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2018-03-02 21:10:39

未经作者授权，禁止转载4194182245074167最近，区块链成了一个人人都在谈论，却又没几个人说得清的东西。区块链是什么？有什么用？它和比特币之间又有什么关系？大佬们都在说的“去中心化”“链式存储”都是什么意思？这个3分钟的视频，或许可以让你对区块链有更多的了解。知识财经商业金融密码趣味科普人文商机区块链比特币

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深入学习区块链的 6 个最佳平台 - 知乎首发于牛牛识途切换模式写文章登录/注册深入学习区块链的 6 个最佳平台牛牛识途对经过认证的区块链开发人员和架构师的需求很大，而且他们很少，因此学习区块链并成为经过认证的开发人员是有意义的。如果你是区块链的初学者，让我先给你概述一下区块链及其好处。区块链是一项于 1991 年创建并出现在现实世界中的技术，旨在促进用户以安全的方式进行交互或转移资金的方式，而无需任何第三方（如银行）。好吧，它可以用于许多其他事情。后来这项技术在 2009 年被中本聪采用。他创造了称为比特币的数字加密货币。顾名思义，区块链是一个链或一组块，其中包含有关发送方和接收方信息以及转移金额的信息。它有一些有趣的特性，比如当数据在特定块内创建时，更改它可能很复杂，因此非常安全。比特币是第一个区块链，而且它们不是唯一的；例如，以太坊是另一个流行的区块链。比特币的加密货币被命名为比特币。（小写）或 $BTC比特币向我们展示了区块链可以做什么，因此人们开始创建与比特币分开的新区块链。现在有多个区块链可用，每个区块链都有一个加密货币。以太坊是那些新的区块链之一。它有一种名为 Ether 或 $ETH 的加密货币。与比特币不同，以太坊内部拥有完整的编程语言，因此程序员可以在以太坊上编写代码和制作应用程序。在本文中，您将看到一些在线课程和文档，它们将教您这种区块链技术的工作原理并帮助您成为区块链开发人员；谁知道呢，你甚至可以创建你的加密货币、NFT 或 dapp。这是学习区块链的最佳网站和在线学习平台的列表。此列表包括视频课程、带有区块链教程和示例的网站，以及带有区块链课程和认证的网站。您可以查看它们以了解它们提供的内容，然后相应地使用它们。1. 101区块链这是我发现学习区块链并获得需求区块链认证的最受欢迎的网站之一。101 Blockchain 是一个课程网站，您可以在其中找到许多学习区块链、以太坊和 HyperLedger 技术的优质课程。随着区块链的普及，对区块链认证的需求也在增加。该网站有两个最受欢迎和最全面的证书，称为认证企业区块链专业人员（CEBP）对于那些想要学习区块链开发并成为认证区块链开发人员和认证企业区块链架构师的人（洋葱) 对于那些希望成为认证区块链架构师的人。它们有点贵，但不用担心；您可以使用 Blockchain 101 折扣代码 BCHAIN30 享受任何认证的 30% 折扣。区块链是一个利基市场，前景光明。在简历中学习区块链开发可能会改变游戏规则。如果你对这个领域感兴趣，你应该看看这个网站。2. Coursera获得一些专业认证的最佳网站之一是许多行业的 Coursera。还有一些区块链课程可以帮助你学习和开发你的区块链，并在接下来的几年里向世界解释这项技术的好处。这个区块链专业化旨在为想要创建他们的区块链加密货币智能合约的开发人员而设计，您将在这个庞大的课程中找到更多内容。假设您不是开发人员，但想了解区块链。另一本名为《区块链简介》，旨在为那些考虑投资这项技术并更多地了解其机会的企业家提供服务。请记住，Coursera 上的大多数课程都是免费审核的，这意味着您可以免费观看和阅读，但如果您想要获得认证或想要访问各种评估和测验，则需要购买。如果您愿意，我强烈建议您加入 Coursera Plus，这是 Coursera ** 提供的月度和年度订阅计划，可无限制访问超过 3000 门 Coursera 课程、专业证书和专业，包括此区块链专业。3. Udemy您可以探索许多关于区块链技术的课程、历史和它的工作原理，以及在只上一两节课后如何成为区块链开发人员。我将在本文中推荐一些课程来掌握这项技术。Udemy 拥有地球上最广泛的在线课程集合，可能仅次于 Youtube，但仍然相当广泛，并且有很多优质的区块链课程，免费和付费，不仅可以学习区块链技术的基础知识，还可以学习区块链开发，创建智能应用程序等。所以，如果你想成为一名区块链开发者，你可以报名参加这个名为区块链AZ，它将教您如何创建区块链和您的加密货币。但是假设你想从理论上了解它是如何工作的，并且可能考虑投资这种加密货币；您可以查看此免费课程，加密货币和区块链简介，以了解有关其市场及其运作方式的更多信息。4.区块链如果你想学习区块链，也可以浏览区块链官网，尝试更多地了解这项技术及其工作原理。此外，他们在 GitHub 上的官方页面上有一些代码，可以帮助您开发现代区块链技术，而不是从头开始。这个网站是一个很好的资源。你会发现许多由许多编程语言开发的区块链代码，例如这个代码区块链 API 库，它使用 python 语言与区块链进行交互。然后你就有了My-Wallet-V3-Android，这是区块链官方安卓应用程序的开源代码，可供任何人采用和开发，还有更多代码。5. GitHub这是获取开源代码和文档的最佳网站之一，您可以在技术和更多主题中想到任何内容。区块链就是其中之一，您会在其中找到一些代码，这些代码不仅由官方区块链开发人员开发，而且由许多其他人开发。那里的一些代码解释说，您可以使用多种编程语言来实现这项技术，例如Go 中的代码 Blockchain向您展示如何使用 Golang 编程语言以及您将在该平台上找到的许多其他代码和文档来实现该技术。6.LinkedIn学习【区块链短课程】你们中的大多数人认为LinkedIn只适合那些在上面写简历并正在寻找工作的人。尽管如此，它还不止于此，因为他们有一个名为 LinkedIn learning 的平台来提供不同类别的课程。它们与 Pluralsight 非常相似，并且拥有大量的在线课程来学习您想了解的任何技术、编程语言、框架和库。区块链爱好者，区块链基础知识，是学习该技术基础及其优势的短期课程。更多的是为什么这项技术在加密货币之外很有帮助，还有更多您可以探索的视频课程。结论这就是学习区块链和成为开发人员的最佳场所。我还分享了通过获得区块链开发者认证成为认证区块链开发者的途径或参加 Coursera 的区块链认证。人们现在非常关心他们的隐私和数据、数据的存储位置以及数据是否受到保护或被出售给第三方。除了金融方面，我们处理的银行足够安全，可以保护我们的资金和更多类似的东西，正因为如此，区块链技术进入了现实世界。简而言之，现在是成为区块链开发人员的好时机，如果你愿意，一个伟大的职业等着你。如果你认真想成为一名区块链开发人员并寻找最好的区块链认证，那么这个区块链认证在 Coursera 上是最好的入门资源。我的许多学生和读者都参加了这门课程，反馈令人难以置信。发布于 2022-04-12 10:38B2C 平台区块链(Blockchain)平台赞同 1添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录牛牛识途帮助初入币圈的友友认识币圈的路，不再

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区块链入门学习指南（内附学习线路图+免费视频教程） - 知乎首发于互联网视界切换模式写文章登录/注册区块链入门学习指南（内附学习线路图+免费视频教程）freedomer.yu我思故我在众所周知，区块链已经成为全球互联网金融最为火热的概念，虽然人们张口闭口总喜欢谈论区块链，但是却很少有人真正了解区块链技术和其应用。大家对于区块链概念不求甚解的原因多半是因为觉得区块链技术很高深。那么区块链技术真的像大家想象中的那么难吗？今天小编就以小白视角为大家奉上区块链入门学习指南。（ps.全文阅读时长大概为5分钟，结尾有干货彩蛋哦~）入门区块链，首先我们先要搞明白：区块链究竟是什么？逻辑原理又是什么？在传统情况下，无论大小系统背后都有一个数据库，数据库就像一个大的账本。比如某宝的数据库就像一个大账本，账上记录了A用户有多少钱、B用户有多少钱。如果A用户支付一元给B用户，那么某宝就在B用户账上加上一元，而在A用户账上减掉一元。所以也可以把数据库的变化看成是一种记账行为。但是，区块链颠覆传统，让系统中每一个用户参与其中。区块链就像一个大的总帐本，系统中的每个用户都可以参与竞争记账。在某个时间段内，系统会在竞争者中找出记账最快最好的用户。该用户把这段时间内的数据变化写到一个区块中，就像写到一张账页上，并把这张账页复制给系统内所有其他用户进行备份，完成整个动作。在下个时间段周而复始，于是系统中每个节点都有着完整账本的副本。由于每个区块数据是通过密码学技术来链接在一起，所以我们称它为“区块链（Blockchain）”，或者 “分布式总账技术（Distributed Ledger Technology）”。区块链让全民参与记账。全民记账更稳定，由于系统中并没有特定记账人，系统中任意部分节点失联或者被摧毁，都不会影响系统的运行。全民记账更安全，系统规定相同数量最多的账本是真账本，少部分和其他用户不一致的账本即为假账本。这让具有足够多节点的区块链很难被攻击和篡改。这些节点分布在互联网的任意角落，除非你是上帝，能够控制全世界大部分电脑，否则无法篡改。因此区块链被认为有史以来最为安全的数据管理方式。全民记账更高效，由于没有中心化的中介机构存在，完全通过预先设定的程序自动运行，能够极大降低成本和提高效率，并且确保账本记录过程和内容公开透明。如果用一句话总结，区块链技术就是在多方无需互信的环境下，通过密码学技术让系统中所有参与方协作，来共同记录维护一个可靠数据日志的方式。什么是比特币挖矿和区块链共识机制？以比特币为代表的虚拟货币大火，人们通过挖矿来获得比特币，那么究竟什么是挖矿呢?比特币为一种虚拟的货币，比特币挖矿制度为通过计算机硬件为比特币网络开展数学运算的过程，提供服务的矿工可以得到一笔报酬，因为网络报酬依据矿工完成的任务来计算，为此挖矿的竞争十分激烈。经常有人说比特币是“挖”出来的，而且需要用“矿机”来挖，那这究竟这是什么意思呢？比特币采用一种称为“工作量证明（PoW，Proof of Work）”共识机制来判断谁记账。什么是共识机制呢？区块链技术的核心是由系统中节点竞争进行记账，这个竞争的评判标准称之为“共识机制”，不同的区块链可能采用不同的共识机制。什么又是工作量证明呢？它是指系统会提出一道难于计算但易于验证的证明题，证明者提交答案后，任何人通过验证这个答案就确信证明者为了求得结果已经完成了大量的计算工作。计算能力越强的证明者越有机会更快的完成证明，而第一个证明者就能够获得系统奖励的比特币。这个过程就称为“挖矿”，为了应付庞大的计算能力而设计出来的专业计算机就是“矿机”。工作证明机制在社会中的应用非常广泛，最典型的就是学业考试，在短时间考试中正确答出足够多的题目表明的确花了大量时间进行学习，而非碰运气。有人认为该机制严重浪费资源，比特币网络耗费庞大且日益增长的电力来进行计算，预计到2020年，比特币网络的耗电量将达到丹麦整个国家的水平，而最终这些计算结果没有任何实际或科学价值。但支持者认为正是因为巨大的投入，导致攻击比特币区块链将会是异常艰难的事情，从而确保了比特币成为人类目前构建出最安全的“数据之锚”。也有人建议使用“权益证明机制（PoS，Proof of Stake）”，这种机制通过计算你持有币数占系统总币数的百分比，包括你占有币数所持有的时间，来决定你获得本次记账权的机率。这就类似于现实世界中的股票制度，在公司中大家是按照持股比例来获得分红，持有股权相对多的人获得更多的分红。这种安全机制的理由是，持有股票的人不会攻击公司，因为这会造成自己的损失，而不持有股票的人无法对公司构成威胁。权益证明机制的反对者认为该机制会加大系统中的贫富差距，持有币更多的人更加容易“挖”到新币，即持有股份更多的人会获得更多的分红。但是，拥护者的观点是，区块链没有理由去解决系统内的贫富差距问题，并且工作量证明也存在同样问题，那些富有者拥有矿机更多算力，也会获得更多的币。到现在，已经出现十几种共识机制，其实各种共识机制各有优劣，针对不同的区块链应用可以选择恰当的共识机制。了解完区块链，那么作为小白应该如何进行入门学习呢？接下来即将进入干货分享时间，觉得内容实用的小伙伴可以直接收藏，点赞鼓励，当然更可以关注我的知乎获取更多干货分享。福利一：区块链入门学习线路图福利二：区块链基础视频教程—人人都懂区块链下载地址：https://pan.baidu.com/s/1SBms82JqzE7MgsGE4G_qQA（无提取码，可直接在线或者下载学习哦~）此图为视频教程部分内容截图，更新时间超新哦！！！希望小编的干货分享能对大家的学习有帮助，获取更多行业干货可关注我的知乎号O(∩_∩)O大家的认可就是我持续分享的动力(＾－＾)V发布于 2018-08-22 11:50区块链(Blockchain)比特币 (Bitcoin)视频教程赞同 14735 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录互联网视界互联网领域漫谈，欢迎大家分享知识与

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区块链（Blockchain）技术源于比特币。在比特币中，为了保证每笔交易可信并不可篡改，中本聪发明了区块链，它通过后一个区块对前一个区块的引用，并以加密技术保证了区块链不可修改。

随着比特币的逐渐发展，人们发现区块链本质上其实是一个分布式的，不可篡改的数据库，天生具有可验证、可信任的特性，它不但可用于支持比特币，也可用于数字身份验证，清算业务等传统的必须由第三方介入的业务，从而降低交易成本。

虽然区块链近年来越来越火，各种概念和商业模式满天飞，但基于区块链底层技术的研究却很少。本教程从零基础开始，从底层开始研究区块链，彻底掌握区块链密码学原理、安全机制、共识技术与工程实现。最大的特色是：

零基础入门区块链，还能写代码！

不仅掌握理论，还能写代码实现，这样就可以轻松识别真假区块链，同时对未来技术的发展有清晰的认识。

本教程代码主要用JavaScript编写，可在线运行，学习方便，省时省力！

最后，请大家务必注意：

本教程为技术教程，教程的所有内容均不构成任何投资比特币或其他数字货币的意见和建议，也不赞成个人炒作任何数字货币！

重要的话说三遍，一心炒币，对技术不感兴趣的童鞋请自觉关闭页面离开，不要继续浪费时间学习。

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月率先推出基于区块链技术的证券交易平台 Linq，成为金融证券市场去中心化趋势的重要里程碑；德勤和安永等专业审计服务公司相继组建区块链研发团队，致力于提升其客户审计服务质量。截止到 2016 年初，资本市场已经相继投入 10 亿美元以加速区块链领域的发展。初创公司 R3CEV 基于微软云服务平台 Azure 推出的 BaaS（Blockchain as a Service，区块链即服务）服务，已与美国银行、花旗银行等全球 40 余家大型银行机构签署区块链合作项目，致力于制定银行业的区块链行业标准与协议。区块链技术起源于 2008 年由化名为「中本聪」（Satoshi Nakamoto）的学者在密码学邮件组发表的奠基性论文《比特币：一种点对点电子现金系统》[3]，目前尚未形成行业公认的区块链定义：狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以链条的方式组合成特定数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的去中心化共享总账（Decentralized Shared Ledger），能够安全存储简单的、有先后关系的、能在系统内验证的数据。广义的区块链技术则是利用加密链式区块结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用自动化脚本代码（智能合约）来编程和操作数据的一种全新的去中心化基础架构与分布式计算范式。区块链具有去中心化、时序数据、集体维护、可编程和安全可信等特点：首先是去中心化：区块链数据的验证、记账、存储、维护和传输等过程均是基于分布式系统结构，采用纯数学方法而不是中心机构来建立分布式节点间的信任关系，从而形成去中心化的可信任的分布式系统；其次是时序数据：区块链采用带有时间戳的链式区块结构存储数据，从而为数据增加了时间维度，具有极强的可验证性和可追溯性；第三是集体维护：区块链系统采用特定的经济激励机制来保证分布式系统中所有节点均可参与数据区块的验证过程（如比特币的「挖矿」过程），并通过共识算法来选择特定的节点将新区块添加到区块链；第四是可编程：区块链技术可提供灵活的脚本代码系统，支持用户创建高级的智能合约、货币或其他去中心化应用。例如，以太坊（Ethereum）平台即提供了图灵完备的脚本语言以供用户来构建任何可以精确定义的智能合约或交易类型 [4]；最后是安全可信：区块链技术采用非对称密码学原理对数据进行加密，同时借助分布式系统各节点的工作量证明等共识算法形成的强大算力来抵御外部攻击、保证区块链数据不可篡改和不可伪造，因而具有较高的安全性。区块链技术是具有普适性的底层技术框架，可以为金融、经济、科技甚至政治等各领域带来深刻变革。按照目前区块链技术的发展脉络，区块链技术将会经历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、以可编程金融系统为主要特征的区块链 2.0 模式和以可编程社会为主要特征的区块链 3.0 模式 [1]。目前，一般认为区块链技术正处于 2.0 模式的初期，股权众筹和 P2P 借贷等各类基于区块链技术的互联网金融应用相继涌现。然而，上述模式实际上是平行而非演进式发展的，区块链 1.0 模式的数字加密货币体系仍然远未成熟，距离其全球货币一体化的愿景实际上更远、更困难。目前，区块链领域已经呈现出明显的技术和产业创新驱动的发展态势，相关学术研究严重滞后、亟待跟进。截止到 2016 年 2 月，以万方数据知识服务平台为中文数据源、以 Web of Science 和 EI Village 为英文数据源的文献检索显示，目前篇名包含关键词「区块链/blockchain」的仅有 2 篇中文 [5,6] 和 9 篇英文文献 [6~14]。本文系统性地梳理了区块链的基本原理、核心技术、典型应用和现存问题，以期为未来研究提供有益的启发与借鉴。本文组织结构为：第 1 节概述区块链与比特币的发展史及二者的关系；第 2 节阐述区块链的基础架构模型及其关键技术；第 3 节和第 4 节分别概要总结了区块链技术的应用场景与现存的问题；第 5 节介绍智能合约及其在区块链领域的应用现状；第 6 节展望了区块链驱动的平行社会发展趋势；第 7 节总结本文内容。1. 比特币与区块链概述比特币是迄今为止最为成功的区块链应用场景。据区块链实时监控网站 Blockchain.info 统计显示，平均每天有约 7500 万美元的 120000 笔交易被写入比特币区块链，目前已生成超过 40万个区块 [15]。加密货币市值统计网站 coinmarketcap.com 显示，截止到 2016 年 2 月，全球共有 675 种加密货币，总市值超过 67 亿美元，其中比特币市值约占 86%，瑞波币和以太币分别居二、三位 [16]。目前比特币供应量（即已经挖出的比特币数量）已经超过 1500 万枚，按照每枚比特币 389.50 美元的现行价格估算其总市值已超过 59 亿美元，在世界各国 2015 年 GDP 排名中占据第 144 位（略低于欧洲的摩尔多瓦）。换言之，在没有政府和中央银行信用背书的情况下，去中心化的比特币已经依靠算法信用创造出与欧洲小国体量相当的全球性经济体【注：近日比特币价格突破 5800 美元/枚，流通的比特币总价值达到 967 亿美元】。预计到 2027 年，全球 10% 的 GDP 将会通过区块链技术存储 [17]。比特币区块链的第一个区块（称为创世区块）诞生于 2009 年 1 月 4 日，由创始人中本聪持有。一周后，中本聪发送了 10 个比特币给密码学专家哈尔芬尼，形成了比特币史上第一次交易；2010 年 5 月，佛罗里达程序员用 1 万比特币购买价值为 25 美元的披萨优惠券，从而诞生了比特币的第一个公允汇率。此后，比特币价格快速上涨，并在 2013 年 11 月创下每枚比特币兑换 1242 美元的历史高值，超过同期每盎司 1241.98 美元的黄金价格。据 CoinDesk 估算，目前全球约有 6 万商家接受比特币交易，其中中国是比特币交易增长最为迅速的国家 [18]。比特币本质上是由分布式网络系统生成的数字货币，其发行过程不依赖特定的中心化机构，而是依赖于分布式网络节点共同参与一种称为工作量证明（Proof of Work，PoW）的共识过程以完成比特币交易的验证与记录。PoW 共识过程（俗称挖矿，每个节点称为矿工）通常是各节点贡献自己的计算资源来竞争解决一个难度可动态调整的数学问题，成功解决该数学问题的矿工将获得区块的记账权，并将当前时间段的所有比特币交易打包记入一个新的区块、按照时间顺序链接到比特币主链上。比特币系统同时会发行一定数量的比特币以奖励该矿工，并激励其他矿工继续贡献算力。比特币的流通过程依靠密码学方法保障安全。每一次比特币交易都会经过特殊算法处理和全体矿工验证后记入区块链，同时可以附带具有一定灵活性的脚本代码（智能合约）以实现可编程的自动化货币流通。由此可见，比特币和区块链系统一般具备如下五个关键要素，即公共的区块链账本、分布式的点对点网络系统、去中心化的共识算法、适度的经济激励机制以及可编程的脚本代码。区块链技术为比特币系统解决了数字加密货币领域长期以来所必需面对的两个重要问题，即双重支付问题和拜占庭将军问题 [19]：双重支付问题又称为「双花」，即利用货币的数字特性两次或多次使用「同一笔钱」完成支付。传统金融和货币体系中，现金（法币）因是物理实体，能够自然地避免双重支付；其他数字形式的货币则需要可信的第三方中心机构（如银行）来保证。区块链技术的贡献是在没有第三方机构的情况下，通过分布式节点的验证和共识机制解决了去中心化系统的双重支付问题，在信息传输的过程同时完成了价值转移。拜占庭将军问题是分布式系统交互过程普遍面临的难题，即在缺少可信任的中央节点的情况下，分布式节点如何达成共识和建立互信 [20]。区块链通过数字加密技术和分布式共识算法，实现了在无需信任单个节点的情况下构建一个去中心化的可信任系统。与传统中心机构（如中央银行）的信用背书机制不同的是，比特币区块链形成的是软件定义的信用，这标志着中心化的国家信用向去中心化的算法信用的根本性变革。图 1 比特币生态圈比特币凭借其先发优势，目前已经形成体系完备的涵盖发行、流通和金融衍生市场的生态圈与产业链（如图1所示），这也是其长期占据绝大多数数字加密货币市场份额的主要原因。比特币的开源特性吸引了大量开发者持续性地贡献其创新技术、方法和机制；比特币各网络节点（矿工）提供算力以保证比特币的稳定共识和安全性，其算力大多来自于设备商销售的专门用于 PoW 共识算法的专业设备（矿机）。比特币网络为每个新发现的区块发行一定数量的比特币以奖励矿工，部分矿工可能会相互合作建立收益共享的矿池，以便汇集算力来提高获得比特币的概率。比特币经发行进入流通环节后，持币人可以通过特定的软件平台（如比特币钱包）向商家支付比特币来购买商品或服务，这体现了比特币的货币属性；同时由于比特币价格的涨跌机制使其完全具备金融衍生品的所有属性，因此出现了比特币交易平台以方便持币人投资或者投机比特币。在流通环节和金融市场中，每一笔比特币交易都会由比特币网络的全体矿工验证并记入区块链。比特币是区块链技术赋能的第一个「杀手级」应用，迄今为止区块链的核心技术和人才资源仍大多在比特币研发领域。然而，区块链作为未来新一代的底层基础技术，其应用范畴势必会超越数字加密货币而延伸到金融、经济、科技和政治等其他领域。比特币的现有技术、模式和机制，将会对区块链在新应用领域的发展提供有益的借鉴，而新领域的区块链创新也势必反过来促进解决比特币系统现存的问题。因此，比特币和区块链技术存在着协同进化、和谐共生而非相互竞争的良性反馈关系。2. 区块链的基础模型与关键技术本节将结合比特币系统的技术与应用现状，阐述区块链技术的基础模型、基本原理和关键技术，以及区块链在比特币系统之外的若干创新模式。现存的其他区块链应用大多都与比特币类似，仅在某些特定的环节或多或少地采用比特币模式的变种。图 2 区块链基础架构模型区块链技术的基础架构模型如图 2 所示。一般说来，区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等技术；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。2.1 数据层狭义的区块链即是去中心化系统各节点共享的数据账本。每个分布式节点都可以通过特定的哈希算法和 Merkle 树数据结构，将一段时间内接收到的交易数据和代码封装到一个带有时间戳的数据区块中，并链接到当前最长的主区块链上，形成最新的区块。该过程涉及区块、链式结构、哈希算法、 Merkle 树和时间戳等技术要素。数据区块图 3 区块结构

如图 3 所示，每个数据区块一般包含区块头（Header）和区块体（Body）两部分。区块头封装了当前版本号（Version）、前一区块地址（Prev-block）、当前区块的目标哈希值（Bits）、当前区块 PoW 共识过程的解随机数（Nonce）、Merkle 根（Merkle-root）以及时间戳（Timestamp）等信息 [21]。比特币网络可以动态调整 PoW 共识过程的难度值，最先找到正确的解随机数 Nonce 并经过全体矿工验证的矿工将会获得当前区块的记账权。区块体则包括当前区块的交易数量以及经过验证的、区块创建过程中生成的所有交易记录。这些记录通过 Merkle 树的哈希过程生成唯一的 Merkle 根并记入区块头。链式结构取得记账权的矿工将当前区块链接到前一区块，形成最新的区块主链。各个区块依次环环相接，形成从创世区块到当前区块的一条最长主链，从而记录了区块链数据的完整历史，能够提供区块链数据的溯源和定位功能，任意数据都可以通过此链式结构顺藤摸瓜、追本溯源。

需要说明的是，如果短时间内有两个矿工同时「挖出」两个新的区块加以链接的话，区块主链可能会出现暂时的「分叉」现象，其解决方法是约定矿工总是选择延长累计工作量证明最大的区块链。因此，当主链分叉后，后续区块的矿工将通过计算和比较，将其区块链接到当前累计工作量证明最大化的备选链上，形成更长的新主链，从而解决分叉问题 [19]。时间戳区块链技术要求获得记账权的节点必须在当前数据区块头中加盖时间戳，表明区块数据的写入时间。因此，主链上各区块是按照时间顺序依次排列的。时间戳技术本身并不复杂，但其在区块链技术中的应用是具有重要意义的创新。时间戳可以作为区块数据的存在性证明（Proof of Existence），有助于形成不可篡改和不可伪造的区块链数据库，从而为区块链应用于公证、知识产权注册等时间敏感的领域奠定了基础。更为重要的是，时间戳为未来基于区块链的互联网和大数据增加了时间维度，使得通过区块数据和时间戳来重现历史成为可能。哈希函数区块链通常并不直接保存原始数据或交易记录，而是保存其哈希函数值，即将原始数据编码为特定长度的由数字和字母组成的字符串后记入区块链。哈希函数（也称散列函数）具有诸多优良特点，因而特别适合用于存储区块链数据。例如，通过哈希输出几乎不能反推输入值（单向性），不同长度输入的哈希过程消耗大约相同的时间（定时性）且产生固定长度的输出（定长性），即使输入仅相差一个字节也会产生显著不同的输出值（随机性）等。比特币区块链通常采用双 SHA256 哈希函数，即将任意长度的原始数据经过两次 SHA256 哈希运算后转换为长度为 256 位（32字节）的二进制数字来统一存储和识别。除上述特点外，SHA256 算法还具有巨大的散列空间（2256）和抗碰撞（避免不同输入值产生相同哈希值）等特性，可满足比特币的任何相关标记需要而不会出现冲突。Merkle 树Merkle 树是区块链的重要数据结构，其作用是快速归纳和校验区块数据的存在性和完整性。如图 3 所示，Merkle 树通常包含区块体的底层（交易）数据库，区块头的根哈希值（即Merkle 根）以及所有沿底层区块数据到根哈希的分支。Merkle 树运算过程一般是将区块体的数据进行分组哈希，并将生成的新哈希值插入到 Merkle 树中，如此递归直到只剩最后一个根哈希值并记为区块头的 Merkle 根。最常见的 Merkle 树是比特币采用的二叉 Merkle 树，其每个哈希节点总是包含两个相邻的数据块或其哈希值 [22]，其他变种则包括以太坊的 Merkle Patricia Tree等 [4]。Merkle 树有诸多优点：首先是极大地提高了区块链的运行效率和可扩展性，使得区块头只需包含根哈希值而不必封装所有底层数据，这使得哈希运算可以高效地运行在智能手机甚至物联网设备上；其次是 Merkle 树可支持「简化支付验证」协议，即在不运行完整区块链网络节点的情况下，也能够对（交易）数据进行检验 [3]。例如，为验证图 3 中交易 6，一个没有下载完整区块链数据的客户端可以通过向其他节点索要包括从交易 6 哈希值沿 Merkle 树上溯至区块头根哈希处的哈希序列（即哈希节点6，5，56，78，5678，1234）来快速确认交易的存在性和正确性。一般说来，在 N 个交易组成的区块体中确认任一交易的算法复杂度仅为 log_2 N 。这将极大地降低区块链运行所需的带宽和验证时间，并使得仅保存部分相关区块链数据的轻量级客户端成为可能。非对称加密非对称加密是为满足安全性需求和所有权验证需求而集成到区块链中的加密技术，常见算法包括 RSA、Elgamal、Rabin、D-H、ECC（即椭圆曲线加密算法）等。非对称加密通常在加密和解密过程中使用两个非对称的密码，分别称为公钥和私钥。非对称密钥对具有两个特点：

首先是用其中一个密钥（公钥或私钥）加密信息后，只有另一个对应的密钥才能解开；其次是公钥可向其他人公开、私钥则保密，其他人无法通过该公钥推算出相应的私钥。非对称加密技术在区块链的应用场景主要包括信息加密、数字签名和登录认证等，其中：信息加密场景主要是由信息发送者（记为 A）使用接受者（记为 B）的公钥对信息加密后再发送给 B，B 利用自己的私钥对信息解密。比特币交易的加密即属于此场景；数字签名场景则是由发送者 A 采用自己的私钥加密信息后发送给 B，B 使用 A 的公钥对信息解密、从而可确保信息是由 A 发送的；登录认证场景则是由客户端使用私钥加密登录信息后发送给服务器，后者接收后采用该客户端的公钥解密并认证登录信息。图 4 比特币非对称加密机制以比特币系统为例，其非对称加密机制如图 4 所示：比特币系统一般通过调用操作系统底层的随机数生成器来生成 256 位随机数作为私钥。比特币私钥的总量可达 2256，极难通过遍历全部私钥空间来获得存有比特币的私钥，因而是密码学安全的。为便于识别，256 位二进制形式的比特币私钥将通过 SHA256 哈希算法和 Base58 转换，形成 50 个字符长度的易识别和书写的私钥提供给用户；比特币的公钥是由私钥首先经过 Secp256k1 椭圆曲线算法生成 65 字节长度的随机数。该公钥可用于产生比特币交易时使用的地址，其生成过程为首先将公钥进行 SHA256 和 RIPEMD160 双哈希运算并生成20字节长度的摘要结果（即 hash160 结果），再经过 SHA256 哈希算法和 Base58 转换形成 33 字符长度的比特币地址 [19]。公钥生成过程是不可逆的，即不能通过公钥反推出私钥。比特币的公钥和私钥通常保存于比特币钱包文件，其中私钥最为重要。丢失私钥就意味着丢失了对应地址的全部比特币资产。现有的比特币和区块链系统中，根据实际应用需求已经衍生出多私钥加密技术，以满足多重签名等更为灵活和复杂的场景。2.2 网络层网络层封装了区块链系统的组网方式、消息传播协议和数据验证机制等要素。结合实际应用需求，通过设计特定的传播协议和数据验证机制，可使得区块链系统中每一个节点都能参与区块数据的校验和记账过程，仅当区块数据通过全网大部分节点验证后，才能记入区块链。组网方式区块链系统的节点一般具有分布式、自治性、开放可自由进出等特性，因而一般采用对等式网络（Peer-to-Peer Network，P2P 网络）来组织散布全球的参与数据验证和记账的节点。P2P 网络中的每个节点均地位对等且以扁平式拓扑结构相互连通和交互，不存在任何中心化的特殊节点和层级结构，每个节点均会承担网络路由、验证区块数据、传播区块数据、发现新节点等功能。按照节点存储数据量的不同，可以分为全节点和轻量级节点。前者保存有从创世区块到当前最新区块为止的完整区块链数据，并通过实时参与区块数据的校验和记账来动态更新主链。全节点的优势在于不依赖任何其他节点而能够独立地实现任意区块数据的校验、查询和更新，劣势则是维护全节点的空间成本较高。以比特币为例，截止到 2016 年 2 月，创世区块至当前区块的数据量已经超过 60 GB。与之相比，轻量级节点则仅保存一部分区块链数据，并通过第 2.1 节提到的简易支付验证方式向其相邻节点请求所需的数据来完成数据校验。数据传播协议任一区块数据生成后，将由生成该数据的节点广播到全网其他所有的节点来加以验证。现有的区块链系统一般根据实际应用需求设计比特币传播协议的变种，例如以太坊区块链集成了所谓的「幽灵协议」以解决因区块数据确认速度快而导致的高区块作废率和随之而来的安全性风险 [4]。根据中本聪的设计，比特币系统的交易数据传播协议包括如下步骤 [3]：1) 比特币交易节点将新生成的交易数据向全网所有节点进行广播；2) 每个节点都将收集到的交易数据存储到一个区块中；3) 每个节点基于自身算力在区块中找到一个具有足够难度的工作量证明；4) 当节点找到区块的工作量证明后，就向全网所有节点广播此区块；5) 仅当包含在区块中的所有交易都是有效的且之前未存在过的，其他节点才认同该区块的有效性；6) 其他节点接受该数据区块，并在该区块的末尾制造新的区块以延长该链条，而将被接受区块的随机哈希值视为先于新区块的随机哈希值。需要说明的是，如果交易节点是与其他节点无连接的新节点，比特币系统通常会将一组长期稳定运行的「种子节点」推荐给新节点建立连接，或者推荐至少一个节点连接到新节点。此外，交易数据广播时，并不需要全部节点均接收到，而是只要足够多的节点做出响应即可整合进入区块账本中。未接收到特定交易数据的节点则可向邻近节点请求下载该缺失的交易数据 [19]。数据验证机制P2P 网络中的每个节点都时刻监听比特币网络中广播的数据与新区块。节点接收到邻近节点发来的数据后，将首先验证该数据的有效性：如果数据有效，则按照接收顺序为新数据建立存储池以暂存尚未记入区块的有效数据，同时继续向邻近节点转发；如果数据无效，则立即废弃该数据，从而保证无效数据不会在区块链网络继续传播。以比特币为例，比特币的矿工节点会收集和验证 P2P 网络中广播的尚未确认的交易数据，并对照预定义的标准清单，从数据结构、语法规范性、输入输出和数字签名等各方面校验交易数据的有效性，并将有效交易数据整合到当前区块中。同理，当某矿工「挖」到新区块后，其他矿工节点也会按照预定义标准来校验该区块是否包含足够工作量证明，时间戳是否有效等。如确认有效，其他矿工节点会将该区块链接到主区块链上，并开始竞争下一个新区块。由网络层设计机理可见，区块链是典型的分布式大数据技术。全网数据同时存储于去中心化系统的所有节点上，即使部分节点失效，只要仍存在一个正常运行的节点，区块链主链数据就可完全恢复而不会影响后续区块数据的记录与更新。这种高度分散化的区块存储模式与云存储模式的区别在于，后者是基于中心化结构基础上的多重存储和多重数据备份模式，即「多中心化」模式，而前者则是完全「去中心化」的存储模式，具有更高的数据安全性。2.3 共识层如何在分布式系统中高效地达成共识是分布式计算领域的重要研究问题。正如社会系统中「民主」和「集中」的对立关系相似，决策权越分散的系统达成共识的效率越低、但系统稳定性和满意度越高；而决策权越集中的系统更易达成共识，但同时更易出现专制和独裁。区块链技术的核心优势之一就是能够在决策权高度分散的去中心化系统中使得各节点高效地针对区块数据的有效性达成共识。早期的比特币区块链采用高度依赖节点算力的工作量证明（Proof of Work，PoW）机制来保证比特币网络分布式记账的一致性。随着区块链技术的发展和各种竞争币的相继涌现，研究者提出多种不依赖算力而能够达成共识的机制，例如点点币首创的权益证明（Proof of Stake，PoS）共识 [23] 和比特股首创的授权股份证明机制（Delegated Proof of Stake，DPoS）共识机制 [24] 等。区块链共识层即封装了这些共识机制。PoW 共识中本聪在其比特币奠基性论文中设计了 PoW 共识机制，其核心思想是通过引入分布式节点的算力竞争来保证数据一致性和共识的安全性。比特币系统中，各节点（即矿工）基于各自的计算机算力相互竞争来共同解决一个求解复杂但验证容易的 SHA256 数学难题（即挖矿），最快解决该难题的节点将获得区块记账权和系统自动生成的比特币奖励。该数学难题可表述为：根据当前难度值，通过搜索求解一个合适的随机数（Nonce）使得图 3 中区块头各元数据的双 SHA256 哈希值小于或等于目标哈希值。比特币系统通过灵活调整随机数搜索的难度值来控制区块的平均生成时间为 10 分钟左右。一般说来，PoW 共识的随机数搜索过程如下（参照图3区块结构） [19]：步骤 1：搜集当前时间段的全网未确认交易，并增加一个用于发行新比特币奖励的 Coinbase 交易，形成当前区块体的交易集合；步骤 2：计算区块体交易集合的 Merkle 根记入区块头，并填写区块头的其他元数据，其中随机数 Nonce 置零；步骤 3：随机数 Nonce 加 1；计算当前区块头的双 SHA256 哈希值，如果小于或等于目标哈希值，则成功搜索到合适的随机数并获得该区块的记账权；否则继续步骤 3 直到任一节点搜索到合适的随机数为止；步骤 4：如果一定时间内未成功，则更新时间戳和未确认交易集合、重新计算 Merkle 根后继续搜索。符合要求的区块头哈希值通常由多个前导零构成，目标哈希值越小，区块头哈希值的前导零越多，成功找到合适的随机数并「挖」出新区块的难度越大。据区块链实时监测网站 Blockchain.info 显示，截止到 2016 年 2 月，符合要求的区块头哈希值一般有 17 个前导零，例如第 398346 号区块哈希值为「0000000000000000077f754f22f21629a7975cf…」。按照概率计算，每 16 次随机数搜索将会有找到一个含有一个前导零的区块哈希值，因而比特币目前 17 位前导零哈希值要求 1617 次随机数搜索才能找到一个合适的随机数并生成一个新的区块。由此可见，比特币区块链系统的安全性和不可篡改性是由 PoW 共识机制的强大算力所保证的，任何对于区块数据的攻击或篡改都必须重新计算该区块以及其后所有区块的 SHA256 难题，并且计算速度必须使得伪造链长度超过主链，这种攻击难度导致的成本将远超其收益。据估计，截止到 2016 年 1 月，比特币区块链的算力已经达到 800000000 Gh/s，即每秒进行8×10^18 次运算，超过全球 Top 500 超级计算机的算力总和。PoW 共识机制是具有重要意义的创新，其近乎完美地整合了比特币系统的货币发行、交易支付和验证等功能，并通过算力竞争保障系统的安全性和去中心性。PoW 共识机制同时存在着显著的缺陷，其强大算力造成的资源浪费（如电力）历来为研究者所诟病，而且长达 10 分钟的交易确认时间使其相对不适合小额交易的商业应用。PoS 共识机制PoS 共识是为解决 PoW 共识机制的资源浪费和安全性缺陷而提出的替代方案。限于篇幅，本文主要聚焦于 PoS 相对于 PoW 的创新之处。PoS 共识本质上是采用权益证明来代替 PoW 中的基于哈希算力的工作量证明，是由系统中具有最高权益而非最高算力的节点获得区块记账权。权益体现为节点对特定数量货币的所有权，称为币龄或币天数（Coin Days）。币龄是特定数量的币与其最后一次交易的时间长度的乘积，每次交易都将会消耗掉特定数量的币龄。例如，某人在一笔交易中收到 10 个币后并持有 10 天，则获得 100 币龄；而后其花掉 5 个币后，则消耗掉 50 币龄。显然，采用 PoS 共识机制的系统在特定时间点上的币龄总数是有限的，长期持币者更倾向于拥有更多币龄，因此币龄可视为其在 PoS 系统中的权益。此外，PoW 共识过程中各节点挖矿难度相同，而 PoS 共识过程中的难度与交易输入的币龄成反比，消耗币龄越多则挖矿难度越低。节点判断主链的标准也由 PoW 共识的最高累计难度转变为最高消耗币龄，每个区块的交易都会将其消耗的币龄提交给该区块，累计消耗币龄最高的区块将被链接到主链。由此可见，PoS 共识过程仅依靠内部币龄和权益而不需要消耗外部算力和资源，从根本上解决了 PoW 共识算力浪费的问题，并且能够在一定程度上缩短达成共识的时间，因而比特币之后的许多竞争币均采用 PoS 共识机制。DPoS 共识机制DPoS 共识机制的基本思路类似于「董事会决策」，即系统中每个股东节点可以将其持有的股份权益作为选票授予一个代表，获得票数最多且愿意成为代表的前 101 个节点将进入「董事会」，按照既定的时间表轮流对交易进行打包结算并且签署（即生产）一个新区块。每个区块被签署之前，必须先验证前一个区块已经被受信任的代表节点所签署。「董事会」的授权代表节点可以从每笔交易的手续费中获得收入，同时要成为授权代表节点必须缴纳一定量的保证金，其金额相当于生产一个区块收入的 100 倍。授权代表节点必须对其他股东节点负责，如果其错过签署相对应的区块，则股东将会收回选票从而将该节点「投出」董事会。因此，授权代表节点通常必须保证 99% 以上的在线时间以实现盈利目标 [24]。显然，与 PoW 共识机制必须信任最高算力节点和 PoS 共识机制必须信任最高权益节点不同的是，DPoS 共识机制中每个节点都能够自主决定其信任的授权节点且由这些节点轮流记账生成新区块，因而大幅减少了参与验证和记账的节点数量，可以实现快速共识验证。除上述三种主流共识机制外，实际区块链应用中也衍生出了 PoW + PoS、行动证明（Proof of Activity）等多个变种机制。这些共识机制各有优劣势，比特币的 PoW 共识机制依靠其先发优势已经形成成熟的挖矿产业链，支持者众多，而 PoS 和 DPoS 等新兴机制则更为安全、环保和高效，从而使得共识机制的选择问题成为区块链系统研究者最不易达成共识的问题。2.4 激励层区块链共识过程通过汇聚大规模共识节点的算力资源来实现共享区块链账本的数据验证和记账工作，因而其本质上是一种共识节点间的任务众包过程。去中心化系统中的共识节点本身是自利的，最大化自身收益是其参与数据验证和记账的根本目标。因此，必须设计激励相容的合理众包机制，使得共识节点最大化自身收益的个体理性行为与保障去中心化区块链系统的安全和有效性的整体目标相吻合。区块链系统通过设计适度的经济激励机制并与共识过程相集成，从而汇聚大规模的节点参与并形成了对区块链历史的稳定共识。以比特币为例，比特币 PoW 共识中的经济激励由新发行比特币奖励和交易流通过程中的手续费两部分组成，奖励给 PoW 共识过程中成功搜索到该区块的随机数并记录该区块的节点。因此，只有当各节点通过合作共同构建共享和可信的区块链历史记录、并维护比特币系统的有效性，其获得的比特币奖励和交易手续费才会有价值。比特币已经形成成熟的挖矿生态圈，大量配备专业矿机设备的矿工积极参与基于挖矿的 PoW 共识过程，其根本目的就是通过获取比特币奖励并转换为相应法币来实现盈利。发行机制比特币系统中每个区块发行比特币的数量是随着时间阶梯性递减的。创世区块起的每个区块将发行 50 个比特币奖励给该区块的记账者，此后每隔约 4 年（21万个区块）每区块发行比特币的数量降低一半，依此类推，一直到比特币的数量稳定在上限 2100 万为止 [19]。比特币交易过程中会产生手续费，目前默认手续费是万分之一个比特币，这部分费用也会记入区块并奖励给记账者。这两部分费用将会封装在每个区块的第一个交易（称为 Coinbase 交易）中。虽然现在每个区块的总手续费相对于新发行比特币来说规模很小（通常不会超过 1 个比特币），但随着未来比特币发行数量的逐步减少甚至停止发行，手续费将逐渐成为驱动节点共识和记账的主要动力。同时，手续费还可以防止大量微额交易对比特币网络发起的「粉尘」攻击，起到保障安全的作用。分配机制比特币系统中，大量的小算力节点通常会选择加入矿池，通过相互合作汇集算力来提高「挖」到新区块的概率，并共享该区块的比特币和手续费奖励。据 Bitcoinmining.com 统计，目前已经存在 13 种不同的分配机制 [25]。主流矿池通常采用 PPLNS（Pay Per Last N Shares）、PPS（Pay Per Share）和 PROP（PROPortionately）等机制。矿池将各节点贡献的算力按比例划分成不同的股份（Share），其中：PPLNS 机制是指发现区块后，各合作节点根据其在最后 N 个股份内贡献的实际股份比例来分配区块中的比特币；PPS 则直接根据股份比例为各节点估算和支付一个固定的理论收益，采用此方式的矿池将会适度收取手续费来弥补其为各节点承担的收益不确定性风险；PROP 机制则根据节点贡献的股份按比例地分配比特币。矿池的出现是对比特币和区块链去中心化趋势的潜在威胁，如何设计合理的分配机制引导各节点合理地合作、避免出现因算力过度集中而导致的安全性问题是亟待解决的研究问题。2.5 合约层合约层封装区块链系统的各类脚本代码、算法以及由此生成的更为复杂的智能合约。如果说数据、网络和共识三个层次作为区块链底层「虚拟机」分别承担数据表示、数据传播和数据验证功能的话，合约层则是建立在区块链虚拟机之上的商业逻辑和算法，是实现区块链系统灵活编程和操作数据的基础。包括比特币在内的数字加密货币大多采用非图灵完备的简单脚本代码来编程控制交易过程，这也是智能合约的雏形。随着技术的发展，目前已经出现以太坊等图灵完备的可实现更为复杂和灵活的智能合约的脚本语言，使得区块链能够支持宏观金融和社会系统的诸多应用。本节将以比特币脚本为例，从技术角度简述合约层的基本技术和方法，关于智能合约的延伸内容将在第 5 节讨论。比特币采用一种简单的、基于堆栈的、从左向右处理的脚本语言，而一个脚本本质上是附着在比特币交易上的一组指令的列表。比特币交易依赖于两类脚本来加以验证，即锁定脚本和解锁脚本，二者的不同组合可在比特币交易中衍生出无限数量的控制条件。其中，锁定脚本是附着在交易输出值上的「障碍」，规定以后花费这笔交易输出的条件；解锁脚本则是满足被锁定脚本在一个输出上设定的花费条件的脚本，同时它将允许输出被消费。举例来说，大多数比特币交易均是采用接受者的公钥加密和私钥解密，因而其对应的P2PKH（Pay to Public Key Hash）标准交易脚本中的锁定脚本即是使用接受者的公钥实现阻止输出功能，而使用私钥对应的数字签名来加以解锁 [19]。比特币脚本系统可以实现灵活的交易控制，例如：通过规定某个时间段（如一周）作为解锁条件，可以实现延时支付；通过规定接受者和担保人必须共同私钥签名才能支配一笔比特币，可以实现担保交易；通过设计一种可根据外部信息源核查某概率事件是否发生的规则并作为解锁脚本附着在一定数量的比特币交易上，即可实现博彩和预测市场等类型的应用；通过设定 N 个私钥集合中至少提供 M 个私钥才可解锁，可实现 M － N 型多重签名，即 N个潜在接受者中至少有 M 个同意签名才可实现支付。多重签名可广泛应用于公司决策、财务监督、中介担保甚至遗产分配等场景。比特币脚本是智能合约的雏形，催生了人类历史上第一种可编程的全球性货币。然而，比特币脚本系统是非图灵完备的，其中不存在复杂循环和流控制，这在损失一定灵活性的同时能够极大地降低复杂性和不确定性，并能够避免因无限循环等逻辑炸弹而造成拒绝服务等类型的安全性攻击。为提高脚本系统的灵活性和可扩展性，研究者已经尝试在比特币协议之上叠加新的协议，以满足在区块链上构建更为复杂的智能合约的需求。以太坊已经研发出一套图灵完备的脚本语言，用户可基于以太坊构建任意复杂和精确定义的智能合约与去中心化应用，从而为基于区块链构建可编程的金融与社会系统奠定了基础 [4]。3. 区块链的应用场景由区块链独特的技术设计可见，区块链系统具有分布式高冗余存储、时序数据且不可篡改及伪造、去中心化信用、自动执行的智能合约、安全和隐私保护等显著的特点，这使得区块链技术不仅可以成功应用于数字加密货币领域，同时在经济、金融和社会系统中也存在广泛的应用场景。根据区块链技术应用的现状，本文将区块链目前的主要应用笼统地归纳为数字货币、数据存储、数据鉴证、金融交易、资产管理和选举投票共六个场景，并概述除数字货币外的五大应用场景以及区块链的三种应用模式。数据存储区块链的高冗余存储（每个节点存储一份数据）、去中心化、高安全性和隐私保护等特点使其特别适合存储和保护重要隐私数据，以避免因中心化机构遭受攻击或权限管理不当而造成的大规模数据丢失或泄露。与比特币交易数据类似地，任意数据均可通过哈希运算生成相应的 Merkle 树并打包记入区块链，通过系统内共识节点的算力和非对称加密技术来保证安全性。区块链的多重签名技术可以灵活配置数据访问的权限，例如必须获得指定 5 个人中 3 个人的私钥授权才可获得访问权限。目前，利用区块链来存储个人健康数据（如电子病历、基因数据等）是极具前景的应用领域，此外存储各类重要电子文件（视频、图片、文本等）乃至人类思想和意识等也有一定应用空间 [7]。数据鉴证区块链数据带有时间戳、由共识节点共同验证和记录、不可篡改和伪造，这些特点使得区块链可广泛应用于各类数据公证和审计场景。例如，区块链可以永久地安全存储由政府机构核发的各类许可证、登记表、执照、证明、认证和记录等，并可在任意时间点方便地证明某项数据的存在性和一定程度上的真实性。包括德勤在内的多家专业审计公司已经部署区块链技术来帮助其审计师实现低成本和高效地实时审计，Factom 公司则基于区块链设计了一套准确的、可核查的和不可更改的审计公证流程与方法 [26]。金融交易区块链技术与金融市场应用有非常高的契合度。区块链可以在去中心化系统中自发地产生信用，能够建立无中心机构信用背书的金融市场，从而在很大程度上实现了「金融脱媒」，这对第三方支付、资金托管等存在中介机构的商业模式来说是颠覆性的变革。在互联网金融领域，区块链特别适合或者已经应用于股权众筹、P2P 网络借贷和互联网保险等商业模式。证券和银行业务也是区块链的重要应用领域，传统证券交易需要经过中央结算机构、银行、证券公司和交易所等中心机构的多重协调，而利用区块链自动化智能合约和可编程的特点，能够极大地降低成本和提高效率，避免繁琐的中心化清算交割过程，实现方便快捷的金融产品交易。同时，区块链和比特币的即时到帐的特点可使得银行实现比 SWIFT 代码体系更为快捷、经济和安全的跨境转账，这也是目前 R3CEV 和纳斯达克等各大银行、证券商和金融机构相继投入区块链技术研发的重要原因。资产管理区块链在资产管理领域的应用具有广泛前景，能够实现有形和无形资产的确权、授权和实时监控。对于无形资产来说，基于时间戳技术和不可篡改等特点，可以将区块链技术应用于知识产权保护、域名管理、积分管理等领域。而对有形资产来说，通过结合物联网技术为资产设计唯一标识并部署到区块链上，能够形成「数字智能资产」，实现基于区块链的分布式资产授权和控制。例如，通过对房屋、车辆等实物资产的区块链密钥授权，可以基于特定权限来发放和回收资产的使用权，有助于 Airbnb 等房屋租赁或车辆租赁等商业模式实现自动化的资产交接。通过结合物联网的资产标记和识别技术，还可以利用区块链实现灵活的供应链管理和产品溯源等功能。选举投票投票是区块链技术在政治事务中的代表性应用。基于区块链的分布式共识验证、不可篡改等特点，可以低成本高效地实现政治选举、企业股东投票等应用。同时，区块链也支持用户个体对特定议题的投票。例如，通过记录用户对特定事件是否发生的投票，可以将区块链应用于博彩和预测市场等场景 [27]。通过记录用户对特定产品的投票评分与建议，可以实现大规模用户众包设计产品的「社会制造」模式等。根据实际应用场景和需求，区块链技术已经演化出三种应用模式，即公共链(Public Blockchain)、联盟链（Consortium Blockchain）和私有链（Private Blockchain）：公共链是完全去中心化的区块链，分布式系统的任何节点均可参与链上数据的读写、验证和共识过程，并根据其 PoW 或 PoS 贡献获得相应的经济激励。比特币是公共链的典型代表。联盟链则是部分去中心化（或称多中心化）的区块链，适用于多个实体构成的组织或联盟，其共识过程受到预定义的一组节点控制，例如生成区块需要获得 10 个预选的共识节点中的 5 个节点确认。私有链则是完全中心化的区块链，适用于特定机构的内部数据管理与审计等，其写入权限由中心机构控制，而读取权限可视需求有选择性地对外开放。需要说明的是，由于去中心化程度不同，联盟链和私有链可能不完全符合第 2 节提出的区块链模型，例如，中心化程度较高的区块链可能不需要设计激励层中的经济激励等。4. 区块链的现存问题作为近年来兴起并快速发展的新技术，区块链必然会面临各种制约其发展的问题和障碍。本节将从安全、效率、资源和博弈四方面概述区块链技术有待解决的问题。4.1 安全问题安全性威胁是区块链迄今为止所面临的最重要的问题。其中，基于 PoW 共识过程的区块链主要面临的是 51% 攻击问题，即节点通过掌握全网超过 51% 的算力就有能力成功篡改和伪造区块链数据。以比特币为例，据统计中国大型矿池的算力已占全网总算力的 60% 以上，理论上这些矿池可以通过合作实施 51% 攻击，从而实现比特币的双重支付 [1]。虽然实际系统中为掌握全网 51% 算力所需的成本投入远超成功实施攻击后的收益，但 51% 攻击的安全性威胁始终存在。基于 PoS 共识过程在一定程度上解决了51%攻击问题，但同时也引入了区块分叉时的N@S（Nothing at Stake）攻击问题。研究者已经提出通过构造同时依赖高算力和高内存的 PoW 共识算法来部分解决 51% 攻击问题 [4]，更为安全和有效的共识机制尚有待于更加深入的研究和设计。区块链的非对称加密机制也将随着数学、密码学和计算技术的发展而变的越来越脆弱。据估计，以目前天河二号的算力来说，产生比特币 SHA256 哈希算法的一个哈希碰撞大约需要 248 年，但随着量子计算机等新计算技术的发展，未来非对称加密算法具有一定的破解可能性，这也是区块链技术面临的潜在安全威胁。区块链的隐私保护也存在安全性风险。区块链系统内各节点并非完全匿名，而是通过类似电子邮件地址的地址标识（例如比特币公钥地址）来实现数据传输。虽然地址标识并未直接与真实世界的人物身份相关联，但区块链数据是完全公开透明的，随着各类反匿名身份甄别技术的发展，实现部分重点目标的定位和识别仍是有可能的。4.2 效率问题区块链效率也是制约其应用的重要因素。首先是区块膨胀问题：区块链要求系统内每个节点保存一份数据备份，这对于日益增长的海量数据存储来说是极为困难的。以比特币为例，完全同步自创世区块至今的区块数据需要约 60 GB 存储空间，虽然轻量级节点可部分解决此问题，但适用于更大规模的工业级解决方案仍有待研发 [28]。其次是交易效率问题：比特币区块链目前每秒仅能处理 7 笔交易，这极大地限制了区块链在大多数金融系统高频交易场景中的应用（例如 VISA 信用卡每秒最多可处理 10000 笔交易）[1]。最后是交易确认时间问题：比特币区块生成时间为 10 分钟，因而交易确认时间一般为 10 分钟，这在一定程度上限制了比特币在小额交易和时间敏感交易中的应用。4.3 资源问题PoW 共识过程高度依赖区块链网络节点贡献的算力，这些算力主要用于解决 SHA256 哈希和随机数搜索，除此之外并不产生任何实际社会价值，因而一般意义上认为这些算力资源是被「浪费」掉了，同时被浪费掉的还有大量的电力资源。随着比特币的日益普及和专业挖矿设备的出现，比特币生态圈已经在资本和设备方面呈现出明显的军备竞赛态势，逐渐成为高耗能的资本密集型行业，进一步凸显了资源消耗问题的重要性。因此，如何能有效汇集分布式节点的网络算力来解决实际问题，是区块链技术需要解决的重要问题。研究者目前已经开始尝试解决此问题，例如 Primecoin（质数币）要求各节点在共识过程中找到素数的最长链条（坎宁安链和双向双链）而非无意义的 SHA256 哈希值 [29]。未来的潜在发展趋势是设计行之有效的交互机制来汇聚和利用分布式共识节点的群体智能，以辅助解决大规模的实际问题。4.4 博弈问题区块链网络作为去中心化的分布式系统，其各节点在交互过程中不可避免地会存在相互竞争与合作的博弈关系，这在比特币挖矿过程中尤为明显。通常来说，比特币矿池间可以通过相互合作保持各自稳定的收益。然而，矿池可以通过称为区块截留攻击（Block with Holding Attacks）的方式、通过伪装为对手矿池的矿工、享受对手矿池的收益但不实际贡献完整工作量证明来攻击其他矿池，从而降低对手矿池的收益。如果矿池相互攻击，则双方获得的收益均少于不攻击对方的收益。当矿池收益函数满足特定条件时，这种攻击和竞争将会造成「囚徒困境」博弈结局 [30]。如何设计合理的惩罚函数来抑制非理性竞争、使得合作成为重复性矿池博弈的稳定均衡解，尚需进一步深入研究。此外，正如前文提到的，区块链共识过程本质上是众包过程，如何设计激励相容的共识机制，使得去中心化系统中的自利节点能够自发地实施区块数据的验证和记账工作，并提高系统内非理性行为的成本以抑制安全性攻击和威胁，是区块链有待解决的重要科学问题。5. 基于区块链的智能合约智能合约概念最早在 1994 年由学者 Nick Szabo 提出，最初被定义为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，其设计初衷是希望通过将智能合约内置到物理实体来创造各种灵活可控的智能资产。由于计算手段的落后和应用场景的缺失，智能合约并未受到研究者的广泛关注。区块链技术的出现重新定义了智能合约。智能合约是区块链的核心构成要素（合约层），是由事件驱动的、具有状态的、运行在可复制的共享区块链数据账本上的计算机程序，能够实现主动或被动的处理数据，接受、储存和发送价值，以及控制和管理各类链上智能资产等功能。智能合约作为一种嵌入式程序化合约，可以内置在任何区块链数据、交易、有形或无形资产上，形成可编程控制的软件定义的系统、市场和资产。智能合约不仅为传统金融资产的发行、交易、创造和管理提供了创新性的解决方案，同时能够在社会系统中的资产管理、合同管理、监管执法等事务中发挥重要作用。具体说来，智能合约是一组情景-应对型的程序化规则和逻辑，是部署在区块链上的去中心化、可信共享的程序代码。智能合约同样具有区块链数据的一般特征，如分布式记录、存储和验证，不可篡改和伪造等。签署合约的各参与方就合约内容、违约条件、违约责任和外部核查数据源达成一致，必要时检查和测试合约代码以确保无误后，以智能合约的形式部署在区块链上，即可不依赖任何中心机构地自动化代表各签署方执行合约。智能合约的可编程特性使得签署方可以增加任意复杂的条款。图 5 智能合约的运作机理智能合约的运作机理如图 5 所示：通常情况下，智能合约经各方签署后，以程序代码的形式附着在区块链数据（例如一笔比特币交易）上，经 P2P 网络传播和节点验证后记入区块链的特定区块中。智能合约封装了预定义的若干状态及转换规则、触发合约执行的情景（如到达特定时间或发生特定事件等）、特定情景下的应对行动等。区块链可实时监控智能合约的状态，并通过核查外部数据源、确认满足特定触发条件后激活并执行合约。区块链和智能合约有极为广阔的应用场景。例如，互联网金融领域的股权众筹或 P2P 网络借贷等商业模式可以通过区块链和智能合约加以实现。传统方式是通过股权众筹或 P2P 借贷的交易所或网络平台作为中心机构完成资金募集、管理和投资，实际操作过程中容易出现因中心机构的信用缺失而导致的资金风险。利用智能合约，这些功能均可以封装在去中心化可信的区块链上自动执行。区块链可记录每一笔融资，当成功达到特定融资额度时计算每个投资人的股权份额，或在一段时间内未达到融资额度时自动将资金退还给投资人。再如，通过将房屋和车辆等实体资产进行非对称加密，并嵌入含有特定访问控制规则的智能合约后部署在区块链上，使用者符合特定的访问权限或执行特定操作（如付款）后就可使用这些资产，这能够有效解决房屋或车辆租赁商业模式中资产交接和使用许可方面的痛点。智能合约具有自治、自足和去中心化等特征：自治表示合约一旦启动就会自动运行，而不需要其他签署方进行任何干预；自足则意味着合约能够通过提供服务或发行资产来获取资金，并在需要时使用这些资金；去中心化则意味着智能合约是由去中心化存储和验证的程序代码而非中心化实体来保障执行的合约，能在很大程度上保证合约的公平和公正性 [1]。智能合约对于区块链技术来说具有重要的意义：一方面，智能合约是区块链的激活器，为静态的底层区块链数据赋予了灵活可编程的机制和算法，并为构建区块链 2.0 和 3.0 时代的可编程金融系统与社会系统奠定了基础；另一方面，智能合约的自动化和可编程特性使其可封装分布式区块链系统中各节点的复杂行为，成为区块链构成的虚拟世界中的软件代理机器人，这有助于促进区块链技术在各类分布式人工智能系统中的应用，使得基于区块链技术构建各类去中心化应用（Decentralized Application，Dapp）、去中心化自治组织（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会（Decentralized Autonomous Society，DAS）成为可能。就现状而言，区块链和智能合约技术的主要发展趋势是由自动化向智能化方向演化。现存的各类智能合约及其应用的本质逻辑大多仍是根据预定义场景的「IF-THEN」类型的条件响应规则，能够满足目前自动化交易和数据处理的需求。未来的智能合约应具备根据未知场景的「WHAT - IF」推演、计算实验和一定程度上的自主决策功能，从而实现由目前「自动化」合约向真正的「智能」合约的飞跃 [31-32]。6. 区块链驱动的平行社会互联网近年来的迅猛发展及其与物理世界的深度耦合与强力反馈，已经根本性地改变了现代社会的生产、生活与管理决策模式，形成了现实物理世界-虚拟网络空间紧密耦合、虚实互动和协同演化的平行社会空间，催生了「互联网+」和工业 4.0 等一系列国家战略。未来社会的发展趋势则必将从物理 + 网络的 CPS 实际世界（Cyber-Physical Systems，CPS）走向精神层面的人工世界，形成物理 + 网络 + 人工的人-机-物一体化的三元耦合系统，称为社会物理信息系统（Cyber-Physical-Social Systems，CPSS）。目前，基于 CPSS 的平行社会已现端倪，其核心和本质特征是虚实互动与平行演化 [33]。区块链是实现 CPSS 平行社会的基础架构之一，其主要贡献是为分布式社会系统和分布式人工智能研究提供了一套行之有效的去中心化的数据结构、交互机制和计算模式，并为实现平行社会奠定了坚实的数据基础和信用基础：就数据基础而言，管理学家爱德华戴明曾说过：除了上帝，所有人必须以数据说话。然而在中心化社会系统中，数据通常掌握在政府和大型企业等「少数人」手中，为少数人「说话」，其公正性、权威性甚至安全性可能都无法保证。区块链数据则通过高度冗余的分布式节点存储，掌握在「所有人」手中，能够做到真正的「数据民主」。就信用基础而言，中心化社会系统因其高度工程复杂性和社会复杂性而不可避免地会存在「默顿系统」的特性，即不确定性、多样性和复杂性，社会系统中的中心机构和规则制定者可能会因个体利益而出现失信行为。区块链技术有助于实现软件定义的社会系统，其基本理念就是剔除中心化机构、将不可预测的行为以智能合约的程序化代码形式提前部署和固化在区块链数据中，事后不可伪造和篡改并自动化执行，从而在一定程度上能够将「默顿」社会系统转化为可全面观察、可主动控制、可精确预测的「牛顿」社会系统 [34]。ACP（人工社会 Artiflcial Societies、计算实验 Computational Experiments 和平行执行 Parallel Execution）方法是迄今为止平行社会管理领域唯一成体系化的、完整的研究框架，是复杂性科学在新时代平行社会环境下的逻辑延展和创新[35]。ACP 方法可以自然地与区块链技术相结合，实现区块链驱动的平行社会管理：首先，区块链的 P2P 组网、分布式共识协作和基于贡献的经济激励等机制本身就是分布式社会系统的自然建模，其中每个节点都将作为分布式系统中的一个自主和自治的智能体（Agent）。随着区块链生态体系的完善，区块链各共识节点和日益复杂与自治的智能合约将通过参与各种形式的 Dapp，形成特定组织形式的 DAC 和 DAO，最终形成 DAS，即 ACP 中的人工社会 [36]。其次，智能合约的可编程特性使得区块链可进行各种「WHAT - IF」类型的虚拟实验设计、场景推演和结果评估，通过这种计算实验过程获得并自动或半自动地执行最优决策。最后，区块链与物联网等相结合形成的智能资产使得联通现实物理世界和虚拟网络空间成为可能，并可通过真实和人工社会系统的虚实互动和平行调谐实现社会管理和决策的协同优化。不难预见，未来现实物理世界的实体资产都登记为链上智能资产的时候，就是区块链驱动的平行社会到来之时。7. 结束语随着以比特币为代表的数字加密货币的强势崛起，新兴的区块链技术逐渐成为学术界和产业界的热点研究课题。区块链技术的去中心化信用、不可篡改和可编程等特点，使其在数字加密货币、金融和社会系统中有广泛的应用前景。然而，与蓬勃发展的区块链商业应用相比，区块链的基础理论和技术研究仍处于起步阶段，许多更为本质性的、对区块链产业发展至关重要的科学问题亟待研究跟进。本文系统地梳理了区块链技术的基本原理、技术、方法与应用，以期为未来研究提供有益的启发与借鉴。参考文献作者简介袁勇博士，中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室副研究员。2008 年于山东科技大学获得计算机软件与理论专业博士学位。主要研究方向为商务智能与计算广告学。

王飞跃教授，中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室研究员，国防科技大学军事计算实验与平行系统技术中心教授。主要研究方向为智能系统和复杂系统的建模、分析与控制。

来源：自动化学报本文参与腾讯云自媒体分享计划，分享自微信公众号。原始发表：2018-02-20，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除区块链人工智能分布式本文分享自专知微信公众号，前往查看如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。本文参与腾讯云自媒体分享计划，欢迎热爱写作的你一起参与！区块链人工智能分布式评论登录后参与评论0 条评论热度最新登录后参与评论推荐阅读LV.关注文章0获赞0相关产品与服务区块链云链聚未来，协同无边界。腾讯云区块链作为中国领先的区块链服务平台和技术提供商，致力于构建技术、数据、价值、产业互联互通的区块链基础设施，引领区块链底层技术及行业应用创新，助力传统产业转型升级，推动实体经济与数字经济深度融合。产品介绍2024新春采购节领券社区专栏文章阅读清单互动问答技术沙龙技术视频团队主页腾讯云TI平台活动自媒体分享计划邀请作者入驻自荐上首页技术竞赛资源技术周刊社区标签开发者手册开发者实验室关于社区规范免责声明联系我们友情链接腾讯云开发者扫码关注腾讯云开发者领取腾讯云代金券热门产品域名注册云服务器区块链服务消息队列网络加速云数据库域名解析云存储视频直播热门推荐人脸识别腾讯会议企业云CDN加速视频通话图像分析MySQL 数据库SSL 证书语音识别更多推荐数据安全负载均衡短信文字识别云点播商标注册小程序开发网站监控数据迁移Copyright © 2013 - 2024 Tencent Cloud. All Rights Reserved. 腾讯云版权所有深圳市腾讯计算机系统有限公司 ICP备案/许可证号：粤B2-20090059 深公网安备号 44030502008569腾讯云计算（北京）有限责任公司京ICP证150476号 | 京ICP备11018762号 | 京公网安备号11010802020287问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档Copyright © 2013 - 2024 Tencent Cloud.All Rights Reserved. 腾讯云版权所有登录后参与评论00

一文读懂区块链和比特币的关系 - 知乎

一文读懂区块链和比特币的关系 - 知乎首发于万财商盟玩转信用卡切换模式写文章登录/注册一文读懂区块链和比特币的关系王魁区块链与比特币是一枚硬币的两面，没办法分开，但无论是金融圈还是科技圈，在集体唱红区块链同时，却远远避开比特币这个“黑色奇点”。Blockchain（区块链）溯源在中本聪白皮书里根本没有区块链（Blockchain）这个词，只有chain。chain只是比特币系统的子集。后来出现了各种山寨系统，为了将所有系统抽象出一个总的概念，就约定俗成地造出了一个新单词 ——Blockchain。 1.区块链是比特币原创核心技术。在比特币被发明之前，世界上并不存在区块链。2.比特币发明之后，很多人参考比特币中的区块链，使用类似的技术实现各种应用，这类技术统称为区块链技术，用区块链技术实现的各种链即为区块链。区块链和比特币的关系区块链（Blockchain）技术的产生发展离不开比特币，只要谈及区块链，比特币就是始终绕不过去的话题。因为比特币以区块链技术为底层技术，是基于区块链而诞生的，并且比特币的发展也源于区块链的造势；而源自比特币的区块链技术，能被世人广为熟知又得归功于比特币。这两者究竟是何关系？下面将从三点阐明区块链与比特币的联系与区别：1.区块链是为比特币而生的中本聪本意是想创建一套“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，不需要第三方中介参与”的电子支付系统。本质上比特币是一种新的支付手段，它的创新核心在于依靠加密学去除支付交易对中心机构的依赖，即不再需要中心机构担任账户开立、交易审核、账户余额变动记录等等职责，实现了用户与用户之间点对点的直接交易。如果你不是一个中立的技术派，仅仅从自由主义者的角度来解释，会得到这样的分析：中本聪是想利用加密技术实现资金转移，而不再依赖于中央银行。1.1 世界上第一笔比特币交易世上第一笔比特币交易诞生于 2009 年 1 月 12 日，中本聪向密码学家哈尔·芬尼（Hal Finney）转账了 10 个比特币，那笔转账也由此成为了人类历史上第一次摆脱受信第三方金融机构而完成的点对点交易。如上图所示，2009 年 1 月 12 日 03:30:25 共发生两次交易，各对应着自己的唯一标识交易哈希，第一笔交易哈希 b1fea52486ce0c62bb442b530a3f0132b826c74e47 是一种特殊的奖励交易，是由中本聪挖矿获得 50 个比特币的奖励，所以 No Input。这种交易属于产量交易（Generation），每个 Block 都对应一个产量交易（Generation TX），该类交易是没有输入交易的，挖出的新币是所有币的源头。第二笔交易哈希 f4184fc596403b9d638783cf57adfe4c75c605f6356fbc 是最常见的交易类型，称为通用地址交易（Pubkey Hash），由 N 个输入、M 个输出构成，输入和输出可简单理解为发出币的地址和收到币的地址。图中 12cbQLTFMXRnSzktFkuoG3eHoMeFtpTu3S 是中本聪（即交易发起者）的地址， 1Q2TWHE3GMdB6BZKafqwxXtWAWgFt5Jvm3 为哈尔·芬尼（即接收者）的地址，交易中芬尼共收到 10 个比特币1.2 多重签名交易除了这两种交易外，还有一种合成地址交易（Script Hash），该类交易的接收地址不是通常意义的地址，而是一个合成地址，以 3 开头，需要几对公私钥一起生成合成地址，又叫做多重签名钱包，在生成过程中可以指定几对公私钥中的几个签名，验证通过后，就可以消费该地址的比特币。为什么要介绍多重签名钱包，因为这里涉及到更重要的商业应用，比特币网络脚本语言不是图灵完全，但能给第三方应用提供接口，这也是比特币的伟大之处，它的生命在于本身可以进化，多重签名依托于P2SH 协议，引入了比特币所有权 M of N （M≤N）判断机制，让传统电子商务成为可能。这里我们以中国第一个加密货币电子商务平台币须网的应用为例，它是在世界范围内第一家把多重签名技术应用到了比特币交易中的网站，它完成了比特币支付第一笔多重签名交易的退款处理。因此，如果说比特币未来真的能成为一种互联网货币，那多重签名技术的灵活运用就显得尤为重要。1.3 进击的区块链从 2009 年 1 月比特币正式上线运行到 2013 年这几年间，全球基本处于“只谈比特币，不知区块链”的状态。直到 2014 年-2015 年间，随着比特币运行系统在全球范围内展现出强大的安全可靠性能，其底层技术区块链才开始成为各大金融机构、IT 巨头争相研究的对象。这个时候的区块链已经开始被用于构建银行间的支付清结算等基础金融设施，其中，由区块链科技初创企业 R3CEV 发起建立 R3 区块链联盟，致力于为区块链技术在银行业中的使用制定行业标准和协议，包括富国银行、美国银行、纽约梅隆银行、花旗银行等在内的多个国家主流银行加入其中。Linux 基金会牵头的 Hyperledger 超级账本项目则致力于打造新一代开源的区块链平台，推动业界工业级区块链技术标准，加速区块链全球产业化进程。区块链技术在中国迎来第一个小高潮则是在 2015 年的下半年，中国股市崩盘后，金融圈一片悲鸣，部分敏感的投资经理开始关注区块链+金融，一时间，区块链支付、区块链票据、区块链保险、区块链供应链金融等创业公司大量涌现出来，至 2016 年 12 月，国务院将区块链技术纳入“十三五”规划则首次将区块链技术升级到国家战略高度，后续央行推出基于区块链的数字票据交易平台、工信部发布首个《区块链参考架构》等举措，极大推动了我国区块链产业化进程。现阶段的区块链技术，除了金融领域，在电子存证、产品溯源防伪、供应链管理、物联网等多个方向都拥有创新应用。而这时的区块链，早已经不仅是比特币原教旨主义者眼中的区块链了。2 比特币：区块链的杀手级应用 2.1 比特币在加密货币中的市场份额区块链技术的应用主要仍在于各类加密货币，其它的应用场景落地极少。据 CoinMarketCap 数据显示，目前，已知的加密数字货币过千种，截止至 2018 年 1 月 1 日，比特币依旧占据着币圈龙头老大位置，市场份额占据整个加密货币市场的三分之一左右。比特币作为区块链的第一个应用，堪称杀手级应用，自诞生以来，无疑也是目前区块链技术最成功、最成熟的应用案例。上图来自 2018 年 1 月 24 日资产评级机构 Weiss Ratings 发布的主流数字货币评级报告。2.2 比特币：一个去中心化的区块链账本在比特币的系统中，其实最重要的并不是“币”的概念，而是一个没有中心存储机构的“账本”的概念，“币” 只是在这个账本上使用的记账单位。如此，也可以这么说，比特币本质就是一个基于互联网的去中心化账本，而区块链就是这个账本的名字。这里我们可以做一个形象的类比，假如区块链是一个实物账本，那么每个区块就相当于这个账本中的一页，每 10 分钟生成一页新的账本，每一页账本上记载着比特币网络这10分钟的交易信息。当比特币的交易数据被人记上账之后，其他的记账人会确认这个交易是否有效。确认这笔钱没有被重复花费且拥有有效的数字签名之后就通过，此时这笔交易才能被连到全世界的区块链这个总账本中，交易就算初步确认了。2.3 区块链不可篡改的特性一般情况下每一笔交易，在连续得到 6 个区块确认，也就是 6 个十分钟记账之后，才能最终在区块链上被承认是合法交易。每时每刻，比特币全网的节点都在向网络广播交易，每笔交易经 10~60 秒就能广播至全球所有节点，速度取决你的节点的网络连接状况。这些广播出来的交易在经过矿工的验证后，打包到数据块中，串起来形成环环相扣的区块链，一经六次确认便几乎无篡改的可能性。要修改某个区块上的数据，得从这个区块开始重新计算之后的所有区块，考虑到比特币全网 9211434TH/s 哈希运算的算力，地球上在比特币网络之外暂时并不存在足以逆转比特币交易的计算能力。也就是说，只要被确认的交易一旦加入到区块链中，就不会再被移走，记录也不可被任何人篡改。2.4 区块链这个账本的优势任何一个账本，它记录的内容必须是唯一的，否则账本就没有意义。这就导致记账天然是一种中心化的行为，而我们传统的账本也大多是一种中心化账本。但中心化的记账有一些显而易见的弱点：一旦这个中心出现问题，如被篡改、被损坏，整个系统就会面临危机乃至崩溃。并且，中心化的记账方式对中心本身的能力、相应的监管法律和手段、以及参与者对其的信任都有极高的要求。而区块链这个账本，相比于传统的中心化记账中出现的弱点，天然有着去中心化、无须信任系统、去中介化、不可篡改、加密安全性等明显优势。全民记账的区块链在牺牲一点效率的情况下，获得了极大的安全性：（1）无法摧毁。因为没有一本中央大账本了，所以每个节点都仅仅是系统的一部分，每个节点权利相等，都有着一模一样的账本。摧毁部分节点对系统并没有影响。（2）无法作弊。因为只修改自己的账本别人不会承认，全世界的用户都可以担当监管者的角色，系统会参照多数人的意见来决定最后的结果。3.比特币的区块链技术并不等于区块链技术比特币的区块链毕竟是为比特币体系的设计而定制，因此比特币的区块链技术并不等于区块链技术。除了应用于比特币之外，区块链技术还可以有更多种不同形态、体系、用途和规格的技术。3.1 可信任的区块链系统区块链技术不是一种单一的技术，而是多种技术整合的结果，包括密码学、数学、经济学、计算机技术等，这些技术组合在一起，形成了一种新的去中心化数据记录与存储体系，并对存储数据的区块打上时间戳，使其形成一个连续的、前后关联的诚实数据记录存储结构，最终目的是建立一个保证诚实的数据系统，可将其称为能够保证系统诚实的分布式数据库。在这个系统中，只有系统本身是值得信任的，所以数据记录、存储与更新规则是为建立人们对区块链系统的信任而设计。诚实意味着系统可以被信任，这正是商业活动和应用推广的前提，所以区块链技术已经被很多领域主流机构看中并非是没有理由的，因为有了区块链技术，在一个诚信的系统里，许多繁琐的审查手续可以省去，许多因数据缺乏透明度而无法开展的业务可以展开，甚至社会的自动化程度也将大幅提升。所以为什么近年来高盛、摩根大通和纳斯达克等金融机构会对区块链技术进行重点研究，就是因为这些机构的金融业务大都具有标准化程度高、连续性强、自动化需求大、业务对信用度要求高等特点，这些都跟区块链的优势高度契合。3.2 区块链的发展体系区块链自应用于比特币以来，其自身的发展应用早已超越比特币（区块链 1.0），进入到区块链 1.5 时代，并且向金融领域（区块链 2.0）过渡。总体而言，区块链的发展体系可以划分为四个象限：（1）第一象限是比特币区块链；（2）第二象限是使用比特币区块链协议，但不使用比特币货币的系统，比如万事达币、彩色币、合约币，以及采用合并挖矿的域名币等；（3）第三象限是同时使用独立货币和独立区块链的系统，比如以太坊、瑞波、莱特币和未来币等；（4）第四象限是侧链，采用独立的网络但以比特币作为底层货币的系统，如 BTC Relay 等。区块链发展体系四象限如图所示：离开比特币，区块链是否一文不值？比特币和区块链到底是怎样的关系，这也一直是币圈里争辩不休的话题之一。其中，不少人持有这样的观点：区块链技术才是真正有价值的东西，而以比特币为代表的加密货币只是一个不成熟的泡沫，随时可能被取代。同样有人认为将比特币与区块链独立开来泛泛而谈，离开加密货币作为其中流通载体，区块链很可能一文不值。 2015 之后甚至形成“币圈”和“链圈”两大阵营，早期的比特币爱好者基本都站在“币圈”一边，2015 年加入这个阵营的传统互联网圈人士则选择了“链圈”。币圈的江湖大佬站位非常明显，这两个圈子偶尔也有交集，但基本上像是丐帮里的污衣和净衣，币圈认为链圈假清高，链圈则认为币圈特别 LOW。以下两点是币圈对链圈的回击： 1.加密货币和区块链处于共生关系区块链无法脱离加密货币单独存在。因为如果没有货币的激励，那么区块链的应用场景可能无人去驱动，再好的概念例如智能合约、物联网最后都成了无源之水。2.加密货币—算力—区块链三者的价值处于动态平衡状态加密货币的价值，维护区块链的代价（算力），区块链的价值，这三者处于一个动态平衡状态。如果否定了三者价值其中的一个，那么另两个的价值就会岌岌可危。红与黑，区块链和比特币比特币的理想主义色彩与生俱来，从它诞生到现在，它的发展方向与原教旨主义已经背道而驰，例如算力中心化，支付阻滞，社区分化……但不管怎样，比特币仍然是一场伟大的货币实践。同样不可否认的是，比特币自出生以来走的就是一条暗黑之路，它自带传销体系（不完备），行走于灰色地带（丝绸之路），隐蔽性强的产品设计（匿名性），易于操控的资金存量，传销组织的天然喜好，集纳无政府主义信徒，包括部分原教旨主义者野心勃勃，一直试图颠覆央行的货币发行权和主权国家对货币的控制权，每一桩每一件都让各国监管层对其颇为警惕。但经过 2013 年的比特币风暴洗礼，很多大公司的 IT 高管、具有技术背景的金融学者也开始关注到比特币，同时比特币社区也变得越来越理性温和，不再强调比特币自由主义色彩，而是重提它的基础技术区块链，区块链由黑变红也是在这个阶段，并且迅速被认定为互联网发展的新引擎和“红二代”。结语塔勒布在《黑天鹅》中曾经说过，历史，是跳跃着前进。它总在我们不经意间，跳上我们无法想象的断层。比特币的第一笔转帐发生于 2009-1-12，创始人中本聪转给了芬尼 10BTC（中本聪的前辈，密码邮件组大牛，PGP 加密的发明者之一，也是比特币重要技术“可重复使用的工作量证明机制”的发明者）。由此，中本聪发起了人类历史上第一次摆脱受信第三方金融机构而完成的点对点交易，并依托着区块链技术试图让比特币取代法币。在收到中本聪的比特币后，2010-11-16 芬尼才将这笔钱花出去。而中本聪是否真的能够实现“自由货币” 的终极理想，直到 2018 年仍然是个巨大的问号。但目前，比特币的底层技术区块链却仍以 1000 倍以上的速度向人类各个行业发起突击，并因其背后崭新的经济、社会结构变革理念被誉为互联网 2.0 的新引擎。发布于 2021-04-07 20:53数字货币币圈货币赞同 18添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录万财商盟玩转信用卡万财商盟玩转

区块链技术可以应用到哪些领域？ - 知乎

区块链技术可以应用到哪些领域？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册区块链(Blockchain)小蚁区块链区块链技术可以应用到哪些领域？在这个时代飞速发展的时代，区块链技术可以应用到哪些领域？显示全部关注者67被浏览93,013关注问题写回答邀请回答好问题 2添加评论分享26 个回答默认排序知乎用户谢谢阅读，最近万向区块链峰会举行，邀请了各个领域的大咖，听了几个会议的演讲，感觉中国银行原行长分享得挺好，结合他的演讲写下自己的一些思考。一、区块链改善的是什么？当我们提到人工智能的时候，我们大脑大概率会想到一个机器，这个机器可能具备人类智力去实现某个功能，比如机器人或者阿法狗（Alphago）；提到云计算，我们会想到是把电脑的计算能力放到了云端的服务器里边；提到物联网，我们会想到万物互联，任何一个物品之间都有传感器，比如智能扫地机器人，智能灯具等等。但是，当我们提到区块链的时候，我们第一时间想不出一个具体的东西去描述它，联想不到任何与它相近的物体，因此它给人一种很虚幻的感觉。因为像人工智能、云计算、物联网等这些东西，它被实现出来，是可以提升人类社会生产力跟生产效率的。但是区块链，它的作用不是提升生产力，而是改善生产关系，改善人与人、节点与节点、机构与机构、国家与国家之间的关系。李行长在演讲中也指出，区块链是通过数学方法解决信任问题，只要信任共同的算法程序就可以建立互信，这种数字信任的价值就在于：在信任未知或信任薄弱的环境中形成可信任的纽带，节约信用形成所需的时间和成本，加持商业信用。在广域、高速的网络中建立零时差、零距离的认证工具，提高物联网的效率和可靠性。其中，值得我们注意的是，区块链的分布式存储技术可以将文件存储在不同的空间上，同时生成文件存储确权证明，在可靠性、边缘存储成本、数据隐私保护方面比传统云存储具有一定优势。二、区块链可以在什么方面突破我们的认知？大家可以看到李行长的演讲中提到各个方面的架构。现在的信息技术架构、商业社会、传统信任机制等，企业方面都分立割据，大企业保存着大量的数据，每个企业之间都是相互独立，自称体系，把控着中国各个领域。我们熟知的就有建行、商行、工行等银行；腾讯、阿里、字节等各大互联网公司。这里面值得我们注意的是：区块链技术通过建立数字化的可信立体交互架构作为解决方案，你可能好奇这是什么意思，就是我们可以通过区块链技术去完成企业之间的互信，实现数据等方面的交互，大家可以基于某种信任达成协作，更好地服务社会。如果这种方式能够形成，在未来就可能再造产业和商业模式，推动经济的升级。在观看会议的过程中，李行长提到：数字技术平等是数字经济、数字金融等竞争的基石。我觉得确实如此，如果我们的技术没有得到很好的发展，在经济、金融领域我们就会处处遇到瓶颈，像中国芯片行业、工程软件研发等领域，这两年被美国一直卡脖子。与此同时，我们可能忽略的是，中国是一个数据资源大国和数字化市场大国，在数据如此庞大的市场，构建数字化的信任体系，这是非常重要的一个领域。中国也是一个经济大国，维护经济金融稳定大局，主动防范系统性金融风险，是我们国家的金融底线，这也是为什么国内对虚拟货币打击这么严格，就是要维护国家金融的稳定，防止外部金融势力操控国内金融发展。三、区块链可以在哪些领域发挥作用？a.数据领域如果你是一个关注时事的读者，相信你一定发现了，今年我国通过了《中华人民共和国数据安全法》，这部法律主要是为了规范数据处理活动，保障数据安全，保护个人、组织的合法权益，维护国家主权、安全和发展利益，制定的法律。换句话说，未来我们的数据可能不会像现在一样，被随意窃取、随意贩卖、随意使用。数据资源如今也是国家的财富，数据安全是数据开发利用和数据产业发展的保障。如何去实现呢？区块链技术可能会在这方面大发光彩。区块链很好的一个作用就是数据确权，微众的报告中就提到隐私计算技术，它能够实现“数据可用不可见”，典型的技术包括：全同态加密、多方安全计算和联邦学习等，这些技术的发展可以实现数据在流通过程中的安全，可以大大促进数据的流转和交易，通过这些方式实现数据资源共享和安全应用。b.监管领域李行长在会议中指出：现在数字化技术创新正在改变金融服务模式，逐渐形成交互、交叉、交集的金融新业态。其中数字资产市场就包括：数字化的金融资产、资产话的专利数据、著作数据、所有权的交易、收益权的交易。看到这里我想起了，为什么这两年nft跟元宇宙被大家热捧，可能部分的原因是随着整个互联网的发展，我们很多资产慢慢转变为数字资产了，这个时候nft非同质化货币的属性，可以对数字资产进行唯一性的标识。举个不太恰当的比喻，如果我们有一个王者荣耀亚瑟的皮肤，我们可以生成一个数字标识，使这个皮肤不同于其他人的，借助这个思路，数字资产也可以生成唯一的标识。因此，随着数字资产市场的发展，唯一性的标识是必不可缺的，因为它涉及到所有权的归属问题。而随着数字资产市场的发展，国家也需要建立相应的监管机制，构建出数字金融安全的屏障，李行长提到以下三个点：1.深入分析分布式对等架构、去中心化架构等数字化技术已经具备及潜在的“颠覆性”性能。2.重点研究基于全新数字技术的去中心化金融工具穿越金融基础设施屏障的可能路径3.研究技术对策和政策预案。以上就是我观看整场会议的收获，更多内容大家可以去看视频如果您是对区块链技术感兴趣的，可以点赞+关注呀，后期会做出更多的分享。与此同时，我们在知乎组了一个社群，群里现在有40+位硕士博士研究生，群里一部分来自中国各大211与985高校，武大、中大、成电等，另一部分是C9高校的学长、国外顶尖高校的学者，北大、浙大、西交、帝国理工、悉尼大学等，研究的领域也是各个方面，从区块链应用到跨链，从存储到联邦学习，从TEE到共识等等。如果您是区块链方向的硕士或者博士研究生，实验室整体是在做区块链方向的，国内外高校都可以，研究生二年级起步确定了方向，博士最少也有一年的接触，我邀请你加入我们，跟我们一起交流讨论，互通有无。编辑于 2021-10-28 15:52赞同 427 条评论分享收藏喜欢收起优软众创英唐众创-智能产品方案开发，区块链应用开发（交易系统、软件开发）关注大家都知道，区块链现在非常的火，它是一种共享的分布式数据库技术，区块链技术凭借着显著的特点在不同行业都会有非常好的发展前景，那么区块链有哪些应用领域？区块链应用1、数字货币：目前区块链技术最广泛、最成功的运用是以比特币为代表的数字货币。近年来数字货币发展很快，由于去中心化信用和频繁交易的特点，使得其具有较高交易流通价值，并能够通过开发对冲性质的金融衍生品作为准超主权货币，保持相对稳定的价格。自从有了比特币之后，已经陆续出现了数百种的数字货币，围绕着数字货币生成、存储、交易形成了较为庞大的产业链生态。以比特币为例，参与机构主要可分为基础设施、交易平台、ICO融资服务、区块链综合服务等四类。2、金融应用：区块链在金融领域有着天生的优势，在互联网上来说，这是区块链的基因决定的。主观来看，金融机构在区块链应用的探索上意愿最强，需要新的技术来提高运营效率，降低成本来应对整个全球经济当前现状。客观来看，金融行业市场空间巨大，些许的进步就能带来巨大收益。金融行业是对安全性、稳定性要求极高的行业，如果区块链在金融领域应用得以验证，那么将会产生巨大的示范效应，迅速在其他行业推广。在金融领域，除去数字货币应用，区块链也逐渐在跨境支付、供应链金融、保险、数字票据、资产证券化、银行征信等领域开始了应用。(1)保险业务：随着区块链技术的发展，未来关于个人的健康状况、事故记录等信息可能会上传至区块链中，使保险公司在客户投保时可以更加及时、准确地获得风险信息，从而降低核保成本、提升效率。区块链的共享透明特点降低了信息不对称，还可降低逆向选择风险；而其历史可追踪的特点，则有利于减少道德风险，进而降低保险的管理难度和管理成本。(2) 资产证券化：这一领域业务痛点在于底层资产真假无法保证；参与主体多、操作环节多交易透明度低出现信息不对称等问题，造成风险难以把控。数据痛点在于各参与方之间流转效率不高、各方交易系统间资金清算和对账往往需要大量人力物力、资产回款方式有线上线下多种渠道，无法监控资产的真实情况，还存在资产包形成后，交易链条里各方机构对底层资产数据真实性和准确性的信任问题。(3)数字票据：该领域痛点在于三个风险问题。操作风险，由于系统中心化，一旦中心服务器出问题，整个市场瘫痪；市场风险，根据数据统计，在2016年，涉及金额达到数亿以上的风险事件就有七件，涉及多家银行；道德风险，市场上存在"一票多卖"、虚假商业汇票等事件。区块链去中介化、系统稳定性、共识机制、不可篡改的特点，减少传统中心化系统中的操作风险、市场风险和道德风险。(4) 跨境支付：该领域的痛点在于到账周期长、费用高、交易透明度低。以第三方支付公司为中心，完成支付流程中的记账、结算和清算，到账周期长，比如跨境支付到账周期在三天以上，费用较高。区块链去中介化、交易公开透明和不可篡改的特点，没有第三方支付机构加入，缩短了支付周期、降低费用、增加了交易透明度。(5)征信管理：该领域的痛点在于数据缺乏共享，征信机构与用户信息不对称；正规市场化数据采集渠道有限，数据源争夺战耗费大量成本；数据隐私保护问题突出，传统技术架构难以满足新要求等。在征信领域，区块链具有去中心化、去信任、时间戳、非对称加密和智能合约等特征，在技术层面保证了可以在有效保护数据隐私的基础上实现有限度、可管控的信用数据共享和验证。(6)供应链金融：这一领域的痛点在于融资周期长、费用高。以供应链核心企业系统为中心，第三方增信机构很难鉴定供应链上各种相关凭证的真伪，造成人工审核的时间长、融资费用高。区块链去中介化、共识机制、不可篡改的特点，不需要第三方增信机构鉴定供应链上各种相关凭证的真实性，降低融资成本、减少融资的周期。(7)资产证券化：这一领域业务痛点在于底层资产真假无法保证；参与主体多、操作环节多交易透明度低出现信息不对称等问题，造成风险难以把控。数据痛点在于各参与方之间流转效率不高、各方交易系统间资金清算和对账往往需要大量人力物力、资产回款方式有线上线下多种渠道，无法监控资产的真实情况，还存在资产包形成后，交易链条里各方机构对底层资产数据真实性和准确性的信任问题。区块链去中介化、共识机制、不可篡改的特点，增加数据流转效率，减少成本，实时监控资产的真实情况，保证交易链条各方机构对底层资产的信任问题。3、区块链 + 行业应用：随着区块链技术在金融领域应用的不断验证，其技术优势在其他行业领域也逐渐体现出价值。目前，医疗健康、IP版权、教育、文化娱乐、通信、慈善公益、社会管理、共享经济、物联网等领域都在逐渐落地区块链应用项目，“区块链+”正在成为现实。(1)区块链 + 医疗：医疗领域，区块链能利用自己的匿名性、去中心化等特征保护病人隐私。电子健康病例（EHR）、DNA钱包、药品防伪等都是区块链技术可能的应用领域。IBM在去年的报告中预测，全球56％的医疗机构将在2020年前将投资区块链技术。(2)区块链 + 物联网：物联网是一个非常宽泛的概念，如果将通信、能源管理、供应链管理、共享经济等涵盖在内，区块链技术的物联网应用将成为一个非常重要的应用领域。(3)区块链 + IP版权&文化娱乐：互联网发展的越来越好，数字音乐、数字图书、数字视频、数字游戏等逐渐成为了主流。知识经济的兴起使得知识产权成为市场竞争的核心要素。但当下的互联网生态里知识产权侵权现象严重，数字资产的版权保护成为了行业痛点。区块链去中介化、共识机制、不可篡改的特点，利用区块链技术，能将文化娱乐价值链的各个环节进行有效整合、加速流通，缩短价值创造周期；同时，可实现数字内容的价值转移，并保证转移过程的可信、可审计和透明，有效预防盗版等行为。(4)区块链 + 公共服务&教育：在公共服务、教育、慈善公益等领域，档案管理、身份（资质）认证、公众信任等问题都是客观存在的，传统方式是依靠具备公信力的第三方作信用背书，但造假、缺失等问题依然存在。区块链技术能够保证所有数据的完整性、永久性和不可更改性，因而可以有效解决这些行业在存证、追踪、关联、回溯等方面的难点和痛点。相关内容：区块链的跨链技术区块链点对点交易系统开发区块链数字货币交易系统开发核心联盟链或成巨头新宠？来自京东金融研究院的区块链白皮书英唐众创：区块链的原理是什么？区块链交易平台系统开发原理如果你有任何不同见解或意见，欢迎你留言讨论。--------------------------------欢迎关注：我是英唐众创，还有关注我的知乎账号：@英唐众创@优软众创@深圳市优软众创技术有限公司方案：众创方案商城致力于分享智能产品方案、区块链技术应用开发经验，让生活更智能发布于 2018-04-25 14:23赞同 101添加评论分享收藏喜欢

从标准化视角解析区块链TPS - 知乎

从标准化视角解析区块链TPS - 知乎首发于区块链切换模式写文章登录/注册从标准化视角解析区块链TPS版权区块链联盟让版权实现更大价值！1.背景区块链作为互联网的又一次重大创新，不仅延续了互联网去中心化、去中介化、平权的交流理念，同时重新定义了金融、医疗、教育等众多行业的规则，创造出了新的价值。伴随着区块链技术的快速发展，区块链应用逐步实现商业化落地，而TPS作为衡量区块链系统能力最重要的一项指标，已成为市场关注的焦点。但当前，从几百、几千、几万甚至几百万不同数量级TPS的区块链系统层出不穷，缺乏基于标准化的统一认知规范，给用户造成了一定的选择困惑。同时，部分区块链项目方假借TPS做虚假宣传，营造出TPS数值越高系统性能越好的假象，对区块链技术和产业发展造成了消极影响。为了推动业界理性认识区块链TPS、科学选择区块链系统，本文从多角度全面分析影响区块链系统TPS的因素，并从标准化视角提出区块链TPS测评建议。文中描述的各系统TPS数值来源于实际测试或引用自权威资料，且仅从技术的角度做探讨，不作为对任何系统的背书。2.简介TPS指系统每秒处理的事务数，是衡量一个区块链系统性能最重要的指标之一。随着区块链发展日趋活跃，一些主流区块链项目网络阻塞问题也愈加严重，导致区块链在高并发业务领域无法落地。目前不少的技术方案与项目都在着力解决此类问题，以达到更高的TPS。区块链系统TPS的计算公式为：TPS= 事务处理数量 / 花费的时间其中，测试数据需要在系统稳定运行状态下获取，否则会影响测试结果的准确性。3.影响因素分析在区块链系统的生命周期中，影响其TPS的因素大致可以分成内在和外在两大类。内在因素包括系统共识机制、区块参数设置、事务过程优化、节点配置、加密算法等。外在因素包括资源配置、测试验证环境等。内在因素内在因素是基于区块链系统在设计时底层技术的选择，如共识机制、数据结构、加密算法等，以及开发时区块大小和出块时间等参数设置、系统运维中的系统优化和升级等。本节主要分析共识机制、区块参数配置、事务过程优化对区块链系统TPS的影响。共识机制共识机制是指以去中心化的方式就网络的状态达成统一协议的过程，是区块链最核心技术之一。下表列出了四种主流的区块链共识机制，并对比了基于这些共识机制的区块链项目特点。基于PoW共识的比特币和基于PoW+PoS的以太坊，TPS均在40以下；基于DPoS共识的EOS，TPS达到了3600；基于kalka的超级账本项目，TPS能达到万级。可以看出，基于不同共识机制的区块链系统TPS可能存在数量级的差距。主流共识机制对比区块链网络中存在“不可能的三角”，即无论采用何种共识机制，皆无法同时兼顾扩展性、安全性、去中心这三项要求。当系统追求高TPS的时候，必然会牺牲掉一部分安全性或是导致系统过于中心化。以联盟链为例，虽然其实现了低能耗和高性能，却导致了系统过于中心化。而比特币虽然效率较低，TPS数量级为个位数，但其实现了高度去中心化，项目稳定运行11年，安全性受到市场的高度认可。总的来说，共识机制对区块链系统TPS起着决定性作用。区块参数区块参数包含了区块大小和出块时间。对基于同一底层的区块链系统而言，区块容量和TPS成正比关系，即区块容量越大，系统TPS越高。以基于PoW共识机制的比特币和比特币现金为例，比特币每个区块大小设定为1M，TPS为7，而比特币现金的每个区块为8M，TPS在24-224之间。反观出块时间对TPS的影响，出块时间与TPS成反比关系，出块需要的时间越长，系统TPS越低。以比特币和莱特币为例，相较于比特币，莱特币出块时间缩短了7.5分钟，但TPS提高了近4倍。可以看出，区块参数对系统TPS有显著的影响。交易验证区块链系统中，一笔交易的生命周期包括交易请求、交易广播、交易验证、交易打包、交易上链、交易完成等步骤，其中交易验证机制是影响区块链系统TPS的因素之一。当前，闪电网络、状态通道、分片处理是几种常用的优化交易验证方法，其中闪电网络和状态通道保持了底层区块链协议不变，将交易放到链下执行，即通过改变协议用法的方式来解决扩展性问题。分片处理通过将交易引流到不同片区并在片区内执行交易，使得全网的交易数据被均匀分配，提升了区块链数据的处理效率，从而减轻节点的计算和存储负担。但也要看到，通过交易验证优化手段只能小幅度提高系统TPS。外在因素影响区块链系统TPS的外在因素包括区块链系统部署服务器的资源配置和测试环境。资源配置如CPU性能、内存和硬盘容量、网络带宽等。测试环境包括测试依据、测试方法、测试工具等。资源配置区块链系统一般部署在物理服务器或云服务器上，服务器的资源配置直接影响区块链系统整体性能。对于区块链系统而言，其所在服务器的硬件性能越高，能够产生的TPS数值也就越高。服务器硬件资源包括CPU、内存、硬盘等，其中，CPU的两个重要评价指标为频率和缓存容量，CPU频率越高，缓存容量越大，系统数据处理速度也会越快。同样，内存较大的计算机设备能够在短时间内缓存大量数据，在区块链系统产生较大数据处理量的前提下，高内存的服务器具备的优势更加明显。下表展示了同一个区块链系统部署在不同配置的服务器上时测试出的TPS差异。硬件配置对系统TPS的影响测试环境同一个区块链系统在不同的测试环境下会产生差异较大的测试结果。测试环境包括测试设备、测试工具、操作方法等。当前主流的区块链性能测试工具LoadRunner、Benchmark、Caliper等。下表展示了在使用不同测试工具的情形下，同一基于超级账本技术区块链系统TPS测试结果。不同测试工具下的TPS对比4.差异分析当前，产业中出现了百万、十万及万级TPS的区块链系统，本章重点分析这三种级别TPS的实现特点万级TPS万级TPS区块链系统可以通过优化节点服务器的硬件配置和交易验证过程来达到，如许多基于超级账本技术的联盟链系统。优化硬件配置可以通过增加CPU性能和内存容量来实现，其中CPU的增加可以使系统具备更强大的逻辑计算能力，内存的增加可以使系统具备较大的数据处理空间，以在相同的时间内处理大批量数据。交易验证的优化可以通过闪电网络、分片处理等技术实现。十万级TPS面对日益复杂的计算需求，区块链系统在单位时间内需要处理的数据量大幅度提升，对区块链系统TPS提出了更高的要求。运用多链并行计算和DAG（有向无环图）技术能够进一步提升系统的TPS。十万数量级TPS区块链系统一般可采用多链并行计算的方式处理数据，以DAG的形式传输数据。百万级TPS当前，“双11”的交易量在24万笔/秒，VISA的交易数量在2000笔/秒。为了进一步提升TPS，一些企业和研究机构通过设计多链并行架构、省略交易过程中的签名和验签环节、优化节点服务器配置的举措来提升TPS数量级，以满足特定的商业应用场景需求，实现区块链系统百万级TPS能力。5.区块链系统TPS测试原则区块链系统TPS测试应遵循标准化、单链测试、测试环境统一、公正客观四个原则。标准化原则区块链系统TPS测试应依据相关国家标准、行业标准、地方标准、企业标准等开展，以确保检测流程规范，结果权威可信。单链测试原则测试应只评估单链性能。多链并行计算的模式让区块链系统TPS得以大幅度提升，但也导致区块链企业为追求高TPS而片面的增加并行链数量，即使通过测试也无法衡量其底层技术的优劣。测试环境统一原则测试基准应统一，即依据权威标准开发测试方案和用例，在相同的实验环境下对区块链系统进行测试。公正客观原则在对区块链系统进行对比评估时，应客观公正。只有基于同一底层技术，如使用相同共识机制的区块链系统才有可比性。6.总结综上，TPS的影响因素、系统评价原则是区块链系统测试中两条关键的主线，在测试区块链系统的TPS报告中应充分描述测试对象、系统配置、软硬件环境等信息，在对比评价区块链系统时要做到基准统一，客观公正衡量区块链系统的优劣程度。同时，区块链企业应客观理性地看待区块链系统的TPS，以满足实际的应用场景为落脚点，深入分析相关特点和优势，合理打造满足业务需求的区块链系统，助力区块链技术良性发展。标准化测评服务中国电子技术标准化研究院作为ISO/TC 307区块链国际标准化技术委员会国内对口单位、全国区块链和分布式记账技术标准化技术委员会秘书处单位、中国区块链技术和产业发展论坛理事长单位，积极推进区块链国际和国家标准研制工作，先后发布了10项团体标准，并基于标准开发了如下图所示的区块链系统测评体系。截止目前，累计为近50个区块链系统提供符合CNAS认证的功能、性能等测试服务。服务电话：010-64102804邮箱：cbdforum@cesi.cn- END -编辑：版权区块链联盟原文来源：中国区块链技术和产业发展论坛免责声明：本文为仅为信息传播、交流学习之用，不代表任何观点，不构成任何投资建议。如稿件版权单位或个人不想在本公众号发布，可与后台联系，本公众号视情况可立即将其撤除。发布于 2020-04-21 00:35区块链革命（书籍）许子敬区块链价值赞同 3添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录区块链区块链改

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