区块链相关基础概念

清疚 2023-07-02 06:27 7阅读 0赞

区块链概念  
目 录

区块链概念  
一、区块链产生背景  
【楔子】  
二、价值转移的本质  
三、什么是比特币  
3.1 诞生  
3.2 技术解决方案  
3.3 比特币的发行模式  
四、什么是区块链  
定义  
五、比特币与区块链的关系  
六、区块链的类型与特点  
6.1 公有链  
6.2 私有链  
6.3 联盟链  
七、区块链的发展历程  
7.1 区块链1.0:以比特币为代表的可编程货币  
7.2 区块链2.0:基于区块链的可编程金融  
7.3 区块链3.0:区块链在其他行业的应用  
八、区块链的解决问题  
九、区块链的应用场景  
一、区块链产生背景  
【楔子】  
任何事物的发展，从来不是一蹴而就的。  
商贸合作中签订的合同，怎么确保对方能遵守和执行？  
餐厅宣称刚从海里打捞上来的三文鱼，怎么证明捕捞时间和运输中的卫生？  
数字世界里，怎么证明你对资产的所有？  
囚徒困境中的两个人，怎样能达成利益的最大化？  
宇宙不同文明之间的猜疑链，有没有可能打破？  
这些看似很难解决的问题，在区块链的世界里已经有了初步的答案

区块链是比特币的一个重要概念，其初始使命是为了支持比特币的形成和流通。在比特币诞生之前，互联网的TCP/IP协议，基本实现了全球信息传递高速低成本的传输，而有一类特殊的信息——货币则无法在上面进行高速传输。本质原因在于，传统互联网是信息互联网，而不是价值互联网。

随着互联网开始进入人类生活的各个层面，我们发现有些信息是无法复制的，或者说复制是没有意义的。比如货币支付，我们不能把要支付的钱直接复制到对方账户上，而是一定要在付款账户上减去若干资金，然后在收款账户上增加若干资金。只有这样，这个支付行为才是有意义的，而不像新闻类信息，我们复制一份到新的网站上，就有了两份信息，可以让更多的人来进行分享。而这些不能分享，只能转移的信息，往往具有更大的价值，在它的背后需要有信用作背书，从而产生价值。因此，可以发现，我们的“信息互联网”非常善于处理“信息分享”，而不能解决“价值转移”或者说“信用”这件事情。

目前互联网本身的协议并不支持这个“价值转移”功能。互联网TCP/IP协议无法确认当信息发出去后本地的数据是否会精确改变，而某单点的数据篡改在现有的互联网系统中是很难被全网发现的。由此促进了继大型机，PC机，互联网，移动互联网后的第五次颠覆性创新“价值互联网”————区块链技术的兴起。

二、价值转移的本质  
在没有解决价值转移问题之前，我们必须使用中介系统来完成这样的“价值转移”行为，于是我们看到了类似于支付宝、贝宝（Paypal)的第三方支付工具开始崛起。而在跨国汇款领域，大家更多的是通过类似于SWIFT(环球同业银行金融电讯协会）这样的中介机构来完成跨国汇款结算和清算。

互联网中也有各种各样的金融体系，也有许多政府银行或者第三方提供的支付系统，但是它还是依靠中心化的方案来解决。所谓中心化的方案，就是通过某个公司或者政府信用作为背书，将所有的价值转移计算放在一个中心服务器（集群）中，尽管所有的计算也是由程序自动完成的， 但是却必须信任这个中心化的人或者机构。事实上，通过中心化的信用背书来解决，也只能将信用局限在一定的机构、地区或者国家的范围之内。 由此可以看出，要解决这个根本问题，就必须建立“信用”。所以价值转移的核心问题其实就是跨国信用共识问题。也就是信任问题。

但根据历史经验来看，整个系统中往往最不可信任的就是人，或者由人组成的机构或政府，历史往往最终被证明，那些违反原规则的人就是规则制定者，而从工业革命到互联网革命，技术发展的潮流也是通过取代人这个最不可靠、最脆弱且效率最低的环节来实现生产力大发展的。所以，归根结底，要真正完成以信用共识为基础的价值转移，需要一个能够取代第三方中介的方式，一个能够自动运行的方式，且具备去信任的机制（不需要依靠相信环节中的任何人或机构）的机制来完成价值的转移。

在如此纷繁复杂的全球体系中，要凭空建立一个全球性的信用共识体系是很困难的，由于每个国家的政治、经济和文化情况不同，两个国家的企业和政府建立完全互信几乎是不可能做到的，这也就意味着无论是以个人或以企业、政府的信用进行背书，对于跨国的价值交换即使可以完成， 但也需要很长的时间和高昂的经济成本。区块链的诞生为我们提供一种思路：我们可以通过计算机编程，依赖科学的密码学算法来实现信任问题。

三、什么是比特币  
3.1 诞生  
一个真正的点对点电子现金应该满足发起方直接在线支付给对方，而不需要通过第三方的金融服务机构。现有的电子现金支付手段仍然需要经过一个可以信任的第三方机构来防止电子现金的“双重支付”，那就丧失了电子现金给人类带来的最大好处 。

比特币是在这种背景下，由署名中本聪(SatoshiNakamoto)的人在2008年发明的，他当时出版了一篇题为《比特币：一种点对点的电子现金系统》（“Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System”）的文章。  
中本聪结合了诸如b-money和HashCash等电子货币的发明，创建了一个完全去中心化的电子现金系统，它不依赖中央机构进行货币发行或结算和验证交易。

比特币是基于密码学和经济博弈的一种数字货币，也是历史上首个经过大规模长时间运作检验的数字货币系统。

3.2 技术解决方案  
我们在此提出一种解决方案，使现金系统在点对点的环境下运行，并防止双重支付问题。该网络通过随机散列（hashing）对全部交易加上时间戳（timestamps），将它们合并入一个不断延伸的基于随机散列的工作量证明（proof-of-work）的链条作为交易记录，除非重新完成全部的工作量证明，形成的交易记录将不可更改。最长的链条不仅将作为被观察到的事件序列（sequence）的证明，而且被看做是来自CPU计算能力最大的池（pool）。只要大多数的CPU计算能力都没有打算合作起来对全网进行攻击，那么诚实的节点将会生成最长的、超过攻击者的链条。这个系统本身需要的基础设施非常少。信息尽最大努力在全网传播即可，节点(nodes)可以随时离开和重新加入网络，并将最长的工作量证明链条作为在该节点离线期间发生的交易的证明。

3.3 比特币的发行模式  
区块链发布链上的数字货币有两种主要形式。一种是，以国内的NEO为例，NEO的发行模式是：在系统创建的时候，一次性的在创世区块里，写入1亿个NEO。借助ICO，用户可以直接用人民币认购持有。这种模式比较类似于央行发行人民币。

另一种就是类似于淘金，就是比特币这样的，通过挖矿节点，不断消耗自身的算力，来换取比特币。这里的挖矿可以简单理解为猜数字谜语，计算机通过消耗自身的计算能力来进行猜数字谜语。谁先才对然后公布到网络上就可以获取一份奖励。

由于比特币系统是完全开源的，在开源的代码里包含了挖矿的功能，只要一个人懂代码，就可以把这套代码进行编译部署，加入到比特币网络里面去，把挖矿功能开启，那你的宿主机开始挖矿了。

在比特币系统，通过自身的算法可以动态调整全网节点的挖矿难度，保证每过大约10分钟，比特币网络中，就会有一个节点挖矿成功；一旦有人挖矿成功，比特币系统就会奖励此人一定数量的比特币，这个数量也是通过算法控制的。

具体说来：从2009年开始，头四年挖矿奖励是50个比特币，在接下来的每四年，每个挖矿成功的人会得到25个比特币的奖励，每过四年衰减一半；也就是下一个四年挖矿成功奖励12.5个，再下一个四年奖励6.25个，以此类推。大约到2140年的时候，区块链发行完毕，大约2100万个比特币，这就是比特币的总量，所以不会无限增加下去。

四、什么是区块链  
定义  
区块链本质上是一个去中心化的数据库，是一连串使用密码学方法产生相关联的数据块，每一个数据块中包含了一段时间内全网交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。所以说区块链是以去中心化和去信任化的方式，来集体维护一个可靠数据库的技术方案。

通俗地说，其实区块链可以称为一种全民记账的技术，或者说可以理解为一种分布式总账技术。

【例子】  
数据库是大家都熟悉的概念，任何的网站或者系统背后都有一个数据库，我们可以把数据库想象为一个账本，例如支付宝数据库就像是一个巨大的账本，里面记录每个人账上有多少钱。当A发送给B—元钱，那么就要把A账上的钱扣除一元，在B的账上增加一元，这个数据的变动就可以 理解为一种记账行为。对一般中心化的结构来说，微信背后的数据库由腾讯的团队来维护，淘宝背后的数据库由阿里的团队来维护，这是很典型的中心化数据库管理方式，也是大家认为顺理成章的事情。

但是区块链完全颠覆了这种方式。一个区块链系统由许多节点构成，这些节点一般就是一台计算机。在该系统中，每个参与的节点都有机会去竞争记账，即更新数据库信息。系统会在一段时间内（可能是十分钟，也可能是一秒钟），选出其中记账最快最好的一个节点，让它在这段时间里记账。它会把这段时间内数据的变化记录在一个数据区块（block)中，我们可以把这个数据区块想象成一页纸。在记完账以后，该节点就会把这一页的账本发给其他节点。其他节点会核实这一页账本是否无误，如果没有问题就会放人自己的账本中，在系统里面，这一页账本的数据表现形式，称为区块，该区块中就记录了整个账本数据在这段时间里的改变。然后把这个更新结果发给系统里的每一个节点。于是，整个系统的每个节点都有着完全一样的账本。

我们把这种记账方式称为区块链技术或者分布式总账技术。

五、比特币与区块链的关系  
比特币是最早的数字货币，基于比特币的底层设计思想，衍生出了区块链的概念。而基于区块链这项技术，人们设计了更多的数字货币。而比特币本身，又是最早的数字货币。

区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块。在比特币的应用中，整个区块链就是比特币的公共账本，网络中的每一个节点都有比特币交易信息的备份。当发起一个比特币交易时，信息被广播到网络中，通过算力的比拼而获得合法记账权的矿工将交易信息记录成一个新的区块连接到区块链中，一旦被记录，信息就不能被随意篡改。比特币是区块链的一个“杀手级应用”，区块链是比特币的底层技术，且作用绝不仅仅局限在比特币上。因此，尽管比特币与区块链经常被同时提及，但二者并不能画上等号。

目前，对区块链的认识还存在不少误区：  
首先，区块链不是数据库。虽然区块链也可以用来存储数据，但它要解决的问题是多方的互信问题。单纯从存储数据角度，它的效率可能不高，我们也不推荐把大量的原始数据放到区块链上。  
其次，区块链不是要颠覆现有技术。作为基于多项已有技术而出现的新事物，区块链跟现有技术的关系是一脉相承的，在解决多方合作和可信处理上多走了一步，但并不意味着它将彻底颠覆已有的商业模式。很长一段时间里，区块链的适用场景仍需摸索，跟已有系统必然是合作共存的关系。

六、区块链的类型与特点  
6.1 公有链  
所谓公有链，顾名思义，任何人都可以参与使用和维护，典型的如比特币区块链，信息是完全公开的。是指全世界任何人都可以在任何时候加入、任意读取数据，任何人都能发送交易且交易能获得有效确认，任何人都能参与其中共识过程的区块链——共识过程决定哪个区块可被添加到区块链中和明确当前状态。作为中心化或者准中心化信任的替代物，公有链的安全由“共识机制”来维护——“共识机制”可以采取PoW或PoS等方式，将经济奖励和加密算法验证结合了起来，并遵循着一般原则：每个人从中可获得的经济奖励与对共识过程做出的贡献成正比。这些区块链通常被认为是“完全去中心化”的。  
在公有链中，程序开发者无权干涉用户，所以区块链可以保护使用他们开发的程序的用户。

6.2 私有链  
所谓私有链，则是集中管理者进行限制，只能得到内部少数人可以使用，信息不公开。  
大多数人一开始很难理解私有链存在的必要性，认为其和中心化数据库没有太大的区别，甚至还不如中心化数据库的效率高。事实上，中心化和去中心化永远是相对的，私有链可以看作是一个小范围系统内部的公有链，如果从系统外部来观察，可能觉得这个系统还是中心化的，但是以系 统内部每一个节点的眼光来看，其实当中每个节点的权利都是去中心化。而对于公有链，从某种程度来看也可以看作是地球上的私有链，只有地球人的电脑系统才可以接人。因此，私有链完全是有其存在价值的。  
私有链的巨大优势就是，由于对于P2P这样的网络系统而言，系统内部的处理速度往往取决于最弱的节点，而私有链所有的节点和网络环境都是完全可以控制的，因此能够确保私有链在处理速度方面远远优于公有链。

私有链和公有链另外一个巨大的区别就是，一般公有链肯定在内部会有某种代币（token)，而私有链却是可以选择没有代币的设计方案。对于公有链而言，如果要让每个节点参与竞争记账，必定需要设计一种奖励制度，鼓励那些遵守规则参与记账的节点。而这种奖励往往就是依靠代币系统来实现的。但是对于私有链而言，基本上都是属于某个机构内部的节点，对于这些节点而言，参与进行记账本身可能就是该组织或者机构上级的要求，对于他们而言本身就是工作的一部分，因此并不是一定需要通过代币奖励机制来激励每个节点进行记账。所以，我们也可以发现，代币系统并不是每个区块链必然需要的。因此，考虑到处理速度及账本访问的私密性和安全性，越来越多的企业在选择区块链方案时，会更多地倾向于选择私有链技术。

6.3 联盟链  
联盟链（Consortium Blockchain)介于共有链和私有链两者之间，由若干组织一起合作维护一条区块链，该区块链的使用必须是有权限的管理，相关信息会得到保护，典型如银联组织是指其共识过程受到预选节点控制的区块链。

七、区块链的发展历程  
区块链开始引人注目与比特币的风靡密切相关。直至今日，ETH币、 EOS币等类型的比特币层出不穷，人们对于电子货币的关注已经转向了对区块链的深人研究。区块链强大的容错功能，使得它能够在没有中心化服务器和管理的情况下，安全稳定地传输数据。从诞生到现在，区块链专家梅兰妮•斯沃恩（Melanie Swan)将区块链发展划分为三个阶段：区块链 1.0、区块链2.0、区块链3.0。

7.1 区块链1.0:以比特币为代表的可编程货币  
比特币设计的初衷，是为了构建一个可信赖的、自由、无中心、有序的货币交易世界，尽管比特币出现了价格剧烈波动、挖矿产生的巨大能源消耗、政府监管态度不明等各种问题，但可编程货币的出现让价值在互联网中直接流通交换成为可能，可编程的意义是指通过预先设定的指令，完成复杂的动作，并能通过判断外部条件做出反应。可编程货币即指定某些货币在特定时间的专门用途，这对于政府管理专款专用资金等有着重要意义。

区块链是一个全新的数字支付系统，其去中心化、基于密钥的毫无障碍的货币交易模式，在保证安全性的同时也大大降低了交易成本，对传统的金融体系可能产生颠覆性影响，也刻画出一幅理想的交易愿景——全球货币统一，使得货币发行流通不再依靠各国央行。区块链1.0设置了货币的全新起点，但构建全球统一的区块链网络却还有很长的路要走。

7.2 区块链2.0:基于区块链的可编程金融  
数字货币的强大功能吸引了金融机构采用区块链技术幵展业务，人们试着将“智能合约”加入区块链形成可编程金融。目前，可编程金融已经在包括股票、私募股权等领域有了初步的应用，包括目前交易所积极尝试用区块链技术实现股权登记、转让等功能；华尔街银行通过联合打造区块链行业标准，提高银行结算支付的效率，降低跨境支付的成本。

目前商业银行基于区块链的应用领域主要有：  
\- 一是点对点交易。如基于P2P的跨境支付和汇款、贸易结算以及证券、期货、金融衍生品合约的买卖等。  
\- 二是登记。区块链具有可信、可追溯的特点，因此可作为可靠的数据库来记录各种信息，如运用在存储反洗钱客户身份资料及交易记录上。  
\- 三是确权。如土地所有权、股权等合约或财产的真实性验证和转移等。  
\- 四是智能管理。即利用“智能合同”自动检测是否具备生效的各种环境，一旦满足了预先设定的程序，合同会得到自动处理，比如自动付息、 分红等。

目前，包括商业银行在内的金融机构都幵始研究区块链技术并尝试将其运用到实践中，也许现有的传统金融体系正在逐渐被区块链技术所颠覆。

7.3 区块链3.0:区块链在其他行业的应用  
除了金融行业，区块链在其他领域也开始应用。在法律、零售、物联、医疗等领域，区块链可以解决信任问题，不再依靠第三方来建立信用和信息共享，提高整个行业的运行效率和整体水平。 极高的生产力会将所有的人和机器连接到一个全球性的网络中，人类向商品和服务近乎免费的时代加速迈进，区块链的去中心化协同共享模式将成为主导经济生活的新模式。

现在我们所说的区块链1.0、区块链2.0、区块链3.0,也许有人感觉这是一种递进的演化，但事实上仅仅是应用范围的不同而已，从区块链1.0到区块链3.0都是平行的发展阶段，在各自的领域内发挥应有的作用。通过区块链技术，能够让人类生活在许多应用和工具中，进入“可编程”状态和智能状态，完成非常复杂的操作。

目前，区块链建立去中心化信用的尝试，已经不限于金融界，而被社会各个领域关注，在目前社会的公信力普遍不足的情况下，区块链更能为社会管理提供一种全新的思路和技术选项。比特币的成功和金融领域的尝试性运用，使社会对区块链的关注度和投资热度急剧提升，区块链技术的发展进入黄金时期。

区块链飞速发展描绘了世界基于技术的统一愿景，整个社会有望进入智能互联网时代，形成一个可编程的社会。在这个信用已经成为紧缺资源的时代，区块链的技术创新作为一种分布式信用的模式，为全球市场的金融、社会管理、人才评价和去中心化组织建设等提供了一个广阔的发展。

八、区块链的解决问题  
现代商业的典型模式为，交易方通过协商和执行合约，完成交易过程。而区块链擅长的正是如何管理合约，确保合约的顺利执行。

根据类别和应用场景不同，区块链所体现的特点和价值也不同。从技术特点上，区块链一般被认为具有：  
\- 分布式容错性：网络极其鲁棒，容错 1/3 左右节点的异常状态  
\- 不可篡改性：一致提交后的数据会一直存在，不可被销毁或修改  
\- 隐私保护性：密码学保证了未经授权者能访问到数据，但无法解析

随之带来的业务特性将可能包括：

可信任性：区块链技术可以提供天然可信的分布式账本平台，不需要额外第三方中介机构  
降低成本：跟传统技术相比，区块链技术可能带来更短的时间、更少的人力和维护成本  
增强安全：区块链技术将有利于安全可靠的审计管理和账目清算，减少犯罪可能性和各种风险  
区块链并非凭空诞生的新技术，更像是技术演化到一定程度突破应用阈值后的产物，因此，其商业应用场景也跟促生其出现的环境息息相关。基于区块链技术，任何基于数字交易的活动成本和追踪成本都会降低，并且能提高安全性。

九、区块链的应用场景  
区块链最近几年炒得很热，国内已有大量与之相关的企业，有些企业已经结合已有业务摸索出了自己的应用场景，但仍有不少企业处于不断试探和反复迷惑状态。

实际上，要找到合适的应用场景，还是要从区块链自身的特性出发进行分析。区块链在不引入第三方中介机构的前提下，可以提供去中心化、不可篡改、安全可靠等特性保证。因此，所有直接或间接依赖于第三方担保信任机构的活动，均可能从区块链技术中获益。

未来几年内，可能深入应用区块链的场景将包括：

金融服务：主要是降低交易成本，减少跨组织交易风险等。该领域的区块链应用将最快成熟起来，银行和金融交易机构将是主力推动者。

征信和权属管理：这是大型社交平台和保险公司都梦寐以求的，目前还缺乏足够的数据来源、可靠的平台支持和有效的数据分析和管理。该领域创业的门槛极高，需要自上而下的推动。

资源共享：airbnb(爱彼迎,千万用户好评的全球民宿预订平台)为代表的公司将欢迎这类应用，极大降低管理成本。这个领域创业门槛低，主题集中，会受到投资热捧。

投资管理：无论公募还是私募基金，都可以应用区块链技术降低管理成本和管控风险。虽然有 DAO 这样的试水，谨慎认为该领域的需求还未成熟。

物联网与供应链：物联网是很适合的一个领域，短期内会有大量应用出现，特别是租赁、物流等特定场景。但物联网自身的发展局限将导致短期内较难出现规模应用。

当然，短期内部分场景可能还难以实现，但区块链技术的正确应用会促进这些行业的发展。

数字内容领域一直是移动互联网巨头公司的必争之地，区块链技术在数字内容领域的落地能够创造更多普惠大众的应用场景。目前区块链还处于初级发展阶段，出现了很多公链，但能有效支持数字资源传递的公链尚未出现，无法承载各种丰富的网站服务类型，尤其是在数据存储、数据服务质量、内容付费模式等方面存在诸多问题。