《区块链将如何重新定义世界》——唐文剑、吕雯

第一章、区块链已来，世界从此大不同

区块链的发展轨迹：

♠ 2008-2010年，比特币诞生——中本聪提出，要创建一套支付系统，基于密码学原理而不基于信用，使得任何达成一致的双方能够直接进行支付。
♠ 2011-2014年，业界比特币产生质疑以及对区块链发生关注——比特币安全事件频发、交易处理效率、资源耗费、监管难度。而区块链本身优势逐渐呈现，有助于降低信任风险、简化交易流程、驱动新型商业模式产生、共享金融的实现。
♠ 2015年，业界对区块链进行深入探索。
♠ 2016年后，区块链将在各行业进行广泛应用。

要想理解区块链，先来看看比特币是什么吧！

这里首先科普几个概念：

1. P2P网络：比特币系统是基于P2P网络的，也就是没有中心节点，所有节点地位对等，每个节点都保存有自网络建立之初所有的交易记录，也就是公开分布式记账本。也就是网络上每个节点都能看到网络上进行过的所有交易记录，能够知道各个账户中的比特币余量，以及整个网络中比特币数量（跟普通货币比起来，比特币的公开透明性是不是让你觉得很刺激？）。
2. 公钥加密算法：比特币系统中，为了保障私密性，一般用户都会为新发生的交易设定一个新的交易地址。这个新的交易地址就包含一个公钥和一个私钥，公钥就好像自家的钱柜地址，而私钥相当于钱柜钥匙。公钥在系统中是公开的，网络上的任何人都可以通过公钥来认证交易者合法性；私钥只有用户本身知道，用户可以用私钥对交易申请进行签名，从而合法使用“钱柜”里的比特币。
3. 矿工：矿工可以通过“挖矿”获得比特币，这是比特币的唯一产生来源。我们现实中的货币都是央行通过印钞机印发，而比特币可以由用户通过“挖矿”产生，由于数学算法的限制，比特币的数量是有限的，上限为2100万个，数量上的有限性也保证了比特币可作为一般等价物的流通属性。“挖矿”的过程是一个计算速度的比赛过程，谁能最先算出加密的哈希函数，谁就能获得奖励——目前是25个比特币（在比特币刚产生的4年内，区块数量还没有超过21万个，每次奖励为50个，这是规定因为每产生21万个区块后，比特币奖励数会减半）。挖矿工具是有计算能力的计算机，当然普通个人电脑是基本上没有这个能力，现在一般都是很多人投资购买机器一起组成具有巨大计算能力的挖矿池进行“挖矿”。
4. 区块：公开分布式账本的记录单位。矿工将最近10分钟内的交易记录打包成一个新的交易块，也就是区块的前身（比特币网络自动调整挖矿难度使得大约每1个小时产生1个区块，也就是平均每个区块大概记录的是10分钟之内的交易信息）。每个区块至少都包含：①上一个区块的哈希值；②交易块；③随机数；④根据前三个元素的组合数据算出的新的哈希值，这个哈希值就是矿工通过调整随机数来计算的；⑤矿工的奖励比特币数量。哈希值被某个矿工计算出后，网络上其他至少半数节点将该哈希值代入验证，确定该哈希值是可行解后，才可以加盖时间戳，生成新的区块。可以看到哈希值使得区块和区块之间前后连接，形成一条区块链。
5. 哈希加密：哈希加密函数能够将数据转化成一串特定长度的字符串（这里是256位），就是哈希值。给数据头添加不同的随机数会对应产生不同的哈希值。产生哈希值的过程其实很简单，但是比特币系统中要求哈希值符合一定的格式，因此，矿工们就不得不调整随机数，去寻找符合格式的哈希值，这个工作量十分巨大。
6. Merkle树结构：如图2所示，这个结构是在交易块中用到，用于存储哈希值。交易块本身是一个哈希值，存储于Merkle的根节点，而Merkle树的叶子节点存储每一次交易数据对应的哈希值。这种结构有助于简化验证过程，只需要验证Merkle树根节点的哈希值就可以确认这些交易记录的真实性了。

看到这里是不是还是不太懂？接下来结合图1再看一遍这6个概念吧！你马上就知道比特币的真相了！

图1：比特币原理示意图（摘自知乎） 图2：Merkle树示意图

比特币的流行也产生了一些问题，在公钥加密算法概念中已经提到，比特币的私密性特别好，这种匿名交易的状态使很多不法分子趁虚而入，出现了一批利用比特币洗钱的平台以及“丝绸之路”这种毒品交易平台。比特币系统中的矿工挖矿机制造成了很大的资源浪费，同时每一笔交易都需要网络上超过半数的节点确认，当网络越来越大的时候，这种交易认证机制虽然有着很高的信用度，但同时也造成了非常低的交易效率，无法应用到即时交易系统中。比特币从一定意义上来说是一种带领我们走向一个新世界的新型货币，这个世界中信任由数学创造，不再依附于某个可信的人或者某个权威团体，这种不同于以往的内在变革，加上之前提到的安全问题，使得比特币的监管变得非常棘手。

但比特币底层的区块链，抛开比特币的挖矿过程，或者把比特币置换成信息流，剩下的就是区块链框架——一个公开的分布式的分布式账簿系统。区块链带来的信任创造机制变革，受到了广泛的关注。

近期区块链发展

随着各国政府对区块链认识的深入，政府部门纷纷在战略层面予以关注，同时区块链领域创业公司纷纷成立，区块链在各个行业领域的应用价值被逐步挖掘。基于联盟的区块链生态正在形成。

区块链是什么？

有了比特币的基础，区块链就很好理解了！
区块链是一个公开的分布式账簿系统。区块链是数据库的一种，它拥有大量记录，并将这些记录全部放在区块内（而非整理在一页纸或表格中）。每一个区块通过使用哈希算法加密生成哈希值，链接到下一个区块。人们可以像账本一样使用区块链，可以共享，也可以被拥有适当权限的人查阅。

关于区块链几个概念：

1. 时间戳。时间戳是断定这一个区块与下一个区块的继承关系的时间标签，比特币中矿工把账目记入了区块，因此一个区块就相当于一页账簿，每笔交易在账簿中的纪录自动按时间先后排列。时间戳的意义在于其使数据区块形成了新的结构，这个新结构使各个区块通过时间戳连接起来，形成了一个不可逆的区块链条。时间戳是区块链中天然的公证人。

2. 智能合约。智能合约是用计算机语言而非法律语言记录条款的智能合同，工作原理类似if-then语句。本质上是一段部署在分布式账本中的代码，它可以处理信息，接收、储存和发送价值，是一个能够自动执行合约条款的计算机程序。智能合约可以用这种方式与真实世界的资产进行交互。当一个预先编好的合同被触发时，智能合约执行相应的合同条款。在比特币中还没有智能合约的应用，以太坊中有基于图灵完备在区块链上创造智能合约。（智能合约早在1994年就被密码学家尼克·萨博提出了，本质上是将计算机或者更准确地说是将数学，当做合约仲裁方也就是第三方。这根区块链本质上的基于算法的信用创造机制是不谋而合的，因此，区块链的发展也启发了人们去在区块链基础上研究智能合约，区块链实现智能合约的理想平台。智能合约关键点在于机器作为第三方仲裁方的算法设计，如何效率更高、如何和现有法律结合都是需要研究的问题。以太坊的算法基于图灵完备，根链的算法基于50%共识。）

3. 智能资产。任何可以用代码表示的东西都可以通过被编程的方式记录在区块链上，因此任何资产都可以在区块链上进行注册，将其转变为智能资产，通过利用区块链来记录追踪监测资产的属性与变化。智能资产是通过区块链的信任机制进行的，因此对信任机制的要求很低，可以有效地降低欺诈和中介费用。

梅兰妮斯万提到的区块链应用不断扩展的三个阶段：

• 区块链1.0，货币时代。区块链应用于虚拟货币，是比特币低层技术。这个时代数字货币开始出现，去中心化数字支付系统开始出现，互联网开始可以传递价值。

• 区块链2.0，合约时代。区块链开始应用于多个领域，金融交易、公共记录、资信证明等等。利用区块链在互联网上建立智能合约，用算法代替传统合同。当然，智能合约有待普及，也需要新的法律法规以保障其法律效力。

• 区块链3.0，分布式人工智能和组织时代。区块链低成本信用创造的优势有待进一步发挥，可以应用到物联网、通信、医疗等方面。有助于形成一个全球范围内的去中心化的分布式资源分配框架，打造共享经济模式。

第二章、区块链背后的经济思想

区块链打造新经济——可编程经济（智能合约）。

• 区块链的脚本语言使可编程经济成为现实，脚本本质上是众多指令的列表。脚本的运行依赖区块链底层的智能合约。
• 区块链的可编程特性推动社会进入基于机器信任的智能万物互联时代。
• 区块链的可编程特性使得独自在区块链上运行的自治实体出现，Slock.it初步呈现了自治组织的运行状态。

从制度信任到机器信任——区块链低成本信用创造机制。

• 区块链基于数学原理解决交易过程中的所有权确认问题。非对称加密算法，通过非对称密钥对完成两项任务，第一是证明你是谁，第二证明你对即将做的事情已经获得必须授权。密钥对满足两个条件，一是对信息用其中一个密钥加密后，只有用另一个密钥才能解开; 二是其中一个密钥公开后，根据公开的密钥无法推算出另一个密钥。
• 区块链基于技术优势解决交易过程的安全信任问题。将负责安全管理的控制从监管层面或者第三方组织机构转移到基础架构层面，使整个系统变得安全可靠。
• 区块链基于智能合约解决交易双方的信任执行问题。在区块链上嵌入智能合约。规避操作风险和违约风险、信任风险。

本质上说，从信任的角度看，区块链是用数学方法解决信任问题的产物，运用基于共识的数学方法，在机器之间建立信任并完成信用创造。通过非对称密钥解决点对点交易中所有权信任问题，基于区块链的技术优势保证价值转移过程的安全信任，通过智能合约解决信任执行问题，最终实现“无需信任的信任”。

从信息互联网到价值互联网——区块链基于低成本信用传递价值。

试想没有支付宝你还会在淘宝上购物吗？

• 在不需要第三方背书的情况下，区块链使用纯技术方式让价值转移成为可能。这种可能性的实现，就是上文提到的低成本创造信用。同时在全网范围内还有所有节点或者授权者参与保存公共账本，参与确认交易过程的真实性，这种全网参与的共识机制也是保证了无第三方的情况下互联网内部之间的价值传递。
• 这种无需第三方的价值传递，大大降低了传统价值交换的成本。
• 区块链还可以实现基于一定规则的价值传递。利用智能合约，可以在分布式账本基础上，根据交易主体的喜好和需求，构建可编程合约。

从集中化到分布式多中心化——优化资源配置

• 降低交易成本、协调成本、监管成本，提升商业运行效率。如前所述，不需要第三方就可以创造信用、传递价值，因此区块链可以大大节省各方面成本，提升效率。
• 实现数据互操作性，促进共享经济的实现。分布式记账和存储过程，可以为多方参与者提供实时、可信的共享数据源，从而减小信息不对称性，实现信息和价值共享。
• 智能合约的应用，也可以实现资源的智能化合理配置。

从依靠理性到引入技术——法律的约束和执行走向智能化

从古希腊古罗马发展到现在，如今我们的法律已经很完善了，但约束力和执行力却还有很大的提升空间。智能合约的出现，能够起到强制约束作用，也就是在区块链运作中，不符合智能合约的行为根本无法触发计算机系统设定好的条件，从而无法执行，这大大节省了人工参与的成本。
智能合同虽然通过算法执行，但也是由人来制定，它的执行会很公平和精确，也因此缺乏一些灵活性。因此，智能合约在法律方面的应用还仍需多方合作。

第三章、走进区块链技术，揭开它的神秘面纱

现在再问你什么是区块链技术，你能回答上来吗？

结合下面这些关键词想一下，什么是区块链技术？

• P2P点对点网络——基本网络架构，无中心节点。
• 公开分布式账本——本质属性。
• 不对称加密算法、公钥、私钥——保证点对点传播安全。
• 哈希加密——保证账本的真实不可篡改。
• Merkle树——一种存储交易记录哈希值的结构，简化验证程序。
• 时间戳——区块链的不可逆，链内公证员。
• 智能合约——信用保障基础之上，脚本条款可以生效。

现在可以差不多想起来了吧？下面对区块链作进一步具体介绍

区块链的共识机制——建立网络公共信用的基础：

包含工作量证明机制PoW，权益证明机制PoS，股份授权证明机制DPoS和pool验证池几种类型。

• 工作量证明机制，即对工作量的证明，是生成要加入到区块链中的一笔新交易信息，即生成新区块链，的前提。这种区块链网络中，节点通过计算随机哈希散列的数值争夺记账权。比特币是通过这样的工作量证明机制来生成新货币。缺点是由于比特币已经没有了足够的算力保障安全，其次是资源浪费和周期长。因此不适合商用。
• 权益证明机制，peercoin数字货币，采用权益证明机制保障安全。要求证明人提供一定数量加密货币得所有权。这种方式中，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个币权交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。总结来说，挖矿的本质没有变化。
• 股份授权证明机制，类似董事会投票，全体用户投票选出或罢免某些股东，股东投票进行决策。因为缩小了决策和记账节点数量，共识可以在很短时间达成。但是仍旧是基于代币，但很多商业应用中不需要代币存在。
• pool验证池，基于传统的分布式一致性技术建立，加上数据验证机制，是目前区块链广泛应用的一种共识机制。成熟的分布式一致算法（Pasox, Raft）基础上实现秒级共识验证，适合有多方参与的多中心商业模式。但是该共识机制能够实现的分布式程度不如PoW机制等。

区块链分类

可以分为公有链、联盟链和私有链。比特币区块链和以太坊区块链是公有链。私有链是由一个实体控制，仅对实体内部开放。联盟链应用前景比较广泛。

区块链存在的问题

• 性能与容量问题。去中心化程度越高，共识机制效率就越低，效率决定的交易时延会变长使得交易吞吐变低；还有账本存储容量和处理效率之间的问题，
• 安全性局限。51%攻击；私钥在用户终端，防止窃取；共识机制的安全，已存共识机制缺乏严格的证明和试验。

第四章、区块链的应用前景

区块链将会应用多个领域，本章主要分析了区块链在以下各个领域中的应用前景并列举了相关实例：
（感兴趣的同学可以直接跳到这一部分相关领域具体查看噢）

• 物联网，设备之间基于共识直接通信。区块链租车项目签名验证。
• 公共服务。
• Humans+Bits+Blocks 系列文章参考，医疗保险应用。
• 车辆共享应用。
• 西班牙基于区块链的投票系统。
• 艾尔莎尼亚政务管理。
• 乌克兰国有资产管理。
• 欧洲能源零售市场智能化管理。
• LaZooz共享出行。
• 欧盟税收。
• 慈善领域
• BitGive慈善项目
• 欧洲难民紧急救助项目
• 金融
• 布比等公司尝试区块链进行股权登记转让和清算结算。
• Ripple利用区块链建立全球分布式清算结算体系
• P2P票据市场
• 保险行业
• BTCJam建立基于区块链的借贷平台
• 认证领域
• 公证通Factom利用区块链构建了信赖的认证公证服务
• Stampery使用比特币区块链技术提供认证服务取代传统公证人。
• Uproov一款区块链认证app
• Bitproof联合学校验证学历
• 预测市场
• Augur诚实开放公开的预测市场
• 数字版权
• Decent提出基于区块链技术的数字内容解决方案。
• 供应链
• 布比物链构建基于区块链的有品质保证且诚信公证的供应链系统。
• Provenance利用区块链提升产品供应链的透明度。

第五章、百家争鸣

郭为民、吕雯、刘一方、李军等专家或学者讨论了区块链的广阔应用前景的相关挑战。