个区块的ID（识别码），这使得每个区块都能找到其前一个节点，这样一直倒推就形成了一条完整的交易链条。
区块作为区块链的基本结构单元，由包含元数据的区块头和包含交易数据的区块主体构成。

区块头包含三组元数据：

1. 用于连接前面的区块、索引自父区块哈希值的数据；

2. 挖矿难度、Nonce（随机数，用于工作量证明算法的计数器）、时间戳；

3. 能够总结并快速归纳校验区块中所有交易数据的Merkle（默克尔）树根数据。

哈希算法

是区块链中保证交易信息不被篡改的单向密码机制。哈希算法接收一段明文 后，以一种不可逆的方式将其转化为一段长度较短、位数固定的散列数据。SHA–256（安全散列算法）

公钥和私钥

公钥其实是用来加密/验章的，给大家用的；
私钥用来解密/签章，私钥由个人拥有，本质上是32个字节组成的数组。

信息发送者：用私钥对信息进行签名，使用信息接收方的公钥对信息加密。
信息接收方：用信息发送者的公钥验证信息发送者的身份，使用私钥对加密信息解密。

时间戳

从区块生成的一刻起就存在于区块之中，它对应的是每一次交易记录 的认证，证明交易记录的真实性。每个加盖时间戳生成的区块都独一无二。

Merkle树结构

区块链利用Merkle树的数据结构存放所有叶子节点的值，并以此为基础生成一个统一的 哈希值。Merkle树的叶子节点存储的是数据信息的哈希值，非叶子的节点存储的是对其下面所 有叶子节点的组合进行哈希计算后得出的哈希值。

预防病毒：断网、设防火墙、阻止 445端口、升级Windows补丁 匿名性

目前中国的比特币平台是不能提现。技术本身是无罪的。

区块链的本质是一个互相验证的公开记账系统。这个系统所做的事情，就是记录所有账 户发生的所有交易。每个账号的每笔数额变化都会被记录在全网总账本中。而且每个人手上 都有一份完整的账本，每个人都可以独立统计出有史以来比特币系统每个账号的所有账目， 也能算出任意账号当前余额是多少。
由于所有数据公开透明，任何人都可以去查看它的源代码，人们便会信任这套去中心化 的系统，而不担心里面是否隐藏着什么阴谋。

比特币分叉

扩容方案

1. Bitcoin Classic（比特币经典版），此方案认为应该将这个字段的最大值调到2M，并且以 后有计划取前2 016个区块大小的中位数再乘一个约定好的倍数来决定下一批区块的大小上 限。
2. Bitcoin XT（比特币新版），此方案认为这个值应该修改为20M，并且每两年翻一番，直 到上限值达到8.3G（千兆字节）。
3. Bitcoin Unlimited（比特币无限版），此方案认为这个值多大都行，甚至可以无限大，由矿 池决定其大小。

软分叉是暂时的，硬分叉是永久的。

硬分叉

是指比特币的区块格式或交易格式（这就是广泛流传 的“共识”）发生改变时，未升级的节点拒绝验证已经升级的节点生产出的区块，不过已经升级 的节点可以验证未升级节点生产出的区块，然后大家各自延续自己认为正确的链，所以分成两条链。

特点如下：

1. 没有向前兼容性，之前的版本将不可再用，需要强制升级；

2. 在区块链层面会有分叉的两条链，一条旧链，一条分叉新链； 3.需要在某个时间点全部同意分叉升级，不同意的将会进入旧链。

软分叉

是指比特币交易的数据结构发生改变时，未升级的节点可以验证已经升级的节点 生产出的区块，而且已经升级的节点也可以验证未升级的节点生产出的区块。

Bitcoin Core（比特币核心钱包）主张的Segwit（隔离见证）升级后，比特币依旧是比特币，不会有新的币种诞生。

特点如下：

1. 有较好的兼容性，之前版本的部分功能可用，可不升级；
2. 在区块链层面没有分叉的链，只是组成链的区块有新区块和旧区块之分；
3. 相当长的时间里，可允许不进行升级，继续使用原版本生成旧区块，与新区块并存。

市场决定价格

工作原理

分布式数据库，记账由所有节点共同维护、共同记账的。所有的单一节点都无法篡改它。
篡改一个记录需要同时控制整个网络超过51%的节点或计算能力才可以，而
区块链中的节点无限多且无时无刻都在增加新的节点，这基本上是不可能完成的事情，而且
篡改的成本非常高。

特点

• 去中心化：任意节点停止工作都不会影响系统整体的运作
• 去信任：系统中所有节点之间无须信任也可以进行交易 公开透明 人人可查
• 集体维护：系统是由其中具有维护功能的所有节点共同维护的，系统中所有人共同参与
  维护工作。
• 可靠的数据库：系统中每一个节点都拥有最新的完整数据库拷贝，修改单个节点的数据
  库是无效的，因为系统会自动比较，认为最多次出现的相同数据记录为真。

模型架构

• 数据层起始节点是“创世区块”

• 网络层的主要目的是实现区块链网络中节点之间的信息交流。区块链网络本质上是一个
  P2P（点对点）网络。每一个节点既接收信息，也产生信息。节点之间通过维护一个共同的区块
  链来保持通信。创造 广播 验证 51%

• 共识机制主要有工作量证明、权益证明和股份授权证明

• 激励层的主要功能是提供一定的激励措施，鼓励节点参与区块链的安全验证工作

• 合约层主要是指各种脚本代码、算法机制以及智能合约

• 应用层封装了区块链的各种应用场景和案例

基本类型

• 公有链是指全世界任何人都可读取、任何人都能发送交易且交易能获得有效确认，任何
  人都能参与共识过程的区块链 许可链

• 1. 保护用户免受开发者的影响
  2. 访问门槛低
  3. 所有数据默认公开

• 私有链是指其写入权限仅在一个组织手里的区块链，目的是对读取权限或者对外开放权
  限进行限制。 许可链

• 特点

  1. 交易速度非常快
     私有链中少量的节点具有很高的信任度，并不需要每个节点都来验证一个交易。因此，私
     有链的交易速度比公有链快很多。

  2. 为隐私提供更好的保障
     私有链的数据不会被公开，不能被拥有网络连接的所有人获得。

  3. 交易成本大幅降低甚至为零
     私有链上可以进行完全免费或者至少说是非常廉价的交易。如果一个实体机构控制和处
     理所有的交易，它就不再需要为工作收取费用。

  4. 有助于保护其基本的产品不被破坏
     银行和传统的金融机构使用私有链可以保证它们的既有利益，以至原有的生态体系不被
     破坏。

• 联盟链是指其共识过程受到预选节点控制的区块链。项目R3 CEV

• （许可链是指每个节点都需要许可才能加入的区块链系统）

• 混合链和复杂链

共识机制

• 工作量证明（Proof of Work，简称PoW）通常只能从结果证明，因为监测工作过程通常是烦
  琐且低效的。

  比特币在区块的生成过程，一个符合要求的区块哈希值由N个前导零构成，零的个数取决于网络的难度值。

  • 优：完全去中心化，节点自由进出。

  • 缺：目前比特币已经吸引全球大部分的算力，其他再使用PoW共识机制的区块链
    应用很难获得相同的算力来保障自身的安全；挖矿造成大量的资源浪费；共识达成的周期较
    长。

  x项目：比特币、以太坊前三个阶段——Frontier（前沿）、Homestead（家园）、
  Metropolis（大都会）。以太坊的第4个阶段，即Serenity（宁静），将采用权益证明机制。

• 权益证明（Proof of Stake，简称PoS）：节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比

  • PoS的优点：在一定程度上缩短了共识达成的时间；不再需要大量消耗能源去挖矿。

  • PoS缺点：还是需要挖矿，本质上没有解决商业应用的痛点；所有的确认都只是一个概率
    上的表达，而不是一个确定性的事情，理论上有可能存在其他攻击影响

• 股份授权证明 DPoS 节点选举若干代理人，由代理人验证和记账 51%批准 投票模式可以每30秒产生一个新区块

  

  基本步骤：

  1. 成为代表：网络注册公钥 32位的特有标识符
  2. 授权投票：参数设置窗口 选择代表，分级
  3. 保持代表诚实
  4. 抵抗攻击
  • DPoS的优点：大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证。
  • DPoS的缺点：整个共识机制还是依赖于代币，而很多商业应用是不需要代币的。

• 投注共识：以太坊下一代的共识机制Casper（鬼马小精灵）按区块达成 属于PoS 有惩罚机制

• 瑞波共识机制：遵循核心成员的“51%权力”，外部人员则没有影响力，投票通过加入新成员

• Pool（联营）验证池：基于传统的分布式一致性技术以及数据验证机制

  • 优点：不需要代币也可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox、Raft）的基础上，实现
    秒级共识验证。
  • 缺点：去中心化程度不如比特币，更适合多方参与的多中心商业模式。

• 实用拜占庭容错 PBFT =Practical Byzantine Fault Tolerance ：在N≥3F - 1的情况下，一致性是可能实现的（N为计算机总数，F为有问题的计算机总数）。“许可投票、少数服从多数”

  适合联盟链共识算法，改进算法：修改底层网络拓扑的要求，使用P2P网络；可以动态地调整节点数量；减少协议使用的消息数量。

• 授权拜占庭容错 2016年4月，小蚁公司 最大限度地确保系统的最终性，使区块链能够适用于真正的金融应用场景。改进：

  1. 将C/S（客户机/服务器）架构的请求响应模式改进为适合P2P网络的对等节点模式；
  2. 将静态的共识参与节点改进为可动态进入、退出的共识参与节点；
  3. 为共识参与节点的产生设计了一套基于持有权益比例的投票机制，通过投票决定共识
     参与节点（记账节点）；
  4. 在区块链中引入数字证书，解决了投票中对记账节点真实身份的认证问题。
  • 优点：专业化的记账人；可以容忍任何类型的错误；记账由多人协
    同完成；每一个区块都有最终性，不会分叉；算法的可靠性有严格的数学证明。
  • 授权拜占庭容错机制的缺点：当1/3及以上的记账人停止工作后，系统将无法提供服务；当
    1/3及以上的记账人联合作恶，且其他所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账
    人可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据。

• 帕克索斯算法：传统的分布式一致性算法 基于选举领导者的共识机制 领导者节点拥
  有绝对权限，并允许强监管节点参与，其性能高，资源消耗低。所有节点一般有线下准入机
  制，但选举过程中不允许有作恶节点，不具备容错性。

人物篇

• 中本聪 传奇人物
• 尼克·萨博 区块链技术领域的先行者和开拓者，发明了智能合约的
• 马克·安德森 在《纽约时报》撰写关于比特币的专栏
• 布莱斯·马斯特 从华尔街走出的神奇女子
• 巴里·希尔伯特 区块链行业的投资大亨

比特币的本质是一个分布式账本，是一本不能修改、不能毁坏、永远不间断、所有人都可查询的账本，

介绍一位科学家最科学的方式就是讲述他发明的科学。

智能合约

逻辑基础——基于信任而产生。是一个计算机程序，是一个任
何人都可以使用的去中心化系统，不需要任何中介机构。条件：

1. 必须有货币参与。
2. 资产必须数字化。
3. 资产必须联网且绝对信任某个数据库。

2014年，马克·安德森回应投资大师沃伦·巴菲特：“老顽固对他们不懂的新技术从来都是瞎说一通。”

应用篇

所有银行都是通过中央的电子账本进行账目核对的。

传统跨境汇款方式是电汇，汇款周期一般长达3—5个工作日。周期长、收费高。区块链技术可以让汇款方和收款方直接进行支付、结算，省掉了所有的中间环节费用，使跨境支付结算能够点对点地快速完成，在提高清算速度的同时还可以实现全天候支付、实时到账、提现简便且没有隐性成本。

供应链金融体系中，一个特定商品的供应链包括从原材料采购到制成中间产品及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中，将供应商、制造商、分销商、零售商，直到最终用户串连成一个整体。
智能合约，电子支付，货到付款，违约赔偿

分布式智能身份认证系统

区块链身份证有两个优势：安全、便捷地解决信息丢失问题；永远不会丢失、永远不会被篡改。

区块链具有去中心化、不可篡改、可信任、可追溯等特点

重金之下，必有纷争。版权：

• 宣布所有权，加盖时间戳
• 所有权跟踪，全过程追溯。不可逆且不可篡改

挑战：

1. 区块链技术的商业化应用和大众化普及
2. 与区块链技术相关的法律从提案到制定再到修订要走的路，并不比区块链概念普及的里程短
3. 哈希值的生成花费巨大。文件大小、时间、类型、创作者

区块链+物联网的世界，就是去中心化与协同共享的世界。

区块链技术可以在物联网中的设备之间建立低成本的连接，还能通过去中心化的共识机制提高系统的安全私密性。同时，区块链技术与智能合约的叠加能够把每个智能设备变成可以自我维护调节的网络节点
用于身份认证的区块链是智能电缆网络的核心
物联网的应用范围十分广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、智慧城市、智能家居、环境监测、工业监测、食品溯源等多个领域。
物联网发展面临的最大挑战不是简单地建立一个去中心化的物联网，而是建立一个规模可以不断拓展的通用物联网，同时保证隐私、安全，使参与者无须建立信任便可进行交易。

分布式设备网络，即去中心化的物联网，BitTorrent（文件共享）、Ethereum（智能合约）和TeleHash（P2P消息发送系统）三个协议支持

人与人之间的关系从互相信任开始，之后才会有接触交流及进一步的共同作业，最终促进人类共同的发展进步，而区块链完美诠释了这一关系。

1. 商品化与区块链：消费流程全透明。
2. 农业保险与区块链：提升农业智能化。

区块链+慈善

1. 降低交易成本：可以点对点完成
2. 增加透明度：记录公开透明可查询且不可篡改，以通过账本追溯捐款的去向
3. 增强信任：快速建立信任关系，消除了捐助者对第三方的需求

装备篇

拜占庭将军问题： 莱斯利·兰伯特（Leslie Lamport） 在存在消息丢失的不可靠信道上试图通过消息传递的方式达成一致性是不可能的。

Paxos算法：莱斯利·兰伯特 基于消息传递的一致性算法 解决的问题是一个分布式系统如何就某个值（决议）达成一致

使用时间戳确保数位文件安全 斯图尔特·哈伯（Stuart Haber）与W. 斯科特·斯托尔内塔（W. Scott Stornetta）于1991年

区块链最初的应用形式就是数字货币。数字货币是电子形式的替代货币，数字金币和密码货币都属于数字货币。它不能完全等同于虚拟世界中的虚拟货币，因为它经常被用于真实的商品和服务交易，而不仅仅局限在网络游戏等虚拟空间中。

PoW 工作量证明 。比特币在区块的生成过程中 。一个符合要求的区块哈希值由N个前导零构成，零的个数取决于网络的难度值。要得到合理的区块哈希值需要经过大量的尝试计算，计算时间取决于机器的哈希运算速度。

不对称加密：公钥和私钥 对称加密：使用用户名与密码

哈希算法将任意长度的二进制值映射为固定长度的较小二进制值，

公有链对所有人开放，任何人都可以参与；私有链只对单独的个人或实体开放。

区块指的是信息块，每个区块都包含三个要素：本区块的ID；若干交易单；前一个区块的ID。

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

信用共识。区块链的分布式结构以及基于数学算法的低成本信任机制

“21世纪最重要的是什么？人才！”

全世界的信用体系

1. 第一，基于道德 靠道德约束解决信用问题

2. 第二，基于信仰 相信上帝

3. 第三，基于政府 银行体系 任何时候政府都是人民强大的后盾

4. 算法一致性：不论时间、地点，只要输入确定，经过算法，输出就一定确定

   区块链：

   • 安全。每个数据节点都独立记录区块链世界里的每一笔交易。当一笔交易发生，系统会通过P2P协议，将交易广播到区块链中的每一个数据节点。
   • 稳定。比
     特币协议将各个节点组织成了一个强大的比特币区块链网络

传统汇款方式：汇款手续费高昂，汇款周期长，汇款过程不透明。

区块链：点对点汇款，到账周期短，并且信息公开透明、可以实时查询。

全新的底层技术、上层应用以及运行原理

区块链技术是去中心化的分布式账本。

科普 融合。用新兴的技术解决传统领域的痛点，提升劳动力及资本运转的效率，这是区块链技术发展的动力和使命。

保持开放的态度，对新鲜事物给予一定的容纳空间，你的人生总归更有趣一些。