一、区块链的概念

1.1 区块链的基本介绍

区块链是一种去中心化的记录技术，形象地说，是一个存储在所有相关的计算机并且可以由任何人进行查阅的大账本。比特币是区块链技术的第一个应用，是一种可全球范围内可交易的数字货币。随着比特币价格的疯狂增长，区块链技术也快速的进入到大众的视野，并且被不断的应用起来。比特币重要的发展历史阶段：

1、2008年11月1日，中本聪发布比特币白皮书

2、2009年1月3日，创世区块，挖出第一批50个比特币

3、2010年5月21日，“比特币披萨日”程序员用1万个BTC购买25美元披萨

4、2013年4月13日，比特币价格266美元

5、2013年，德国、美国德州、印度、加拿大支持比特币

6、2013年12月5日，中国五部委发布《通知》

7、2016年初，央行明确将发行“数字货币”

8、2017年12月，比特币价格达到2万美元顶峰，逐渐回落

图1：2009年1月到2018年1月的比特币价格走势  

1.2区块链的核心技术

（1）区块和链

为了使得账本不可篡改，交易信息的相关数据被存放在区块中。当新的交易数据形成后，这些数据和上一个区块的相关数据被打包进下一个区块中，每个区块的块头包含前一个区块的交易信息的压缩值，前后形成链式结构，通过区块头的哈希校验，使得每个区块受下一个区块的保护防止篡改。

图2：区块链结构示意图

区块+链的形式保存了从第一个区块开始的所有历史数据，连接的形式是后一个区块拥有前一个区块的HASH值，区块链上任何一条记录都可通过链式结构追溯本源。

（2）数字加密

数字货币的所有权通过数字密钥、比特币地址和数字签名来确定的。为了解决信息的安全性问题，一般使用非对称加密算法来保证个人数字资产不被盗取。非对称加密使用一对秘钥，一个用来加密，一个用来解密，而且公钥是公开的，秘钥是自己保存的，在通讯前不需要先同步秘钥，避免了在同步私钥过程中被黑客盗取信息的风险。公钥和私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密。

图3：数字加密的过程

私钥是随机选出的数字，然后通过非对称加密（椭圆曲线函数）产生一个公钥，最后公钥再通过哈希函数转化成比特币地址。比特币地址是由数字与字母构成，可以与任何人分享。

（3）共识机制

区块链上的共识机制主要解决如下两个问题：如何在去中心化的网络中建立时间先后的概念，以及当多个计算机（节点）都想参与记账的时候，应该选择谁来记账的问题，解决方案包括工作量证明机制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）以及拜占庭容错（PBEF）。

图4：四种共识机制

（4）分布式结构

区块链设计最精妙的地方是，它并不赞同把数据记录并存储在中心化的一台或几台电脑上，而是让每一个参与的节点来完成这些工作，也就是具有分布式结构。为此，区块链系统采用开源的、去中心化的协议来保证数据的完备记录和存储。这也意味着，在区块链网络中分布着众多的节点，节点与节点之间可以自由连接进行数据、资产、信息等的交换，而无需通过第三方中心机构。

图4：分布式结构图

1.3区块链的优势

（1）去中心化：由于大家共同记账来保证账本准确性和安全性，整个过程不需要一个中心化的平台；同时甲和乙之间的交易无需两人互相了解，就可以在区块链内有保障地进行。

（2）信息完备且公开透明：决定记账权的共识算法是公开的，除了交易各方的私有信息被加密以外，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据并开发相关应用。

（3）不可篡改：区块链使用了密码学技术来保证区块链上的信息不被篡改，主要用到的是密码学中的哈希函数以及非对称加密。

（4）可追溯：区块链中每一笔交易可以通过链式结构追本溯源，一笔一笔进行验证。

（5）隐私信息匿名化：在区块链上交易的过程是透明的，但是用户的隐私信息却可以得到保护，具有匿名性。

（6）自治性：在没有人类干预的前提下，通过预先设定的业务规则自动运行。

1.4区块链的分类

区块链分为公有链、私有链和联盟链。公有链是指全世界任何人都可以参与共识过程、读取信息、发送交易的区块链，通常被认为是“完全去中心化”的。而私有链的写入权限仅仅掌握在一个组织手里，读取权限可以被任意程度地限制。联盟链是指共识过程受到预选节点控制的区块链，可被视为“部分去中心化”。

表2：区块链的分类

二、区块链的行业应用

2.1 区块链的应用现状

从2008年的比特币开始，区块链技术的应用主要分为以下三个阶段：

1. 以可编程数字加密货币体系为主要特征的区块链1.0模式，代表性应用是比特币，主要解决了货币支付手段的去中心化。

2. 以可编程金融体系为主要特征的区块链2.0模式，这阶段主要加入了“智能合约”的概念，试图把任何资产变成数字化形态进行交易，使得区块链从最初的货币体系拓展到证券交易、股权转让等金融领域。

3. 以可编程社会为主要特征的区块链3.0模式，该阶段的应用场景将不仅仅局限于货币、金融等领域，而是扩展到社会生活的方方面面。

从行业来看，金融、版权、医疗、公证防伪、供应链等领域都开始意识到区块链的重要性并开始尝试将技术与现实社会对接。区块链技术能成为一种全新的工具，帮助社会削减平台成本，让中间机构成为过去，可以促使公司现有业务模式重心的转移，有望加速公司的发展。与此同时，区块链的数据上链有望促进传统的数据记录、传播以及存储管理方式的转型。从社会角度来看，区块链技术有望将法律与经济融为一体，彻底颠覆原有社会的监管模式，组织形态会因其而发生改变，区块链也许最终会带领人们走向分布式自治的社会。

图5：区块链应用场景

2.2 区块链+泛金融行业

金融的起源来自于解决信息不对称带来的不信任性，传统的金融秩序几乎是建立在以银行、交易所、清算所、第三方支付等机构为中心化的基础上。当前，全球金融业面临巨大的成本压力，因此，借助金融科技压低成本迫在眉睫。金融自身中心化的特征一方面可以解决信息不对称问题，节约信息传递的成本，但是随着金融系统规模的扩大，整个系统脆弱性逐渐突出，由此产生的道德风险也逐步约束了中心化的发展。

区块链的特质是去中心化，是一个由所有参与方共同维护的去中心化公共账本记录技术，是一种几乎不可能被更改的分布式数据库和账簿记录技术，能够实现数据的分布式记录和存储。区块链技术在满足去中心化的同时还解决了系统内交易双方的信任问题，金融机构不需要再为上述信息验证成本而担忧。根据西班牙桑坦德银行研究，在减少跨境支付、证券交易及合规中的成本开支等方面，区块链技术每年能为银行业节省约150亿至200亿美元。

区块链项目在金融领域的探索主要集中在支付、房地产金融、资产证券化、资产管理、票据金融等领域。在国内，不仅是新兴区块链创业企业，如中国银联、招商银行、民生银行等传统银行机构以及蚂蚁金服、百度金融、众安科技等在内的金融科技巨头已经开始布局并落地了相应的平台与项目。利用区块链的去中心化、不可篡改的特性对于金融各个环节的风险有了更好的把控，从而降低了金融流程中的成本。

图6：金融领域部分场景及部分相关公司图谱

2.3 区块链+其他行业

金融业仅仅是开始，随着区块链技术的不断发展，更多的行业应用正在开启，未来可以应用到生活的方方面面。

（1）内容版权

现在是知识变现的黄金时代，任何人都可以通过自己的原创作品获取一定的收益，然而目前的原创环境及其恶劣，盗图、抄袭的案例不胜枚举。传统版权登记方式不仅耗时长而且费用高，并且即使被抄袭了，作者们也存在举证难、维权费用高等痛点。利用区块链去中心化的技术特征，为原创作品嵌入16进制的密码，这个密码会同时储存在区块链的所有电脑上，即相当于为原创作品登记了一张“电子身份证”，且永久有效，无法篡改。区块链的分布式存证让在法律层面主要体现在版权保护、证据保全和电子智能合同等方面。对于版权保护，区块链让版权交易标准化成为可能；而对于电子证据来说，区块链实现了保真和验真。

图7：内容版权部分场景及部分相关公司图谱

（2）社交娱乐

传统的社交网络是中心化的结构，由用户创造内容，由社交网站设定规则、存储内容、分发内容。用户之间的交互通过中心化的社交网络实现，而作为服务提供方的社交网络则掌握了用户产生的数据，并通过分析这些数据，进行精准的广告推荐，从而获益。通过区块链方式，可以把用户资料和信息的控制权归还给个人，并为有贡献的用户提供激励。这样的模式一方面保证了个人数据安全，其次通过系统机制刺激大家做更多的贡献。网络在这个时候，不再是中央枢纽，而是单纯的平台，一个用户完全可以点对点进行交互的平台。除此之外，区块链应用较为早期的2C类业务还有娱乐类的应用，基于区块链做的虚拟偶像、游戏、直播等项目让虚拟财产交易和保护更加透明。

图8：社交娱乐部分场景及部分相关公司图谱  

（3）公益类

慈善最令人不满意的就是善款去向不明、信息不公开，然而公益项目都是大家自发捐款的，每一笔捐款都是大家对需要帮助的人的爱心，群众是有权利知道自己的善款的始终。区块链技术的出现完美的解决了这些问题，对于慈善来说，区块链技术带来的公开透明性，可以确保捐款人对自己资金的流向清楚明白可查询；不可篡改的特性也能确保财务信息不会被篡改；可匿名性还能保护捐款者的隐私，让捐赠者安心。

图9：公益类部分场景及部分相关公司图谱  

（4）供应链

区块链技术最具普遍应用性的方面之一就是它使得交易更加安全，监管更加透明。简单来说，供应链就是一系列交易节点，它连接着产品从供应端到销售端或终端的全过程。从生产到销售，产品历经了供应链的多个环节，有了区块链技术，交易就会被永久性、去中心化地记录，这降低了时间延误、成本和人工错误。基于区块链技术，供应链可以通过确保产品的有效性，降低产品伪造或低质量的风险性，并且将使供应链成员变得更加诚实。

图10：供应链部分场景及部分相关公司图谱  

（5）公证防伪

传统的公证一般是基于政府机关的信用和公信力，公证成本高、流程复杂。区块链的去中心特征让数据资料利用数学加密来做信用背书，在没有政府机关的介入下，自动完成公证，且资料永久保留可追踪。利用区块链技术帮助各种各样应用程序的开发，包括审计系统，医疗信息记录，投票系统，财产契据，法律应用等。区块链技术可以维护了一个永久不可更改的、基于时间戳记录的数据网络。大大减少了进行独立审计、管理真实记录、遵守政府监管条例的成本和难度。

图11：公证防伪部分场景及部分相关公司图谱  

（6）数字身份

数字身份认证现在已经在众多场景中得到广泛应用，但具有碎片化、分散化等特点，不利于用户管理，且经常面临身份泄露、盗用等问题。区块链的分布式数据存储、点对点传输、加密算法等技术特性为数字身份的实现提供了一种可信的解决方案，可以有效解决身份验证和操作授权问题。如uport是基于以太坊的自主权身份ID应用，它可以允许用户进行身份验证、无密登录、进行数字签名并和以太坊上的其它应用交互。数字身份构建了未来区块链生态的基础。值得注意的是数字身份应该在操作授权的同时注意保护个人隐私。

图12：数字身份部分场景及部分相关公司图谱  

（7）房地产

传统的房地产买卖涉及各方利益相关者，区块链可以让交易过程透明化，让双方在无信任的前提下开展业务，交易纠纷和交易成本将大大缩小。交易可以通过智能合约技术保证在满足条件的情况下得到自动执行。区块链应用于房屋租赁市场可以防止高出市场价的房屋租金落入中介手中，也可以促进异地房产交易，降低投资门槛。一家名为ATLANT的公司支持房地产全程交易透明化，同时实现对等租赁，防止高出市场价的房屋租金落入中介手中。目前，区块链在全球还处于探索的初级阶段，存在着技术不成熟，交互性差，安全性不足等诸多问题，同时，房屋的上链也需要对房产的价格达成共识。其在商业地产领域中的应用，还在摸索中前行。

图13：房地产部分场景及部分相关公司图谱  

（8）法律

如何在买卖双方之间建立充分的信任，以使贸易成为可能？智能法律合约为提供了一个可行的方案。智能合约的不可改变性以及自动执行的性质可以简化并实施法律合同，一定程度上解决信任的问题，目前，已有多家律所及法律机构加入了企业以太坊联盟（EEA）。尽管如此，智能合约的不可改变性需要得到准确编写才能保证在任何情况下都能够成功实施，否则可能存在漏洞。现有的传统的法律还包括了难以转换成代码的条款，例如与责任或人员绩效相关的条例。未来物联网等技术趋于成熟，涉及自动化系统的商业份额明显增长，智能合约技术有望得到更广泛的应用。

图14：法律部分场景及部分相关公司图谱  

（9）医疗

现在大量的医疗数据已经实现数字化，但却未能得到共享，区块链技术可以解决信息不完善、信息风险和信息无法访问的问题。区块链技术的数据不可篡改性，高冗余性以及多私钥的复杂权限保管保障了患者数据的安全性和透明性，同时区块链的可溯源性可以记录患者的每个生命体征，并且可以高效准确地捕获与所用药物、每位医生诊断、患者疾病和手术相关的信息等，大大提高医疗服务的质量和协调性，并且显著降低相关成本和风险。未来与可穿戴设备的结合来监控个人健康状况，可使疾病治疗等更为透明和高效。Gemhealth致力于构建一个全球化医疗保健综合体，可以使得医院、保险公司和实验室能够实时连接并且即时无缝分享信息，而无需担心信息被泄露或者被篡改。

图15：医疗部分场景及部分相关公司图谱  

（10）能源管理

能源产业现有的中心化模式使得价值被少数寡头所垄断，同时停电和电力短缺的发生也屡见不鲜，区块链技术旨在通过分散、自治和高效的系统记录设备所有权和运行状态，自动读取智能电表，结合人工智能技术预测能源需求等，可以使得未来的能源消耗变得更加智能，让消费者从能源供应中获利。例如TransActive Grid公司正通过运营的微网项目实现社区间居民的电力交易。用户通过接入智能仪表，可以与其他分布式家庭互联，买入电力。考虑到电力系统的安全性要求，在中国主网的电力交易可能不适于采用这种点对点的交易模式。除此以外，电动汽车快充和共享充电桩也是区块链技术在能源方面应用最广、操作性较强的领域，未来在没有第三方参与的情况下可提供无人驾驶电动汽车共享服务。

图16：能源部分场景及部分相关公司图谱  

2.4 行业区块链化需要具有的特征

可以预见的价值“区块链化”的应用场景有很多，一般需要具备以下几个特征：

（1）双方交换的产品或服务可数字化；

（2）服务\产品标准化，评估体系清晰可查；

（3）由个体提供服务，个体消费服务；

（4）随着个体的逐步加入，网络价值越大。

举一个简单的例子，共享出行行业，服务的提供方主要是司机（车主），服务的消费方是乘客，司机将乘客从A点送到B点，乘客给司机一定的payment，整个交易结束。司机将A点送到B点，可以通过GPS地理导航来计算行驶路程，时间戳来记录行驶时间，按照一个全网公示的计算方式自动生成路费，然后司机把乘客送到目的地后，确认，乘客账户自动将钱转到司机账户。随着乘客和司机加入区块链化的网络越多，司机越容易接到更多合适的订单，乘客也更容易搭到车。

还有很多其他的产业，例如P2P保险行业，信贷行业，博彩、预测、游戏等等，满足上述四个特征的应用场景，都可以通过价值“区块链化”，实现交易的“去中心化”，解决交易信任的问题。

三：区块链应用的挑战和趋势

3.1 区块链应用的挑战

（1）技术挑战

根据区块链的底层技术，我们可以发现区块链的应用需要面临“不可能三角”问题：

1. 去中心化：每个人都有全网的账本数据，能参与验证和记录；

2. 一致性：保证所有的参与\节点的交易记录是实时一致性；

3. 规模性能：提高交易的吞吐量、规模，同时降低交易的延时性。

图17：不可能三角问题  

现有的区块链应用，例如比特币区块链保证了去中心化、一致性，然而规模性能较弱，大约每秒7笔的交易量；例如POS\DPOS验证，牺牲一定程度的去中心化，不需要每个人都参与验证，从而提高规模性能几个数量级，来维护账本的一致性。

（2）商业化问题

提起区块链的应用，最先想到的便是比特币等数字货币领域。但是随着ICO的爆发，数字货币的投机性被疯狂放大，甚至部分沦为诈骗工具。区块链应用仍在初级阶段，还没有找到真实的具体落地场景，目前应用较多的是金融、版权维护、供应链等方面。但是技术规则还不是非常适应现有的商业化结构，比如目前的区块链在改造金融基础设施中存在的不足，包括事后不可追索、无法以净头寸结算、无法融券、交易令牌与实物资产匹配不足、智能合约自动执行可能形成自我加强的反馈环导致金融不稳定。

除此之外，区块链的应用在与真实物理世界交互的过程中，既需要控制好输入数据的准确性，也需要保证输出数据与物理设备得到准确的交互。例如资产上链的价格评估可能依旧需要多方协商达成共识，以保证原始数据的真实性、准确性和完备性。在区块链与物联网联合的应用场景中，也需要考虑到真实物理世界的混乱性，即可能有很多不确定的认为或意外的干扰因素，例如Juicero问题：你可以建立一个计算机生态系统并将其与袋装水果联系起来，用其来挤压水果袋，但不是真正水果袋中发生的一切都能由计算机控制，人可以用手挤压袋子。如何才能保障输入区块链的数据是真实世界的准确映射，以及区块链的输出得到正确的实施和操作，对于区块链的成功应用来说是一个非常关键的问题。所以，产业落地缓慢也属正常，这由多方面原因造成，底层技术有待进一步成熟，智能合约公链平台缺乏，各类Token生态兼容不足，政府监管不明等等。

（3）政策监管问题

区块链的应用在不断发展中，对于企业和机构来说，一方面要通过内部治理的优化来满足客户需求，另一方面要积极参与相关联盟的规则制定。中国企业、机构已开始这方面的尝试。2016年2月3日，中关村区块链产业联盟成立，搭建横跨大学、科研院所以及企业之间的合作交流平台，组织国内外区块链产、学、研开展合作，致力于解决会员单位在发展中遇到的技术攻关、知识产权保护、产业化等问题，打造完整的区块链产业链。

对监管者而言，面临的任务则更加艰巨。技术的发展，使得监管者必须考虑同时通过法律规则和技术规则来进行监管，从而弥补市场失灵，并抵御系统性风险。通过法律规则监管公共区块链面临的一个巨大挑战是其去中心化的特征，使得现有的法律很难找到适用的监管对象，且很容易被绕过。一个替代的解决办法是监管那些处理比特币的企业，如交易所和钱包服务商，从而保证相关交易没有违反现有的法律规定，如反洗钱、反恐融资等。区块链本身具备跨境交易的属性，国家之间难以达成统一意见导致监管仍处于真空期。这意味着监管者在技术规则的制定上面临来自国际的竞争与合作。

（4）量子计算机的威胁

如果把传统电子计算机的计算能力比作骑自行车，那么量子计算机的运算能力就相当于坐飞机。在强大的量子计算机面前，包括比特币在内的虚拟货币采用的公开密钥加密算法就显得非常脆弱，每个人的私钥都会被量子计算机轻易地推断出来。但是量子计算机需要达到一定的量子比特才能做到这样的程度，外媒Motherboard认为，一个4000量子比特的量子计算机或许就可以瓦解区块链，也就是说，哪个人或团队先做出并应用这样的量子计算机就可以解出并验证每一笔交易，加密货币的信任系统将被瓦解。微软和谷歌都预测这样商业化的实用型量子计算机将在2025年前被造出来。值得注意的是，量子计算的出现将危及所有现有加密方法的安全性，影响金融和银行业的安全，不仅仅是区块链。目前美国国家安全局正在研究可以抵御量子计算的加密系统，在学术界，也有密码学专家正在研究量子密码学，并且已经有了实施量子密码学的区块链项目。通过更改比特币协议，选择量子计算机没有明显优势的算法或许可以填补这些安全漏洞。

3.2区块链应用的展望

区块链作为比特币的底层技术，具有去中心化，可靠性和不可篡改性，去信任性以及可匿名化特点。虽然国内与比特币相关的政策在收紧，但对区块链技术仍持支持态度。

多国政府表示对区块链技术的大力支持。在我国，国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》的第四部分重大任务和重点工程中，指出要强化区块链等战略性前沿技术并进行超前布局。北京在今年3月宣布，将利用区块链技术大早新型信用监管格局。贵阳已建成区块链测试平台，首批应用在政府数据开放共享、精准扶贫、个人医疗健康数据等12个应用场景上。

与此同时，全球上形成了两个比较著名的区块链联盟：R3和超级账本。国内也有三大区块链联盟，分别为：中国分布式总账基础协议联盟（China Ledger）、中国区块链研究联盟（CBRA）和金联盟（金融区块链联盟）。

除此之外，各大互联网巨头都已在区块链上有所布局。阿里巴巴已经将区块链技术应用在商品溯源、医疗数据加密、司法鉴定等领域。腾讯发起了金融区块链联盟，发布了面向金融企业的区块链云服务BaaS，并将区块链应用在公益领域。百度金融发布了区块链服务端BaaS，参与了超级账本的开源项目，发布了“莱茨狗”游戏。京东将区块链技术应用在物流领域，实现食品安全溯源、跨境物流沟通、防伪追溯等。网易、360、华为、小米、迅雷等公司也都在区块链上有所布局。

图18：巨头公司的区块链布局  

总的来说，不管从国家政府的角度，还是从各大互联网巨头公司的行动来看，大家对区块链技术的前景都是持有乐观和支持的态度，未来的应用前景很广阔。

1. 行业的发展速度更快：资本的快速进入以及民众的狂热使得行业会快速度过瓶颈期，将比传统互联网更快的进入爬升期，迎来快速爆发和扩张。

2. 不是所有的行业都适合区块链：一股区块链大潮让所有的创业者或者上市公司都去追赶“区块链+”的理念，事实证明并不是所有的项目都是适合区块链的，随着大家对技术的理解越来越深刻，更多的项目被证明是伪应用。

3. 底层技术价值高，会加速升级：随着区块链落地项目的越来越多，并且区块链应用无法垄断商业利润以及底层协议的代币激励系统会让底层协议更具有价值。商业化落地的速度远远超过底层技术协议的发展，这也会促进底层技术的不断迭代。

4. 融入更多的新技术：人工智能、大数据等新兴技术未来跟区块链的结合会越来越密切，人工智能可以提高链上的计算效率，大数据则可以去对链上数据进行深入分析，从而更好地服务人类。

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