区块链技术的起源演变和发展

1、区块链技术起源、演进与发展第1页4.1区块链技术发展路线4.2区块链技术发展前景3.1金融服务3.2.征信管理3.3跨境投资管理2.1区块链 演进2.2区块链分类2.3区块链关键技术1.1比特币起源1.2比特币中区块链1.3比特币中交易1.4挖矿原理概述1.从比特币到区块链2.深入了解区块链4.区块链未来3.区块链应用场景360第2页从比特币到区块链360第3页1比特币起源2比特币中区块链3比特币中交易从比特币到区块链4挖矿原理概述360第4页什么是比特币？1.1比特币起源 A purely peer-to-peer version of electronic cash would allow

2、 online payments to be sent directly from one party to another without going through a financial institution. Satoshi Nakamoto, “Bitcoin: a peer to peer electronic cash system”， 比特币采取密码技术来控制货币产生和转移，所以被称为密码货币（Cryptocurrency）。比特币采取去中心化发行方式，经过工作量证实计算产生，采取分布式账本技术（区块链）来确认并统计全部交易过程，通常被认为是区块链第一个成功应用案例。360第

3、5页什么是比特币？1.1比特币起源 BitCoin网络中任意两个用户可在无可信第三方参加情况下进行P2P交易，并将每笔交易计入总帐中。360第6页怎样处理信任问题？ 在比特币出现之前，普通采取建立可信第三方机构方法，对交易进行统计。这种情景下，数字货币流通对第三方机构依赖程度很高，所以要求第三方含有很强可靠性，同时存在第三方作恶可能性。AB1010001101能不能构建一个去中心化可信记账系统呢？AB14235点对点网络1.1比特币起源360第7页比特币信任构建方法经过区块链技术处理信任问题交易被打包成区块,区块“链接”在一起形成区块链选取最长链作为主链，全网共识，确保账本一致在多数人参加者是

4、老实情况下，系统是安全1.1比特币起源360第8页1比特币起源2比特币中区块链3比特币中交易从比特币到区块链4挖矿原理概述360第9页比特币中区块链1.2比特币中区块链BitCoin采取了去中心化区块链技术来完成交易记账360第10页比特币中区块链14235比特币网络账本. . .1交易列表12交易列表23交易列表3n交易列表n区块1.2比特币中区块链blockblock360第11页区块区块是一个统计交易数据结构。每个区块由区块头和区块主体组成。区块头包含了除了交易相关信息以外全部信息，区块主体负责统计前一段时间内全部交易信息。区块整体结构区块示意图区块头结构1.2比特币中区块链360第12

5、页区块链每个区块经过包含上一区块hash值方式，使得区块“链接”起来组成区块链。1.2比特币中区块链360第13页1比特币起源2比特币中区块链3比特币中交易从比特币到区块链4挖矿原理概述360第14页公钥、地址公钥经过这么一个过程得到：K = k * G。其中k是私钥，G是椭圆曲线成点常数点，K是所得公钥。其反向运算， 被称为离散对数问题，即已知公钥 K 来求出私钥 k是常困难。比特币地址是由公钥经过哈希运算再经过Base58Check编码后生成。它是系统中用户身份标识。1.3比特币中交易360第15页私钥个特币地址中全部资控制权取决于对应私钥全部权和控制权。在特币交易中，私钥于成付特币所必需

6、署名以证实资全部权。比特币私钥其实是随机生成二进制随机数，有效私钥范围取决于比特币使用椭圆曲线数字署名标准。私钥必须保密和备份。1.3比特币中交易360第16页交易笔特币交易是个含有输值和输出值数据结构。创建交易过程就是“填写”交易需要数据。交易结构1.3比特币中交易360第17页交易结构特币交易基本单位是未花费交易输出，简称UTXO（Unspent Transaction Output）。比特币币值最小单位是聪，类似于人民币中分，1聪为0.00000001个比特币，UTXO是一定数量聪。被交易消耗UTXO称为交易输。由交易创建UTXO称为交易输出。1.3比特币中交易360第18页交易过程1.

7、3比特币中交易360第19页交易示例Alice下载一个比特币客户端。客户端自动生成一个钱包，随机生成一个私钥和对应比特币地址。1.3比特币中交易360第20页获取比特币，向朋友Joe现金购置。按下发送键后钱包创建一笔交易Joe私钥署名这笔交易公告比特币全网矿工经过“挖矿”，使交易包含在一个区块中将区块存放到全网公开账本（区块链）交易示例1.3比特币中交易360第21页Alice去Bob咖啡店消费。交易示例1.3比特币中交易360第22页1比特币起源2比特币中区块链3比特币中交易从比特币到区块链4挖矿原理概述360第23页挖矿（达成全网共识）验证交易每个全节点依据统一标准对每个交易进验证。验证交

8、易经过后，将交易加入交易池中。构建区块矿交易池中一组交易构建个候选区块主题，再构建区块头。校验并广播区块矿工成功构建一个区块后，广播该区块到邻近节点。其它节点接到区块后依据统一标准对区块进独验证，验证经过后再广播该区块，并将区块组装到节点保留区块链上。将区块组装进区块链因为区块链是去中化数据结构，所以不一样节点间状态会有不一致，但组装区块时，全部节点都遵从选择“最长”区块链，这么整个特币络最终会收敛到致状态。1.4挖矿原理概述360第24页1.4挖矿原理概述POW 共识机制POW（Proof Of Work），工作量证实。关键思想是经过计算能力竞争方式来确保数据一致性从而达成共识。在比特币系统

9、中，各节点 ( 即矿工 ) 基于各自计算机算力相互竞争来处理一个求解困难但验证轻易 问题，最快处理该难题 节点取得区块记账权，即该参加方创建了一个区块，全部其它参加方更新当地域块链。360第25页1.4挖矿原理概述区块头结构随机数版本号前一 区块hash值Merkle根hash值时间戳目标值区块头结构版本号区块版本号，表示本区块恪守验证规则时间戳该区块产生近似时间，准确到秒前一区块hash值前一区块哈希值，使用SHA256(SHA256(父区块头)计算360第26页1.4挖矿原理概述区块头结构随机数版本号前一 区块hash值Merkle根hash值时间戳目标值区块头结构Merkle根hash值

10、该区块中交易Merkle树根哈希值，用于验证交易是否存在，一样采取SHA256(SHA256()计算目标值该区块工作量证实算法目标值目标值 = 最大目标值 / 难度值新难度值 = 旧难度值 * ( 过去个区块花费时长 / 0 分钟 )其中最大目标值为一个恒定值：0 x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF随机数为了找到满足目标值所设定随机数360第27页1.4挖矿原理概述POW过程随机数版本号前一 区块hash值Merkle根hash值时间戳目标值区块头结构创建区块头选取随机值计算hash（区块头）小于目

11、标值？开始结束是否创建交易列表，经过Merkle Tree算法生成Merkle根HashMerkle 根Hash与其它相关字段组装成区块头，将区块头80字节数据（Block Header）作为工作量证实输入不停变更区块头中随机数即nonce数值，并对每次变更后区块头做双重SHA256运算（即SHA256(SHA256(区块头)），将结果值与当前网络目标值做对比，假如小于目标值，则解题成功，工作量证实完成。360第28页1.4挖矿原理概述POW优点算法简单，轻易实现节点间无需交换额外信息即可达成共识破坏系统需要投入极大成本缺点浪费能源区块确实认时间难以缩短360第29页挖矿作用挖矿在构建区块时会

12、创造新比特币,类似中央银行印发新纸币。比特币总数是固定,创建比特币速度随时间下降。挖矿创建信任。挖矿确保只有在包含交易区块上贡献了足够计算量后,这些交易才被确认。区块越多,花费计算量越大,数据越难篡改，意味着更多信任。挖矿实现了在没有中机构情况下， 也能使整个特币络达成共识。1.4挖矿原理概述360第30页区块链技术演进360第31页区块链演进 狭义来讲, 区块链是一个按照时间次序将数据区块以次序相连方式组合成一个链式数据结构, 并以密码学方式确保不可篡改和不可伪造分布式账本。 广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存放数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学方式确保

13、数据传输和访问安全、利用由自动化脚本代码组成智能合约来编程和操作数据一个全新分布式基础架构与计算范式。中国区块链技术和应用发展白皮书（）360第32页1. 技术起源数据库技术非对称加密算法P2P网络数字货币360第33页2. 区块链1.0数字货币区块链就是一个无须中介参加，亦能在互不信任或弱信任参加者之间维系一套不可篡改账本统计技术。1、以区块为单位链状数据块结构2、全网共享账本3、非对称加密4、源代码开源360第34页3. 区块链2.0智能合约智能合约区块链系统中应用，是已编码、可自动运行业务逻辑，通常有自己代币和专用开发语言。虚拟机EVM用于执行智能合约编译后代码。虚拟机是图灵完备。分布式

14、应用（DAPP） 包含用户界面应用，包含但不限于各种加密货币，如以太坊钱包。 经典特征：360第35页 4. 区块链类型共享目标共享账本共享状态机关键数据结构区块链分布式总账节点准入规则公有链联盟链专有链代际演进1.0支撑去中心化交易和支付系统2.0经过智能合约支撑行业应用3.0支撑去中心化社会体系360第36页区块链2.0经典案例 - 以太坊 以太坊目标是基于智能合约、竞争币和链上元协议概念进行整合和提升，使得开发者能够创建任意基于共识、可扩展、标准化、特征完备、易于开发和协同应用。以太坊经过建立内置有图灵完备编程语言区块链，使得任何人都能够在平台上创建合约和去中心化应用，并在其中设置他们自

15、由定义全部权规则、交易方式和状态转换函数。以太坊比比特币脚本所能提供智能合约强大得多。360第37页POS 共识机制POS（Proof Of Stake），权益证实。关键思想：持有权益越大，挖到区块概率越大。8月，“Sunny King”提出PeerCoin(PPC)，首次采取PoW机制发行新币，采取PoS机制维护网络安全。只有持有PPC才能挖矿，参加网络安全维护。360第38页POS挖矿方程 Hash(Kernel)Target*币龄Kernel类似于POW中区块头，Target类似于POW中随机数。能够看到币龄（即权益）越大，挖矿成功概率越大在PoS挖矿过程中，只需要客户端PPCom钱包中

16、有存放超出30天PPC，就能够自动开始PoS挖矿。当挖到一个Block后，系统会消耗掉币龄，按照消耗币龄数量来取得挖矿奖励。币龄（Coin Age）货币持有时间段。比如A从B那里收到了10个币，而且持有90天，那么A就搜集到了900币天（coin-days）币龄.假如A使用了从B收到这10个币，就认为A从这10个币上积累币龄被消耗（销毁）了.360第39页POS优点在一定程度上缩短了共识达成时间不再需要大量消耗能源挖矿缺点记账权利可能过分集中在首次发行者，安全性得不到确保还是需要挖矿，本质上没有处理商业应用痛点360第40页联盟链案例 Hyperledger 360第41页 联盟链案例 Hyp

17、erledger Fabric 组成360第42页PBFT共识机制拜占庭将军问题拜占庭帝国军队将军们必须全体一致决定是否攻击某一支敌军。问题是这些将军在地理上是分隔开来，而且将军中存在叛徒。叛徒能够任意行动以到达以下目标：坑骗一些将军采取进攻行动；促成一个不是全部将军都同意决定，如当将军们不希望进攻时促成进攻行动；或者迷惑一些将军，使他们无法做出决定。假如叛徒到达了这些目标之一，则任何攻击行动结果都是注定要失败，只有完全达成一致努力才能取得胜利。拜占庭假设是对现实世界模型化，因为硬件错误、网络拥塞或断开以及遭到恶意攻击，计算机和网络可能出现不可预料行为。PBFT（Practical Byzan

18、tine Fault Tolerance），实用拜占庭容错算法。在一个3f+1节点分布式系统中， 能够允许有不超出f个节点失效。360第43页PBFT从全网节点选举出一个主节点（Leader），新区块由主节点负责生成Pre-Prepare：每个节点把客户端发来交易向全网广播，主节点0将从网络搜集到需放在新区块内多个交易排序后存入列表，并将该列表向全网广播，扩散至123Prepare：每个节点接收到交易列表后，依据排序模拟执行这些交易。全部交易执行完后，基于交易结果计算新区块哈希摘要，并向全网广播，1-023，2-013，3因为宕机无法广播Commit：假如一个节点收到2f（f为可容忍拜占庭节点

19、数）个其它节点发来摘要都和自己相等，就向全网广播一条commit消息Reply：假如一个节点收到2f+1条commit消息，即可提交新区块及其交易到当地区块链。360第44页PBFT优点系统运转能够脱离币存在，可用性强共识时延短，基本到达商用实时处理要求共识效率高，可满足高频交易量需求缺点当有1/3或以上节点失效后，系统将无法提供服务不适合节点数量过多场景，扩展性较差360第45页 fabric-ca联盟链案例 Hyperledger Fabric1.0 体系架构Fabric 1.0 提出了将应用层共识同全局数据一致性算法相分离设计逻辑。360第46页区块链应用场景360第47页区块链应用场景

20、区块链应用场景，需要从区块链本身特征出发进行分析。区块链含有去中心化、不可篡改、安全可靠等特征。未来几年内，可能深入应用区块链场景将包含：360第48页金融服务主要是降低交易成本，降低跨组织交易风险等。金融服务包括领域包含证券、货币、保险、捐赠等。贵阳市区块链精准扶贫项目是一个比较成功案例，建立区块链扶贫诚信积分系统，实现扶贫工作全流程精准管理，预防弄虚作假、徇私舞弊。360第49页征信管理当前征信相关大量有效数据主要集中在少数机构手中。这些数据依然存在数据量不足、相关度较差、时效性不足等缺点。区块链将可能提供前所未有规模相关性极高数据。区块链存在着无法篡改、不可抵赖特征。基于区块链信用机制将天然具备稳定性和中立性。包含 IDG、腾讯、安永、普华永道等都纷纷投资或进入基于区块链征信管理领域，尤其是跟保险和互助经济相关应用场景。360第50页跨境投资管理在国际贸易活动，买卖双方可能互不信任。所以需要两家银行作为买卖双方保证