区块链知识-普及篇（技术角度）和应用案例

1、区块链知识 - 普及篇（技术角度）和应用案例目录CONTENTS1区块链相关介绍2中本聪论文中几个重要方面3区块链中的相关技术区块链常见问题54区块链2.0 - 以太坊&超级账本6区块链的应用案例7观点与讨论区块链相关介绍1区块链的起源2008年由中本聪第一次提出了区块链的概念。在论文Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System其他相关介绍，请参阅区块链知识普及（非技术角度）区块链的起源、什么是区块链、区块链的特点、区块链的发展阶段、区块链的主要应用场景、区块链的几种分类、比特币与区块链的关系其他199120081991年，由Stuart Hab

2、er和W. Scott Stornetta第一次提出关于区块的加密保护链产品，随后分别由Ross J. Anderson与Bruce Schneier&John Kelsey分别在在1996年和1998年发表。与此同时，Nick Szabo在1998年进行了电子货币分散化的机制研究，他称此为比特金。2000年，Stefan Konst发表了加密保护链的统一理论，并提出了一整套实施方案。稍后会讲解论文中的几个重要方面：Transaction、Timestamp Server、Proof-of-Work、NetWork、Incentive、Simplified Payment Verificati

3、on、Combining and Splitting Value、Privacy区块链的发展阶段1.0的区块链就是专用的区块链，专门用来承载数字货币；2.0的区块链，是上面有了智能合约，也就是可以开始做货币以外的事情；3.0的区块链是作为一个应用平台，上面有大量的去中心化应用。这个说法，是在一本著名的书区块链新经济蓝图中定义的。区块链的几种分类私有区块链（privateBlockChains)公有区块链（PublicBlockChains)联合（行业）区块链（ConsortiumBlockChains)公有区块链是指：世界上任何个体或者团体都可以发送交易，且交易能够获得该区块链的有效确认，任何

4、人都可以参与其共识过程。公有区块链是最早的区块链，也是目前应用最广泛的区块链，各大bitcoins系列的虚拟数字货币均基于公有区块链，世界上有且仅有一条该币种对应的区块链。现在更加时髦的叫法，应该叫Permissioned Chain，叫许可链。许可链的概念是说这个链不像公链是公开的，而是需要许可的。私有区块链：仅仅使用区块链的总账技术进行记账，可以是一个公司，也可以是个人，独享该区块链的写入权限，本链与其他的分布式存储方案没有太大区别ICO（Initial Coin Offering）ICO是某个项目的代币（加密数字货币）作首次公开发行，也称公开出售、众筹。一般ICO项目的关键信息，比如说白

5、皮书、项目目标、ICO时间、项目发展策略、开发团队（团队经验等）、项目的特色以及其它相关的ICO细节。史上首个明文记载的ICOs项目是万事达币（MSC），它是在Bitcointalk论坛上发起众筹的。万事达币ICO发布于2013年6月，每个人都能通过给Exodus地址发送比特币来购买MSC，共募集了5000多个比特币（100MSC/BTC）。其他非技术角度的ICO介绍，参考相关PPT。在本PPT中主要介绍ICO的两种评估模型ICO（是Initial Coin Offering缩写）ICO（Initial Coin Offering）为使得投资者可以对ICO项目做出理性的独立判断，规避投资风险，

6、普华永道和ICOAGE利用在各自领域的经验和专业知识，开发了一套ICO项目评估体系。评估体系利用普华永道的方法论，从7大领域分析项目的质量，不同领域又会细分为几个小项，通过背景调查、调研、审核材料等方式从不同维度进行评估。7大领域:项目背景、项目白皮书、项目团队、项目代码、项目运营、ICO发行方案、财务控制在完成评估工作后，根据每个领域评分，综合评定项目的成熟度，分为三级：萌芽（Embryonic）级别、成长级别（Maturing）和成熟（Mature）级别 普华永道ICO项目评估体系ICO（Initial Coin Offering）火币SMARTChain综合模型:战略定位（Strateg

7、y）、市场认知（Marketing）、流动性（Activity）、风险Risk、技术（Technology）ICO评估模型-SMARTChain模型区块链项目ICO评估模型-SMARTChain模型火币网设立创新区块链研究中心，依托于清华大学五道口金融学院互联网金融实验室、北京大学金融科技创新实验室的学术力量，深入研究区块链资产，建立区块链资产评估模型，为区块链资产进行分类和评估，帮助投资者正确认知区块链项目和区块链资产的投资价值。SMART Quantity量化因子模型： 1、战略定位、 2、应用前景、3、当前进度、 4、团队（实力和信誉）、5、站台人与投资人（实力和信誉）、 6、市场热度（

8、媒体报道和潜在募集对象活跃度）、7、ICO平台与代币交易平台、 8、营销模式与庄家控盘能力 我们将做一期ICO的专题。请关注后序专题。中本聪论文中几个重要方面2中本聪论文中几个重要方面中本聪论文中几个重要方面交易（Transaction）时钟服务器（Timestamp Server）工作量证明（Proof-of-Work）网络（NetWork）激励机制（Incentive）回收硬盘空间（Reclaiming Disk Space）价值的组合与分割（Combining and Splitting Value）隐私（Privacy）简化的支付确认（Simplified Payment Verifi

9、cation）中本聪论文中几个重要方面每一位所有者通过对前一次交易和下一位拥有者的公钥(Public key) 签署一个随机散列的数字签名，并将这个签名附加在这枚电子货币的末尾，电子货币就发送给了下一位所有者。而收款人通过对签名进行检验，就能够验证该链条的所有者。 交易（Transaction）中本聪论文中几个重要方面时间戳服务器通过对以区块(block)形式存在的一组数据实施随机散列而加上时间戳，并将该随机散列进行广播。 每个时间戳应当将前一个时间戳纳入其随机散列值中，每一个随后的时间戳都对之前的一个时间戳进行增强(reinforcing)，这样就形成了一个链条（Chain）。时钟服务器（T

10、imestamp Server）中本聪论文中几个重要方面在进行随机散列运算时，工作量证明机制引入了对某一个特定值的扫描工作，比方说SHA-256 下，随机散列值以一个或多个0 开始。那么随着0 的数目的上升, 找到这个解所需要的工作量将呈指数增长，但是检验结果仅需要一次随机散列运算。 我们在区块中补增一个随机数(Nonce)，这个随机数要使得该给定区块的随机散列值出现了所需的那么多个0。我们通过反复尝试来找到这个随机数，找到为止。这样我们就构建了一个工作量证明机制。工作量证明（Proof-of-Work）中本聪论文中几个重要方面1) 新的交易向全网进行广播； 2) 每一个节点都将收到的交易信息

11、纳入一个区块中； 3) 每个节点都尝试在自己的区块中找到一个具有足够难度的工作量证明； 4) 当一个节点找到了一个工作量证明，它就向全网进行广播； 5) 当且仅当包含在该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) 其他节点表示他们接受该区块，而表示接受的方法，则是在跟随该区块的末尾，制造新的区块以延长该链条，而将被接受区块的随机散列值视为先于新区快的随机散列值。 网络（NetWork）中本聪论文中几个重要方面我们约定如此：每个区块的第一笔交易进行特殊化处理，该交易产生一枚由该区块创造者拥有的新的电子货币。这样就增加了节点支持该网络的激励，并在没有中央集权机

12、构发行货币的情况下，提供了一种将电子货币分配到流通领域的一种方法。另外一个激励的来源则是交易费（transaction fees）。如果某笔交易的输出值小于输入值，那么差额就是交易费，该交易费将被增加到该区块的激励中。只要既定数量的电子货币已经进入流通，那么激励机制就可以逐渐转换为完全依靠交易费，那么本货币系统就能够免于通货膨胀。激励系统也有助于鼓励节点保持诚实。激励机制（Incentive）中本聪论文中几个重要方面如果最近的交易已经被纳入了足够多的区块之中，那么就可以丢弃该交易之前的数据，以回收硬盘空间。为了同时确保不损害区块的随机散列值，交易信息被随机散列时，被构建成一种Merkle树（M

13、erkle tree）7的形态，使得只有根(root)被纳入了区块的随机散列值。通过将该树（tree）的分支拔除（stubbing）的方法，老区块就能被压缩。而内部的随机散列值是不必保存的。 回收硬盘空间（Reclaiming Disk Space）中本聪论文中几个重要方面在不运行完整网络节点的情况下，也能够对支付进行检验。一个用户需要保留最长的工作量证明链条的区块头的拷贝，它可以不断向网络发起询问，直到它确信自己拥有最长的链条，并能够通过merkle的分支通向它被加上时间戳并纳入区块的那次交易。节点想要自行检验该交易的有效性原本是不可能的，但通过追溯到链条的某个位置，它就能看到某个节点曾经接

14、受过它，并且于其后追加的区块也进一步证明全网曾经接受了它。简化的支付确认（Simplified Payment Verification）中本聪论文中几个重要方面虽然可以单个单个地对电子货币进行处理，但是对于每一枚电子货币单独发起一次交易将是一种笨拙的办法。为了使得价值易于组合与分割，交易被设计为可以纳入多个输入和输出。一般而言是某次价值较大的前次交易构成的单一输入，或者由某几个价值较小的前次交易共同构成的并行输入，但是输出最多只有两个：一个用于支付，另一个用于找零（如有）。 需要指出的是，虽然一笔交易依赖于之前的多笔交易、这些交易又各自依赖于多笔交易，但是这并不存在任何问题。因为这个工作机制

15、并不需要展开检验之前发生的所有交易历史。价值的组合与分割（Combining and Splitting Value）中本聪论文中几个重要方面传统的造币厂模型为交易的参与者提供了一定程度的隐私保护，因为试图向可信任的第三方索取交易信息是严格受限的。但是如果将交易信息向全网进行广播，就意味着这样的方法失效了。但是隐私依然可以得到保护：将公钥保持为匿名。 隐私（Privacy）区块链中的相关技术3区块链中的相关技术Hash，一般翻译做“散列”，也有直接音译为“哈希”的，就是把任意长度的输入（又叫做预映射， pre-image），通过散列算法，变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。哈希算法安全散列

16、算法（Secure Hash Algorithm，缩写为SHA），是FIPS所认证的安全散列算法。且若输入的讯息不同，它们对应到不同字串的机率很高；、这些算法之所以称作“安全”是基于以下两点（根据官方标准的描述）：1、由讯息摘要反推原输入讯息，从计算理论上来说是很困难的。2、想要找到两组不同的讯息对应到相同的讯息摘要，从计算理论上来说也是很困难的。任何对输入讯息的变动，都有很高的机率导致其产生的讯息摘要迥异。安全哈希算法分别是SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384，和SHA-512SHA家族的五个算法相关技术区块链中的相关技术对称加密采用单钥密码系统的加密方法，同一个密钥可

17、以同时用作信息的加密和解密，这种加密方法称为对称加密，也称为单密钥加密。非对称加密非对称加密算法需要两个密钥来进行加密和解密，这两个秘钥是公开密钥（public key，简称公钥）和私有密钥（private key，简称私钥） 私钥一定要自己严格保管！是只能自己使用的。 公钥是发给大家的，公开使用的。非对称加密的两种用途数据加密数字签名数据加密：用公钥加密，发给拥有私钥的人。数字签名：用私钥签名，用公钥来认证。区块链中的相关技术Merkle树（Merkle tree）Merkle Tree，是一种树（数据结构中所说的树），网上大都称为Merkle Hash Tree,这是因为 它所构造的Mer

18、kle Tree的所有节点都是Hash值。Merkle Tree具有以下特点： 1. 它是一种树，可以是二叉树，也可以多叉树，无论是几叉树，它都具有树结构的所有特点； 2. Merkle树的叶子节点上的value，是由你指定的，这主要看你的设计了，如Merkle Hash Tree会将数据的Hash值作为叶子节点的值； 3 非叶子节点的value是根据它下面所有的叶子节点值，然后按照一定的算法计算而得出的。如Merkle Hash Tree的非叶子节点value的计算方法是将该节点的所有子节点进行组合，然后对组合结果进行hash计算所得出的hash value。 区块链中的相关技术P2P网络技

19、术1. P2P（Peer to Peer）对等网络点对点技术又称对等互联网络技术。2. 纯点对点网络没有客户端或服务器的概念，只有平等的同级节点，同时对网络上的其它节点充当客户端和服务器。这种网络设计模型不同于客户端-服务器模型，在客户端-服务器模型中通信通常来往于一个中央服务器。 3. 纯P2P、杂P2P、混合P2P4.P2P网络的一个重要的目标就是让所有的客户端都能提供资源，包括带宽，存储空间和计算能力。因此，当有节点加入且对系统请求增多，整个系统的容量也增大。 区块链中的相关技术分布式账本技术1. 区块链与传统数据库的最大区别就是，传统的数据库提供对数据的增、删、改、查四种数据的基本操作

20、，但是在区块链中，却只有增加和查询两个操作，没有修改与删除操作。2. 传统数据库分为中心化数据库和分布式数据库两种，分布式数据库的基本思想是将原来集中式数据库中的数据分散存储到多个通过网络连接的数据存储节点上，以获取更大的存储容量和更高的并发访问量。3.区块链被认为是一种分布式账本技术，与分布式数据库一样都是分布式的，但两者之间在存储方式和数据结构上仍有不同。4.对于数据结构来说，传统数据库分为结构化数据库和非结构化数据库，区块链的结构可以分为3个层次来描述，首先是链，然后是区块，最后是交易。同一个时间周期中的交易组成了区块，按时间顺序将区块链接起来就会形成区块链。 区块链中的相关技术共识机制

21、技术共识机制是区块链中的另一个基础技术。共识机制用来决定区块链网络中的记账节点，并对交易信息进行确认及一致性同步。目前，人们研究和采用的共识机制有POW、POS、DPOS。 1） POW的基本思想是设定一种激励机制吸引区块链网络中的节点来做一个求解困难但验证容易的SHA256数学难题，该数学难题要求计算得出的随机数小于或者等于目标hash值。 2）POS的基本思想是以权益证明替代工作量证明由区块链网络中具有最高权益的节点而不是拥有最高计算能力的节点来记账并获得激励收益。 3）DPOS的基本思想是每个节点按照其所拥有的股份享有对应的投票权利，节点可以将其选票投给某一个代表节点。 区块链中的相关技

22、术图灵完备1.一切可计算的问题都能计算，这样的虚拟机或者编程语言就叫图灵完备的。2.一个能计算出每个图灵可计算函数（Turing-computable function）的计算系统被称为图灵完备的。一个语言是图灵完备的，意味着该语言的计算能力与一个通用图灵机 （Universal Turing Machine）相当，这也是现代计算机语言所能拥有的最高能力。3. 在可计算理论中，当一组数据操作的规则（一组指令集，编程语言，或者元胞自动机）满足任意数据按照一定的顺序可以计算出结果，被称为图灵完备（turing complete）。一个有图灵完备指令集的设备被定义为通用计算机。如果是图灵完备的，它（

23、计算机设备）有能力执行条件跳转（“if” 和 “goto”语句）以及改变内存数据。 如果某个东西展现出了图灵完备，它就有能力表现出可以模拟原始计算机，而即使最简单的计算机也能模拟出最复杂的计算机。所有的通用编程语言和现代计算机的指令集都是图灵完备的（C+ template就是图灵完备的），都能解决内存有限的问题。图灵完备的机器都被定义有无限内存，但是机器指令集却通常定义为只工作在特定的，有限数量的RAM上。 区块链2.0 - 以太坊&超级账本4区块链2.0 - 以太坊以太坊-区块链2.0共识算法智能合约以太币与Gas 区块链2.0 - 以太坊12Ethereum（以太坊）Ethereum（以太

24、坊）是一个平台和一种编程语言，使开发人员能够建立和发布下一代分布式应用。 Ethereum可以用来编程，分散，担保和交易任何事物：投票，域名，金融交易所，众筹，公司管理， 合同和大部分的协议，知识产权，还有得益于硬件集成的智能资产。2013年年末，以太坊创始人Vitalik Buterin发布了以太坊初版白皮书，启动了项目。2014年7月24日起，以太坊进行了为期42天的以太币预售。2016年初，以太坊的技术得到市场认可，价格开始暴涨，吸引了大量开发者以外的人进入以太坊的世界。中国三大比特币交易所之二的火币网及OKCoin币行都于2017年5月31日正式上线以太坊。 区块链2.0 - 以太坊1

25、2智能合约智能合约的理念可以追溯到1995年，几乎与互联网（world wide web）同时出现。因为比特币打下基础而受到广泛赞誉的密码学家尼克萨博（Nick Szabo）首次提出了“智能合约”这一术语。从本质上讲，这些自动合约的工作原理类似于其它计算机程序的if-then语句。智能合约只是以这种方式与真实世界的资产进行交互。当一个预先编好的条件被触发时，智能合约执行相应的合同条款。以太坊虚拟机（EVM）是以太坊中智能合约的运行环境。它不仅被沙箱封装起来，事实上它被完全隔离，也就是说运行在EVM内部的代码不能接触到网络、文件系统或者其它进程。甚至智能合约与其它智能合约只有有限的接触。区块链2

26、.0 - 以太坊12共识算法以太坊POW+POS(proof-of-stake, 权益证明)以太坊社区提出的正在研发中的共识协议名为Casper。Casper的基本思路是，任何人抵押足够多的以太币到系统中就可以成为矿工参与到挖矿过程。共识算法要求所有的矿工诚实工作，如果一个矿工有意破坏，不遵守协议，系统就会对矿工做出惩罚：没收之前抵押的以太币。有人把Casper这样的挖矿机制称为“虚拟挖矿”，比特币的矿工要参与挖矿需要先购买矿机，Casper则要先抵押以太币到系统中；比特币的矿工如果不按规则挖矿，则会损失电费以及可能的挖矿收益，而Casper中，不守规则的惩罚更为严重，除了失去挖矿收益，还要销

27、毁“矿机”：抵押的以太币会被系统没收！区块链2.0 - 以太坊12以太币与GasGas和以太币 是以太坊中两种不同的计量单位，把它分开的目的是为了避免以太币的价格波动进而影响gas价格的变化以太坊中 cost = gasPrice * gasUsedgasPrice还是受整个市场的供求关系，即矿工和交易（合约也是一种交易）发起者的博弈 来调控的3区块链2.0 - 以太坊以太币的计量单位区块链2.0 - 以太坊12超级账本（hyperledger）超级账本（hyperledger）是Linux基金会于2015年发起的推进区块链数字技术和交易验证的开源项目，加入成员包括：荷兰银行（ABN AMRO

28、）、埃森哲（Accenture）等十几个不同利益体，目标是让成员共同合作，共建开放平台，满足来自多个不同行业各种用户案例，并简化业务流程。由于点对点网络的特性，分布式账本技术是完全共享、透明和去中心化的，故非常适合于在金融行业的应用，以及其他的例如制造、银行、保险、物联网等无数个其他行业。通过创建分布式账本的公开标准，实现虚拟和数字形式的价值交换，例如资产合约、能源交易、结婚证书、能够安全和高效低成本的进行追踪和交易。创始人有IBM、Intel、思科等大公司。2016年8月最新加入成员有三星的IT服务子公司Samsung SDS、PC端小型商务财务软件Quickbooks的开发商美国硅谷高科技

29、公司Intuit、中国重型机械制造商三一重工（Sany）。区块链2.0 - 以太坊自成立以来，Linux基金会已经收到了多个不同的代码库，他们都被称为“Hyperledger”，包括IBM代码库（一定程度上受以太坊启发），还有DAH（Bits of Proof比特币代码库）和Blockstream代码库（是比特币代码库的扩展）。除此之外还有Digital Asset和Ripple等贡献的代码。现在代码库中（代码库链接 ）主要项目有三个：超级账本（hyperledger）区块链浏览器项目（Blockchain Explorer Incubator）组织孵化器项目（Fabric Incubator

30、）锯齿湖孵化器项目（Sawtooth Lake Incubator）区块链2.0 - 以太坊将DTCC、IBM和因特尔开发的区块链浏览器合并起来。当完成时，该浏览器有望能为HyperLedger的开发者和非技术用户提供情况信息、交易数据、网络信息（例如节点列表）和链代码或交易群组。区块链浏览器项目（Blockchain Explorer Incubator）DAH和IBM的方案合并，使用区块链技术提供了一个模块化的架构，允许组件如共识和会员服务可以即插即用。它利用容器技术提供被称为chaincode的智能合约组成的系统应用逻辑。项目包含fabric、fabric-api、fabric-chai

31、ntool组织孵化器项目（Fabric Incubator）Sawtooth Lake Incubator是英特尔模块化区块链套件，具有通用性和可扩展性。这种架构能满足多样性的要求。支持许可和无许可的部署。它包括一个新的共识算法，证明过往的时间事件（Proof of Elapsed Time (PoET)）。PoET的目标是大型分布式效验以最小的资源消耗。锯齿湖孵化器项目（Sawtooth Lake Incubator）超级账本三个主要项目区块链2.0 - 以太坊与超级账本对比以太坊超级账本设计原理紧耦合松耦合（便于二次开发）执行环境EVMDocker平台语言GoGo部署难度相对简单相对复杂（

32、资料不足）扩展性差（设计缺陷）好数据储存链下完整，链上hash链下完整，链上hash为什么没有代币借助币奖励矿工和防止攻击不需要spv支持不支持，需要自己实现（和区块本身有关）企业级应用相对友好（）不太好出块时间不可控，会越来越长，和区块高度相关，高度550万时，大约需要4小时（一年之后），以太坊需要转向pos通过时间和交易控制分叉硬分叉，需要修复大量bug暂无（自己开发一样会遇到相同问题）安全漏洞Solidity语言设计漏洞（DAO）暂无币机制模型账户模型+分片机制无开源协议LGPL 3.0Apache2.0合约调用可以可以合约语言Solidity/mixGo合约终止方式计步（Gas）计时（

33、Docker环境）区块链常见问题5区块链常见问题拜占庭将军问题，又名拜占庭容错问题、两军问题。10支军队去攻打敌人，这10支军队只能分散在敌人的四周来进行攻击，而敌人的实力同时可以抵御5支军队的袭击。拜占庭的将军们就必须依靠军中的信使，通过相互通信来协商进攻意向和时间。将军们要如何确保这些信使的忠诚，因为他们当中可能会有敌人混进去，导致信息传递有误。在这种状态下，如何找到一种分布式的协议来让他们有效远程协商、从而赢取战斗呢？ 将这个问题引申到互联网的通讯中，就是说任何两个用户（军队）所传递的信息由于系统（信使）的出错，导致信息传递有误，给双方带来严重的损失，从而影响系统（军队）的一致性。区块链

34、的技术就可以很好的解决这一问题。以比特币为例，比特币是通过基于哈希算法的工作量证明机制发送信息，以最先成功算出哈希值的计算机为准，就会给所有计算机发出信息，说这个算式已经被我算出来了，计算就会自动结束。于是就接着下一个新的“算法”，这样就能够保证大家都使用着同一版本的账本，拜占庭将军问题也就能够得到解决。区块链常见问题双花问题双花问题，是关于货币被重复使用和记录的问题。举例：用户A通过某个电子银行进行支付，但因系统出错，导致这笔款项被重复支付两次，给用户造成损失，即使能够挽回损失，也会给用户带来不好的体验。而由于区块链的信息必须经过大部分的区块认同才能做效，具有很强的不可篡改性（除非有人能够同时入侵全世界大部分的电脑，但这个是几乎是不可能实现的），所以有效的信息只会传递一次，避免了重复传递。稍后，我们会讲51%攻击问题。区块链常见问题什么是区块链的钱包？什么是区块链的钱包？钱包有两层含义，一是指比特币客户端（客户端一般指桌面客户端；钱包一般指轻量级的客户端或在线钱包）；还有一种是指存储比特币地址和私钥的文件。区块链的钱包，是去中心化管理的，如果你的私钥丢失，是无法通过平台找回来的，私钥就是资产所