《金融科技应用基础》课件-第三章 区块链技术在金融中的应用

《金融科技应用基础》区块链技术在金融中的应用第三章节目录CONTENTS一、区块链概述二、区块链的理论框架与技术原理三、区块链技术在金融中的应用场景与价值创新四、区块链技术在金融中应用的商业模式和未来展望五、项目实训区块链跨境保理一、区块链概述区块链概念区块链(blockchain)是一种数据以区块(block)为单位产生和存储，并按照时间顺序首尾相连形成链式(chain)结构，同时通过密码学保证不可篡改、不可伪造及数据传输访问安全的去中心化分布式账本。区块链数据结构区块链区块链存放数据、记录的地方链接各个区块区块链的类型按照区块链的开放程度（节点进入/退出规则)，区块链可以分为公有链、联盟链、私有链先出现的是公有链，后来才出现联盟链（考虑产业应用的要求)，联盟链参考了公有链的技术私有链是联盟链的一种特殊类型都是许可链也可看做是同一类型(只有一家机构的联盟链就是私有链)不同的区块链类型适用的场景不同所采用的技术、达到的效果也有较大的差异区块链分类EXAMPLETEXTGoaheadandreplaceitwithyourowntext.公有链EXAMPLETEXTGoaheadandreplaceitwithyourowntext.联盟链EXAMPLETEXTGoaheadandreplaceitwithyourowntext.私有链·全网公开·自由进出，无用户授权机制所有节点地位相同·交易匿名·只允许授权的节点加入网络根据所授权限读写信息·名网络节点地位不同·交易实名·所有网络中的节点都在一家机构手中·机构外无权读写·各网络节点地位不同交易实名区块链分类的说明EXAMPLETEXTGoaheadandreplaceitwithyourowntext.公有链EXAMPLETEXTGoaheadandreplaceitwithyourowntext.联盟链EXAMPLETEXTGoaheadandreplaceitwithyourowntext.私有链全球参与任何人可自由使用数据全透明任何节点上的人都可以写数据任何节点上的人都可以看数据信任机制：靠技术多方协作联盟内用，有准入机制N个机构共同管理每个机构一或多个节点节点的数据读写限范围规则内部商定信任机制：集体背书完全私有集团机构内部使用需要授权才能加入节点写入权限由机构控制被允许的节点，视需求有选择的开放数据的权限信任机制：自己背书区块链分类的说明EXAMPLETEXTGoaheadandreplaceitwithyourowntext.公有链EXAMPLETEXTGoaheadandreplaceitwithyourowntext.联盟链EXAMPLETEXTGoaheadandreplaceitwithyourowntext.私有链效率问题隐私问题最终确定性问题成本更低更稳定隐私保护好合规交易速度快成本极低风险大区块链分类的对比区块链的特征区块链的特征隐私安全系统可靠防篡改可溯源透明可信私钥作为唯一身份标识密码学加密信息限定读写范围所有节点共同维护交易及区块链交易基于密码学原理及共识算法51%攻击难以实现完整的数据结构索引与数据内容相关联修改历史数据会影响到最新的数据内容任意一笔交易都有完整的记录系统对所有参与者开放参与者可通过公开接口查询数据或开发应用系统高度透明区块链（BlockChain）指通过弱中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案，以密码学的方式保证不可篡改和不可伪造的分布式账本。二、区块链的理论框架与技术原理区块链的理论框架

多个参与方之间基于现代密码学、共识机制、点对点网络通信技术和智能合约编程语言等形成的数据交换、处理和存储的技术组合。数据层——非对称加密、对称加密、默克尔树、数字签名网络层——P2P技术、传播机制、验证机制共识层——PoW、PoS、DPoS分布式一致性算法激励层——发行机制、分配机制合约层——脚本代码、EVM应用层——区块+链数据层数据层是区块链的核心部分，区块链本质上是一种数据库技术和分布式共享账本，是由包含交易信息的区块从后向前有序连接起来的一种数据结构。该层涉及的技术主要包括：区块结构、Merkle树、非对称加密、时间戳、数字签名和哈希函数。对称加密对称加密算法指对数据信息进行加密和解密时使用相同密钥的算法；常见的对称加密算法有DES、3DES、AES以及国密SM4。对称加密数据发信方将明文（原始数据）和加密密钥一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密，才能使其恢复成可读明文。在对称加密算法中，使用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数据进行加宓和解密，这就要求解密方事先必须知道加密密钥。非对称加密非对称加密算法指对数据信息进行加解密使用不同的密钥的算法常见的非对称加密算法有:RSA、ECC、Elgamal、DSA、Secp256k1、国密SM2非对称加密公钥私钥公钥是密钥对中公开的部分，私钥则是非公开的部分，公钥通常用于加密会话、验证数字签名私钥是指只有自己才知道的一串字符。通常用来签名和解密公钥加密的数据。比如，数字货币系统中私钥可用来操作账户里的加密货币公钥和私钥成对使用私钥签名，公钥验签公钥加密，私钥解密默克尔树定义：每个区块包含多笔交易，交易两两组合进行哈希运算，从下向上迭代哈希，直到最后得到一个哈希值。这种迭代哈希叫做默克尔树，最终生成的哈希值叫做默克尔树根。作用：默克尔树能够快速检验交易数据的完整性，即数据是否被篡改过。根据密码学中哈希函数的特点，如果有人对数据做过手脚，计算出的哈希值也会变得完全不一样。哪怕只移动了一个小数点，也能从默克尔树根的哈希值发现问题。网络层网络层是区块链平台信息传输的基础，通过P2P的组网方式、特定的信息传播协议和数据验证机制，使得区块链网络中的每个节点都可以平等地参与共识与记账。网络层包含重要技术：P2P网络架构、信息传输机制和数据验证机制。网络层按照P2P网络是否去中心化、节点地址是否结构化两个方面，将P2P网络分为如下四类：中心化P2P网络全分布式非结构化P2P网络全分布式结构化P2P网络半分布式P2P网络网络层中心服务器Peer节点Peer节点Peer节点Peer节点Peer节点Peer节点在P2P网络中存在“中心服务器”，而其作用为保存接入节点的地址信息。倘若两个peer之间想要进行通信，那么它们可以通过中心服务器进行对方地址的索要。P2P网络-中心化网络层全分布P2P节点可以自由加入退出，并且没有中心节点，节点地址没有结构化统一标准，整个网络结构呈随机图的结构，无固定网络结构图。节点间没有固定规则约束，无法精确定位节点信息，只能通过洪泛查询方式进行查找，对网络的消耗很大。典型应用:：比特币P2P网络-全分布式非结构化网络层P2P网络-全分布式非结构化全分布式最大的问题在于节点地址管理，而结构化网络采用分布式哈希表(distributedHashtableDHT)，通过如Hash函数一类的加密散列函数，将不同节点地址规范为标准长度数据。结构化模型与非结构化模型相似，但结构化模型的节点管理有固定结构图。比如形成一个环状网络或树状网络。典型应用：以太坊网络层超级节点超级节点超级节点超级节点半分布式P2Р网络将节点分类成普通节点和超级节点，从而构成了半分布式网络结构。每个超级节点维护部分网络节点地址、文件索引等工作，所有超级节点共同实现中心服务器功能。超级节点本身却是分布式，可以自由扩展退出，具备分布式网络优点。P2P网络-半分布式半分布式网络Peer节点Peer节点Peer节点Peer节点网络层传播者途径媒介接受者核心技术之传播机制网络层核心技术之验证机制在区块链网络中，所有的节点都会时刻监听网络中广播的交易数据和新产生的区块。验证交易数据：在接收到相邻节点发来的数据后，会首先验证该数据的有效性，若数据有效则按接收顺序为新数据建立存储池来暂存这些数据，并且继续向临近节点转发；若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中继续传播。验证新产生区块：某节点产生出新区块后，其他节点按照预定义的标准对新区块的工作量证明、时间戳等方面进行校验，若确认有效，则将该区块链接到主区块链上，并开始争取下一个区块的记账权。共识层共识机制：是所有记账节点之间如何达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。目前主要有四大类共识机制：PoW、PoS、DPoS和PBFT算法。PoW(ProofofWork,工作量证明)PoS(ProofofStake,权益证明)DPoS(DelegatedProof-Of-Stake,股份授权证明)PBFT实用拜占庭容错算法共识层1.POW（工作量证明机制）

在该机制中，网络上的每一个节点都在使用SHA256哈希算法运算一个不断变化的区块头的哈希值。在分布式网络中，所有的参与者都需要使用不同的随机数来持续计算该哈希值，直到达到目标为止。当一个节点得出了确切的值，其他所有的节点必须相互确认该值的正确性。之后，新区块中的交易将被验证以防欺诈。然后，用于计算的交易信息的集合会被确认为认证结果，用区块链中的新区块表示。共识层2.POS（股权证明机制）PoS的想法源于尼克•萨博（NickSzabo），是PoW的一种节能替代选择，它不需要用户在不受限制的空间中找到一个随机数，而是要求人们证明货币数量的所有权，因为其相信拥有货币数量多的人攻击网络的可能性更低。记账权几率=代币数量*持有时长共识层3.DPOS（股份授权证明机制）DPoS由比特股（Bitshares）项目组发明。股权拥有者选举他们的代表来进行区块的生成和验证。DPoS类似于现代企业董事会制度，比特股系统将代币持有者称为股东，由股东投票选出101名代表，然后由这些代表负责生成和验证区块。

TPS=交易笔数/区块时间核心：解决单位时间内处理交易的笔数共识层4.PBFT拜占庭容错共识机制PBFT(PracticalByzantineFaultTolerance)简单说是在系统中有一个节点会被当做主节点，而其他节点都是子节点。系统内的所有节点都会相互通信，最终目标是大家能以少数服从多数的原则达成数据的共识。PBFT最早由卡斯特罗和利斯科夫在1999年提出。典型：Fabric联盟链激励层激励层作为将经济因素引入区块链技术的一个层次，其存在的必要性取决于建立在区块链技术上的具体应用需求。在去中心化系统中，共识节点本身是自利的，其参与数据验证和记账工作的根本目的是最大化自身收益。所以，必须设计合理的激励机制。激励层以比特币为例：收益挖矿费：在比特币系统中，新区块产生发行比特币的数量是随着时间阶梯型递减的。从创世区块起，每个新区块将发行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），每个新区块发行的比特币数量减少一半，以此类推，一直到比特币的数量稳定在上限2100万为止。手续费：目前默认的手续费是1/10000个比特币合约层智能合约是一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议，其在分布式账本上体现为可自动执行的计算机程序。一个智能合约是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。合约层传统的合约是通过合约的内容来执行，与计算机代码是没有任何联系，而这种书面上的合约大多情况下是需要存档。而基于区块链技术的智能合约不仅可以发挥智能合约在成本效率方面的优势，而且可以避免恶意行为对合约正常执行的干扰。将智能合约以数字化的形式写入区块链中，由区块链技术的特性保障存储、读取、执行整个过程透明可跟踪、不可篡改。如果说共识机制就相当于区块链的运营规则，像法律一样约束整个区块链系统的运行，那智能合约则就像区块链中的合同，由程序化控制，符合条件强制执行。应用层区块链的技术原理分布式存储技术——解决数据多点存储加密算法——解决数据安全点对点交易技术——解决交易可信共识机制——解决数据写入一致性智能合约技术——解决数据读写规则固化三、区块链技术在金融中的应用场景与价值创新四、区块链技术在金融中应用的商业模式和未来展望商业模式（一）去中心化组织（DAO）商业模式DAO是由达成同一个共识的群体自发产生的共创、共建、共治、共享的协同行为衍生出来的一种组织形态。DAO具有充分开放、自主交互、去中心化控制、复杂多样以及涌现等特点，可成为应对不确定、多样、复杂环境的有效组织。DAO可帮助基于区块链的所有商业模式治理、量化参与其中的每个主体的工作量，包括加密货币钱包、APP以及公有链。DAO的主要营收来源为收取交易服务费用，支付方式一般为数字货币。商业模式（二）非同质化通证（NFT）商业模式非同质化代币（Non-FungibleToken，NFT）具有不可互换性、独特性、不可分性、低兼容性以及物品属性。可应用于流动性挖矿、艺术品交易、游戏/VR以及链下资产NFT化等场景。链下资产NFT化虽无法解决链下资产溯源问题，但可降低交易摩擦，帮助数据互通和流转。商业模式（三）去中心化金融（DeF）商业模式DeFi可通过PoW或PoS激励货币发行环节，通过去中心化交易所投资交易代币化金融产品；目前DeFi关键项目涵盖资产类、借贷类、交易所及合成资产等领域。DeFi关键项目涵盖资产类、借贷类、交易所