[读书笔记] 区块链:从数字货币到信用社会

我不是女神ヾ 2023-07-17 15:46 44阅读 0赞

《区块链：从数字货币到信用社会》 长铗、韩锋等

相较于通常意义上的数字货币，区块链与互联网TCP/IP协议更为相似。区块链则为价值互联网提供了理论基础。  
在互联网上进行价值交换，需解决三个问题：  
1.确保价值交换的唯一性  
2.如何确立价值交换双方的信任关系  
3.如何确保双方的承诺能够完成依靠网络的自治机制（智能合约）而自动执行，而无需可信第三方的介入。

区块链可理解为一个账本（ledger），矿工每10分钟给全网的每一笔交易盖“时间戳”——记账。

第二章 区块链基础

比特币的概念由中本聪在2008年发表的论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》中首次提出。文中，中本聪将区块链技术作为构建比特币数据结构及交易体系的基础技术，将比特币打造为一种数字货币和在线支付系统，利用加密技术实现资金转移，而不再依赖于中央银行。比特币使用公钥地址发送和接收比特币，并进行交易记录，从而实现个人身份信息的匿名。交易确认的过程则需要用户贡献算力，共同对交易进行共识确认，从而将交易记录到全网公开账本中。

区块链是一个去中心化的分布式数据库，该数据库由一串使用密码学方法产生的数据区块有序链接而成，区块中包含有一定时间内产生的无法被篡改的数据记录信息。  
区块中包含数据记录、当前区块根哈希（Hash）、前一区块根哈希、时间戳以及其他信息  
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、网络科学等。

区块链的发展体系可以划分为四个象限（x轴正向->比特币，y轴正向->比特币区块链协议）：  
第一象限是比特币区块链；  
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；  
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；  
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。

区块链工作流程：  
①发送节点将新的数据记录向全网进行广播。  
②接收节点对收到的数据记录信息进行检验（记录信息是否合法等），通过检验后，数据记录将被纳入一个区块中。  
③全网所有接收节点对区块执行共识算法（工作量证明、权益证明等）。  
④区块通过共识算法过程后被正式纳入区块链中存储，全网节点均表示接受该区块，而表示接受的方法，就是将该区块的随机散列值视为最新的区块散列值，新区块的制造将以该区块链为基础进行延长。  
节点始终都将最长的区块链视为正确的链，并持续以此为基础验证和延长它。如果有两个节点同时广播不同版本的新区块，那么其他节点在接收到该区块的时间上将存在先后差别，它们将在先收到的区块基础上进行工作，但也会保留另外一个链条，以防后者变成长的链条。该僵局的打破需要共识算法的进一步运行，当其中的一条链条被证实为是较长的一条，那么在另一条分支链条上工作的节点将转换阵营，开始在较长的链条上工作。以上就是防止区块链分叉的整个过程。

节点记账 -> 系统给记账节点奖励

如何保证假数据不通过验证？-> 时间戳  
通过给数据记录印上时间标签，使每一条数据记录都具有唯一性，从而使数据记录本身在区块和区块上的哪个位置上发生可以被精确定位且可回溯。  
由于区块链网络是公开的，意味着系统知道过去发生的所有数据记录，而任何新的数据记录都继承于过去的数据记录，因为过去的数据记录是真实的，而且链条的各个区块记录由时间戳连接起来使之环环相扣，所以如果想要制造一个假的数据记录，就必须在区块链上修改过去的所有数据记录。  
尽管在挖矿的过程中，形成了多个链条，但因为最长的那个被诚实的节点所控制，所以想要修改过去的数据记录，首先就要从头构造出一个长度比之前最长的那个还要长的链条，在这个新的链条超过原来的那个链条后，才能制造双重支付的虚假数据。然而随着时间推移，制造新链条的难度和成本都是呈指数级上升的，而且随着链条越来越长，其难度也变得越来越大，成本也就越来越高。

挖矿有三个重要功能：一是发行新的货币；二是维系系统的支付功能；三是通过算力保障系统安全。

第三章 区块链进阶  
一、简单支付验证

SPV(Simplified Payment Verification)是一种无须维护完整的区块链信息，只需要保存所有的区块头部信息即可进行支付验证的技术

要理解SPV的概念，首先需要理解如下两类概念的区别。  
(1)SPV与轻钱包（或瘦客户端）的区别。  
轻钱包指的是节点本地只保存与其自身相关的交易数据（尤其是可支配交易数据），但并不保存完整区块链信息的技术。  
SPV的目标是验证某个支付是否真实存在，并得到了多少个确认。

轻钱包与SPV的最大区别是=>  
轻钱包节点仍需下载每个新区块的全部数据并进行解析，获取并本地存储与自身相关的交易数据，只是无须在本地保存全部数据而已。  
SPV节点不需要下载新区块的全部数据，只需要保存区块头部信息即可。

(2)区块链支付验证与区块链交易验证的区别。  
SPV指的是区块链支付验证，而不是区块链交易验证。这两种验证方式存在很大的区别。  
区块链交易验证的过程比较复杂，包括账户余额验证、双重支付判断等，通常由保存区块链完整信息的区块链验证节点来完成。  
支付验证的过程比较简单，只是判断该笔支付交易是否已经得到了区块链节点共识验证，并得到了多少的确认数即可。

在区块链中，区块信息主要包括区块大小、区块头、交易数量和交易信息四部分内容。  
其中，区块头大小为固定字节，比如比特币中区块头的大小始终为80字节。  
区块头中一般包括如下信息：前一区块（也称父区块）的哈希值、区块中交易默克尔树的根哈希值、时间戳等。  
每一个区块都可以通过其区块头的“前一区块的哈希值”字段引用前一区块。

每一个区块头，并非只包含一棵默克尔树，而是包含了三棵默克尔树。默克尔收据树和默克尔状态树是比特币等现有区块链系统没有的。  
①默克尔交易树：保存交易信息，用于验证交易是否真实包含于区块链中。  
②默克尔收据树：保存某个地址的历史事件实例，比如一个交易是否成功执行、一个众筹合约是否完成了目标等。  
③默克尔状态树：保存了账户名称、账户余额等信息。

二、侧链

侧链（sidechains）实质上不是特指某个区块链，而是指遵守侧链协议的所有区块链，该词是相对于比特币主链来说的。侧链协议是指可以让比特币安全地从比特币主链转移到其他区块链，又可以从其他区块链安全地返回比特币主链的一种协议。  
侧链协议的目的是实现双向锚定（Two-way Peg），使比特币可以在主链和侧链中互转。

隔离见证 => 签名从交易中分离出来。  
在比特币中，交易包含转账信息（未花费交易集、地址和金额）和用于证明交易合法性的签名。  
对于隔离见证来说，交易ID仅由转账信息生成，区块中包含签名。

三、闪电网络

闪电网络（The Lightning Network）是一个去中心化的系统。闪电网络的卓越之处在于，无须信任对方以及第三方即可实现实时的、海量的交易。

比特币的蓬勃发展 -> 比特币交易数量越来越多  
单个区块体积有1MB的最大值限制 -> 区块空余空间显得越来越小 -> 扩容问题

根据对比特币网络的理解，有两个划分：清算系统和现金系统。  
1. 清算系统  
每一笔交易的价值含量是不一样的，当块容量不够用时 -> 高价值的交易有意愿、有能力支付足够高的网络手续费，从而获得足够高的优先级进块。  
2. 现金系统  
现金系统意味着所有交易均应该进入区块，那么当块容量不够用时，则应该及时调整块体积限制，对系统进行扩容。短时间可能发生交易入块堵塞，但长期来看所有交易应该均可以入块。

30MB的块可能会导致全网孤块率和空块率大幅上升，一年产出1.5TB的区块链数据也超出大部分节点机器的硬盘容量。会极大削弱节点数量，提高开发接入门槛，使比特币变得中心化。  
=> 扩容争论的最后，还是倾向于2MB，使升级过程更加可控一些，风险更低一些。

微支付通道概念于2012年首次被提出，是解决小额度、高频次支付场景的方案，目的在于缩减支付的交易数量，使高频、小额支付成为可能。  
=> 微支付通道解决了合并交易的问题，但并没有解决撤销上个交易的问题。

若交易可以撤销，则币可双向流动。  
闪电网络是基于微支付通道演进而来，创造性地设计出了两种类型的交易合约：  
RSMC解决了通道中币单向流动问题  
HTLC解决了币跨节点传递的问题。这两个类型的交易组合构成了闪电网络

第四章 智能合约

智能合约是一套以数字形式定义的承诺，承诺控制着数字资产并包含了合约参与者约定的权利和义务，由计算机系统自动执行。

区块链1.0以比特币为代表，解决了货币和支付手段的去中心化问题  
区块链2.0更宏观地对整个市场去中心化，利用区块链技术转换许多不同的数字资产而不仅仅是比特币，通过转换创建不同资产的价值。

基于区块链的智能合约构建及执行分为如下几步。  
①多方用户共同参与制定一份智能合约。  
②合约通过P2P网络扩散并存入区块链。  
③区块链构建的智能合约自动执行。

第五章 区块链怎么玩  
一、数字货币  
>> 中本聪将比特币定义为一种点对点的电子现金系统

>> 比特币的最高上限为2100万个。

>> 在每个区块里，这些新生成的比特币被称作“区块奖励”。

>> 区块奖励并不是一成不变的，每隔4年，区块奖励就会减半。

>> 2017年，区块链奖励就会再次减半为12.5个；以此类推，直至2100万个比特币分发完毕。

>> 尽管2030年左右比特币就能达到2000万的发行量，但是要到2140年左右才会达到最终2100万的发行总量。

>> 比特币通过将新产生的币作为区块奖励分配给矿工（区块生产者）的方式完成整个发行过程。  
这一过程的最主要特点有三个：  
一是发行有严格的既定规则。弗里德曼认为，根治通货膨胀的唯一出路是减少政府对经济的干预，控制货币增长。  
二是发行的主体是不特定的 -> 这个特点体现了“去中心化”的精神，只要拥有算力，任何人都可参与而不取决于参与者的身份、地位。  
三是存在真实的发行成本，该成本主要包括购买矿机的成本和运行矿机的成本。

>> 从发行需要成本，发行依照收敛性曲线这些特性来看，比特币模拟的恰好是黄金这种贵金属。和比特币类似，黄金的总量有限，开采需要一定成本。然后，比特币可以跨地域转移、几乎可无限分割、可编程、易保管等特性确实可以完胜黄金这种几千年来人类世界共通的价值存储手段。

>> 然而正因为模拟了黄金的种种属性，比特币也就具备了黄金作为货币时体现出的种种缺点。例如在现阶段，比特币更多地被用作一种投资投机商品，而非货币，导致其价格往往大幅度波动（图5-2），暴涨暴跌阻碍了其成为一种通用的货币。

>> 非弹性供给的货币会导致币值不稳定，而难以成为一般经济计量单位。如何创造一种能够保持币值相对稳定的货币，一直是数字货币社区的热门话题。

>> 比特股就是这样一个试图解决这个问题的、基于区块链技术的系统。  
比如，比特美元将能够锚定美元的价值，使1比特美元总是等于1美元的购买力。  
比特股系统中内置了一种同样名为比特股（简称BTS）的数字货币。BTS的币值和其他数字货币一样是具有高度波动性的。我们可以设计一种机制，用BTS作抵押发行一种新资产，并把这种资产分为A份额和B份额，A份额保持币值的稳定，而由B份额的持有者吸收所有的波动。A份额持有人的收益是获得了稳定的币值，可以用于定价、支付、价值存储；B份额持有人的收益是获得了杠杆，因为其吸收的是A+B整体的价格波动。天底下当然没有免费的午餐。A份额获得稳定币值的交换条件是丧失了BTS币值上涨时的收益权，B份额获得杠杆的交换条件是BTS币值下跌时蒙受的加倍损失。当B份额的市值已经临近临界点，将要不足以覆盖整体波动时，B份额将被平仓。在这里，稳定的A份额就是前文所描述的能够锚定现实资产的“比特资产”。。

二、支付汇兑

>> 货币具有价值尺度、流通手段、贮藏手段、支付手段和世界货币五种基本职能

>> 现代经济学著作中，一般认为货币的本质只有三个，即交换媒介（medium of exchange）、价值存储（store of value）和计价单位（unit of account）。

>> 支付汇兑这一领域，目前领先的有BitPay、Circle、Coinbase这三家公司。它们都想通过比特币网络建立起一个类似VISA/万事达的全球支付网络。

>> BitPay为商家提供接受比特币付款的服务，并实时生成以比特币计价的价格。回到上面的100美元的收款例子，如果这家公司接入了BitPay，那么用户会发现多出一个用比特币支付的选项，并且此时的比特币计价的价格会每15分钟按照比特币的市价发生变化。用户可以直接用已有的比特币支付，没有的话就自行在交易所购买。对商家来说，可以直接把收到的比特币保存，也可以要求BitPay及时按照市价帮他卖出，而直接获得100美元。

>> Ripple的理念是SWIFT 2.0。SWIFT（Society for Worldwide Interbank Financial Telecommunication，即环球同业银行金融电讯协会）是一个国际协作组织，运营着一个全球性的金融电报网络。银行和其他金融机构通过它与同业机构交换电报，从而完成金融交易。

>> 当用户甲通过中国的A银行向美国B银行的用户乙汇款100美元时，有如下两种情况。  
1. A银行和B银行有直接合作关系

>> 由于A、B银行有合作关系，它们彼此有一定的信任额度，可以过一段时间清算一次彼此的欠账关系，做一次结算。  
2. A银行和B银行没有直接合作关系

>> Ripple便是为了解决这个问题而诞生。在Ripple协议中，各个银行可以把用户的银行余额搬到Ripple系统中来。一些做市商会在Ripple内置的交易市场里进行类似于“A银行人民币∶B银行美元”这样的挂单。

>> Ripple系统里，比特币这样的交换媒介不再是必需品。

三、登记结算

>> 银行间的支付汇兑只需要记录一种资产类型，即货币。而当一个系统除了货币还可以被用于其他各种类型资产的权益归属、份额转移和流转交易时，这个系统就具备了登记结算的能力。区块链的分布式账本技术备受关注，而分布式账本最适合的应用场景就是登记结算业务。

>> 在计算机科学中，想要在分布式系统下取得数据一致性有两种思路，分别被称为共享存储（Shared memory）和消息传递（message passing）。

>> 结算是清算和交收的统称。

>> 清算就是算账，账算完后，就是交收了。只有清算、交收都完成了，才是结算完成，交易成功。

>> 上面的模式看起来很完美，但是却存在着问题。首先，中央对手方模式是一种“大而不倒”式的安全。把分散纠缠的风险都堆放在一起，并不等于风险就不再存在了。中央对手方的优点是隔离了风险传递，但代价是把风险都聚集到了中央对手方一个人的身上。

>> 其次，细心的读者可能发现上一段最后一句话里的“同时”是打了引号的。是的，这里的同时只是一种希望。由于资金的划拨是通过银行体系，证券的转让是通过中央登记存管机构实现的，是没有办法做到真正的原子级的货银对付的，交钱和交货总有先后。

>> 在区块链技术下，首先资金和证券可以在同一个账本中登记，从而保证原子操作级的货银对付。所谓原子操作，即指交钱和交货这两个动作被包含在一个不可分割的操作指令中执行，要么同时成功，要么同时失败。任何意外，无论是突然断电还是断网，都不可能导致钱付了而证券没有转移成功。

>> 区块链技术可以实现证券交易的实时全额结算（RTGS，Real-time gross settlement）模式，完全避免了轧差/清算的业务流程，让交易和结算成为一个动作，不再存在结算（清算、交收）这一过程。

>> 尽管理论上区块链可以完全消灭清算、交收流程，但由于网络宽带、存储容量、延迟性要求等技术条件的限制，在要求高频、高吞吐、低延迟的证券交易领域，基于区块链技术的实时全额结算的登记结算系统还难以胜任。基于区块链技术的登记结算目前更适合用于低频、低延迟要求的场外交易系统。

>> 国内也有一个类似的项目：小蚁（AntShares）。小蚁是一个用来登记结算各种数字资产的区块链底层协议，而其中一类数字资产就是公司股权。公司可以将自己的股东名册放到小蚁区块链上进行管理，公司的投资者们用电子签名在区块链签订股权转让的电子合同，由区块链保证货银对付，实现公司股权的数字化流转。有两类公司在现阶段就非常适合使用小蚁。  
第一类是进行股权众筹的公司。  
第二类是进行员工持股激励方案的公司。

四、数据存证

>> 用户可以将“存在性证明”这样的服务用于三个目的。  
①知识产权保护。用户可以把自身创作的作品、专利的数据指纹通过“存在性证明”网站记录到比特币区块链上。当未来发生版权纠纷时，用户通过展示区块链上的数据指纹，证明自己早在某某时间就已经拥有该份文件  
②给文件盖时间戳。-> 通过区块链向外界证明在某个时间点，这份合同、文档就已经存在了。  
③完整性校验。-> 比如微软可以把Windows的安装镜像的数据指纹上传至比特币区块链，任何用户从第三方网站下载到Windows安装镜像后，都可以通过比特币区块链比对数据指纹是否一致，从而发现该安装镜像是否遭到了恶意软件的篡改。

五、知识产权保护

>> 知识产权保护的第一步是确认知识产权是何时生成的。

>> 碰到侵权、诉讼、版权转让等情形时，未经登记的版权仍然面临种种不便。而在美国版权办公室每登记一件作品就要35~55美元的支出。考虑到今天大量在互联网上发表的海量文字、图片、视频，为每件这样的作品注册版权几乎是不可能的任务。基于区块链的版权登记能够很好地解决上述问题。  
①区块链的开放性让任何人都可以在全球任何角落向区块链写入信息。  
②区块链上的信息一经写入就无法篡改。  
③区块链的登记将能做到几乎免费，让更多的作品有可能被登记。  
④在区块链上可以很方便地实现链上版权交易。

六、溯源、防伪与供应链

>> 顾名思义就是追踪记录有形商品或无形信息的流转链条。通过对每一次流转的登记，实现追溯产地、防伪鉴证、根据溯源信息优化供应链、提供供应链金融服务等目标。把区块链技术应用在溯源、防伪、优化供应链上的内在逻辑和前文所述的数据存证场景非常类似——数据不可篡改和加盖时间戳。

>> 无论是源头企业保存，还是渠道商保存，由于其自身都是流转链条上的利益相关方，当账本信息不利于其自身时，其很可能选择篡改账本或者谎称账本信息由于技术原因而灭失了。

>> Everledger是一个用于登记钻石身份和记录钻石流转过程的区块链。

>> Everledger利用钻石的4C信息（颜色、切工、纯净度、克拉）外加14个特征数据，为每个钻石生成一个独立编号。通过在区块链上记录这一编号的流转过程，Everledger可以转载钻石的归属和所在地。当钻石不幸失窃时，保险公司在Everledger上将该钻石标记为被盗。这个钻石无法再次投保，如果被用于抵押也很容易被接受抵押的机构在Everledger上查找到，同时还为执法机构追寻赃物提供了方便。

>> 除了Everledger，还有侧重于药品溯源的BlockVerify，侧重于艺术品防伪的verisart，着力于奢侈品防伪的唯链（VeChain）。唯链由中国区块链初创企业BitSE开发，主要用于LV包的防伪。通过和LV集团合作，在LV包中嵌入NFC芯片，实现LV包每次流转的区块链登记，从而为防伪鉴定和二手LV包交易提供可靠的支持。

七、身份认证与公民服务

>> 一个区块链上如果用户只拥有匿名的地址而无法证明自己的真实身份，那么其应用场景必然变得狭窄。

八、物联网

>> 在ADEPT的公开演示中，一台三星W9000型号的洗衣机可以自主地侦测到洗衣粉不足，然后向供应商进行自主订购。根据ADEPT项目的描述，这台洗衣机将能够自行发送更换零配件的订单，甚至能够和扫地机、洗碗机等其他家电设备进行电源竞价，最终实现用户家庭能源消耗的最小化。

九、保险

>> 区块链在这个市场需要提供两个作用：①对保单交易进行登记；②利用智能合约，在满足赔付条件时，自动从承保人的账户划拨赔款给受益人，而无需银行的参与。在判断是否满足赔付条件时，保险公司可以作为提供损失鉴定报告的第三方。

十、医疗

>> 第一个显而易见的应用场景就是电子病历。

>> 电子病历的保存是在医院处，而医院却又是医患合同中的利益相关方，大量的医疗纠纷中都牵涉到了电子病历的有效性上。由于医院单方面保管电子病历，在发生医疗事故纠纷时，患者往往指责医院对电子病历进行了修改。  
因区块链的不可篡改性和高强度保密性可以给这些电子病历提供一个可靠的访问环境。

>> 一旦上链，就可在全球范围内访问数据，无需担心病历丢失或者携带不便的问题，一个人的终生医疗信息都可以被记录在区块链上。

>> Healthbank的区块链

>> 随之而来的是另一个问题：个人医疗隐私的保护。

>> 区块链恰恰提供了保护隐私的工具。保存在区块链上的病历虽然是可以在全球任何地方都能访问的，却是用户用密钥掌握数据的绝对专属权与访问权。同时，区块链强大的智能合约功能可以让用户自主的设置权限。比如，用户可以使用这样的智能合约——当自己发生昏迷时，只要医疗机构和自己的亲人同时使用各自的密钥，也能获得访问自己医疗记录的权限。

>> 有些创业公司着眼于将区块链技术应用于基因检测数据的共享。

>> 整个诊疗过程的支付也可以应用区块链技术来提升效率。前面用区块链来管理医疗记录的生命周期的方法，也可以用于管理医疗账单的生命周期。

十一、博彩和预测市场

>> 预测市场和博彩的最大区别在于预测市场需要将链下信息进行记录和结果判断。

第六章 从信息互联网到价值互联网

①区块链1.0——货币（货币转移、汇兑和支付系统）；  
②区块链2.0——合约（在经济、市场、金融全方面的应用，其可延伸内涵远比简单的现金转移要广得多，如股票、债券、期货、贷款、按揭、产权、智能资产和智能合约）；  
③区块链3.0——超越货币、金融、市场之外的区块链应用，特别是在政府、健康、科学、文学、文化和艺术等领域。