2023bitpie官网下载app|区块链的作用及应用

作者： 2023bitpie官网下载app

2024-03-12 14:49:31

（详解）区块链的应用场景都有哪些? - 知乎

（详解）区块链的应用场景都有哪些? - 知乎首发于区块链切换模式写文章登录/注册（详解）区块链的应用场景都有哪些?老王区块链关注区块链前沿信息，畅谈区块链区块链主要应用的范围包括：数字货币、金融资产的交易结算、数字政务、存证防伪数据服务等领域。区块链是将数据区块有序链接，每个区块负责记录一个文件数据，并进行加密来确保数据不能够被修改和伪造的数据库技术。区块链本质上是一个应用了密码学技术的多方参与、共同维护、持续增长的分布式数据库系统也称为分布式共享账本。共享账本中的每一页就是一个区块,每一个区块写满了交易记录,区块链技术匿名性、去中心化、公开透明、不可篡改等特点让其备受企业的青睐,得到了更加广泛的应用尝试。区块链应用范围1.金融领域区块链能够提供信任机制，具备改变金融基础架构的潜力，各类金融资产如股权、债券、票据、仓单、基金份额等都可以被整合到区块链技术体系中，成为链上的数字资产，在区块链上进行存储、转移和交易。区块链技术的去中心化，能够降低交易成本，使金融交易更加便捷、直观和安全。区块链技术与金融业相结合，必然会创造出越来越多的业务模式、服务场景、业务流程和金融产品，从而给金融市场、金融机构、金融服务及金融业态发展带来更多影响。随着区块链技术的改进及区块链技术与其他金融科技的结合，区块链技术将逐步适应大规模金融场景的应用。2.公共服务领域传统的公共服务依赖于有限的数据维度，获得的信息可能不够全面且有一定的滞后性。区块链不可篡改的特性使链上的数字化证明可信度极高，在产权、公证及公益等领域都可以以此建立全新的认证机制，改善公共服务领域的管理水平。公益流程中的相关信息如捐赠项目、募集明细、资金流向、受助人反馈等，均可存放于区块链上，在满足项目参与者隐私保护及其他相关法律法规要求的前提下，有条件地进行公开公示，方便公众和社会监督。3.信息安全领域利用区块链可追溯、不可篡改的特性，可以确保数据来源的真实性，同时保证数据的不可伪造性，区块链技术将从根本上改变信息传播路径的安全问题。区块链对于信息安全领域体现在以下三点：用户身份认证保护数据完整性保护有效阻止 DDoS 攻击区块链的分布式存储架构则会令黑客无所适从，已经有公司着手开发基于区块链的分布式互联网域名系统，绝除当前 DNS 注册弊病的祸根，使网络系统更加干净透明。4.物联网领域区块链+物联网，可以让物联网上的每个设备独立运行，整个网络产生的信息可以通过区块链的智能合约进行保障。安全性：传统物联网设备极易遭受攻击，数据易受损失且维护费用高昂。物联网设备典型的信息安全风险问题包括，固件版本过低、缺少安全补丁、存在权限漏洞、设备网络端口过多、未加密的信息传输等。区块链的全网节点验证的共识机制、不对称加密技术及数据分布式存储将大幅降低黑客攻击的风险。可信性：传统物联网由中心化的云服务器进行管控，因设备的安全性和中心化服务器的不透明性，用户的隐私数据难以得到有效保障。而区块链是一个分布式账簿，各区块既相互联系又有各自独立的工作能力，保证链上信息不会被随意篡改。因此分布式账本可以为物联网提供信任、所有权记录、透明性和通信支持。效益性：受限于云服务和维护成本，物联网难以实现大规模商用。传统物联网实现物物通信是经由中心化的云服务器。该模式的弊端是，随着接入设备的增多，服务器面临的负载也更多，需要企业投入大量资金来维持物联网体系的正常运转。而区块链技术可以直接实现点对点交易，省略了中间其他中介机构或人员的劳务支出，可以有效减少第三方服务所产生的费用，实现效益最大化。5.供应链领域供应链由众多参与主体构成，存在大量交互协作，信息被离散地保存在各自的系统中，缺乏透明度。信息的不流畅导致各参与主体难以准确地了解相关事项的实时状况及存在问题，影响供应链的协同效率。当各主体间出现纠纷时，举证和追责耗时费力。区块链可以使数据在各主体之间公开透明，从而在整个供应链条上形成完整、流畅、不可篡改的信息流。这可以确保各主体及时发现供应链系统运行过程中产生的问题，并有针对性地找到解决方案，进而提升供应链管理的整体效率。6.汽车产业去年宣布合伙使用区块链建立一个概念证明来简化汽车租赁过程,并把它建成一个“点击,签约,和驾驶的过程。未来的客户选择他们想要租赁的汽车,进入区块链的公共总账;然后,坐在驾驶座上,客户签订租赁协议和保险政策,而区块链则是同步更新信息。这不是个想象,对于汽车销售和汽车登记来说,这种类型的过程也可能会发展为现实。7.股票交易很多年来,许多公司致力于使得买进、卖出、交易股票的过程变得容易。新兴区块链创业公司认为,区块链技术可以使这一过程更加安全和自动化,并且比以往任何解决方案与此同时,区块链初创公司 Chain 正和纳斯达克合作,通过区块链实现私有公司的股权交8.政府管理政务信息、项目招标等信息公开透明,政府工作通常受公众关注和监督,由于区块链技术能够保证信息的透明性和不可更改性,对政府透明化管理的落实有很大的作用。政府项目招标存在一定的信息不透明性,而企业在密封投标过程中也存在信息泄露风险。区块链能够保证投标信息无法篡改,并能保证信息的透明性,在彼此不信任的竞争者之间形成信任共只。并能够通过区块链安排后续的智能合约,保证项目的建设进度,一定程度上防止了腐败的滋生。区块链技术应用还有很多很多，这只是区块链应用的一下支点。未来区块链技术将应用各个地方。编辑于 2022-07-08 15:40场景应用区块链(Blockchain)物联网赞同1 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录区块链关注区块链前沿信息，畅谈

区块链的30个创新应用案例【2021】-腾讯云开发者社区-腾讯云

30个创新应用案例【2021】-腾讯云开发者社区-腾讯云用户5687508区块链的30个创新应用案例【2021】原创关注作者腾讯云开发者社区文档建议反馈控制台首页学习活动专区工具TVP最新优惠活动文章/答案/技术大牛搜索搜索关闭发布登录/注册首页学习活动专区工具TVP最新优惠活动返回腾讯云官网用户5687508首页学习活动专区工具TVP最新优惠活动返回腾讯云官网社区首页 >专栏 >区块链的30个创新应用案例【2021】区块链的30个创新应用案例【2021】原创用户5687508关注修改于 2021-06-07 10:38:2810.8K0修改于 2021-06-07 10:38:28举报文章被收录于专栏：用户5687508的专栏用户5687508的专栏区块链的应用远远超出了加密货币和比特币的范围。区块链具有创造更多透明度和公平性的能力，同时还能节省企业的时间和金钱，这一技术正在以各种方式影响着各个行业，从如何执行合同到提高政府工作效率等等。我们总结了 30 个现实世界的应用案例，这些案例都使用了区块链这种实用而革命性的技术。这远非详尽无遗的清单，但他们已经在改变我们的经营方式。用自己熟悉的语言学习以太坊开发：Java|Php|Python|.Net / C#|Golang|Node.JS|Flutter / Dart智能合约使用案例智能合约就像常规合同，但合约规则在区块链上实时执行，这消除了中间人，并增加了对所有参与方的问责级别，而传统协议是不可能实现的。这节省了企业的时间和金钱，同时也确保了所有参与者的合规性。随着政府、医疗保健和房地产行业等行业发现其好处，基于区块链的合约正变得越来越受欢迎。以下是一些公司如何使用区块链使合同更智能的例子。1、BURSTIQ行业：医疗位置：丹佛（科罗拉多州）如何使用区块链：BurstIQ的大数据区块链合约帮助患者和医生安全地传输敏感的医疗信息。智能合约确定了可以共享哪些数据的参数，甚至显示每个患者的个性化健康计划的详细信息。在这里插入图片描述2、MEDIACHAIN行业：音乐位置：纽约如何使用区块链：MediaChain使用智能合合约帮助音乐家们获得他们应得的钱。通过签订分散、透明的合约，艺术家可以得到更高的版税，并按时足额获得报酬。流媒体巨头 Spotify 于 2017 年 4 月收购了MediaChain。3、PROPY行业：房地产位置：帕洛阿尔托（加利福尼亚州）如何使用区块链：Propy是一个全球房地产市场，拥有分散的产权登记系统。在线市场使用区块链即时发布标题，甚至提供可以使用加密货币购买的房产。汇款使用案例在比特币的开创下，加密货币转移应用程序正在迅速流行起来。区块链在金融领域特别受欢迎，因为它可以节省各种规模的金融公司的资金和时间。根据ComputerWorld最近的一篇文章，通过消除官僚主义的繁琐手续，实时制作分类账系统，降低第三方费用，区块链每年可为最大的银行节省80亿至120亿美元。我们将深入调查使用区块链高效转移资金的四家公司。4、OPSKINS行业：游戏、金融科技、加密货币位置：圣莫尼卡（加利福尼亚州）如何使用区块链：想要购买稀有皮肤、配件甚至情绪的玩家可以在OPSkins在线市场使用比特币作为付款方式。卖家在虚拟钱包中接收比特币，要么选择保留加密货币，要么将其兑换为现金。OPSkins 每周处理超过 200 万笔虚拟交易。在这里插入图片描述5、CIRCLE行业：金融科技，加密货币位置：波士顿（马萨诸塞州）如何使用区块链：总部位于波士顿的Circle每月监管超过 20 亿美元的加密货币投资和朋友之间的兑换。 Circle 的投资和资金转移平台目前拥有七种不同的加密货币，包括比特币、Monero和 Zcash。6、CHAINALYSIS行业：金融科技、加密货币、网络安全位置：纽约，纽约如何使用区块链：Chainalysis开发了专门工具以帮助金融机构和政府监控加密货币的交换。该公司的尽职调查软件监控和检测欺诈交易、洗钱和合规违规行为，并建立区块链上的信任。7、CHAIN行业：金融科技，云位置：旧金山（加利福尼亚州）如何使用区块链：CHAIN为金融服务构建云区块链基础设施。这家旧金山公司的加密账本帮助金融机构安全有效地处理加密货币的转移。在这里插入图片描述物联网使用案例物联网（IoT）是区块链应用的下一个可以预期的爆发领域。物联网有数百万个应用程序和许多安全问题，IoT产品的增加意味着黑客有更好的机会窃取从亚马逊 Alexa 到智能恒温器等所有内容的数据。区块链注入物联网增加了更高的安全性，通过利用技术的透明度和虚拟廉洁性来保持事物的"智能"，防止数据泄露。以下是一些美国公司使用区块链，使物联网更安全、更智能。8、FILAMENT行业：物联网，硬件，软件位置：里诺（内华达州）如何使用区块链：Filament创建软件和微芯片硬件，使连接的设备在区块链上运行。这家总部位于雷诺的公司的产品加密账本数据，将实时信息分发给其他连接区块链的机器，并允许根据时间戳将这些机器货币化。在这里插入图片描述9、HYPR行业：物联网，网络安全位置：纽约，纽约如何使用区块链：HYPR通过去中心化的身份凭据解决方案挫败了IoT设备中的网络安全风险。通过从集中式服务器上取下密码，同时使用生物识别和无密码解决方案，公司使物联网设备几乎无懈可击。10、XAGE SECURITY行业：物联网，网络安全位置：帕洛阿尔托（加利福尼亚州）区块链应用：Xage是全球首个支持区块链的 IoT 公司网络安全平台。该技术同时管理数十亿台设备，甚至可以自我诊断和治愈可能的违规行为。Xage 主要用于运输、能源和制造业的 IoT 公司。个人身份安全使用案例根据身份盗窃专家LifeLock的数据，仅在2017年，就有超过1600万美国人抱怨身份欺诈和失窃，每两秒钟就有一次身份被盗。这种规模的欺诈可以通过从伪造文档到侵入个人文件等所有内容发生。通过将社会保险号码、出生证明、出生日期和其他敏感信息保存在去中心化的区块链分类账本上，政府可能会看到身份盗窃索赔急剧下降。以下是一些基于区块链的企业在身份安全的最前沿的案例。11、ILLINOIS BLOCKCHAIN INITIATIVE行业：政府、技术位置：斯普林菲尔德（伊利诺伊州）区块链应用：伊利诺伊州是伊利诺伊州区块链倡议的实验区块链的前沿。国家资助的倡议已经采取措施，使用分布式区块链分类账来加强出生证明、死亡证明、选民登记卡、社会保险号码等的安全。在这里插入图片描述12、CIVIC行业：身份安全，金融科技位置：帕洛阿尔托（加利福尼亚州）如何使用区块链：Civic是一个基于区块链的生态系统，它为个人提供了有关谁拥有其信息的洞察能力。公司的用户签订智能合约，由他们决定谁可以共享他们的个人信息以及分享多少。如果合约被违反或未经授权的来源试图访问私人数据，则会立即向个人发出警报。在这里插入图片描述13、EVERNYM行业：IT，软件位置：盐湖城，犹他州如何使用区块链：Evernym 的Sovrin 身份生态系统允许个人使用分布式分类账技术在 Web 上管理自己的身份。Sovrin 存储私人信息，充当需要私人信息的个人和实体之间的通信媒介，并实时验证信息的真实性。在这里插入图片描述14、OCULAR行业：网络安全、金融科技位置：洛杉矶，加利福尼亚州如何使用区块链： Ocular的反洗钱合规平台利用支持区块链的安全性来确保数据无法被操纵。该技术使用生物识别系统扫描申请护照、驾驶执照和其他政府颁发的身份证的个人的脸部。通过在区块链上查看生物识别系统，政府可以更容易地抓住从其他国家盗取假护照、证书和身份证的身份窃贼。医疗保健使用案例区块链在医疗保健领域虽然在早期已经显示出一些希望。事实上，早期的区块链解决方案已显示出降低医疗保健成本、改善利益相关者获取信息以及简化业务流程的潜力。收集和共享私人信息的先进系统可能正是医生为了确保已经膨胀的部门能够削减高昂的成本而要求的。15、PATIENTORY行业：医疗保健、网络安全、记录维护地点：佐治亚州亚特兰大如何使用区块链：PATIENTORY是患者和医生的一体机医疗记录系统，并辅之以区块链技术。医疗保健的最大问题之一是不同提供商和诊所的数据分散。与患者，病人的病史，记录，目前的提供者，以及大多数其他一切医生需要知道的是不断和安全地访问。区块链平台允许患者和医生保持持续的沟通，而稳定的医疗数据流允许任何医疗专业人员根据更清晰的病史快速、安全地诊断患者。在这里插入图片描述16、NEBULA GENOMICS行业：医疗保健、基因组学、数据隐私地点：旧金山如何使用区块链：Nebula Genomics的使命是了解人类基因组，使个人基因组更实惠和更容易获得。该公司的全基因组DNA测序测试是唯一可以解码100%个人DNA的测试。从单个测试中收集的所有信息都是完全匿名的，并且通过基于区块链的加密保密，因此用户的数据永远无法识别或被盗。17、MEDICALCHAIN行业：医疗保健、数据隐私地点：伦敦如何使用区块链：MedicalChain的合作区块链平台允许更轻松、更安全的信息流，帮助患者和医疗专业人员。有了医疗链，医生就不用再等保险信息了。区块链可以自动验证患者是否有保险并已覆盖。此外，药物和临床试验可以通过基于区块链的门户轻松识别最佳候选者，该门户可以安全地显示患者医疗记录，并识别不同试验的主要竞争者。在这里插入图片描述物流使用案例航运业的一个主要抱怨是，由于大量物流公司挤占了空间，缺乏沟通和透明度。根据埃森哲和物流巨头DHL的联合研究，仅在美国就有超过50万家航运公司，造成数据孤岛和透明度问题。报告接着说，区块链可以解决许多困扰物流和供应链管理的问题。这项开创性的研究认为，区块链通过揭示单一的真相来源来提高数据透明度。通过确认数据源，区块链可以在行业内建立更大的信任。该技术还可以使物流流程更精简、更自动化，每年可能为行业节省数十亿美元。区块链不仅安全，而且是物流行业具有成本效益的解决方案。以下是一些物流区块链技术前沿的公司。18、DHL行业：物流、供应链位置：Plantation，佛罗里达州（美国总部）如何使用区块链：航运巨头DHL处于区块链支持的物流的前沿，利用它保持数字货件的出货量并保持交易的完整性。DHL 在美国拥有重要业务，是接受区块链的最大航运公司之一。在这里插入图片描述19、BLOCK ARRAY行业：物流、供应链位置：查塔努加（田纳西州）如何使用区块链：Block Array引入了第一个在区块链上运行的"拉丁法案"。物流运营平台可帮助企业安全监控其发货进度、司机和材料的内部信息以及管理付款。Block Array还具有智能合约处理和安全文档管理功能。在这里插入图片描述20、MAERSK行业：物流、供应链位置：新泽西州弗洛勒姆公园（美国总部）如何使用区块链：航运巨头马士基总部位于丹麦，但在美国各地设有办事处，与科技巨头IBM合作，为全球贸易注入区块链。两家公司将使用区块链更好地了解供应链，并实时以数字方式跟踪跨越国际边界的商品。在这里插入图片描述21、SHIPCHAIN行业：物流、供应链位置：加利福尼亚州洛杉矶如何使用区块链：ShipChain是一个完全集成的区块链系统，为端到端的运输过程提供服务。从货物离开工厂的那一刻到到达目的地，物流生态系统安全地跟踪和记录创建透明分类账的一举一动。ShipChain 总部位于洛杉矶，旨在利用区块链实现 8.1 万亿美元供应链市场的现代化。在这里插入图片描述非同质化通证非同质化通证（NFT）是加密货币以来最热门的区块链应用。2021年，这些数字项目的兴起，目前席卷全球。NFT 只是数字项目，如音乐、艺术、GIF、视频等，在区块链上出售，确保唯一所有者可以声称拥有该商品的全部权利。由于区块链技术，消费者现在可以声称对一些最理想的数字资产拥有唯一所有权。还记得2011年加密猫吗？那个令人难忘的 GIF 刚刚在区块链上以600000 美元的价格售出。在10月之前，数字艺术家"Beeple"从未卖出过超过100美元的东西。2020年3月，他的数字作品《The First 5000 Days》以惊人的6900万美元售出。NFT 让买家有机会拥有数字时刻、艺术和文化，这些时刻、艺术和文化将比我们所有人活得更久。以下是公司利用 NFT 浪潮的一些例子。22、DAPPER LABS行业：体育， NFTs位置：远程办公如何使用区块链： Dapper Labs是因 Nft热潮最早爆发的企业之一。他们与NBA合作，带来了"NBA顶级投篮"，一个NFT市场，买家有机会成为他们最喜欢的NBA球员或球队的数字媒体的所有者。买家有机会拥有收藏的时刻，从Lebron James的扣篮到 Anthony Davis的篮网GIF 。迄今为止，Top Shot 的销售额已超过 5 亿美元。23、PIXURA行业：创新位置：远程办公如何使用区块链：Pixura 是一个平台，可帮助非技术用户在区块链上创建、跟踪和交换数字 NFT。该公司帮助从游戏工作室到个人音乐家和艺术家的每个用户在短短几分钟内创建自己的数字资产。该公司还创建了网站SusuRare，它已成为NFT时代购买和销售数字艺术的必去网站之一。在这里插入图片描述政府使用案例区块链最令人惊讶的应用之一可能是改善政府。如前所述，伊利诺伊州等一些州政府已经在利用这项技术来确保政府文件的安全，但区块链也可以提高官僚效率、问责制和减轻巨额财政负担。据《纽约时报》报道，区块链有可能每年减少数百万小时的繁琐手续，通过智能合同追究公职人员的责任，并通过记录所有活动的公开记录来提供透明度。区块链也可以彻底改变我们的选举。目前，美国选民的冷漠程度处于的历史最高水平，在2016年的总统选举中，投票率略高于58%，而根据PBS的数据，只有36.4%的投票合格公众参加了2014年的中期选举。基于区块链的投票可以通过提供一定程度的安全性和廉洁性来改善公民参与度，从而允许在移动设备上进行投票。以下是区块链应用如何改善政府的几个例子。24、VOATZ行业：政府、网络安全、政治位置：波士顿（马萨诸塞州）如何使用区块链：Voatz是一个在区块链上运行的移动投票平台。加密的生物识别安全系统使从世界任何地方对移动设备进行投票变得安全，而不必担心黑客攻击或数据损坏。西弗吉尼亚州是最早利用公司平台在选举期间向合格的服务人员和海外旅行者收集选票的州之一。在这里插入图片描述25、STATE OF DELAWARE行业：政府位置：多佛，特拉华州如何使用区块链：与伊利诺伊州区块链计划类似，特拉华州也推出了自己的倡议，探索区块链在企业和政府中的好处。到目前为止，该州主要致力于公共文件的归档和安全保护私人记录。特拉华州倡议的下一步是开始实施政府与公司之间的智能合同。在这里插入图片描述26、FOLLOW MY VOTE行业：政府，软件位置：布莱克斯堡（弗吉尼亚州）如何使用区块链：Follow My Vote是一个安全的在线投票平台，使用开源虚拟区块链投票箱。该技术减少了实物投票的支出，可以通过任何设备访问。按照我的投票实施选举所需的端到端工具，以便在投票过程中提供完全的安全和信心。媒体使用案例媒体目前存在的许多问题涉及数据隐私、版税支付和知识产权盗版。根据德勤的一项研究，媒体的数字化已经导致内容的广泛共享侵犯了版权。德勤认为，区块链可以在数据权、盗版和支付方面给业界带来急需的手段。区块链在媒体行业的优势在于它能够防止数字资产（如 mp3 文件）在多个地方存在。它可以共享和分配，同时保留所有权，使盗版几乎不可能通过透明的分类账系统。此外，区块链可以保持数据完整性，允许广告公司瞄准合适的客户，音乐家可以获得原创作品的适当版税。以下美国公司正在帮助提高区块链在我们的媒体上的受欢迎程度。27、MADHIVE行业：数字媒体位置：纽约，纽约如何使用区块链：MadHive是数字营销人员基于区块链的广告和数据解决方案。该平台跟踪、存储和生成有关客户活动的报告，将所有数据保存到专用区块链。MadHive 的目标受众报告和实时数据监控使广告客户在不损害数据隐私的情况下深入了解客户。在这里插入图片描述28、STEEM行业：社交媒体位置：奥斯汀（得克萨斯州）如何使用区块链：Steem是一个由区块链支持的社交媒体平台。其"脑力证明"社区使用代币作为奖励，鼓励人们创建原创内容。分发的令牌数量基于每篇文章收到的上一票数。Steem 已经向创作者支付了超过 4000 万美元的代币。29、CIVIL行业：数字媒体、新闻位置：布鲁克林，纽约如何使用区块链：CIVIL是通过区块链为可持续、独立的新闻提供动力。该公司使用 CVL 代币授权记者经营自己的独立新闻编辑室，而无需广告驱动模式的编辑干扰。以公民模式，新闻是分散的，允许个人社区报道重要新闻，而不是一个中心实体。在这里插入图片描述30、OPEN MUSIC INITIATIVE行业：音乐，非营利组织位置：波士顿（马萨诸塞州）如何使用区块链：Open Music Initiative是一个总部设在波士顿的非营利组织，创建一个开源协议，以确定原始创作者和音乐权利人。通过将他们的音乐版权数据信任到区块链中，这个非盈利组织使艺术家和音乐家更容易因他们的作品而得到认可并获得正确的报酬。该倡议得到了音乐行业几乎所有领域的支持，包括制作人和广播电台，以及Netflix和Spotify等媒体巨头的支持。原文链接：30个创新的区块链应用 — 汇智网原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。网络安全安全原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。网络安全安全评论登录后参与评论0 条评论热度最新登录后参与评论推荐阅读LV.关注文章0获赞0目录智能合约使用案例1、BURSTIQ2、MEDIACHAIN3、PROPY汇款使用案例4、OPSKINS5、CIRCLE6、CHAINALYSIS7、CHAIN物联网使用案例8、FILAMENT9、HYPR10、XAGE SECURITY个人身份安全使用案例11、ILLINOIS BLOCKCHAIN INITIATIVE12、CIVIC13、EVERNYM14、OCULAR医疗保健使用案例15、PATIENTORY16、NEBULA GENOMICS17、MEDICALCHAIN物流使用案例18、DHL19、BLOCK ARRAY20、MAERSK21、SHIPCHAIN非同质化通证22、DAPPER LABS23、PIXURA政府使用案例24、VOATZ25、STATE OF DELAWARE26、FOLLOW MY VOTE媒体使用案例27、MADHIVE28、STEEM29、CIVIL30、OPEN MUSIC INITIATIVE相关产品与服务腾讯云区块链服务平台 TBaaS腾讯云区块链服务平台（Tencent Blockchain as a Service，简称TBaaS）致力于打造全球领先的企业级区块链技术平台，帮助客户、开发者及合作伙伴轻松创建和管理可托管、可扩展的区块链网络，助力产业协同发展。TBaaS 支持长安链·ChainMaker、Hyperledger 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区块链的功能与作用 - 知乎

区块链的功能与作用 - 知乎切换模式写文章登录/注册区块链的功能与作用式微何须归。。。谈到区块链，就会谈到去中心化和比特币。区块链作为一种新兴的复合型技术，本质上是一个去中心化分布式账本，目前最成功的应用就是以比特币为代表的数字货币。那区块链有哪些功能呢？大致有金融和技术两种功能。自诞生以来，区块链首先在金融领域实现了诸多应用，可能让社会财富分配方式更加扁平，缩小贫富差距；它可以活跃民间资本，投资关系会变得更加多元化和多向化。区块链在金融领域的具体作用包括有：1. 数字货币。与传统纸币相比，发行数字货币能有效降低货币发行、流通的成本，提升经济交易活动的便利性和透明度。近5年来，包括各国纷纷推进数字货币，央行也即将发布央行数字货币。2. 证券交易。传统证券流程繁复冗长，参杂人为控制因素。而区块链可使证券发行免去诸多中间人环节，避免传统证券市场经常发生的操纵行为，也能削减发行、追踪及交易加密证券的成本。3. 支付清算。金融机构通过区块链技术搭建通用的分布式协议，为接入银行提供跨境、任意币种实时支付清算服务，将会使得跨境支付更加便捷高效且成本低廉。除了金融领域，区块链对技术领域的影响更为深远而广泛。工信部在其2018年发布的《2018年中国区块链产业白皮书》中，就列举了商品溯源、版权保护、电子政务等13种应用。下面主要从三方面来介绍区块链在技术上的作用。1. 证据存证。区块链可以连接多方主体，高效展示所有信息，解决“证据存证”难题。比如在版权保护方面，区块链连接原创平台、版权局、司法机关等各方主体，提供各类电子证据存证，可以快速地辨别谁才是原创作者，有效解决版权纠纷问题；比如在溯源方面，以疫苗为例，区块链连接加工厂、物流系统、售卖方、消费者，记录了疫苗制作、加工、运输、售卖、注射的全过程，患者可以通过了解疫苗所有信息，在确保疫苗安全后，再接受注射；又比如在投票方面，将投票数据部署到区块链上，那么谁投给了谁、谁投了多少票的数据都是公开透明的，并且无法被篡改，避免黑箱操作，保障公平公正。IVoter便是一款区块链+投票的工具，由明星公链TT链（ThunderCore）提供技术支持，采用加密技术，保证投票数据可公开验证。ivoter2. 信息共享。区块链去中心化的特点，可以打通不同主体之间的“数据壁垒”，实现信息和数据共享。也就是说，数据不会仅仅存在于某一个主体手中，而是所有人都可以看到，不用多次向多个主体汇报情况。比如，如果区块链+房地产，那么我们只需要去一次银行，就可以实现贷款和产权过户；如果区块链+户籍管理，那么我们只需要在一个城市办理了户口转入，转出城市户籍所在地就会看到我们的户口转出信息，而不需要我们又折腾跑回户籍转出地告知相关信息。可以遇见，区块链+电子政务将会极大提高我们的办事效率，再也不需要多个部门来回奔跑，也不需要再证明“我妈是我妈”了。今年初，明星公链TT链（ThunderCore）获得台市政府区块链应用服务商的标案，在区块链+电子政务应用上走在最前列，是区块链技术落地应用一大里程碑。3. 高效协作。在日益全球化的今天，多方协同工作已成为工作常态。但由于涉及多国监管政策、贸易环境、语言障碍等因素影响，协作效率无法得到快速提高。由于区块链可以有效处理多主体工作的问题，因此区块链可以很好解决协作问题。区块链首先在金融领域大放异彩，目前也在技术层面走向正轨，期待未来能够被大规模商业应用。猜想未来区块链对实际生活当中的影响：1、数字身份很多人开各种证明时会遇到“证明我妈是我妈”的窘境，有了区块链，就再也不用担心了。原来我们的出生证、房产证、婚姻证等等，需要一个中心节点，大家才能承认。一旦跨国，合同和证书可能就失效了，因为缺少全球性的中心节点。区块链技术不可篡改的特性从根本上改变了这一情况，我们的出生证、房产证、婚姻证都可以在区块链上公证，变成全球都信任的东西，当然也可以轻松证明 “我妈是我妈”。2、卫生保健简单说就是利用区块链建立有时间戳的通用记录存储库，进而达到不同数据库都可提取数据信息的目的。例如你去看病，不用换个医院就反复检查，也不用为报销医保反复折腾，可以节省时间和开销。3、旅行消费例如我们经常会用携程、美团等app来寻找并下单入住酒店和其他服务，各个平台从中获得提成。而区块链的应用正是除去中间商，并为服务提供商和客户创建安全、分散的方式，以达到直接进行连接和交易的目的。4、更便捷的交易区块链可以让支付和交易变得更高效、更便捷。区块链平台允许用户创建在满足某些条件时变为活动的智能合约，这意味着当交易双方同意满足其条件时，可以释放自动付款。5、严把产品质量关假如你买了一个苹果，在区块链技术下，你可以知道从果农的生产到流通环节的全过程。在这其中有政府的监管信息、有专业的检测数据、有企业的质量检验数据等等。智慧的供应链将使我们日常吃到的食物、用到的商品更加安全，让我们更加放心。6、产权保护艺术创作者把自己的作品放在区块链上，有人使用了他的作品，他就能立刻知道。相应的版税也会自动支付给创作者。区块链技术既保护了版权，也有助于创作者更好更直接地向消费者售卖自己的作品，而不再需要发行公司的协助。发布于 2021-07-31 08:53区块链价值个人投资区块链技术赞同 1添加评论分享喜欢收藏申请

区块链技术研究综述：原理、进展与应用

主管单位：中国科学技术协会

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通信学报, 2020, 41(1): 134-151 doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

综述

区块链技术研究综述：原理、进展与应用

曾诗钦1, 霍如2,3, 黄韬1,3, 刘江1,3, 汪硕1,3, 冯伟4

1 北京邮电大学网络与交换国家重点实验室，北京 100876

2 北京工业大学北京未来网络科技高精尖创新中心，北京 100124

3 网络通信与安全紫金山实验室，江苏南京 211111

4 工业和信息化部信息化和软件服务业司，北京 100846

Survey of blockchain:principle,progress and application

ZENG Shiqin1, HUO Ru2,3, HUANG Tao1,3, LIU Jiang1,3, WANG Shuo1,3, FENG Wei4

1 State Key Laboratory of Networking and Switching Technology,Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876,China

2 Beijing Advanced Innovation Center for Future Internet Technology,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China

3 Purple Mountain Laboratories,Nanjing 211111,China

4 Department of Information Technology Application and Software Services,Beijing 100846,China

通讯作者: 霍如，huoru@bjut.edu.cn

修回日期: 2019-12-12

网络出版日期: 2020-01-25

基金资助:

国家高技术研究发展计划（“863”计划）基金资助项目. 2015AA015702未来网络操作系统发展战略研究基金资助项目. 2019-XY-5

Revised: 2019-12-12

Online: 2020-01-25

Fund supported:

The National High Technology Research and Development Program of China (863 Program). 2015AA015702The Development Strategy Research of Future Network Operating System. 2019-XY-5

作者简介 About authors

曾诗钦（1995-），男，广西南宁人，北京邮电大学博士生，主要研究方向为区块链、标识解析技术、工业互联网

。

霍如（1988-），女，黑龙江哈尔滨人，博士，北京工业大学讲师，主要研究方向为计算机网络、信息中心网络、网络缓存策略与算法、工业互联网、标识解析技术等。

。

黄韬（1980-），男，重庆人，博士，北京邮电大学教授，主要研究方向为未来网络体系架构、软件定义网络、网络虚拟化等。

。

刘江（1983-），男，河南郑州人，博士，北京邮电大学教授，主要研究方向为未来网络体系架构、软件定义网络、网络虚拟化、信息中心网络等。

。

汪硕（1991-），男，河南灵宝人，博士，北京邮电大学在站博士后，主要研究方向为数据中心网络、软件定义网络、网络流量调度等。

。

冯伟（1980-），男，河北邯郸人，博士，工业和信息化部副研究员，主要研究方向为工业互联网平台、数字孪生、信息化和工业化融合发展关键技术等

。

摘要

区块链是一种分布式账本技术，依靠智能合约等逻辑控制功能演变为完整的存储系统。其分类方式、服务模式和应用需求的变化导致核心技术形态的多样性发展。为了完整地认知区块链生态系统，设计了一个层次化的区块链技术体系结构，进一步深入剖析区块链每层结构的基本原理、技术关联以及研究进展，系统归纳典型区块链项目的技术选型和特点，最后给出智慧城市、工业互联网等区块链前沿应用方向，提出区块链技术挑战与研究展望。

关键词：

区块链

;

加密货币

;

去中心化

;

层次化技术体系结构

;

技术多样性

;

工业区块链

Abstract

Blockchain is a kind of distributed ledger technology that upgrades to a complete storage system by adding logic control functions such as intelligent contracts.With the changes of its classification,service mode and application requirements,the core technology forms of Blockchain show diversified development.In order to understand the Blockchain ecosystem thoroughly,a hierarchical technology architecture of Blockchain was proposed.Furthermore,each layer of blockchain was analyzed from the perspectives of basic principle,related technologies and research progress in-depth.Moreover,the technology selections and characteristics of typical Blockchain projects were summarized systematically.Finally,some application directions of blockchain frontiers,technology challenges and research prospects including Smart Cities and Industrial Internet were given.

Keywords：

blockchain

;

cryptocurrency

;

decentralization

;

hierarchical technology architecture

;

technology diversity

;

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本文引用格式

曾诗钦, 霍如, 黄韬, 刘江, 汪硕, 冯伟. 区块链技术研究综述：原理、进展与应用. 通信学报[J], 2020, 41(1): 134-151 doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

ZENG Shiqin. Survey of blockchain:principle,progress and application. Journal on Communications[J], 2020, 41(1): 134-151 doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

1 引言

2008年，中本聪提出了去中心化加密货币——比特币（bitcoin）的设计构想。2009年，比特币系统开始运行，标志着比特币的正式诞生。2010—2015 年，比特币逐渐进入大众视野。2016—2018年，随着各国陆续对比特币进行公开表态以及世界主流经济的不确定性增强，比特币的受关注程度激增，需求量迅速扩大。事实上，比特币是区块链技术最成功的应用场景之一。伴随着以太坊（ethereum）等开源区块链平台的诞生以及大量去中心化应用（DApp,decentralized application）的落地，区块链技术在更多的行业中得到了应用。

由于具备过程可信和去中心化两大特点，区块链能够在多利益主体参与的场景下以低成本的方式构建信任基础，旨在重塑社会信用体系。近两年来区块链发展迅速，人们开始尝试将其应用于金融、教育、医疗、物流等领域。但是，资源浪费、运行低效等问题制约着区块链的发展，这些因素造成区块链分类方式、服务模式和应用需求发生快速变化，进一步导致核心技术朝多样化方向发展，因此有必要采取通用的结构分析区块链项目的技术路线和特点，以梳理和明确区块链的研究方向。

区块链涵盖多种技术，相关概念易混淆，且应用场景繁多，为此，已有相关综述主要从技术体系结构、技术挑战和应用场景等角度来梳理区块链的最新进展、技术差异和联系，总结技术形态和应用价值。袁勇等[1]给出了区块链基本模型，以比特币为例将非许可链分为数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层；邵奇峰等[2]结合开源项目细节，对比了多种企业级区块链（许可链）的技术特点；Yang等[3]总结了基于区块链的网络服务架构的特点、挑战和发展趋势；韩璇等[4]系统性归纳了区块链安全问题的研究现状；Ali等[5]总结了区块链在物联网方面的应用研究进展、趋势。上述文献虽然归纳得较为完整，但是都没有从许可链与非许可链共性技术的角度进行通用的层次结构分析，没有体现出区块链技术与组网路由、数据结构、同步机制等已有技术的关联性，且缺少对区块链项目的差异分析。本文则对有关概念进行区分，探讨了通用的层次化技术结构及其与已有技术的关联性，并针对该结构横向分析相关学术研究进展；根据分层结构对比部分区块链项目的技术选型；最后以智慧城市场景、边缘计算和人工智能技术为代表介绍区块链应用研究现状，给出区块链技术挑战与研究展望。

2 相关概念

随着区块链技术的深入研究，不断衍生出了很多相关的术语，例如“中心化”“去中心化”“公链”“联盟链”等。为了全面地了解区块链技术，并对区块链技术涉及的关键术语有系统的认知，本节将给出区块链及其相关概念的定义，以及它们的联系，更好地区分易使人混淆的术语。

2.1 中心化与去中心化

中心化（centralization）与去中心化（decentralization）最早用来描述社会治理权力的分布特征。从区块链应用角度出发，中心化是指以单个组织为枢纽构建信任关系的场景特点。例如，电子支付场景下用户必须通过银行的信息系统完成身份验证、信用审查和交易追溯等；电子商务场景下对端身份的验证必须依靠权威机构下发的数字证书完成。相反，去中心化是指不依靠单一组织进行信任构建的场景特点，该场景下每个组织的重要性基本相同。

2.2 加密货币

加密货币（cryptocurrency）是一类数字货币（digital currency）技术，它利用多种密码学方法处理货币数据，保证用户的匿名性、价值的有效性；利用可信设施发放和核对货币数据，保证货币数量的可控性、资产记录的可审核性，从而使货币数据成为具备流通属性的价值交换媒介，同时保护使用者的隐私。

加密货币的概念起源于一种基于盲签名（blind signature）的匿名交易技术[6]，最早的加密货币交易模型“electronic cash”[7]如图1所示。

图1

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图1

“electronic cash”交易模型

交易开始前，付款者使用银行账户兑换加密货币，然后将货币数据发送给领款者，领款者向银行发起核对请求，若该数据为银行签发的合法货币数据，那么银行将向领款者账户记入等额数值。通过盲签名技术，银行完成对货币数据的认证，而无法获得发放货币与接收货币之间的关联，从而保证了价值的有效性、用户的匿名性；银行天然具有发放币种、账户记录的能力，因此保证了货币数量的可控性与资产记录的可审核性。

最早的加密货币构想将银行作为构建信任的基础，呈现中心化特点。此后，加密货币朝着去中心化方向发展，并试图用工作量证明（PoW,poof of work）[8]或其改进方法定义价值。比特币在此基础上，采用新型分布式账本技术保证被所有节点维护的数据不可篡改，从而成功构建信任基础，成为真正意义上的去中心化加密货币。区块链从去中心化加密货币发展而来，随着区块链的进一步发展，去中心化加密货币已经成为区块链的主要应用之一。

2.3 区块链及工作流程

一般认为，区块链是一种融合多种现有技术的新型分布式计算和存储范式。它利用分布式共识算法生成和更新数据，并利用对等网络进行节点间的数据传输，结合密码学原理和时间戳等技术的分布式账本保证存储数据的不可篡改，利用自动化脚本代码或智能合约实现上层应用逻辑。如果说传统数据库实现数据的单方维护，那么区块链则实现多方维护相同数据，保证数据的安全性和业务的公平性。区块链的工作流程主要包含生成区块、共识验证、账本维护3个步骤。

1) 生成区块。区块链节点收集广播在网络中的交易——需要记录的数据条目，然后将这些交易打包成区块——具有特定结构的数据集。

2) 共识验证。节点将区块广播至网络中，全网节点接收大量区块后进行顺序的共识和内容的验证，形成账本——具有特定结构的区块集。

3) 账本维护。节点长期存储验证通过的账本数据并提供回溯检验等功能，为上层应用提供账本访问接口。

2.4 区块链类型

根据不同场景下的信任构建方式，可将区块链分为2类：非许可链（permissionless blockchain）和许可链（permissioned blockchain）。

非许可链也称为公链（public blockchain），是一种完全开放的区块链，即任何人都可以加入网络并参与完整的共识记账过程，彼此之间不需要信任。公链以消耗算力等方式建立全网节点的信任关系，具备完全去中心化特点的同时也带来资源浪费、效率低下等问题。公链多应用于比特币等去监管、匿名化、自由的加密货币场景。

许可链是一种半开放式的区块链，只有指定的成员可以加入网络，且每个成员的参与权各有不同。许可链往往通过颁发身份证书的方式事先建立信任关系，具备部分去中心化特点，相比于非许可链拥有更高的效率。进一步，许可链分为联盟链（consortium blockchain）和私链（fully private blockchain）。联盟链由多个机构组成的联盟构建，账本的生成、共识、维护分别由联盟指定的成员参与完成。在结合区块链与其他技术进行场景创新时，公链的完全开放与去中心化特性并非必需，其低效率更无法满足需求，因此联盟链在某些场景中成为实适用性更强的区块链选型。私链相较联盟链而言中心化程度更高，其数据的产生、共识、维护过程完全由单个组织掌握，被该组织指定的成员仅具有账本的读取权限。

3 区块链体系结构

根据区块链发展现状，本节将归纳区块链的通用层次技术结构、基本原理和研究进展。

现有项目的技术选型多数由比特币演变而来，所以区块链主要基于对等网络通信，拥有新型的基础数据结构，通过全网节点共识实现公共账本数据的统一。但是区块链也存在效率低、功耗大和可扩展性差等问题，因此人们进一步以共识算法、处理模型、交易模式创新为切入点进行技术方案改进，并在此基础上丰富了逻辑控制功能和区块链应用功能，使其成为一种新型计算模式。本文给出如图2 所示的区块链通用层次化技术结构，自下而上分别为网络层、数据层、共识层、控制层和应用层。其中，网络层是区块链信息交互的基础，承载节点间的共识过程和数据传输，主要包括建立在基础网络之上的对等网络及其安全机制；数据层包括区块链基本数据结构及其原理；共识层保证节点数据的一致性，封装各类共识算法和驱动节点共识行为的奖惩机制；控制层包括沙盒环境、自动化脚本、智能合约和权限管理等，提供区块链可编程特性，实现对区块数据、业务数据、组织结构的控制；应用层包括区块链的相关应用场景和实践案例，通过调用控制合约提供的接口进行数据交互，由于该层次不涉及区块链原理，因此在第 5节中单独介绍。

3.1 网络层

网络层关注区块链网络的基础通信方式——对等（P2P,peer-to-peer）网络。对等网络是区别于“客户端/服务器”服务模式的计算机通信与存储架构，网络中每个节点既是数据的提供者也是数据的使用者，节点间通过直接交换实现计算机资源与信息的共享，因此每个节点地位均等。区块链网络层由组网结构、通信机制、安全机制组成。其中组网结构描述节点间的路由和拓扑关系，通信机制用于实现节点间的信息交互，安全机制涵盖对端安全和传输安全。

图2

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图2

区块链层次化技术结构

1) 组网结构

对等网络的体系架构可分为无结构对等网络、结构化对等网络和混合式对等网络[9]，根据节点的逻辑拓扑关系，区块链网络的组网结构也可以划分为上述3种，如图3所示。

图3

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图3

区块链组网结构

无结构对等网络是指网络中不存在特殊中继节点、节点路由表的生成无确定规律、网络拓扑呈现随机图状的一类对等网络。该类网络结构松散，设计简洁，具有良好的容错性和匿名性，但由于采用洪泛机制作为信息传播方式，其可扩展性较差。典型的协议有Gnutella等。

结构化对等网络是指网络中不存在特殊中继节点、节点间根据特定算法生成路由表、网络拓扑具有严格规律的一类对等网络。该类网络实现复杂但可扩展性良好，通过结构化寻址可以精确定位节点从而实现多样化功能。常见的结构化网络以DHT （distributed hash table）网络为主，典型的算法有Chord、Kademlia等。

混合式对等网络是指节点通过分布式中继节点实现全网消息路由的一类对等网络。每个中继节点维护部分网络节点地址、文件索引等工作，共同实现数据中继的功能。典型的协议有Kazza等。

2) 通信机制

通信机制是指区块链网络中各节点间的对等通信协议，建立在 TCP/UDP 之上，位于计算机网络协议栈的应用层，如图4所示。该机制承载对等网络的具体交互逻辑，例如节点握手、心跳检测、交易和区块传播等。由于包含的协议功能不同（例如基础链接与扩展交互），本文将通信机制细分为3个层次：传播层、连接层和交互逻辑层。

传播层实现对等节点间数据的基本传输，包括2 种数据传播方式：单点传播和多点传播。单点传播是指数据在2个已知节点间直接进行传输而不经过其他节点转发的传播方式；多点传播是指接收数据的节点通过广播向邻近节点进行数据转发的传播方式，区块链网络普遍基于Gossip协议[10]实现洪泛传播。连接层用于获取节点信息，监测和改变节点间连通状态，确保节点间链路的可用性（availability）。具体而言，连接层协议帮助新加入节点获取路由表数据，通过定时心跳监测为节点保持稳定连接，在邻居节点失效等情况下为节点关闭连接等。交互逻辑层是区块链网络的核心，从主要流程上看，该层协议承载对等节点间账本数据的同步、交易和区块数据的传输、数据校验结果的反馈等信息交互逻辑，除此之外，还为节点选举、共识算法实施等复杂操作和扩展应用提供消息通路。

图4

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图4

区块链网络通信机制

3) 安全机制

安全是每个系统必须具备的要素，以比特币为代表的非许可链利用其数据层和共识层的机制，依靠消耗算力的方式保证数据的一致性和有效性，没有考虑数据传输过程的安全性，反而将其建立在不可信的透明P2P网络上。随着隐私保护需求的提出，非许可链也采用了一些网络匿名通信方法，例如匿名网络Tor（the onion router）通过沿路径的层层数据加密机制来保护对端身份。许可链对成员的可信程度有更高的要求，在网络层面采取适当的安全机制，主要包括身份安全和传输安全两方面。身份安全是许可链的主要安全需求，保证端到端的可信，一般采用数字签名技术实现，对节点的全生命周期（例如节点交互、投票、同步等）进行签名，从而实现许可链的准入许可。传输安全防止数据在传输过程中遭到篡改或监听，常采用基于TLS的点对点传输和基于Hash算法的数据验证技术。

4) 研究现状

目前，区块链网络层研究主要集中在3个方向：测量优化、匿名分析与隐私保护、安全防护。

随着近年来区块链网络的爆炸式发展以及开源特点，学术界开始关注大型公有链项目的网络状况，监测并研究它们的特点，研究对象主要为比特币网络。Decker等[11]设计和实现测量工具，分析传播时延数据、协议数据和地址数据，建模分析影响比特币网络性能的网络层因素，基于此提出各自的优化方法。Fadhil等[12]提出基于事件仿真的比特币网络仿真模型，利用真实测量数据验证模型的有效性，最后提出优化机制 BCBSN，旨在设立超级节点降低网络波动。Kaneko 等[13]将区块链节点分为共识节点和验证节点，其中共识节点采用无结构组网方式，验证节点采用结构化组网方式，利用不同组网方式的优点实现网络负载的均衡。

匿名性是加密货币的重要特性之一，但从网络层视角看，区块链的匿名性并不能有效保证，因为攻击者可以利用监听并追踪 IP 地址的方式推测出交易之间、交易与公钥地址之间的关系，通过匿名隐私研究可以主动发掘安全隐患，规避潜在危害。Koshy 等[16,17]从网络拓扑、传播层协议和作恶模型3个方面对比特币网络进行建模，通过理论分析和仿真实验证明了比特币网络协议在树形组网结构下仅具备弱匿名性，在此基础上提出 Dandelion 网络策略以较低的网络开销优化匿名性，随后又提出 Dandelion++原理，以最优信息理论保证来抵抗大规模去匿名攻击。

区块链重点关注其数据层和共识层面机制，并基于普通网络构建开放的互联环境，该方式极易遭受攻击。为提高区块链网络的安全性，学术界展开研究并给出了相应的解决方案。Heilman 等[18]对比特币和以太坊网络实施日蚀攻击（eclipse attack）——通过屏蔽正确节点从而完全控制特定节点的信息来源，证实了该攻击的可行性。Apostolaki等[19]提出针对比特币网络的 BGP（border gateway protocal）劫持攻击，通过操纵自治域间路由或拦截域间流量来制造节点通信阻塞，表明针对关键数据的沿路攻击可以大大降低区块传播性能。

3.2 数据层

区块链中的“块”和“链”都是用来描述其数据结构特征的词汇，可见数据层是区块链技术体系的核心。区块链数据层定义了各节点中数据的联系和组织方式，利用多种算法和机制保证数据的强关联性和验证的高效性，从而使区块链具备实用的数据防篡改特性。除此之外，区块链网络中每个节点存储完整数据的行为增加了信息泄露的风险，隐私保护便成为迫切需求，而数据层通过非对称加密等密码学原理实现了承载应用信息的匿名保护，促进区块链应用普及和生态构建。因此，从不同应用信息的承载方式出发，考虑数据关联性、验证高效性和信息匿名性需求，可将数据层关键技术分为信息模型、关联验证结构和加密机制3类。

1) 信息模型

区块链承载了不同应用的数据（例如支付记录、审计数据、供应链信息等），而信息模型则是指节点记录应用信息的逻辑结构，主要包括UTXO （unspent transaction output）、基于账户和键值对模型3种。需要说明的是，在大部分区块链网络中，每个用户均被分配了交易地址，该地址由一对公私钥生成，使用地址标识用户并通过数字签名的方式检验交易的有效性。

UTXO是比特币交易中的核心概念，逐渐演变为区块链在金融领域应用的主要信息模型，如图5所示。每笔交易（Tx）由输入数据（Input）和输出数据（Output）组成，输出数据为交易金额（Num）和用户公钥地址（Adr），而输入数据为上一笔交易输出数据的指针（Pointer），直到该比特币的初始交易由区块链网络向节点发放。

图5

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图5

UTXO信息模型

基于账户的信息模型以键值对的形式存储数据，维护着账户当前的有效余额，通过执行交易来不断更新账户数据。相比于UTXO，基于账户的信息模型与银行的储蓄账户类似，更直观和高效。

不管是UTXO还是基于账户的信息模型，都建立在更为通用的键值对模型上，因此为了适应更广泛的应用场景，键值对模型可直接用于存储业务数据，表现为表单或集合形式。该模型利于数据的存取并支持更复杂的业务逻辑，但是也存在复杂度高的问题。

2) 关联验证结构

区块链之所以具备防篡改特性，得益于链状数据结构的强关联性。该结构确定了数据之间的绑定关系，当某个数据被篡改时，该关系将会遭到破坏。由于伪造这种关系的代价是极高的，相反检验该关系的工作量很小，因此篡改成功率被降至极低。链状结构的基本数据单位是“区块（block）”，基本内容如图6所示。

图6

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图6

基本区块结构

区块由区块头（Header）和区块体（Body）两部分组成，区块体包含一定数量的交易集合；区块头通过前继散列（PrevHash）维持与上一区块的关联从而形成链状结构，通过MKT（MerkleTree）生成的根散列（RootHash）快速验证区块体交易集合的完整性。因此散列算法和 MKT 是关联验证结构的关键，以下将对此展开介绍。

散列（Hash）算法也称为散列函数，它实现了明文到密文的不可逆映射；同时，散列算法可以将任意长度的输入经过变化得到固定长度的输出；最后，即使元数据有细微差距，变化后的输出也会产生显著不同。利用散列算法的单向、定长和差异放大的特征，节点通过比对当前区块头的前继散列即可确定上一区块内容的正确性，使区块的链状结构得以维系。区块链中常用的散列算法包括SHA256等。

MKT包括根散列、散列分支和交易数据。MKT首先对交易进行散列运算，再对这些散列值进行分组散列，最后逐级递归直至根散列。MKT 带来诸多好处：一方面，对根散列的完整性确定即间接地实现交易的完整性确认，提升高效性；另一方面，根据交易的散列路径（例如 Tx1：Hash2、Hash34）可降低验证某交易存在性的复杂度，若交易总数为N，那么MKT可将复杂度由N降为lbN。除此之外，还有其他数据结构与其配合使用，例如以太坊通过MPT（Merkle Patricia tree）——PatriciaTrie 和MerkleTree混合结构，高效验证其基于账户的信息模型数据。

此外，区块头中还可根据不同项目需求灵活添加其他信息，例如添加时间戳为区块链加入时间维度，形成时序记录；添加记账节点标识，以维护成块节点的权益；添加交易数量，进一步提高区块体数据的安全性。

3) 加密机制

由上述加密货币原理可知，经比特币演变的区块链技术具备与生俱来的匿名性，通过非对称加密等技术既保证了用户的隐私又检验了用户身份。非对称加密技术是指加密者和解密者利用2个不同秘钥完成加解密，且秘钥之间不能相互推导的加密机制。常用的非对称加密算法包括 RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）等。对应图5，Alice 向 Bob 发起交易 Tx2，Alice使用Bob的公钥对交易签名，仅当Bob使用私钥验证该数字签名时，才有权利创建另一笔交易，使自身拥有的币生效。该机制将公钥作为基础标识用户，使用户身份不可读，一定程度上保护了隐私。

4) 研究现状

数据层面的研究方向集中在高效验证、匿名分析、隐私保护3个方面。

高效验证的学术问题源于验证数据结构（ADS,authenticated data structure），即利用特定数据结构快速验证数据的完整性，实际上 MKT 也是其中的一种。为了适应区块链数据的动态性（dynamical）并保持良好性能，学术界展开了研究。Reyzin等[20]基于AVL树形结构提出AVL+，并通过平衡验证路径、缺省堆栈交易集等机制，简化轻量级节点的区块头验证过程。Zhang等[21]提出GEM2-tree结构，并对其进行优化提出 GEM2כ-tree 结构，通过分解单树结构、动态调整节点计算速度、扩展数据索引等机制降低以太坊节点计算开销。

区块数据直接承载业务信息，因此区块数据的匿名关联性分析更为直接。Reid等[22]将区块数据建模为事务网络和用户网络，利用多交易数据的用户指向性分析成功降低网络复杂度。Meiklejohn等[23]利用启发式聚类方法分析交易数据的流动特性并对用户进行分组，通过与这些服务的互动来识别主要机构的比特币地址。Awan 等[24]使用优势集（dominant set）方法对区块链交易进行自动分类，从而提高分析准确率。

隐私保护方面，Saxena等[25]提出复合签名技术削弱数据的关联性，基于双线性映射中的Diffie-Hellman假设保证计算困难性，从而保护用户隐私。Miers 等[26]和 Sasson 等[27]提出 Zerocoin 和Zerocash，在不添加可信方的情况下断开交易间的联系，最早利用零知识证明（zero-knowledge proof）技术隐藏交易的输入、输出和金额信息，提高比特币的匿名性。非对称加密是区块链数据安全的核心，但在量子计算面前却显得“捉襟见肘”，为此Yin等[28]利用盆景树模型（bonsai tree）改进晶格签名技术（lattice-based signature），以保证公私钥的随机性和安全性，使反量子加密技术适用于区块链用户地址的生成。

3.3 共识层

区块链网络中每个节点必须维护完全相同的账本数据，然而各节点产生数据的时间不同、获取数据的来源未知，存在节点故意广播错误数据的可能性，这将导致女巫攻击[29]、双花攻击[30]等安全风险；除此之外，节点故障、网络拥塞带来的数据异常也无法预测。因此，如何在不可信的环境下实现账本数据的全网统一是共识层解决的关键问题。实际上，上述错误是拜占庭将军问题（the Byzantine generals problem）[31]在区块链中的具体表现，即拜占庭错误——相互独立的组件可以做出任意或恶意的行为，并可能与其他错误组件产生协作，此类错误在可信分布式计算领域被广泛研究。

状态机复制（state-machine replication）是解决分布式系统容错问题的常用理论。其基本思想为：任何计算都表示为状态机，通过接收消息来更改其状态。假设一组副本以相同的初始状态开始，并且能够就一组公共消息的顺序达成一致，那么它们可以独立进行状态的演化计算，从而正确维护各自副本之间的一致性。同样，区块链也使用状态机复制理论解决拜占庭容错问题，如果把每个节点的数据视为账本数据的副本，那么节点接收到的交易、区块即为引起副本状态变化的消息。状态机复制理论实现和维持副本的一致性主要包含2个要素：正确执行计算逻辑的确定性状态机和传播相同序列消息的共识协议。其中，共识协议是影响容错效果、吞吐量和复杂度的关键，不同安全性、可扩展性要求的系统需要的共识协议各有不同。学术界普遍根据通信模型和容错类型对共识协议进行区分[32]，因此严格地说，区块链使用的共识协议需要解决的是部分同步（partial synchrony）模型[33]下的拜占庭容错问题。

区块链网络中主要包含PoX（poof of X）[34]、BFT（byzantine-fault tolerant）和 CFT（crash-fault tolerant）类基础共识协议。PoX 类协议是以 PoW （proof of work）为代表的基于奖惩机制驱动的新型共识协议，为了适应数据吞吐量、资源利用率和安全性的需求，人们又提出PoS（proof of stake）、PoST （proof of space-time）等改进协议。它们的基本特点在于设计证明依据，使诚实节点可以证明其合法性，从而实现拜占庭容错。BFT类协议是指解决拜占庭容错问题的传统共识协议及其改良协议，包括PBFT、BFT-SMaRt、Tendermint等。CFT类协议用于实现崩溃容错，通过身份证明等手段规避节点作恶的情况，仅考虑节点或网络的崩溃（crash）故障，主要包括Raft、Paxos、Kafka等协议。

非许可链和许可链的开放程度和容错需求存在差异，共识层面技术在两者之间产生了较大区别。具体而言，非许可链完全开放，需要抵御严重的拜占庭风险，多采用PoX、BFT类协议并配合奖惩机制实现共识。许可链拥有准入机制，网络中节点身份可知，一定程度降低了拜占庭风险，因此可采用BFT类协议、CFT类协议构建相同的信任模型[35]。

限于篇幅原因，本节仅以 PoW、PBFT、Raft为切入进行3类协议的分析。

1) PoX类协议

PoW也称为Nakamoto协议，是比特币及其衍生项目使用的核心共识协议，如图7所示。

图7

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图7

PoW协议示意

该协议在区块链头结构中加入随机数Nonce，并设计证明依据：为生成新区块，节点必须计算出合适的 Nonce 值，使新生成的区块头经过双重SHA256 运算后小于特定阈值。该协议的整体流程为：全网节点分别计算证明依据，成功求解的节点确定合法区块并广播，其余节点对合法区块头进行验证，若验证无误则与本地区块形成链状结构并转发，最终达到全网共识。PoW是随机性协议，任何节点都有可能求出依据，合法区块的不唯一将导致生成分支链，此时节点根据“最长链原则”选择一定时间内生成的最长链作为主链而抛弃其余分支链，从而使各节点数据最终收敛。

PoW协议采用随机性算力选举机制，实现拜占庭容错的关键在于记账权的争夺，目前寻找证明依据的方法只有暴力搜索，其速度完全取决于计算芯片的性能，因此当诚实节点数量过半，即“诚实算力”过半时，PoW便能使合法分支链保持最快的增长速度，也即保证主链一直是合法的。PoW是一种依靠饱和算力竞争纠正拜占庭错误的共识协议，关注区块产生、传播过程中的拜占庭容错，在保证防止双花攻击的同时也存在资源浪费、可扩展性差等问题。

2) BFT类协议

PBFT是 BFT经典共识协议，其主要流程如图8 所示。PBFT将节点分为主节点和副节点，其中主节点负责将交易打包成区块，副节点参与验证和转发，假设作恶节点数量为f。PBFT共识主要分为预准备、准备和接受3个阶段，主节点首先收集交易后排序并提出合法区块提案；其余节点先验证提案的合法性，然后根据区块内交易顺序依次执行并将结果摘要组播；各节点收到2f个与自身相同的摘要后便组播接受投票；当节点收到超过2f+1个投票时便存储区块及其产生的新状态[36]。

图8

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图8

PBFT协议示意

PBFT 协议解决消息传播过程的拜占庭容错，由于算法复杂度为 O(n2)且存在确定性的主节点选举规则，PBFT 仅适用于节点数量少的小型许可链系统。

3) CFT类协议

Raft[37]是典型的崩溃容错共识协议，以可用性强著称。Raft将节点分为跟随节点、候选节点和领导节点，领导节点负责将交易打包成区块，追随节点响应领导节点的同步指令，候选节点完成领导节点的选举工作。当网络运行稳定时，只存在领导节点和追随节点，领导节点向追随节点推送区块数据从而实现同步。节点均设置生存时间决定角色变化周期，领导节点的心跳信息不断重置追随节点的生存时间，当领导节点发生崩溃时，追随节点自动转化为候选节点并进入选举流程，实现网络自恢复。

Raft协议实现崩溃容错的关键在于领导节点的自选举机制，部分许可链选择降低可信需求，将拜占庭容错转换为崩溃容错，从而提升共识速度。

4) 奖惩机制

奖惩机制包括激励机制与惩罚策略，其中激励机制是为了弥补节点算力消耗、平衡协议运行收益比的措施，当节点能够在共识过程中获得收益时才会进行记账权的争夺，因此激励机制利用经济效益驱动各共识协议可持续运行。激励机制一般基于价值均衡理论设计，具有代表性的机制包括PPLNS、PPS等。为了实现收益最大化，节点可能采用不诚实的运行策略（如扣块攻击、自私挖矿等），损害了诚实节点的利益，惩罚策略基于博弈论等理论对节点进行惩罚，从而纠正不端节点的行为，维护共识可持续性。

5) 研究现状

随着可扩展性和性能需求的多样化发展，除了传统的BFT、CFT协议和PoX协议衍生研究，还产生了混合型协议（Hybrid）——主要为 PoX类协议混合以及PoX-BFT协议混合。因此本节从PoX类、BFT类以及Hybrid类协议归纳共识层研究进展。

如前文所述，PoX类协议的基本特点在于设计证明依据，使诚实节点可以证明其合法性，从而实现拜占庭容错。uPoW[38]通过计算有意义的正交向量问题证明节点合法性，使算力不被浪费。PoI （proof-of-importance）[39]利用图论原理为每个节点赋予重要性权重，权重越高的节点将越有可能算出区块。PoS（poof-of-stake）为节点定义“币龄”，拥有更高币龄的节点将被分配更多的股份（stake），而股份被作为证明依据用于成块节点的选举。Ouroboros[40]通过引入多方掷币协议增大了选举随机性，引入近乎纳什均衡的激励机制进一步提高PoS 的安全性。PoRep（proof-of-replication）[41]应用于去中心化存储网络，利用证明依据作为贡献存储空间的奖励，促进存储资源再利用。

BFT协议有较长的发展史，在区块链研究中被赋予了新的活力。SCP[42]和Ripple[43]基于联邦拜占庭共识[44]——存在交集的多池（确定规模的联邦）共识，分别允许节点自主选择或与指定的节点构成共识联邦，通过联邦交集达成全网共识。Tendermint[45]使用Gossip通信协议基本实现异步拜占庭共识，不仅简化了流程而且提高了可用性。HotStuff[46]将BFT与链式结构数据相结合，使主节点能够以实际网络时延及 O(n)通信复杂度推动协议达成一致。LibraBFT[47]在HotStuff的基础上加入奖惩机制及节点替换机制，从而优化了性能。

Hybrid 类协议是研究趋势之一。PoA[48]利用PoW产生空区块头，利用PoS决定由哪些节点进行记账和背书，其奖励由背书节点和出块节点共享。PeerCensus[49]由节点团体进行拜占庭协议实现共识，而节点必须基于比特币网络，通过 PoW 产出区块后才能获得投票权力。ByzCoin[50]利用PoW的算力特性构建动态成员关系，并引入联合签名方案来减小PBFT的轮次通信开销，提高交易吞吐量，降低确认时延。Casper[51]则通过PoS的股份决定节点构成团体并进行BFT共识，且节点可投票数取决于股份。

3.4 控制层

区块链节点基于对等通信网络与基础数据结构进行区块交互，通过共识协议实现数据一致，从而形成了全网统一的账本。控制层是各类应用与账本产生交互的中枢，如果将账本比作数据库，那么控制层提供了数据库模型，以及相应封装、操作的方法。具体而言，控制层由处理模型、控制合约和执行环境组成。处理模型从区块链系统的角度分析和描述业务/交易处理方式的差异。控制合约将业务逻辑转化为交易、区块、账本的具体操作。执行环境为节点封装通用的运行资源，使区块链具备稳定的可移植性。

1) 处理模型

账本用于存储全部或部分业务数据，那么依据该数据的分布特征可将处理模型分为链上（on-chain）和链下（off-chain）2种。

链上模型是指业务数据完全存储在账本中，业务逻辑通过账本的直接存取实现数据交互。该模型的信任基础建立在强关联性的账本结构中，不仅实现防篡改而且简化了上层控制逻辑，但是过量的资源消耗与庞大的数据增长使系统的可扩展性达到瓶颈，因此该模型适用于数据量小、安全性强、去中心化和透明程度高的业务。

链下模型是指业务数据部分或完全存储在账本之外，只在账本中存储指针以及其他证明业务数据存在性、真实性和有效性的数据。该模型以“最小化信任成本”为准则，将信任基础建立在账本与链下数据的证明机制中，降低账本构建成本。由于与公开的账本解耦，该模型具有良好的隐私性和可拓展性，适用于去中心化程度低、隐私性强、吞吐量大的业务。

2) 控制合约

区块链中控制合约经历了2个发展阶段，首先是以比特币为代表的非图灵完备的自动化脚本，用于锁定和解锁基于UTXO信息模型的交易，与强关联账本共同克服了双花等问题，使交易数据具备流通价值。其次是以以太坊为代表的图灵完备的智能合约，智能合约是一种基于账本数据自动执行的数字化合同，由开发者根据需求预先定义，是上层应用将业务逻辑编译为节点和账本操作集合的关键。智能合约通过允许相互不信任的参与者在没有可信第三方的情况下就复杂合同的执行结果达成协议，使合约具备可编程性，实现业务逻辑的灵活定义并扩展区块链的使用。

3) 执行环境

执行环境是指执行控制合约所需要的条件，主要分为原生环境和沙盒环境。原生环境是指合约与节点系统紧耦合，经过源码编译后直接执行，该方式下合约能经历完善的静态分析，提高安全性。沙盒环境为节点运行提供必要的虚拟环境，包括网络通信、数据存储以及图灵完备的计算/控制环境等，在虚拟机中运行的合约更新方便、灵活性强，其产生的漏洞也可能造成损失。

4) 研究现状

控制层的研究方向主要集中在可扩展性优化与安全防护2个方面。

侧链（side-chain）在比特币主链外构建新的分类资产链，并使比特币和其他分类资产在多个区块链之间转移，从而分散了单一链的负荷。Tschorsch等[52]利用Two-way Peg机制实现交互式跨链资产转换，防止该过程中出现双花。Kiayias 等[53]利用NIPoPoW机制实现非交互式的跨链工作证明，并降低了跨链带来的区块冗余。分片（sharding）是指不同节点子集处理区块链的不同部分，从而减少每个节点的负载。ELASTICO[54]将交易集划分为不同分片，每个分片由不同的节点集合进行并行验证。OmniLedger[55]在前者的基础上优化节点随机选择及跨切片事务提交协议，从而提高了切片共识的安全性与正确性。区别于 OmniLedger，PolyShard[56]利用拉格朗日多项式编码分片为分片交互过程加入计算冗余，同时实现了可扩展性优化与安全保障。上述研究可视为链上处理模型在加密货币场景下的可扩展性优化方案。实际上，链下处理模型本身就是一种扩展性优化思路，闪电网络[57]通过状态通道对交易最终结果进行链上确认，从而在交易过程中实现高频次的链外支付。Plasma[58]在链下对区块链进行树形分支拓展，树形分支中的父节点完成子节点业务的确认，直到根节点与区块链进行最终确认。

一方面，沙盒环境承载了区块链节点运行条件，针对虚拟机展开的攻击更为直接；另一方面，智能合约直接对账本进行操作，其漏洞更易影响业务运行，因此控制层的安全防护研究成为热点。Luu等[59]分析了运行于EVM中的智能合约安全性，指出底层平台的分布式语义差异带来的安全问题。Brent 等[60]提出智能合约安全分析框架 Vandal，将EVM 字节码转换为语义逻辑关，为分析合约安全漏洞提供便利。Jiang 等[61]预先定义用于安全漏洞的特征，然后模拟执行大规模交易，通过分析日志中的合约行为实现漏洞检测。

4 技术选型分析

区别于其他技术，区块链发展过程中最显著的特点是与产业界紧密结合，伴随着加密货币和分布式应用的兴起，业界出现了许多区块链项目。这些项目是区块链技术的具体实现，既有相似之处又各具特点，本节将根据前文所述层次化结构对比特币、以太坊和超级账本Fabric项目进行分析，然后简要介绍其他代表性项目并归纳和对比各项目的技术选型及特点。

4.1 比特币

比特币是目前规模最大、影响范围最广的非许可链开源项目。图9为比特币项目以账本为核心的运行模式，也是所有非许可链项目的雏形。比特币网络为用户提供兑换和转账业务，该业务的价值流通媒介由账本确定的交易数据——比特币支撑。为了保持账本的稳定和数据的权威性，业务制定奖励机制，即账本为节点产生新的比特币或用户支付比特币，以此驱动节点共同维护账本。

图9

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图9

比特币运行模式

比特币网络主要由2种节点构成：全节点和轻节点。全节点是功能完备的区块链节点，而轻节点不存储完整的账本数据，仅具备验证与转发功能。全节点也称为矿工节点，计算证明依据的过程被称为“挖矿”，目前全球拥有近 1 万个全节点；矿池则是依靠奖励分配策略将算力汇集起来的矿工群；除此之外，还有用于存储私钥和地址信息、发起交易的客户端（钱包）。

1) 网络层

比特币在网络层采用非结构化方式组网，路由表呈现随机性。节点间则采用多点传播方式传递数据，曾基于Gossip协议实现，为提高网络的抗匿名分析能力改为基于Diffusion协议实现[33]。节点利用一系列控制协议确保链路的可用性，包括版本获取（Vetsion/Verack）、地址获取（Addr/GetAddr）、心跳信息（PING/PONG）等。新节点入网时，首先向硬编码 DNS 节点（种子节点）请求初始节点列表；然后向初始节点随机请求它们路由表中的节点信息，以此生成自己的路由表；最后节点通过控制协议与这些节点建立连接，并根据信息交互的频率更新路由表中节点时间戳，从而保证路由表中的节点都是活动的。交互逻辑层为建立共识交互通道，提供了区块获取（GetBlock）、交易验证（MerkleBlock）、主链选择（CmpctBlock）等协议；轻节点只需要进行简单的区块头验证，因此通过头验证（GetHeader/Header）协议和连接层中的过滤设置协议指定需要验证的区块头即可建立简单验证通路。在安全机制方面，比特币网络可选择利用匿名通信网络Tor作为数据传输承载，通过沿路径的层层数据加密机制来保护对端身份。

2) 数据层

比特币数据层面的技术选型已经被广泛研究，使用UTXO信息模型记录交易数据，实现所有权的简单、有效证明，利用 MKT、散列函数和时间戳实现区块的高效验证并产生强关联性。在加密机制方面，比特币采用参数为Secp256k1的椭圆曲线数字签名算法（ECDSA,elliptic curve digital signature algorithm）生成用户的公私钥，钱包地址则由公钥经过双重散列、Base58Check 编码等步骤生成，提高了可读性。

3) 共识层

比特币采用 PoW 算法实现节点共识，该算法证明依据中的阈值设定可以改变计算难度。计算难度由每小时生成区块的平均块数决定，如果生成得太快，难度就会增加。该机制是为了应对硬件升级或关注提升引起的算力变化，保持证明依据始终有效。目前该阈值被设定为10 min产出一个区块。除此之外，比特币利用奖惩机制保证共识的可持续运行，主要包括转账手续费、挖矿奖励和矿池分配策略等。

4) 控制层

比特币最初采用链上处理模型，并将控制语句直接记录在交易中，使用自动化锁定/解锁脚本验证UTXO模型中的比特币所有权。由于可扩展性和确认时延的限制，比特币产生多个侧链项目如Liquid、RSK、Drivechain等，以及链下处理项目Lightning Network等，从而优化交易速度。

4.2 以太坊

以太坊是第一个以智能合约为基础的可编程非许可链开源平台项目，支持使用区块链网络构建分布式应用，包括金融、音乐、游戏等类型；当满足某些条件时，这些应用将触发智能合约与区块链网络产生交互，以此实现其网络和存储功能，更重要的是衍生出更多场景应用和价值产物，例如以太猫，利用唯一标识为虚拟猫赋予价值；GitCoin，众筹软件开发平台等。

1) 网络层

以太坊底层对等网络协议簇称为DEVP2P，除了满足区块链网络功能外，还满足与以太坊相关联的任何联网应用程序的需求。DEVP2P将节点公钥作为标识，采用 Kademlia 算法计算节点的异或距离，从而实现结构化组网。DEVP2P主要由3种协议组成：节点发现协议RLPx、基础通信协议Wire和扩展协议Wire-Sub。节点间基于Gossip实现多点传播；新节点加入时首先向硬编码引导节点（bootstrap node）发送入网请求；然后引导节点根据Kademlia 算法计算与新节点逻辑距离最近的节点列表并返回；最后新节点向列表中节点发出握手请求，包括网络版本号、节点ID、监听端口等，与这些节点建立连接后则使用Ping/Pong机制保持连接。Wire子协议构建了交易获取、区块同步、共识交互等逻辑通路，与比特币类似，以太坊也为轻量级钱包客户端设计了简易以太坊协议（LES,light ethereum subprotocol）及其变体PIP。安全方面，节点在RLPx协议建立连接的过程中采用椭圆曲线集成加密方案（ECIES）生成公私钥，用于传输共享对称密钥，之后节点通过共享密钥加密承载数据以实现数据传输保护。

2) 数据层

以太坊通过散列函数维持区块的关联性，采用MPT实现账户状态的高效验证。基于账户的信息模型记录了用户的余额及其他 ERC 标准信息，其账户类型主要分为2类：外部账户和合约账户；外部账户用于发起交易和创建合约，合约账户用于在合约执行过程中创建交易。用户公私钥的生成与比特币相同，但是公钥经过散列算法Keccak-256计算后取20 B作为外部账户地址。

3) 共识层

以太坊采用 PoW 共识，将阈值设定为 15 s产出一个区块，计划在未来采用PoS或Casper共识协议。较低的计算难度将导致频繁产生分支链，因此以太坊采用独有的奖惩机制——GHOST 协议，以提高矿工的共识积极性。具体而言，区块中的散列值被分为父块散列和叔块散列，父块散列指向前继区块，叔块散列则指向父块的前继。新区块产生时，GHOST 根据前 7 代区块的父/叔散列值计算矿工奖励，一定程度弥补了分支链被抛弃时浪费的算力。

4) 控制层

每个以太坊节点都拥有沙盒环境 EVM，用于执行Solidity语言编写的智能合约；Solidity语言是图灵完备的，允许用户方便地定义自己的业务逻辑，这也是众多分布式应用得以开发的前提。为优化可扩展性，以太坊拥有侧链项目 Loom、链下计算项目Plasma，而分片技术已于2018年加入以太坊源码。

4.3 超级账本Fabric

超级账本是Linux基金会旗下的开源区块链项目，旨在提供跨行业区块链解决方案。Fabric 是超级账本子项目之一，也是影响最广的企业级可编程许可链项目；在已知的解决方案中，Fabric 被应用于供应链、医疗和金融服务等多种场景。

1) 网络层

Fabric 网络以组织为单位构建节点集群，采用混合式对等网络组网；每个组织中包括普通节点和锚节点（anchor peer），普通节点完成组织内的消息路由，锚节点负责跨组织的节点发现与消息路由。Fabric网络传播层基于Gossip实现，需要使用配置文件初始化网络，网络生成后各节点将定期广播存活信息，其余节点根据该信息更新路由表以保持连接。交互逻辑层采用多通道机制，即相同通道内的节点才能进行状态信息交互和区块同步。Fabric 为许可链，因此在网络层采取严苛的安全机制：节点被颁发证书及密钥对，产生PKI-ID进行身份验证；可选用 TLS 双向加密通信；基于多通道的业务隔离；可定义策略指定通道内的某些节点对等传输私有数据。

2) 数据层

Fabric的区块中记录读写集（read-write set）描述交易执行时的读写过程。该读写集用于更新状态数据库，而状态数据库记录了键、版本和值组成的键值对，因此属于键值对信息模型。一方面，散列函数和 MerkleTree 被用作高效关联结构的实现技术；另一方面，节点还需根据键值验证状态数据库与读写集中的最新版本是否一致。许可链场景对匿名性的要求较低，但对业务数据的隐私性要求较高，因此Fabric 1.2版本开始提供私有数据集（PDC,private data collection）功能。

3) 共识层

Fabric在0.6版本前采用PBFT 共识协议，但是为了提高交易吞吐量，Fabric 1.0 选择降低安全性，将共识过程分解为排序和验证2种服务，排序服务采用CFT类协议Kafka、Raft（v1.4之后）完成，而验证服务进一步分解为读写集验证与多签名验证，最大程度提高了共识速度。由于Fabric针对许可链场景，参与方往往身份可知且具有相同的合作意图，因此规避了节点怠工与作恶的假设，不需要奖惩机制调节。

4) 控制层

Fabric 对于扩展性优化需求较少，主要得益于共识层的优化与许可链本身参与节点较少的前提，因此主要采用链上处理模型，方便业务数据的存取；而 PDC 中仅将私有数据散列值上链的方式则属于链下处理模型，智能合约可以在本地进行数据存取。Fabric 节点采用模块化设计，基于 Docker构建模块执行环境；智能合约在Fabric中被称为链码，使用GO、Javascript和Java语言编写，也是图灵完备的。

4.4 其他项目

除了上述3种区块链基础项目外，产业界还有许多具有代表性的项目，如表1所示。

5 区块链应用研究

区块链技术有助于降低金融机构间的审计成本，显著提高支付业务的处理速度及效率，可应用于跨境支付等金融场景。除此之外，区块链还应用于产权保护、信用体系建设、教育生态优化、食品安全监管、网络安全保障等非金融场景。

根据这些场景的应用方式以及区块链技术特点，可将区块链特性概括为如下几点。1) 去中心化。节点基于对等网络建立通信和信任背书，单一节点的破坏不会对全局产生影响。2) 不可篡改。账本由全体节点维护，群体协作的共识过程和强关联的数据结构保证节点数据一致且基本无法被篡改，进一步使数据可验证和追溯。3) 公开透明。除私有数据外，链上数据对每个节点公开，便于验证数据的存在性和真实性。4) 匿名性。多种隐私保护机制使用户身份得以隐匿，即便如此也能建立信任基础。5) 合约自治。预先定义的业务逻辑使节点可以基于高可信的账本数据实现自治，在人-人、人-机、机-机交互间自动化执行业务。

鉴于上述领域的应用在以往研究中均有详细描述，本文将主要介绍区块链在智慧城市、边缘计算和人工智能领域的前沿应用研究现状。

表1

代表性区块链项目

技术选型CordaQuorumLibraBlockstackFilecoinZcash控制合约Kotlin,JavaGOMoveClarity非图灵完备非图灵完备非图灵完备执行环境JVMEVMMVM源码编译源码编译源码编译处理模型链上链上/链下（私有数据）链上链下（虚拟链）链下（IPFS）链上奖惩机制——Libra coinsStacks tokenFilecoinZcash/Turnstiles共识算法Notary 机制/RAFT,BFT-SMaRtQuorum-Chain,RAFTLibraBFTTunable Proofs,proof-of-burnPoRep,PoETPoW信息模型UTXO基于账户基于账户基于账户基于账户UTXO关联验证结构散列算法MKT散列算法MPT散列算法MKT散列算法Merklized Adaptive Radix Forest (MARF)散列算法MKT散列算法MKT加密机制Tear-offs机制、混合密钥基于EnclaveSHA3-256/EdDSA基于Gaia/Blockstack AuthSECP256K1/BLSzk-SNARK组网方式混合型结构化混合型无结构结构化/无结构无结构通信机制AMQP1.0/单点传播Wire/GossipNoise-ProtocolFramework/GossipAtlas/GossipLibp2p/GossipBitcoin-Core/Gossip安全机制Corda加密套件/TLS证书/HTTPSDiffie-HellmanSecure BackboneTLSTor区块链类型许可链许可链许可链非许可链非许可链非许可链特点只允许对实际参与给定交易的各方进行信息访问和验证功能基于以太坊网络提供公共交易和私有交易2种交互渠道稳定、快速的交易网络剔除中心服务商的、可扩展的分布式数据存储设施，旨在保护隐私数据激励机制驱动的存储资源共享生态基于比特币网络提供零知识证明的隐私保护应用场景金融业务平台分布式应用加密货币互联网基础设施文件存储与共享加密货币

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5.1 智慧城市

智慧城市是指利用 ICT 优化公共资源利用效果、提高居民生活质量、丰富设施信息化能力的研究领域，该领域包括个人信息管理、智慧医疗、智慧交通、供应链管理等具体场景。智慧城市强调居民、设施等各类数据的采集、分析与使能，数据可靠性、管理透明化、共享可激励等需求为智慧城市带来了许多技术挑战。区块链去中心化的交互方式避免了单点故障、提升管理公平性，公开透明的账本保证数据可靠及可追溯性，多种匿名机制利于居民隐私的保护，因此区块链有利于问题的解决。Hashemi等[62]将区块链用于权限数据存储，构建去中心化的个人数据接入控制模型；Bao等[63]利用区块链高效认证和管理用户标识，保护车主的身份、位置、车辆信息等个人数据。

5.2 边缘计算

边缘计算是一种将计算、存储、网络资源从云平台迁移到网络边缘的分布式信息服务架构，试图将传统移动通信网、互联网和物联网等业务进行深度融合，减少业务交付的端到端时延，提升用户体验。安全问题是边缘计算面临的一大技术挑战，一方面，边缘计算的层次结构中利用大量异构终端设备提供用户服务，这些设备可能产生恶意行为；另一方面，服务迁移过程中的数据完整性和真实性需要得到保障。区块链在这种复杂的工作环境和开放的服务架构中能起到较大作用。首先，区块链能够在边缘计算底层松散的设备网络中构建不可篡改的账本，提供设备身份和服务数据验证的依据。其次，设备能在智能合约的帮助下实现高度自治，为边缘计算提供设备可信互操作基础。Samaniego等[64]提出了一种基于区块链的虚拟物联网资源迁移架构，通过区块链共享资源数据从而保障安全性。Stanciu[65]结合软件定义网络（SDN）、雾计算和区块链技术提出分布式安全云架构，解决雾节点中SDN控制器流表策略的安全分发问题。Ziegler等[66]基于 Plasma 框架提出雾计算场景下的区块链可扩展应用方案，提升雾计算网关的安全性。

5.3 人工智能

人工智能是一类智能代理的研究，使机器感知环境/信息，然后进行正确的行为决策，正确是指达成人类预定的某些目标。人工智能的关键在于算法，而大部分机器学习和深度学习算法建立于体积庞大的数据集和中心化的训练模型之上，该方式易受攻击或恶意操作使数据遭到篡改，其后果为模型的不可信与算力的浪费。此外，数据采集过程中无法确保下游设备的安全性，无法保证数据来源的真实性与完整性，其后果将在自动驾驶等场景中被放大。区块链不可篡改的特性可以实现感知和训练过程的可信。另外，去中心化和合约自治特性为人工智能训练工作的分解和下放奠定了基础，保障安全的基础上提高计算效率。Kim等[67]利用区块链验证联合学习框架下的分发模型的完整性，并根据计算成本提供相应的激励，优化整体学习效果。Bravo-Marquez 等[68]提出共识机制“学习证明”以减轻PoX类共识的计算浪费，构建公共可验证的学习模型和实验数据库。

6 技术挑战与研究展望

6.1 层次优化与深度融合

区块链存在“三元悖论”——安全性、扩展性和去中心化三者不可兼得，只能依靠牺牲一方的效果来满足另外两方的需求。以比特币为代表的公链具有较高的安全性和完全去中心化的特点，但是资源浪费等问题成为拓展性优化的瓶颈。尽管先后出现了PoS、BFT等共识协议优化方案，或侧链、分片等链上处理模型，或Plasma、闪电网络等链下扩展方案，皆是以部分安全性或去中心化为代价的。因此，如何将区块链更好地推向实际应用很大程度取决于三元悖论的解决，其中主要有2种思路。

1) 层次优化

区块链层次化结构中每层都不同程度地影响上述3种特性，例如网络时延、并行读写效率、共识速度和效果、链上/链下模型交互机制的安全性等，对区块链的优化应当从整体考虑，而不是单一层次。

网络层主要缺陷在于安全性，可拓展性则有待优化。如何防御以 BGP 劫持为代表的网络攻击将成为区块链底层网络的安全研究方向[19]。信息中心网络将重塑区块链基础传输网络，通过请求聚合和数据缓存减少网内冗余流量并加速通信传输[69]。相比于数据层和共识层，区块链网络的关注度较低，但却是影响安全性、可拓展性的基本因素。

数据层的优化空间在于高效性，主要为设计新的数据验证结构与算法。该方向可以借鉴计算机研究领域的多种数据结构理论与复杂度优化方法，寻找适合区块链计算方式的结构，甚至设计新的数据关联结构。实际上相当一部分项目借鉴链式结构的思想开辟新的道路，例如压缩区块空间的隔离见证、有向无环图（DAG）中并行关联的纠缠结构（Tangle），或者Libra项目采用的状态树。

共识机制是目前研究的热点，也是同时影响三元特性的最难均衡的层次。PoW牺牲可拓展性获得完全去中心化和安全性，PoS高效的出块方式具备可扩展性但产生了分叉问题，POA结合两者做到了3种特性的均衡。以此为切入的Hybrid类共识配合奖惩机制的机动调节取得了较好效果，成为共识研究的过渡手段，但是如何做到三元悖论的真正突破还有待研究。

控制层面是目前可扩展性研究的热点，其优势在于不需要改变底层的基础实现，能够在短期内应用，集中在产业界的区块链项目中。侧链具有较好的灵活性但操作复杂度高，分片改进了账本结构但跨分片交互的安全问题始终存在，而链下处理模型在安全方面缺少理论分析的支撑。因此，三元悖论的解决在控制层面具有广泛的研究前景。

2) 深度融合

如果将层次优化称为横向优化，那么深度融合即为根据场景需求而进行的纵向优化。一方面，不同场景的三元需求并不相同，例如接入控制不要求完全去中心化，可扩展性也未遇到瓶颈，因此可采用BFT类算法在小范围构建联盟链。另一方面，区块链应用研究从简单的数据上链转变为链下存储、链上验证，共识算法从 PoW 转变为场景结合的服务证明和学习证明，此外，结合 5G 和边缘计算可将网络和计算功能移至网络边缘，节约终端资源。这意味着在严格的场景建模下，区块链的层次技术选型将与场景特点交叉创新、深度融合，具有较为广阔的研究前景。

6.2 隐私保护

加密货币以匿名性著称，但是区块链以非对称加密为基础的匿名体系不断受到挑战。反匿名攻击从身份的解密转变为行为的聚类分析，不仅包括网络流量的IP聚类，还包括交易数据的地址聚类、交易行为的启发式模型学习，因此大数据分析技术的发展使区块链隐私保护思路发生转变。已有Tor网络、混币技术、零知识证明、同态加密以及各类复杂度更高的非对称加密算法被提出，但是各方法仍有局限，未来将需要更为高效的方法。此外，随着区块链系统的可编程化发展，内部复杂性将越来越高，特别是智能合约需要更严格、有效的代码检测方法，例如匿名性检测、隐私威胁预警等。

6.3 工业区块链

工业区块链是指利用区块链夯实工业互联网中数据的流通和管控基础、促进价值转换的应用场景，具有较大的研究前景。

工业互联网是面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的重要基础设施。“工业互联网平台”是工业互联网的核心，通过全面感知、实时分析、科学决策、精准执行的逻辑闭环，实现工业全要素、全产业链、全价值链的全面贯通，培育新的模式和业态。

可以看到，工业互联网与物联网、智慧城市、消费互联网等场景应用存在内在关联，例如泛在连接、数据共享和分析、电子商务等，那么其学术问题与技术实现必然存在关联性。区块链解决了物联网中心管控架构的单点故障问题，克服泛在感知设备数据的安全性和隐私性挑战，为智慧城市场景的数据共享、接入控制等问题提供解决方法，为激励资源共享构建了新型互联网价值生态。尽管工业互联网作为新型的产业生态系统，其技术体系更复杂、内涵更丰富，但是不难想象，区块链同样有利于工业互联网的发展。

“平台+区块链”能够通过分布式数据管理模式，降低数据存储、处理、使用的管理成本，为工业用户在工业 APP 选择和使用方面搭建起更加可信的环境，实现身份认证及操作行为追溯、数据安全存储与可靠传递。能够通过产品设计参数、质量检测结果、订单信息等数据“上链”，实现有效的供应链全要素追溯与协同服务。能够促进平台间数据交易与业务协同，实现跨平台交易结算，带动平台间的数据共享与知识复用，促进工业互联网平台间互联互通。

当然，工业是关乎国计民生的产业，将区块链去中心化、匿名化等特性直接用于工业互联网是不可取的，因此需要研究工业区块链管理框架，实现区块链的可管可控，在一定范围内发挥其安全优势，并对工业互联网的运转提供正向激励。

7 结束语

区块链基于多类技术研究的成果，以低成本解决了多组织参与的复杂生产环境中的信任构建和隐私保护等问题，在金融、教育、娱乐、版权保护等场景得到了较多应用，成为学术界的研究热点。比特币的出现重塑了人们对价值的定义，伴随着产业界的呼声，区块链技术得到了快速发展，而遵循区块链层次化分析方法，能够直观地区别各项目的技术路线和特点，为优化区块链技术提供不同观察视角，并为场景应用的深度融合创造条件，促进后续研究。未来的发展中，区块链将成为更为基础的信任支撑技术，在产业互联网等更广阔的领域健康、有序地发展。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

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区块链技术发展现状与展望

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... 区块链涵盖多种技术，相关概念易混淆，且应用场景繁多，为此，已有相关综述主要从技术体系结构、技术挑战和应用场景等角度来梳理区块链的最新进展、技术差异和联系，总结技术形态和应用价值.袁勇等[1]给出了区块链基本模型，以比特币为例将非许可链分为数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层；邵奇峰等[2]结合开源项目细节，对比了多种企业级区块链（许可链）的技术特点；Yang等[3]总结了基于区块链的网络服务架构的特点、挑战和发展趋势；韩璇等[4]系统性归纳了区块链安全问题的研究现状；Ali等[5]总结了区块链在物联网方面的应用研究进展、趋势.上述文献虽然归纳得较为完整，但是都没有从许可链与非许可链共性技术的角度进行通用的层次结构分析，没有体现出区块链技术与组网路由、数据结构、同步机制等已有技术的关联性，且缺少对区块链项目的差异分析.本文则对有关概念进行区分，探讨了通用的层次化技术结构及其与已有技术的关联性，并针对该结构横向分析相关学术研究进展；根据分层结构对比部分区块链项目的技术选型；最后以智慧城市场景、边缘计算和人工智能技术为代表介绍区块链应用研究现状，给出区块链技术挑战与研究展望. ...

区块链技术发展现状与展望

2016

企业级区块链技术综述

2019

企业级区块链技术综述

2019

A survey on blockchain-based internet service architecture:requirements,challenges,trends,and future

2019

区块链安全问题:研究现状与展望

2016

区块链安全问题:研究现状与展望

2016

Applications of blockchains in the Internet of things:a comprehensive survey

2019

Blind signature system

1984

... 加密货币的概念起源于一种基于盲签名（blind signature）的匿名交易技术[6]，最早的加密货币交易模型“electronic cash”[7]如图1所示. ...

How to make a mint:the cryptography of anonymous electronic cash

1997

... 加密货币的概念起源于一种基于盲签名（blind signature）的匿名交易技术[6]，最早的加密货币交易模型“electronic cash”[7]如图1所示. ...

Proofs of work and bread pudding protocols

1999

... 最早的加密货币构想将银行作为构建信任的基础，呈现中心化特点.此后，加密货币朝着去中心化方向发展，并试图用工作量证明（PoW,poof of work）[8]或其改进方法定义价值.比特币在此基础上，采用新型分布式账本技术保证被所有节点维护的数据不可篡改，从而成功构建信任基础，成为真正意义上的去中心化加密货币.区块链从去中心化加密货币发展而来，随着区块链的进一步发展，去中心化加密货币已经成为区块链的主要应用之一. ...

P2P 关键技术研究综述

2010

... 对等网络的体系架构可分为无结构对等网络、结构化对等网络和混合式对等网络[9]，根据节点的逻辑拓扑关系，区块链网络的组网结构也可以划分为上述3种，如图3所示. ...

P2P 关键技术研究综述

2010

Epidemic algorithms for replicated database maintenance

1988

... 传播层实现对等节点间数据的基本传输，包括2 种数据传播方式：单点传播和多点传播.单点传播是指数据在2个已知节点间直接进行传输而不经过其他节点转发的传播方式；多点传播是指接收数据的节点通过广播向邻近节点进行数据转发的传播方式，区块链网络普遍基于Gossip协议[10]实现洪泛传播.连接层用于获取节点信息，监测和改变节点间连通状态，确保节点间链路的可用性（availability）.具体而言，连接层协议帮助新加入节点获取路由表数据，通过定时心跳监测为节点保持稳定连接，在邻居节点失效等情况下为节点关闭连接等.交互逻辑层是区块链网络的核心，从主要流程上看，该层协议承载对等节点间账本数据的同步、交易和区块数据的传输、数据校验结果的反馈等信息交互逻辑，除此之外，还为节点选举、共识算法实施等复杂操作和扩展应用提供消息通路. ...

Information propagation in the bitcoin network

2013

... 随着近年来区块链网络的爆炸式发展以及开源特点，学术界开始关注大型公有链项目的网络状况，监测并研究它们的特点，研究对象主要为比特币网络.Decker等[11]设计和实现测量工具，分析传播时延数据、协议数据和地址数据，建模分析影响比特币网络性能的网络层因素，基于此提出各自的优化方法.Fadhil等[12]提出基于事件仿真的比特币网络仿真模型，利用真实测量数据验证模型的有效性，最后提出优化机制 BCBSN，旨在设立超级节点降低网络波动.Kaneko 等[13]将区块链节点分为共识节点和验证节点，其中共识节点采用无结构组网方式，验证节点采用结构化组网方式，利用不同组网方式的优点实现网络负载的均衡. ...

Locality based approach to improve propagation delay on the bitcoin peer-to-peer network

2017

DHT clustering for load balancing considering blockchain data size

2018

An analysis of anonymity in bitcoin using P2P network traffic

2014

Deanonymisation of clients in bitcoin P2P network

2014

Dandelion:redesigning the bitcoin network for anonymity

2017

... 匿名性是加密货币的重要特性之一，但从网络层视角看，区块链的匿名性并不能有效保证，因为攻击者可以利用监听并追踪 IP 地址的方式推测出交易之间、交易与公钥地址之间的关系，通过匿名隐私研究可以主动发掘安全隐患，规避潜在危害.Koshy 等[16,17]从网络拓扑、传播层协议和作恶模型3个方面对比特币网络进行建模，通过理论分析和仿真实验证明了比特币网络协议在树形组网结构下仅具备弱匿名性，在此基础上提出 Dandelion 网络策略以较低的网络开销优化匿名性，随后又提出 Dandelion++原理，以最优信息理论保证来抵抗大规模去匿名攻击. ...

Dandelion++:lightweight cryptocurrency networking with formal anonymity guarantees

2018

Eclipse attacks on Bitcoin’s peer-to-peer network

2015

... 区块链重点关注其数据层和共识层面机制，并基于普通网络构建开放的互联环境，该方式极易遭受攻击.为提高区块链网络的安全性，学术界展开研究并给出了相应的解决方案.Heilman 等[18]对比特币和以太坊网络实施日蚀攻击（eclipse attack）——通过屏蔽正确节点从而完全控制特定节点的信息来源，证实了该攻击的可行性.Apostolaki等[19]提出针对比特币网络的 BGP（border gateway protocal）劫持攻击，通过操纵自治域间路由或拦截域间流量来制造节点通信阻塞，表明针对关键数据的沿路攻击可以大大降低区块传播性能. ...

Hijacking bitcoin:routing attacks on cryptocurrencies

2017

... 网络层主要缺陷在于安全性，可拓展性则有待优化.如何防御以 BGP 劫持为代表的网络攻击将成为区块链底层网络的安全研究方向[19].信息中心网络将重塑区块链基础传输网络，通过请求聚合和数据缓存减少网内冗余流量并加速通信传输[69].相比于数据层和共识层，区块链网络的关注度较低，但却是影响安全性、可拓展性的基本因素. ...

Improving authenticated dynamic dictionaries,with applications to cryptocurrencies

2017

... 高效验证的学术问题源于验证数据结构（ADS,authenticated data structure），即利用特定数据结构快速验证数据的完整性，实际上 MKT 也是其中的一种.为了适应区块链数据的动态性（dynamical）并保持良好性能，学术界展开了研究.Reyzin等[20]基于AVL树形结构提出AVL+，并通过平衡验证路径、缺省堆栈交易集等机制，简化轻量级节点的区块头验证过程.Zhang等[21]提出GEM2-tree结构，并对其进行优化提出 GEM2כ-tree 结构，通过分解单树结构、动态调整节点计算速度、扩展数据索引等机制降低以太坊节点计算开销. ...

GEM^2-tree:a gas-efficient structure for authenticated range queries in blockchain

2019

An analysis of anonymity in the bitcoin system

2011

... 区块数据直接承载业务信息，因此区块数据的匿名关联性分析更为直接.Reid等[22]将区块数据建模为事务网络和用户网络，利用多交易数据的用户指向性分析成功降低网络复杂度.Meiklejohn等[23]利用启发式聚类方法分析交易数据的流动特性并对用户进行分组，通过与这些服务的互动来识别主要机构的比特币地址.Awan 等[24]使用优势集（dominant set）方法对区块链交易进行自动分类，从而提高分析准确率. ...

A fistful of bitcoins:characterizing payments among men with no names

2013

Blockchain transaction analysis using dominant sets

2017

Increasing anonymity in bitcoin

2014

... 隐私保护方面，Saxena等[25]提出复合签名技术削弱数据的关联性，基于双线性映射中的Diffie-Hellman假设保证计算困难性，从而保护用户隐私.Miers 等[26]和 Sasson 等[27]提出 Zerocoin 和Zerocash，在不添加可信方的情况下断开交易间的联系，最早利用零知识证明（zero-knowledge proof）技术隐藏交易的输入、输出和金额信息，提高比特币的匿名性.非对称加密是区块链数据安全的核心，但在量子计算面前却显得“捉襟见肘”，为此Yin等[28]利用盆景树模型（bonsai tree）改进晶格签名技术（lattice-based signature），以保证公私钥的随机性和安全性，使反量子加密技术适用于区块链用户地址的生成. ...

Zerocoin:anonymous distributed e-cash from bitcoin

2013

Zerocash:decentralized anonymous payments from bitcoin

2014

A anti-quantum transaction authentication approach in blockchain

2018

The sybil attack

2002

... 区块链网络中每个节点必须维护完全相同的账本数据，然而各节点产生数据的时间不同、获取数据的来源未知，存在节点故意广播错误数据的可能性，这将导致女巫攻击[29]、双花攻击[30]等安全风险；除此之外，节点故障、网络拥塞带来的数据异常也无法预测.因此，如何在不可信的环境下实现账本数据的全网统一是共识层解决的关键问题.实际上，上述错误是拜占庭将军问题（the Byzantine generals problem）[31]在区块链中的具体表现，即拜占庭错误——相互独立的组件可以做出任意或恶意的行为，并可能与其他错误组件产生协作，此类错误在可信分布式计算领域被广泛研究. ...

Double-spending fast payments in bitcoin

2012

The byzantine generals problem

1982

Consensus in the age of blockchains

... 状态机复制（state-machine replication）是解决分布式系统容错问题的常用理论.其基本思想为：任何计算都表示为状态机，通过接收消息来更改其状态.假设一组副本以相同的初始状态开始，并且能够就一组公共消息的顺序达成一致，那么它们可以独立进行状态的演化计算，从而正确维护各自副本之间的一致性.同样，区块链也使用状态机复制理论解决拜占庭容错问题，如果把每个节点的数据视为账本数据的副本，那么节点接收到的交易、区块即为引起副本状态变化的消息.状态机复制理论实现和维持副本的一致性主要包含2个要素：正确执行计算逻辑的确定性状态机和传播相同序列消息的共识协议.其中，共识协议是影响容错效果、吞吐量和复杂度的关键，不同安全性、可扩展性要求的系统需要的共识协议各有不同.学术界普遍根据通信模型和容错类型对共识协议进行区分[32]，因此严格地说，区块链使用的共识协议需要解决的是部分同步（partial synchrony）模型[33]下的拜占庭容错问题. ...

Consensus in the presence of partial synchrony

1988

... 比特币在网络层采用非结构化方式组网，路由表呈现随机性.节点间则采用多点传播方式传递数据，曾基于Gossip协议实现，为提高网络的抗匿名分析能力改为基于Diffusion协议实现[33].节点利用一系列控制协议确保链路的可用性，包括版本获取（Vetsion/Verack）、地址获取（Addr/GetAddr）、心跳信息（PING/PONG）等.新节点入网时，首先向硬编码 DNS 节点（种子节点）请求初始节点列表；然后向初始节点随机请求它们路由表中的节点信息，以此生成自己的路由表；最后节点通过控制协议与这些节点建立连接，并根据信息交互的频率更新路由表中节点时间戳，从而保证路由表中的节点都是活动的.交互逻辑层为建立共识交互通道，提供了区块获取（GetBlock）、交易验证（MerkleBlock）、主链选择（CmpctBlock）等协议；轻节点只需要进行简单的区块头验证，因此通过头验证（GetHeader/Header）协议和连接层中的过滤设置协议指定需要验证的区块头即可建立简单验证通路.在安全机制方面，比特币网络可选择利用匿名通信网络Tor作为数据传输承载，通过沿路径的层层数据加密机制来保护对端身份. ...

Bitcoin and beyond:a technical survey on decentralized digital currencies

2016

... 区块链网络中主要包含PoX（poof of X）[34]、BFT（byzantine-fault tolerant）和 CFT（crash-fault tolerant）类基础共识协议.PoX 类协议是以 PoW （proof of work）为代表的基于奖惩机制驱动的新型共识协议，为了适应数据吞吐量、资源利用率和安全性的需求，人们又提出PoS（proof of stake）、PoST （proof of space-time）等改进协议.它们的基本特点在于设计证明依据，使诚实节点可以证明其合法性，从而实现拜占庭容错.BFT类协议是指解决拜占庭容错问题的传统共识协议及其改良协议，包括PBFT、BFT-SMaRt、Tendermint等.CFT类协议用于实现崩溃容错，通过身份证明等手段规避节点作恶的情况，仅考虑节点或网络的崩溃（crash）故障，主要包括Raft、Paxos、Kafka等协议. ...

Blockchains consensus protocols in the wild

2017

... 非许可链和许可链的开放程度和容错需求存在差异，共识层面技术在两者之间产生了较大区别.具体而言，非许可链完全开放，需要抵御严重的拜占庭风险，多采用PoX、BFT类协议并配合奖惩机制实现共识.许可链拥有准入机制，网络中节点身份可知，一定程度降低了拜占庭风险，因此可采用BFT类协议、CFT类协议构建相同的信任模型[35]. ...

Practical byzantine fault tolerance and proactive recovery

2002

... PBFT是 BFT经典共识协议，其主要流程如图8 所示.PBFT将节点分为主节点和副节点，其中主节点负责将交易打包成区块，副节点参与验证和转发，假设作恶节点数量为f.PBFT共识主要分为预准备、准备和接受3个阶段，主节点首先收集交易后排序并提出合法区块提案；其余节点先验证提案的合法性，然后根据区块内交易顺序依次执行并将结果摘要组播；各节点收到2f个与自身相同的摘要后便组播接受投票；当节点收到超过2f+1个投票时便存储区块及其产生的新状态[36]. ...

In search of an understandable consensus algorithm

2015

... Raft[37]是典型的崩溃容错共识协议，以可用性强著称.Raft将节点分为跟随节点、候选节点和领导节点，领导节点负责将交易打包成区块，追随节点响应领导节点的同步指令，候选节点完成领导节点的选举工作.当网络运行稳定时，只存在领导节点和追随节点，领导节点向追随节点推送区块数据从而实现同步.节点均设置生存时间决定角色变化周期，领导节点的心跳信息不断重置追随节点的生存时间，当领导节点发生崩溃时，追随节点自动转化为候选节点并进入选举流程，实现网络自恢复. ...

Proofs of useful work

2017

... 如前文所述，PoX类协议的基本特点在于设计证明依据，使诚实节点可以证明其合法性，从而实现拜占庭容错.uPoW[38]通过计算有意义的正交向量问题证明节点合法性，使算力不被浪费.PoI （proof-of-importance）[39]利用图论原理为每个节点赋予重要性权重，权重越高的节点将越有可能算出区块.PoS（poof-of-stake）为节点定义“币龄”，拥有更高币龄的节点将被分配更多的股份（stake），而股份被作为证明依据用于成块节点的选举.Ouroboros[40]通过引入多方掷币协议增大了选举随机性，引入近乎纳什均衡的激励机制进一步提高PoS 的安全性.PoRep（proof-of-replication）[41]应用于去中心化存储网络，利用证明依据作为贡献存储空间的奖励，促进存储资源再利用. ...

Comparative analysis of blockchain consensus algorithms

2018

Ouroboros:a provably secure proof-of-stake blockchain protocol

2017

Tight proofs of space and replication

A vademecum on blockchain technologies:when,which,and how

2019

... BFT协议有较长的发展史，在区块链研究中被赋予了新的活力.SCP[42]和Ripple[43]基于联邦拜占庭共识[44]——存在交集的多池（确定规模的联邦）共识，分别允许节点自主选择或与指定的节点构成共识联邦，通过联邦交集达成全网共识.Tendermint[45]使用Gossip通信协议基本实现异步拜占庭共识，不仅简化了流程而且提高了可用性.HotStuff[46]将BFT与链式结构数据相结合，使主节点能够以实际网络时延及 O(n)通信复杂度推动协议达成一致.LibraBFT[47]在HotStuff的基础上加入奖惩机制及节点替换机制，从而优化了性能. ...

A survey on consensus mechanisms and mining strategy management in blockchain networks

2019

Formal modeling and verification of a federated byzantine agreement algorithm for blockchain platforms

2019

An overview of blockchain technology:architecture,consensus,and future trends

2017

HotStuff:BFT consensus in the lens of blockchain

2019

Libra critique towards global decentralized financial system

2019

Proof of activity:extending bitcoin’s proof of work via proof of stake

... Hybrid 类协议是研究趋势之一.PoA[48]利用PoW产生空区块头，利用PoS决定由哪些节点进行记账和背书，其奖励由背书节点和出块节点共享.PeerCensus[49]由节点团体进行拜占庭协议实现共识，而节点必须基于比特币网络，通过 PoW 产出区块后才能获得投票权力.ByzCoin[50]利用PoW的算力特性构建动态成员关系，并引入联合签名方案来减小PBFT的轮次通信开销，提高交易吞吐量，降低确认时延.Casper[51]则通过PoS的股份决定节点构成团体并进行BFT共识，且节点可投票数取决于股份. ...

Bitcoin meets strong consistency

Enhancing bitcoin security and performance with strong consistency via collective signing

2016

Casper the friendly finality gadget

Bitcoin and beyond:a technical survey on decentralized digital currencies

2016

... 侧链（side-chain）在比特币主链外构建新的分类资产链，并使比特币和其他分类资产在多个区块链之间转移，从而分散了单一链的负荷.Tschorsch等[52]利用Two-way Peg机制实现交互式跨链资产转换，防止该过程中出现双花.Kiayias 等[53]利用NIPoPoW机制实现非交互式的跨链工作证明，并降低了跨链带来的区块冗余.分片（sharding）是指不同节点子集处理区块链的不同部分，从而减少每个节点的负载.ELASTICO[54]将交易集划分为不同分片，每个分片由不同的节点集合进行并行验证.OmniLedger[55]在前者的基础上优化节点随机选择及跨切片事务提交协议，从而提高了切片共识的安全性与正确性.区别于 OmniLedger，PolyShard[56]利用拉格朗日多项式编码分片为分片交互过程加入计算冗余，同时实现了可扩展性优化与安全保障.上述研究可视为链上处理模型在加密货币场景下的可扩展性优化方案.实际上，链下处理模型本身就是一种扩展性优化思路，闪电网络[57]通过状态通道对交易最终结果进行链上确认，从而在交易过程中实现高频次的链外支付.Plasma[58]在链下对区块链进行树形分支拓展，树形分支中的父节点完成子节点业务的确认，直到根节点与区块链进行最终确认. ...

Non-interactive proofs of proof-of-work

A secure sharding protocol for open blockchains

2016

OmniLedger:a secure,scale-out,decentralized ledger via sharding

2018

PolyShard:coded sharding achieves linearly scaling efficiency and security simultaneously

A survey on the scalability of blockchain systems

2019

Scalable funding of bitcoin micropayment channel networks

2017

Making smart contracts smarter

2016

... 一方面，沙盒环境承载了区块链节点运行条件，针对虚拟机展开的攻击更为直接；另一方面，智能合约直接对账本进行操作，其漏洞更易影响业务运行，因此控制层的安全防护研究成为热点.Luu等[59]分析了运行于EVM中的智能合约安全性，指出底层平台的分布式语义差异带来的安全问题.Brent 等[60]提出智能合约安全分析框架 Vandal，将EVM 字节码转换为语义逻辑关，为分析合约安全漏洞提供便利.Jiang 等[61]预先定义用于安全漏洞的特征，然后模拟执行大规模交易，通过分析日志中的合约行为实现漏洞检测. ...

Vandal:a scalable security analysis framework for smart contracts

2018

ContractFuzzer:fuzzing smart contracts for vulnerability detection

2018

Decentralized user-centric access control using pubsub over blockchain

2017

... 智慧城市是指利用 ICT 优化公共资源利用效果、提高居民生活质量、丰富设施信息化能力的研究领域，该领域包括个人信息管理、智慧医疗、智慧交通、供应链管理等具体场景.智慧城市强调居民、设施等各类数据的采集、分析与使能，数据可靠性、管理透明化、共享可激励等需求为智慧城市带来了许多技术挑战.区块链去中心化的交互方式避免了单点故障、提升管理公平性，公开透明的账本保证数据可靠及可追溯性，多种匿名机制利于居民隐私的保护，因此区块链有利于问题的解决.Hashemi等[62]将区块链用于权限数据存储，构建去中心化的个人数据接入控制模型；Bao等[63]利用区块链高效认证和管理用户标识，保护车主的身份、位置、车辆信息等个人数据. ...

Pseudonym management through blockchain:cost-efficient privacy preservation on intelligent transportation systems

2019

Hosting virtual IoT resources on edge-hosts with blockchain

2016

... 边缘计算是一种将计算、存储、网络资源从云平台迁移到网络边缘的分布式信息服务架构，试图将传统移动通信网、互联网和物联网等业务进行深度融合，减少业务交付的端到端时延，提升用户体验.安全问题是边缘计算面临的一大技术挑战，一方面，边缘计算的层次结构中利用大量异构终端设备提供用户服务，这些设备可能产生恶意行为；另一方面，服务迁移过程中的数据完整性和真实性需要得到保障.区块链在这种复杂的工作环境和开放的服务架构中能起到较大作用.首先，区块链能够在边缘计算底层松散的设备网络中构建不可篡改的账本，提供设备身份和服务数据验证的依据.其次，设备能在智能合约的帮助下实现高度自治，为边缘计算提供设备可信互操作基础.Samaniego等[64]提出了一种基于区块链的虚拟物联网资源迁移架构，通过区块链共享资源数据从而保障安全性.Stanciu[65]结合软件定义网络（SDN）、雾计算和区块链技术提出分布式安全云架构，解决雾节点中SDN控制器流表策略的安全分发问题.Ziegler等[66]基于 Plasma 框架提出雾计算场景下的区块链可扩展应用方案，提升雾计算网关的安全性. ...

Blockchain based distributed control system for edge computing

2017

Integration of fog computing and blockchain technology using the plasma framework

2019

Blockchained on-device federated learning

2018

... 人工智能是一类智能代理的研究，使机器感知环境/信息，然后进行正确的行为决策，正确是指达成人类预定的某些目标.人工智能的关键在于算法，而大部分机器学习和深度学习算法建立于体积庞大的数据集和中心化的训练模型之上，该方式易受攻击或恶意操作使数据遭到篡改，其后果为模型的不可信与算力的浪费.此外，数据采集过程中无法确保下游设备的安全性，无法保证数据来源的真实性与完整性，其后果将在自动驾驶等场景中被放大.区块链不可篡改的特性可以实现感知和训练过程的可信.另外，去中心化和合约自治特性为人工智能训练工作的分解和下放奠定了基础，保障安全的基础上提高计算效率.Kim等[67]利用区块链验证联合学习框架下的分发模型的完整性，并根据计算成本提供相应的激励，优化整体学习效果.Bravo-Marquez 等[68]提出共识机制“学习证明”以减轻PoX类共识的计算浪费，构建公共可验证的学习模型和实验数据库. ...

Proof-of- learning:a blockchain consensus mechanism based on machine learning competitions

2019

基于命名数据网络的区块链信息传输机制

2018

基于命名数据网络的区块链信息传输机制

2018

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地址：北京市丰台区东铁匠营街道顺八条1号院B座“北阳晨光大厦”2层邮编：100079

电话：010-53878169、53859522、53878236 电子邮件：xuebao@ptpress.com.cn; txxb@bjxintong.com.cn

地址：北京市丰台区东铁匠营街道顺八条1号院B座“北阳晨光大厦”2层

邮编：100079 电话：010-53878169、53859522、53878236

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区块链的功能与作用 - 知乎

区块链技术研究综述：原理、进展与应用

主管单位：中国科学技术协会

主办单位：中国通信学会

ISSN 1000-436X CN 11-2102/TN

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通信学报, 2020, 41(1): 134-151 doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

综述

区块链技术研究综述：原理、进展与应用

曾诗钦1, 霍如2,3, 黄韬1,3, 刘江1,3, 汪硕1,3, 冯伟4

1 北京邮电大学网络与交换国家重点实验室，北京 100876

2 北京工业大学北京未来网络科技高精尖创新中心，北京 100124

3 网络通信与安全紫金山实验室，江苏南京 211111

4 工业和信息化部信息化和软件服务业司，北京 100846

Survey of blockchain:principle,progress and application

ZENG Shiqin1, HUO Ru2,3, HUANG Tao1,3, LIU Jiang1,3, WANG Shuo1,3, FENG Wei4

1 State Key Laboratory of Networking and Switching Technology,Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876,China

2 Beijing Advanced Innovation Center for Future Internet Technology,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China

3 Purple Mountain Laboratories,Nanjing 211111,China

4 Department of Information Technology Application and Software Services,Beijing 100846,China

通讯作者: 霍如，huoru@bjut.edu.cn

修回日期: 2019-12-12

网络出版日期: 2020-01-25

基金资助:

国家高技术研究发展计划（“863”计划）基金资助项目. 2015AA015702未来网络操作系统发展战略研究基金资助项目. 2019-XY-5

Revised: 2019-12-12

Online: 2020-01-25

Fund supported:

The National High Technology Research and Development Program of China (863 Program). 2015AA015702The Development Strategy Research of Future Network Operating System. 2019-XY-5

作者简介 About authors

曾诗钦（1995-），男，广西南宁人，北京邮电大学博士生，主要研究方向为区块链、标识解析技术、工业互联网

。

黄韬（1980-），男，重庆人，博士，北京邮电大学教授，主要研究方向为未来网络体系架构、软件定义网络、网络虚拟化等。

。

刘江（1983-），男，河南郑州人，博士，北京邮电大学教授，主要研究方向为未来网络体系架构、软件定义网络、网络虚拟化、信息中心网络等。

。

汪硕（1991-），男，河南灵宝人，博士，北京邮电大学在站博士后，主要研究方向为数据中心网络、软件定义网络、网络流量调度等。

。

冯伟（1980-），男，河北邯郸人，博士，工业和信息化部副研究员，主要研究方向为工业互联网平台、数字孪生、信息化和工业化融合发展关键技术等

。

摘要

关键词：

区块链

;

加密货币

;

去中心化

;

层次化技术体系结构

;

技术多样性

;

工业区块链

Abstract

Keywords：

blockchain

;

cryptocurrency

;

decentralization

;

hierarchical technology architecture

;

technology diversity

;

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本文引用格式

曾诗钦, 霍如, 黄韬, 刘江, 汪硕, 冯伟. 区块链技术研究综述：原理、进展与应用. 通信学报[J], 2020, 41(1): 134-151 doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

ZENG Shiqin. Survey of blockchain:principle,progress and application. Journal on Communications[J], 2020, 41(1): 134-151 doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

1 引言

2 相关概念

2.1 中心化与去中心化

2.2 加密货币

加密货币的概念起源于一种基于盲签名（blind signature）的匿名交易技术[6]，最早的加密货币交易模型“electronic cash”[7]如图1所示。

图1

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图1

“electronic cash”交易模型

2.3 区块链及工作流程

1) 生成区块。区块链节点收集广播在网络中的交易——需要记录的数据条目，然后将这些交易打包成区块——具有特定结构的数据集。

2) 共识验证。节点将区块广播至网络中，全网节点接收大量区块后进行顺序的共识和内容的验证，形成账本——具有特定结构的区块集。

3) 账本维护。节点长期存储验证通过的账本数据并提供回溯检验等功能，为上层应用提供账本访问接口。

2.4 区块链类型

根据不同场景下的信任构建方式，可将区块链分为2类：非许可链（permissionless blockchain）和许可链（permissioned blockchain）。

3 区块链体系结构

根据区块链发展现状，本节将归纳区块链的通用层次技术结构、基本原理和研究进展。

3.1 网络层

图2

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图2

区块链层次化技术结构

1) 组网结构

图3

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图3

区块链组网结构

2) 通信机制

图4

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图4

区块链网络通信机制

3) 安全机制

4) 研究现状

目前，区块链网络层研究主要集中在3个方向：测量优化、匿名分析与隐私保护、安全防护。

3.2 数据层

1) 信息模型

图5

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图5

UTXO信息模型

2) 关联验证结构

图6

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图6

基本区块结构

3) 加密机制

4) 研究现状

数据层面的研究方向集中在高效验证、匿名分析、隐私保护3个方面。

3.3 共识层

限于篇幅原因，本节仅以 PoW、PBFT、Raft为切入进行3类协议的分析。

1) PoX类协议

PoW也称为Nakamoto协议，是比特币及其衍生项目使用的核心共识协议，如图7所示。

图7

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图7

PoW协议示意

2) BFT类协议

图8

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图8

PBFT协议示意

PBFT 协议解决消息传播过程的拜占庭容错，由于算法复杂度为 O(n2)且存在确定性的主节点选举规则，PBFT 仅适用于节点数量少的小型许可链系统。

3) CFT类协议

Raft协议实现崩溃容错的关键在于领导节点的自选举机制，部分许可链选择降低可信需求，将拜占庭容错转换为崩溃容错，从而提升共识速度。

4) 奖惩机制

5) 研究现状

3.4 控制层

1) 处理模型

账本用于存储全部或部分业务数据，那么依据该数据的分布特征可将处理模型分为链上（on-chain）和链下（off-chain）2种。

2) 控制合约

3) 执行环境

4) 研究现状

控制层的研究方向主要集中在可扩展性优化与安全防护2个方面。

4 技术选型分析

4.1 比特币

图9

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图9

比特币运行模式

1) 网络层

2) 数据层

3) 共识层

4) 控制层

4.2 以太坊

1) 网络层

2) 数据层

3) 共识层

4) 控制层

4.3 超级账本Fabric

1) 网络层

2) 数据层

3) 共识层

4) 控制层

4.4 其他项目

除了上述3种区块链基础项目外，产业界还有许多具有代表性的项目，如表1所示。

5 区块链应用研究

鉴于上述领域的应用在以往研究中均有详细描述，本文将主要介绍区块链在智慧城市、边缘计算和人工智能领域的前沿应用研究现状。

表1

代表性区块链项目

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5.1 智慧城市

5.2 边缘计算

5.3 人工智能

6 技术挑战与研究展望

6.1 层次优化与深度融合

1) 层次优化

2) 深度融合

6.2 隐私保护

6.3 工业区块链

工业区块链是指利用区块链夯实工业互联网中数据的流通和管控基础、促进价值转换的应用场景，具有较大的研究前景。

7 结束语

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

参考文献

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原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

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P2P 关键技术研究综述

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Deanonymisation of clients in bitcoin P2P network

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基于命名数据网络的区块链信息传输机制

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什么是区块链？区块链本身具有哪些技术特点和应用价值？ - 知乎

什么是区块链？区块链本身具有哪些技术特点和应用价值？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册职场职场困惑区块链什么是区块链？区块链本身具有哪些技术特点和应用价值？关注者5被浏览9,790关注问题写回答邀请回答好问题添加评论分享4 个回答默认排序螃蟹哥炒币关注区块链是一种近年来备受关注的技术，在金融、物流、医疗等多个领域都有广泛的应用。本文将深入探讨区块链是什么，区块链的价值和应用前景有哪些，同时也分析其局限性。我们将从技术特点、应用场景等各个方面进行细致的解析，旨在全面而深入地了解区块链技术。区块链的定义和技术特点区块链是一种分布式账本技术，它的特点在于去中心化、不可篡改、安全可靠以及可追溯。区块链技术采用了一种分布式共识机制，通过多方的验证和认可来确保数据的可信度和完整性。首先，区块链的去中心化是指没有集中的第三方机构来掌控和管理数据，所有的参与者通过对等的节点来协同维护分布式账本。这种机制使得区块链能够突破现有的中心化体系的限制，实现更加普惠的数据共享。其次，区块链的不可篡改性是指一旦数据被写入区块链，就不能被篡改或删除。因为区块链上的每条记录都会被加密、指纹、签名等多种数据安全技术所保护，同时区块链的分布式共识机制也保证了数据的一致性和准确性。另外，区块链还具有安全可靠和可追溯的特点。区块链上的所有交易记录都被记录在分布式账本上，任何人都可以随时查看数据，这可以有效提高数据的透明度和公信力。且所有交易都是基于密钥签名的，这可以保证交易的安全性和隐私性。区块链的应用场景和价值区块链技术具有广泛的应用前景，尤其在金融、物流、医疗、知识产权等领域有着潜力巨大的应用。在金融领域，区块链技术可以实现跨境汇款、融资和交易等多种功能。例如，通过区块链技术，可以实现无人值守的智能合约，自动化执行交易流程，减少人力成本和时间成本。同时，区块链技术可以有效预防金融诈骗和洗钱等金融犯罪行为，提高了金融交易的安全性。在物流领域，区块链技术可以实现物品的全程追溯。区块链技术可以记录物品的来源、生产时间、运输路线等信息，确保物品的质量和安全性。同时，区块链技术还可以提高物流效率，降低物流成本，提高物流供应链可持续性。在医疗领域，区块链技术可以实现病历的共享和医疗数据的安全存储。目前，医疗行业存在着病历信息孤岛和医疗数据难以传递的问题，使用区块链技术可以将数据共享和存储在一个无中心化且安全可靠的平台上，保证了数据的完整性和安全性，提高了医疗服务的质量和效率。在知识产权领域，区块链技术可以实现数字版权、溯源查询等多种功能。区块链技术可以将知识产权和数字版权的信息记录在分布式账本上，确保信息的安全和可追溯性，有效保护了知识产权和数字版权的权益。区块链的局限性和挑战然而，区块链技术也存在一些局限性和挑战。首先，区块链技术的普及和应用面临着一定的技术门槛和成本问题。目前区块链技术的操作和维护还需要一定的技术知识和资金投入，对于小型企业和个人而言，存在一定的门槛和挑战。其次，区块链技术的可扩展性和性能也是需要关注的问题。随着区块链应用场景的不断扩展和数据量的不断增加，区块链技术所面临的问题也愈发复杂。例如在比特币区块链网络中，存在着交易速度较慢、交易费用过高等问题。此外，区块链技术的安全性也需要更加关注和保证。尽管区块链技术具有很高的安全性和不可篡改性，但是目前已经出现了多种攻击和漏洞。因此，区块链的安全性需要逐步提高和完善。总结总之，区块链技术是一种崭新的技术，具有广泛的应用价值和前景。同时，我们也需要考虑到区块链技术所面临的局限性和挑战。在实践过程中，需要根据具体场景和需求，合理评估区块链技术的可行性和有效性，推动区块链技术的标准化和规范化，提高其稳定性和可持续性。发布于 2023-11-08 09:07赞同 2添加评论分享收藏喜欢收起中科基大数据数智转型，智慧大脑，有我，不再烦恼！关注区块链技术是一种具有改变世界的颠覆性技术，2016年麦肯锡发布的报告中指出区块链是继蒸汽机、电力、信息和互联网之后最有可能触发颠覆性革命浪潮的核心技术”，北京航空航天大学蔡维德教授曾说过：如果银行采用区块链技术，那么每年将会节省2.2万亿美元的资金！”，这能看出区块链所蕴含的巨大潜力。大多数人对区块链的认识源自于比特币”，正是因为有区块链技术的支撑，比特币才在全世界范围内大行其道，那么到底区块链技术有哪些显著的优势呢？用一句话概括就是：用较低成本解决了陌生人之间的信任问题！具体有以下几点：一、去中心化。区块链技术可以看作是一种分布式账本”，大家人手一本，并且所有账本的内容是一样的，而记账的过程也全都是在大家共同的监管之下完成的，公开透明，所以不存在作弊”问题，因此应用区块链技术的交易过程可以大大减少人力和其他成本，举个好理解一些的例子，比如我们在某宝买了一件商品，那么我们买卖双方都要通过支付宝进行交易，假如支付宝有问题（比如卷款跑路、拿了钱不承认或者外界影响因素）那么我们的钱就损失了，但如果采用区块链技术那么我们买卖双方都生成完成了这笔交易就行了，并且不用担心任何其他问题。二、不可篡改。区块链技术决定了这种账本的内容一旦形成则不可更改，因此我们可以完全相信账本的内容，这就是区块链的可信任性”。假如有人想偷偷修改一下自己手里的账本，但是不要忘了大家人手一本，你就改你只能改你自己手里的账本，别人的是改不了的，因此你的修改就会被认为是非法和无效的，也就是说已经形成的账目，任何人都无法修改。三、安全性。区块链采用加密算法，确保未得到授权的情况下不能访问账户中的数据信息，这保证了账户中的数据信息可以长期保存。区块链技术使得交易过程无需再为信任而付出额外的成本，大大降低了交易的复杂性，所以区块链技术可以推广到所有的数字化领域，并为我们的社会带来巨大的改变。但是区块链技术同时也存在很多的缺点，不过随着技术的发展，这些缺点都将会被一一克服，届时区块链技术将如同网络一样渗入我们生活工作的方方面面。区块链本质上是一个分布式的公共账本，将各个区块连成一个链条。我们可以将其定义为一个系统，它让一组互联的电脑安全地共同维护一份帐本，每台计算机就是一个数据库(服务器)，中间无需第三方服务器。所以，区块链不是一种特定的软件，就像“数据库”这个三个字表现的意思一样，它是一种特定技术的设计思想。就像TCP/IP协议和普通人之间的关系，普通人完全不需要知道什么是互联网底层的TCP/IP协议，只要享受互联网提供的服务就行。普通人和区块链基本上没什么关系，除非是准备从事这方面的创业。比于传统的中心化方案，区块链技术主要有以下三个特征：1、区块链的核心思想是去中心化在区块链系统中，任意节点之间的权利和义务都是均等的，所有的节点都有能力去用计算能力投票，从而保证了得到承认的结果是过半数节点公认的结果。即使遭受严重的黑客攻击，只要黑客控制的节点数不超过全球节点总数的一半，系统就依然能正常运行，数据也不会被篡改。2、区块链最大的颠覆性在于信用的建立理论上说，区块链技术可以让微信支付和支付宝不再有存在价值。《经济学人》对区块链做了一个形象的比喻：简单地说，它是“一台创造信任的机器”。区块链让人们在互不信任并没有中立中央机构的情况下，能够做到互相协作。打击假币和金融诈骗未来都不需要了。3、区块链的集体维护可以降低成本在中心化网络体系下，系统的维护和经营依赖于数据中心等平台的运维和经营，成本不可省略。区块链的节点是任何人都可以参与的，每一个节点在参与记录的同时也来验证其他节点记录结果的正确性，维护效率提高，成本降低。可应用的领域：一、金融领域区块链能够提供信任机制，具备改变金融基础架构的潜力，各类金融资产如股权、债券、票据、仓单、基金份额等都可以被整合到区块链技术体系中，成为链上的数字资产，在区块链上进行存储、转移和交易。区块链技术的去中心化，能够降低交易成本，使金融交易更加便捷、直观和安全。区块链技术与金融业相结合，必然会创造出越来越多的业务模式，服务场景、业务流程和金融产品，从而给金融市场、金融机构、金融服务及金融业态发展带来更多影响。随着区块链技术的改进及区块链技术与其他金融科技的结合，区块链技术将逐步适应大规模金融场景的应用。二、公共服务领域传统的公共服务依赖于有限的数据维度，获得的信息可能不够全面且有一定的滞后性。区块链不可篡改的特性使链上的数字化证明可信度极高，在产权、公证及公益等领域都可以以此建立全新的认证机制，改善公共服务领域的管理水平。公益流程中的相关信息如捐赠项目、募集明细、资金流向、受助人反馈等，均可存放于区块链上，在满足项目参与者隐私保护及其他相关法律法规要求的前提下，有条件地进行公开公示，方便公众和社会监督。三、信息安全领域利用区块链可追溯、不可篡改的特性，可以确保数据来源的真实性，同时保证数据的不可伪造性，区块链技术将从根本上改变信息传播路径的安全问题。区块链对于信息安全领域体现在以下三点：一、用户身份认证保护二、数据完整性保护三、有效阻止DDoS攻击区块链的分布式存储架构则会令黑客无所适从，已经有公司着手开发基于区块链的分布式互联网域名系统，绝除当前DNS注册弊病的祸根，使网络系统更加干净透明。四、物联网领域区块链+物联网，可以让物联网上的每个设备独立运行，整个网络产生的信息可以通过区块链的智能合约进行保障。a)安全性传统物联网设备极易遭受攻击，数据易受损失且维护费用高昂。物联网设备典型的信息安全风险问题包括，固件版本过低、缺少安全补丁、存在权限漏洞、设备网络端口过多、未加密的信息传输等。区块链的全网节点验证的共识机制、不对称加密技术及数据分布式存储将大幅降低黑客攻击的风险。b)可信性传统物联网由中心化的云服务器进行管控，因设备的安全性和中心化服务器的不透明性，用户的隐私数据难以得到有效保障。而区块链是一个分布式账簿，各区块既相互联系又有各自独立的工作能力，保证链上信息不会被随意篡改。因此，分布式账本可以为物联网提供信任、所有权记录、透明性和通信支持。c)效益性受限于云服务和维护成本，物联网难以实现大规模商用。传统物联网实现物物通信是经由中心化的云服务器。该模式的弊端是，随着接入设备的增多，服务器面临的负载也更多，需要企业投入大量资金来维持物联网体系的正常运转。而区块链技术可以直接实现点对点交易，省略了中间其他中介机构或人员的劳务支出，可以有效减少第三方服务所产生的费用，实现效益最大化。五、供应链领域供应链由众多参与主体构成，存在大量交互协作，信息被离散地保存在各自的系统中，缺乏透明度。信息的不流畅导致各参与主体难以准确地了解相关事项的实时状况及存在问题，影响供应链的协同效率。当各主体间出现纠纷时，举证和追责耗时耗力。区块链可以使数据在各主体之间公开透明，从而在整个供应链条上形成完整、流畅、不可篡改的信息流。这可以确保各主体及时发现供应链系统运行过程中产生的问题，并有针对性地找到解决方案，进而提升供应链管理的整体效率。发布于 2023-11-13 15:28赞同 1添加评论分享收藏喜欢收起

什么是区块链技术？ - IBM Blockchain

什么是区块链技术？

区块链是一种不可篡改的共享账本，用于记录交易、跟踪资产和建立信任

区块链的优点

区块链成功从这里开始

IBM《区块链傻瓜书》现已发行第 3 版，已向超过 6.8 万名读者介绍了区块链。

内容：

区块链基础

区块链如何运作

区块链的实践应用：用例

由 Linux 基金会主导的 Hyperledger 项目

第一次区块链应用的十个步骤

区块链技术概述

区块链定义：区块链是一个共享的、不可篡改的账本，旨在促进业务网络中的交易记录和资产跟踪流程。资产可以是有形的（如房屋、汽车、现金、土地），也可以是无形的（如知识产权、专利、版权、品牌）。几乎任何有价值的东西都可以在区块链网络上跟踪和交易，从而降低各方面的风险和成本。

为什么区块链很重要：业务运营依靠信息。信息接收速度越快，内容越准确，越有利于业务运营。区块链是用于传递这些信息的理想之选，因为它可提供即时、共享和完全透明的信息，这些信息存储在不可篡改的账本上，只能由获得许可的网络成员访问。区块链网络可跟踪订单、付款、帐户、生产等信息。由于成员之间共享单一可信视图，因此，您可采取端到端方式查看交易的所有细节，从而增强信心，提高效率并获得更多的新机会。

区块链的关键元素

分布式账本技术

所有网络参与者都有权访问分布式账本及其不可篡改的交易记录。借助这个共享账本，交易只需记录一次，从而消除了传统业务网络中典型的重复工作。

不可篡改的记录

当交易被记录到共享账本之后，任何参与者都不能更改或篡改相关信息。如果交易记录中有错误，则必须添加新交易才能撤消错误，这两个交易随后都是可视的。

智能合约

为了加快交易速度，区块链上存储了一系列自动执行的规则，称为 "智能合约" 。智能合约可以定义企业债券转让的条件，包括有关要支付的旅行保险的条款等等。

区块链如何运作

每个交易发生时，都会被记录为一个数据“区块”

这些交易表明资产的流动情况，资产可以是有形的（如产品），也可以是无形的（如知识产权）。数据区块可以记录您选择的信息：人、事、时、地、数甚至条件（例如食品运输温度）。

每个区块都与其前后的区块连接

随着资产从一地移至另一地或所有权的变更，这些数据区块形成了数据链。数据区块可以确认交易的确切时间和顺序，通过将数据区块安全地链接在一起，可以防止任何数据区块被篡改或在两个现有数据区块之间插入其他数据区块。

交易以区块形式组合成不可逆的链：区块链

每添加一个数据区块都会增强对前一个区块的验证，从而也增强对整条区块链的验证。因此，篡改区块链很容易就会被发现，这也是不可篡改性的关键优势所在。这不但消除了恶意人员进行篡改的可能性，还建立了您和其他网络成员可以信任的交易账本。

区块链技术的优点

需要改变的方面：运营人员常常在保留重复记录和执行第三方验证等方面浪费精力。记录保存系统容易受到欺诈和网络攻击的威胁。有限的透明度会延缓数据验证速度。随着物联网的到来，交易量呈爆炸式激增。所有这些因素都会影响开展业务的速度并侵蚀利润，因此我们需要更好的方法。于是区块链闪亮登场。

更高的信任度

通过使用区块链技术，作为会员制网络中的一员，您可以确信自己收到准确、及时的数据，并且您的机密区块链记录只能与您特别授予访问权限的网络成员共享。

更高的安全性

所有的网络成员都需要就数据准确性达成共识，并且所有经过验证的交易都将永久记录在案，不可篡改。没有人可以删除交易，即便是系统管理员也不例外。

更高的效率

通过在网络成员之间共享分布式账本，可避免在记录对账方面浪费时间。为了加快交易速度，区块链上存储了一系列自动执行的规则，称为“智能合约”。

区块链基础知识五分钟简介

深入了解区块链技术的基础知识：数据块中如何包含代表任何有价值事物的数据，它们如何在不可篡改的数据链中按时间顺序连接在一起，以及区块链与比特币等加密货币之间有何差异。

了解区块链的分散性质如何使其有别于传统的记录保存，探索许可区块链在商业交易中的价值，以及区块链如何使信任和透明度达到新的水平。

食品行业只是通过区块链技术实现转型的行业之一。了解如何在保护网络参与者数据的前提下，追溯食品的种植、收获、运输和加工的时间、地点和方式。

区块链之所以能建立信任，是因为它代表了真实的共享记录。每个人都能相信的数据将有助于推动其他新技术的发展，从而能大幅提高效率、透明度和置信度。

区块链网络的类型

可采用多种方式建立区块链网络。它们可以是公有、私有、许可式区块链网络，或由联盟建立。

公有区块链网络

公有区块链是任何人都可以加入和参与的区块链，如比特币。缺点可能包括需要大量计算能力，交易的私密性极低或根本没有私密性可言，以及安全性较弱。而这些都是区块链的企业用例的重要考虑因素。

私有区块链网络

私有区块链网络与公有区块链网络相似，也是分散的点对点网络。但是，在私有区块链网络中，由一个组织负责管理网络，控制谁获准参与网络，并执行共识协议，维护共享账本。这有助于显著提高参与者之间的信任和信心，具体取决于用例。私有区块链可在企业防火墙后运行，甚至可在企业内部托管。

许可式区块链网络

建立私有区块链的企业通常也会建立许可式区块链网络。需要注意的是，公有区块链网络也可以成为许可式网络。这种模式对获准参与网络和执行特定交易的人员施加限制。参与者需要获得邀请或许可才能加入。

联盟区块链

多个组织可以分担维护区块链的责任。这些预先挑选的组织决定谁可以提交交易或访问数据。如果所有参与者都必须获得许可才能参与，并且对区块链共担责任，那么对于企业而言，联盟区块链是理想之选。

区块链安全性

区块链网络的风险管理系统

在构建企业区块链应用时，必须制定全面的安全战略，通过使用网络安全框架、保证服务以及最佳实践，缓解攻击和欺诈带来的风险。

了解有关区块链安全性的更多信息

区块链用例和应用

IBM Food Trust 通过从海洋一直到超市和餐馆全程跟踪捕捞的每一批海鲜，帮助 Raw Seafoods 增强整个食品供应链的信任度。

INBLOCK 发行了基于 Hyperledger Fabric 的 Metacoin 加密货币，旨在更迅速、更方便、更安全地开展数字资产交易。

利用区块链技术，实现变革性的医疗成果

IBM Blockchain Platform 帮助生态系统改变确保信任、数据来源和效率的方式，从而改善患者治疗和组织盈利能力。

阅读：实现变革性的医疗成果 (PDF, 188 KB)

了解 Golden State Foods 如何利用区块链的不可篡改性，跟踪供应链中的货物，帮助保障食品质量。

Vertrax 和 Chateau Software 推出了第一个基于 IBM Blockchain Platform 的多云区块链解决方案，旨在帮助防止大宗石油和天然气分销的供应链中断。

Home Depot 采用 IBM Blockchain 技术，获取有关发货和收货的共享可信信息，从而减少供应商争议并加速解决争议。

行业区块链

行业领军企业使用 IBM Blockchain 消除摩擦，建立信任，实现新的价值。选择细分行业以了解详细信息。

供应链

医疗保健

政府

零售

媒体和广告

石油和天然气

电信

制造

保险

金融服务

旅游和交通运输 (PDF, 340 KB)

区块链常见问题解答

区块链和比特币有何区别？

比特币是一种不受监管的数字货币。比特币使用区块链技术作为其交易账本。

这段视频说明了两者之间的差异。

IBM Blockchain Platform 与 Hyperledger 有何关系？

IBM Blockchain Platform 由 Hyperledger 技术提供支持。

这种区块链解决方案可以帮助任何开发人员顺利转变为区块链开发人员。

请访问 Hyperledger 网站以了解详细信息。

了解有关 Hyperledger 的更多信息

我可以在自己期望的任何云上进行部署吗？

IBM Blockchain Platform 软件经过优化处理，可以部署在 Red Hat 最先进的企业级 Kubernetes 平台 Red Hat® OpenShift® 之上。

这意味着您可以更灵活地选择在何处部署区块链网络组件，无论是本地、公有云还是混合云架构。

信息图：在自己选择的云环境中进行部署

我需要更多详细信息。可从哪里获得？

如需更详细地了解区块链网络的运作方式以及使用方法，请阅读《分布式账本简介》(Introduction to Distributed Ledgers)。

学习 IBM Developer 上的区块链教程，了解更多信息

探索 IBM Blockchain Platform 的功能，这是唯一完全集成的企业级区块链平台，旨在帮助您加速多机构业务网络的开发、治理和运营。

立即注册，下载 IBM Blockchain Platform 白皮书 (PDF, 616 KB)

获取有关 Hyperledger Fabric 的详细信息，了解其独到之处、为何对业务网络至关重要以及如何开始使用。

访问 IBM Developer 上的 Hyperledger 页面

这份开发人员快速入门指南解释了如何使用 IBM Blockchain Platform Starter Plan 构建入门级区块链网络并开始编写代码。

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区块链解决方案

IBM Blockchain 解决方案

IBM Blockchain Platform 属于领先的 Hyperledger Fabric 平台。区块链创新者可充分利用这一平台，通过 Red Hat® OpenShift® 在任何计算环境中构建、运营、管理和发展区块链解决方案。

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区块链咨询

作为顶级区块链服务提供商，IBM Blockchain Services 拥有丰富的专业知识，可帮助您基于最佳技术构建强大的解决方案。超过 1,600 名区块链专家使用来自 100 多个实时网络的洞察，帮助您构建和发展。

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所有 IBM Blockchain 解决方案

采用 IBM Blockchain 解决方案是区块链取得成功的最佳捷径。 IBM 融合了各种网络，使您能够轻松让其他成员加入，共同推动食品供应、供应链、贸易融资、金融服务、保险以及媒体和广告等领域的转型。

查看我们快速发展的区块链解决方案

区块链技术资源

通过艺术诠释区块链技术

我们请来五位对区块链技术知之甚少的艺术家，创作有关区块链主要优点的艺术作品。查看他们的作品，然后在我们最新网络研讨会系列 Blockparty 中，从 IBM 客户和业务合作伙伴那里了解更多信息。

区块链技术博客

网络上有关区块链技术的内容并不缺乏。但对于 100 多万的读者来说，IBM Blockchain Pulse 博客是区块链思想领导力和洞察分析最值得信赖的来源之一。

区块链技术播客

戴上耳机，通过聆听区块链创新者的知识来充实自我。了解区块链技术如何帮助个人重新获得对身份的控制权限、消除全球贫困和减少污染等难题。

区块链技术用例

通过了解创新者如何使用区块链技术 IBM Blockchain Platform 变革业务来获得启发。您可以加入现有的区块链网络，也可以与我们合作创建您自己的区块链网络。

客户成功案例

了解我们的客户如何运用 IBM Blockchain 区块链技术，对组织进行革新，从而获得切实可行的业务成果。

区块链技术后续步骤

浏览我们的参考指南，更深入地了解区块链的各个方面，包括运作方式、使用方法以及实施注意事项。

区块链技术主题

区块链技术的优点

智能合约

面向企业的区块链

区块链安全性

社会公益区块链

区块链和物联网

Hyperledger

分享实录|一文读懂区块链整体架构及应用方向 - 知乎

分享实录|一文读懂区块链整体架构及应用方向 - 知乎首发于HiBlock区块链社区切换模式写文章登录/注册分享实录|一文读懂区块链整体架构及应用方向yaoyao路是什么，走着走着就知道了1区块链概念及特征1、区块链的定义相较于区块链，大家似乎更了解比特币。区块链是一种技术，支撑和保障整个比特币的货币机制在这样一个分布式网络中运行，包括产生、流通、交易等等。简单来说它就是一个账本，在整个交易过程中，每产生一笔交易，大家都会记一笔账，认可这个交易是有价值的，这笔钱从这个账户通过某种方式转移到另一个账户，区块链就是保证这个交易数据实时和不可篡改的一个记录。从技术的角度来看，区块链是多种技术的整合。它不仅仅包括发币的制度，更重要的是分布式网络、加密技术、分布式数据存储技术等多种技术的组合。从数据存储的角度来看，区块链是一个分布式数据库。区块链网络中的所有参与的节点都在存储数据，每个人都有一个账本，这就解决了伪造和中心的问题。区块链完全使用分布式的网络。以前我们的金融交易系统更多的是中心化的，比如银行。我们的钱存到银行，过去很多年之后，银行可能说找不到那个存钱的记录了，这笔存款就作废了，这就是中心化的一个弊端，存在单点失效的问题。分布式存储就不会存在这样的问题，历史上产生过的每一笔交易，每个节点的账本都有记录。在区块链或者说比特币的结构中，每笔交易的信息，包括币的产生、币的交易，都会产生一个区块，区块里包括了交易信息和时间，通过时间戳、随机数和前一区块的哈希值算一个新的区块，新的区块中包括当前产生的交易内容、数额大小和整个区块大小，区块链就是这么来的。随着交易的增加，链会越来越长，链上的所有信息都不可删除不可篡改。如上图所示，交易数据随时可以回溯，任何一步都可以验证曾经发生过的交易。区块链中每笔交易的流程都要经过上图所示的这七步，第三步就是所谓的“挖矿”。假如有笔交易是Alice要给Bob发送2个比特币，就代表着网络上这2个比特币的权属会发生转移。首先Alice发起交易，向全网广播，让全世界人都知道Alice要给Bob2个比特币，广播之后所有节点接收到这个消息，矿工知道生意来了：现在有一个新的交易。于是所有矿工开始挖矿。前面我们说每笔交易都会记录到区块里去，怎么记进去、由谁来记呢？矿工挖矿就是去争取记账的权利，他争取到记账权后，要确认这笔交易是否正常，确认后把交易信息打包放到区块里，生成新的区块，做完这些事情之后系统会奖励给他比特币，同时还会给他一定的交易费。挖矿的奖励加上交易费组成矿工的收益。这个记账权需要矿工通过计算来争取，矿工需要在最快的时间内通过一个随机数加上时间戳、前一区块的内容、本次交易的数据等计算出一个值小于给定的难度目标，（这个难度目标是根据上一个区块的计算难度、时间和全网的算力情况来决定的），而要找到这个值，并没有固定算法，只能靠计算机随机的哈希碰撞。随机数可以变化，而且要从0试到最大值2^32。第一个算出来的人把得到的结果放到区块上让大家都认可即达成共识，经过连续6-7次确认即可认为这笔交易是可靠的，该矿工也就可以得到奖励，比特币是在挖矿的过程中产生的。交易被打包进区块，并放到了链上，交易双方不可以反悔或赖账，因为交易经过了全网广播、全网验证。这就是比特币的产生和交易流程。2、区块链的特征开放、共识区块链是一个分布式网络，任何人都可以参与到网络中来，所有节点都是平等的，都拥有一份账本，以共识机制通过竞争来维护区块。去中心、去信任完全分布式的端到端的网络，没有一个中心化的设备，节点之间无需互相信任。交易透明、匿名交易规则公开透明，交易数据公开，每笔交易都会经过全网广播，大家都能看到和参与验证交易的发生，同时所有参与节点都是匿名的。不可篡改、可追溯大部分节点同时确认新增区块，整个区块链上的数据只能增加，不能删除，不能篡改，通过这样的一个机制来保证在节点匿名和无需信任的状态下建立一种信任。因为每个区块都包含了上一区块的信息，所以每笔交易都是可追溯的。3、区块链的核心技术区块链包括四个核心技术：共识机制，即前面提到的算力的证明，矿工怎么争取记账权，大家如何达成一致。公钥机制，即交易产生的时候怎么验证身份。在区块链里我们用公钥机制来进行签名、加密和身份验证。分布式存储，保证整个账本及交易的公开透明。数字化合约，即我们所说的智能合约。4、区块链分类根据应用场景不同，区块链可以分为三类：公有链、联盟链和私有链。公有链，比如比特币、以太坊等，所有节点都可以参与。联盟链，部分节点可加入，需要通过联盟的审核和授权。比如大型金融机构之间建立联盟链。私有链，一般在企业内部使用。5、解决信任区块链的整个设计思想就是为解决信任问题。分布式网络、全部节点共同记账、共识机制等都是为了解决“在一个网络中大家没有信任的情况下如何保证交易的可信”的问题。从技术层面来看，多方参与，即分布式网络当中所有节点都参与，每次交易矿工通过计算竞争记账权，保证记账机会每个节点都公平拥有，而且计算结果需要经过大部分节点验证才能证明是有效交易并写入区块，个人修改或改变数据不影响整个账本的交易数据，保证交易的可信和不可篡改。从经济层面看，通过这种方式降低了交易成本，实际上很多交易成本就在于信任的建立。淘宝做起来的一个很重要的原因就是它通过支付宝这个第三方平台来做背书，解决了电子商务中交易信任的问题。区块链通过保证每笔交易都被记录、交易数据双方不能篡改、每笔交易都经过节点共识并可追溯，让交易可信，不用担心反悔或欺诈。2区块链技术架构1、区块链技术架构区块链技术架构可以分为以下几层：应用层，比如我们向钱包、客户端记账或转账。激励层，比如怎么挖矿、怎么分配比特币的机制。共识层，通过POW、权利证明等方式争取记账权。网络层，区块链主要是通过P2P网络来保证整个分布式网络当中的传播和验证机制。数据层，包括区块数据怎么生成、数字签名、哈希计算、整个链式结构的生成、以及非对称加密。最核心的是交易的生成，上图所示是实际的一个区块的产生过程，每个区块都有它的前一个区块，通过前一个区块的信息结合当时交易发生的时间戳以及随机数进行计算，求得一个小于目标难度值的数，通过其他节点认证，大家认可就生成一个新的区块哈希值，写到新的区块中。每一个区块都是这么产生的，在整个交易链条中环环相扣。因为每个区块中都包含上一个区块的信息，因此它可以从后往前追溯，同时不可篡改。上图是实际发生的一笔交易，块的高度等都在里面，能够实现快速检索是谁算出的随机数、广播的是谁、广播的内容和时间等信息。而所有用户都是匿名的，这也是比特币交易在黑市流行的一个很重要的原因。激励层就是发币的机制，前面提到任何一笔交易广播后，所有节点都会去争抢记账权，获得记账权完成记账后就会有奖励，比特币就是通过挖矿奖励产生。比特币的总量也不是无穷的，每四年减半。当比特币全部产生之后，矿工的收益就只有交易费，这也是比特币不会导致通胀的原因。区块链技术中最核心的是共识机制，共识机制是获取记账权的凭证。共识机制包括：POW，工作量证明，即通过算力争夺记账权。POS，权益证明，谁拥有的比特币越多，获得记账权的概率就越大。BFT，拜占庭容错协议，实际上整个共识机制就解决了所谓的拜占庭将军问题，少数节点不会影响多数节点的共识。了解一下比特币的双花，这是比特币或者区块链面临的一个安全问题。还是刚才的例子，Alice要给Bob2个比特币，从Bob那买一千克黄金，Bob答应了，Alice在网上公布说要跟Bob发生一笔交易：Alice用2个比特币买Bob的一千克黄金。而Alice具有足够的算力，网络公布之后，大家去计算，算出来之后会生成一个新的区块放到上面，因为全网确认需要一段时间，在这个过程中Alice撤销了，又告诉全网说我要把这2个比特币给第三个人不给Bob了，然后又在全网广播，节点收到新的交易消息又开始挖矿，也算出来一个数，这样的话就会发生分叉，其他节点在同步账本的时候就会面临两个新的区块选择哪一个的问题。区块链里的机制是选择长的链，所以前面说到需要在5-6个区块后才能确认交易可靠，节点根据这个长的链同步数据，短的链就被撤销掉了，以此来共同来维护这个账本。解决这个问题我们需要在确认的时候有一个延时的机制，也就是说当延时一定程度之后再确认，使得它在这个时间当中不可能快速地去创建一个更长的链来撤销这个交易，这是时间也是根据当前整个网络的算力来估计的。理论上有双花的可能，但实际上发生的概率非常低。回顾一下比特币的交易机制。首先交易输出，比如我要从我的钱包里拿出2个比特币来进行交易，我要先对这两个比特币进行锁定，再告诉全网我要发起这笔交易，这2个比特币属于交易状态，即在交易中不能再交易，然后用公钥私钥进行加密和签名。然后是交易输入，支出方用私钥签名和加密，接收方同时用公钥加密，完成双重加密后，由矿工打包区块、节点完成共识，验证交易后，双方共同用公钥和私钥进行验证并解密，完成交易。也就是说整个交易过程中，首先是对交易账户中的余额即交易的内容做锁定，双方确定之后再解锁，然后从账户里扣除掉想要的交易数和手续费。2、区块链应用架构体系设计这是整个区块链的应用架构体系设计图，我们可以根据这样的思路构建一个应用：首先是区块链协议，整个账本怎么建立、账本状态怎么更新、账本历史怎么证明、账本当中节点怎么更新、智能合约指令如何保证智能合约引擎。其次组件模型是实现这些协议的内容，包括共识网络、账本、持久化引擎、合约引擎等。最上面是服务平台，包括网关、服务、节点网络、SDK、工具等。简单展开介绍一下。三大块：区块链协议，我们自己开发相应的区块链技术和应用的时候，一定要定义自己的区块链协议，比如账本怎么建立、区块怎么构建、奖励怎么设置、账本怎么操作、账本的数据怎么更新、怎么计算等。基于这样的一个协议，来开发相应的支持账本和状态更新、历史证明、账本添加等的组件。最后再提供服务平台。在协议设计时有3个原则：面向业务。一定要面向我们的具体业务，利用区块链的思想解决具体业务中的什么问题，要解决什么问题决定了这个账本应该怎么设计。标准化。我们的业务一般会涉及多个主体，这种情况下我们应该尽量让区块链协议标准化，解决各个主体之间数据交互的问题。松耦合和模块化。定义模块间清晰的接口，实现模块之间的松耦合，以此获得整个系统的扩展性，满足不同用户和场景的需要，采用可插拔的模块组件。区块链应用模型设计，包括3步：定义身份。所有参与这个链的节点的身份都要通过某种方式来验证。编写智能合约。账户验证的同时，我们要使得交易正常进行的话，需要把参与者之间达成的商业协议以智能合约代码的形式进行定义。智能合约最核心的是提高效率，降低交易的可替代性。之前合约的签订具有主观性，容易产生违约的情况，智能合约是通过代码的形式统一规则，保证只要满足合同所约定的条件就会自动执行，谁也不能更改。签署智能合约。智能合约最后需要经过参与者以各自的身份账户做出签署，之后每一方参与者只需要根据业务范围内的业务进程做出相应的操作，触发智能合约执行。确定了应用模型后，我们进行区块链应用账本协议设计。账本协议是从数据的角度定义模型。账本数据的标准格式：包括账本状态、账户的历史证明等。读写账本数据的指令的标准格式：包括账本操作集、合约指令集。再来看区块链应用组件模型设计，区块链应用组件模型包括共识网络、账本、持久化存储、合约引擎。共识网络包括算法的使用和共识过程两方面。共识网络中共识算法可以根据整个应用的业务需求来设定，只要满足标准化和具备不可伪造性的条件，可以通过网络当中参与的节点证明它所有的权益就可以。共识过程包括怎么证明交易在网络上扩散；如果发生两个节点具备同样能力的情况，怎么进行交易排序；在产生交易的时候如何调用交易执行程序；如何对交易结果进行全网共识？如何提交共识结果生成块？账本。账本状态和合约分离，使用基于身份的访问控制协议约束合约对状态的访问，这种将数据和逻辑分离的设计模式是典型的贫血模式，可为上层业务逻辑提供无状态的逻辑抽象。持久化存储。利用成熟的NoSQL数据库实现持久化存储。合约引擎。前端包括合约高级语言规范及其工具链；后端提供轻量级合约中间代码执行环境。最后来看区块链应用服务层设计。区块链网关，包括私钥管理、隐私保护、协议转换。区块节点服务，包括账号管理、节点进入网络的认证授权、账本数据访问框架、网络当中整个交易的事件通知机制、智能合约管理等。区块链共识网络，由共识节点组成的网络，基于P2P网络和共识算法确保交易数据在节点之间保持一致。工具，配套的工具集合包括SDK、数据管理、安装部署工具、监控服务。3区块链应用解析1、区块链适合解决哪些问题？第一类：业务开展需要跨主体合作。也就是需要很多个单位或业务部门合作并且有很多流程的时候，区块链可以解决多主体之间的信任问题，提升交易效率。对于此类问题目前的一种解决方式是：有一个中心化的节点去协调业务开展，各方存在成本分摊及数据隐私的问题，成本较高，且参与各方不愿意把自己的数据贡献出来。另外一种是SOA方式，因为要打通各业务方之间的数据，技术比较负责，方案缺少通用性，只能解决当前特定业务领域的问题，难以支持复杂业务。以上两种方式都难以防止数据被篡改。利用区块链可以做到：共有数据，通过加密的方式既保证了数据的隐私也可以做到防篡改，利用分布式和数字化合约的特点能够将一些业务层面的协调解决问题放在技术层面解决，更高效灵活客观。第二类：对方参与并需要低成本信任。参与的节点很多，节点之间验证或构建信任的成本又要比较低。第二类问题需要多方参与同时又要求低成本信任。首先要解决数据可信的问题。传统的方式是数据由中心节点强势持有，比如传统的银行等，数据可信由数据持有者的商业或社会信用来保证，只能建立主观的可信；区块链结合密码学哈希和数字签名，以区块链的形式将数据变更历史结合，通过共识协议使得参与方共同拥有数据，多方持有相同数据副本，并数据被签名确认，数据变得可信。其次是合约履行。通过智能合约的方式，使得整个业务方之间确定的这种合同协议自动化客观地执行，只要满足条件，合约就会自动执行，降低履行成本，确保高效履约，一般的契约是事后以人的主观意愿来执行，智能合约是在触发条件被满足后，由计算机程序来保证合约及时执行，具有客观性。最后是历史可证明。固话交易历史，并提供对交易历史的追溯查询，保证交易的不可篡改和不可抵赖，保留参与交易各方可信的历史记录。第三类：业务存在长周期交易。第三类问题是业务过程存在长交易、长周期链条。最典型的就是供应链，业务在多个主题之间流转，难以确定间接主体的真实性和有效性，由于多主体间业务隔离，难以延伸出多级业务。区块链从技术上保证整个长交易、长周期链条的各参与主体身份真实，数据可信，实现信用多级传递，提升业务效率。2、区块链应用生态圈区块链应用最典型的场景是金融，包括跨境支付、保险、政权、股权登记等。跨境支付方面，目前市场上跨境支付存在中心节点的问题，商业机构之间对账导致跨境交易时间变长，一笔交易对账可能需要几天的时间。保险理赔方面，以前保险理赔需要准备很多材料经过各种核实，过程很长。通过智能合约的应用，既无需投保人申请，也无需保险公司批准，只要触发了理赔条件就能事先自动理赔和支付。整个理赔过程会在区块链上向全网广播，因为区块链数据不可篡改不可造假的特点，还能大大较低骗保的概率。政券交易方面，将股权整合进区块链中成为数字资产，可实现无需通过中介机构直接发起权属转移等交易。票据方面，借助分布式高容错性和非对称加密算法可实现票据价值的去中心化传递，较低对传统业务模式中票据交易中心的依赖，降低系统中心化带来的运营和操作风险。区块链在公共服务领域的应用主要是文化、教育、产权登记、医疗健康等方面。文化方面，主要是版权保护。3、区块链技术在国内外布局4、区块链技术应用解析：共享经济接下来举个典型的应用案例：Airbnb。Airbnb是一个P2P房屋共享平台，最大的问题是房主和房客之间的信任。房主会担心住进来的这个人不安全，房客去到一个陌生的地方同样会担心这个房子或房东的安全。快速解决信任问题，目前的方式是用户注册账户之后要做一个身份验证，网站会保证所有用户都是实名的。房客会通过线上交流的方式对房东和房子的情况做一些了解，同时房东也会对房客进行考察，这个人的信用怎么样、有没有租过房子、什么背景、要不要租房子给他等等。这个过程会很长，因为这是个全球化的平台，还涉及到时区的问题，一个交易有时候可能会需要20-30小时来确认。确认后预定交易最后互评，整个过程非常长。这种方式存在的痛点包括：房主和顾客交流耗费大量时间；评价房主、顾客和房屋存在困难，会有类似刷单的行为；支付和担保速度慢。区块链技术恰恰是针对解决信任问题，信任问题解决后所有痛点也将迎刃而解。比如快速在房东和顾客之间建立信任，就可以缩短交流时间，甚至可以不用交流。入住就将钱打给房东也就解决了支付和担保的问题。信任怎么建立呢？通过区块链的方式每一个交易都在区块链的网络中进行，所有人都可以看到交易的整个过程，顾客身份信息的提交经过匿名化的加密处理，通过签名来保证账户信息的有效性，预定的时候通过加密机制保证预定的安全，验证预定可信后整个交易会让网络中的所有节点知晓，信用也会在交易中体现并记录，取消或伪造交易的作恶行为同样也会被记录在网络中，成为下次交易的判断依据。同时会有一个智能合约，触发入住条件后自动将钱打给房东。最后评价机制设置上通过区块链的方式保证评价的可追溯、不可篡改和不可伪造。从三个方面解决整个交易的信任问题，同时也提升了交易效率。5、区块链应用解析：供应链物流供应链中存在两个比较明显的痛点：信息不透明、不流畅，交易效率低；纠纷处置难，举证追责难。我们通过区块链技术保证整个物流的每个环节都生成一个块，形成每一步都可溯源的链。解决思路是：首先各方交易数据公开透明，加快信息流提升效率；其次交易数据不可篡改，便于举证和追责；最后交易数据可追溯，杜绝虚假交易和假冒伪劣。区块链在供应链的两个应用场景：物流和溯源防伪物流方面主要是：利用数字签名机制保证无法伪造签名，防止货物丢失冒领；通过真实身份证生成数字化身份证，既能保护个人隐私，又能落实实名制度；简化物流流程。溯源防伪方面主要是：数据完整性和不可篡改；商品交易全流程记录；贵重物品的防伪溯源。内容来源：HiBlock区块链线下沙龙西安站赵建强老师的分享《区块链整体架构及应用案例分析》本文编辑：CynthiaHiBlock区块链社区线下沙龙西安站视频回放：http://www.itdks.com/eventlist/detail/2090以下是我们的社区介绍，欢迎各种合作、交流、学习：）编辑于 2018-06-04 23:27区块链(Blockchain)金融赞同 5添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录HiBlock区块链社区HiBlock区块

区块链的功能与作用 - 知乎

区块链的典型应用 - 知乎

区块链的典型应用 - 知乎首发于区块链漫游指南切换模式写文章登录/注册区块链的典型应用tohnee语言和文字可以改变世界科技创新，应用为王。一项新技术能否最终落地普及，有很多影响因素。其中很关键的一点便是能否找到合适的应用场景。以比特币网络为代表的大规模数字货币系统，长时间自治运行，支持了传统金融系统都难以实现的全球范围即时可靠交易。这为区块链技术的应用潜力引发了无限遐想。如果未来基于区块链技术构造的商业价值网络成为现实，所有的交易都将高效完成且无法伪造；所有签署的合同都能按照约定严格执行。这将极大降低整个商业体系运转的成本，同时大大提高社会沟通协作的效率。从这个意义上讲，基于区块链技术构建的未来商业网络，将可能引发继互联网之后又一次巨大的产业变革。目前，金融交易系统已经开始验证和使用区块链系统。包括征信管理、跨国交易、跨组织合作、资源共享和物联网等诸多领域，也涌现出大量有趣的应用案例。本章将通过剖析这些典型的应用场景，展现区块链技术为不同行业带来的创新潜力。应用场景概览区块链技术已经从单纯的技术探讨走向了应用落地的阶段。国内外已经出现大量与之相关的企业和团队。有些企业已经结合自身业务摸索出了颇具特色的应用场景，更多的企业还处于不断探索和验证的阶段。实际上，要找到合适的应用场景，还是要从区块链技术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机构的活动，均可能从区块链技术中获益。区块链自身维护着一个按时间顺序持续增长、不可篡改的数据记录，当现实或数字世界中的资产可以生成数字摘要时，区块链便成为确权类应用的完美载体，提供包含所属权和时间戳的数字证据。可编程的智能合约使得在区块链上登记的资产可以获得在现实世界中难以提供的流动性，并能够保证合约规则的透明和不可篡改。这就为区块链上诞生更多创新的经济活动提供了土壤，为社会资源价值提供更加高效且安全的流动渠道。此外，还需要思考区块链解决方案的合理边界。面向大众消费者的区块链应用需要做到公开、透明、可审计，既可以部署在无边界的公有链，也可以部署在应用生态内多中心节点共同维护的区块链；面向企业内部或多个企业间的商业区块链场景，则可将区块链的维护节点和可见性限制在联盟内部，并用智能合约重点解决联盟成员间信任或信息不对等问题，以提高经济活动效率。未来几年内，可能深入应用区块链技术的场景将包括：金融服务：区块链带来的潜在优势包括降低交易成本、减少跨组织交易风险等。该领域的区块链应用目前最受关注，全球不少银行和金融交易机构都是主力推动者。部分投资机构也在应用区块链技术降低管理成本和管控风险。从另一方面，要注意可能引发的问题和风险。例如，DAO（Decentralized Autonomous Organization 是史上最大的一次众筹活动，基于区块链技术确保资金的管理和投放）这样的众筹实验，提醒应用者在业务和运营层面都要谨慎处理。征信和权属管理：征信和权属的数字化管理是大型社交平台和保险公司都梦寐以求的。目前该领域的主要技术问题包括缺乏足够的数据和分析能力；缺乏可靠的平台支持以及有效的数据整合管理等。区块链被认为可以促进数据交易和流动，提供安全可靠的支持。征信行业的门槛比较高，需要多方资源共同推动。资源共享：以 Airbnb 为代表的分享经济公司将欢迎去中心化应用，可以降低管理成本。该领域主题相对集中，设计空间大，受到大量的投资关注。贸易管理：区块链技术可以帮助自动化国际贸易和物流供应链领域中繁琐的手续和流程。基于区块链设计的贸易管理方案会为参与的多方企业带来极大的便利。另外，贸易中销售和法律合同的数字化、货物监控与检测、实时支付等方向都可能成为创业公司的突破口。物联网：物联网也是很适合应用区块链技术的一个领域，预计未来几年内会有大量应用出现，特别是租赁、物流等特定场景，都是很合适结合区块链技术的场景。但目前阶段，物联网自身的技术局限将造成短期内不会出现大规模应用。这些行业各有不同的特点，但或多或少都需要第三方担保机构的参与，因此都可能从区块链技术中获得益处。当然，对于商业系统来说，技术支持只是一种手段，根本上需要满足业务需求。区块链作为一个底层的平台技术，要利用好它，需要根据行业特性进行综合考量设计，对其上的业务系统和商业体系提供合理的支持。有理由相信，区块链技术落地的案例会越来越多。这也会进一步促进新技术在传统行业中的应用，带来更多的创新业务和场景。金融服务金融活动影响人类社会的方方面面，目前涉及货币、证券、保险、抵押、捐赠等诸多行业。通过金融交易，可以优化社会资源运转效率，实现资源使用的最优化。可以说，人类社会的文明发展，离不开金融交易。交易本质上交换的是价值的所属权。为了完成一些贵重资产（例如房产、车辆）的交易，往往需要依靠中介和担保机构，不仅过程繁琐，而且手续费用高昂。之所以需要第三方机构介入，是因为交易双方无法充分信任对方提供的信息。一方面，证明所属权只能通过相关机构开具的证明材料，存在造假风险；另一方面，交换过程手续繁琐，存在篡改和错误的风险。为了确保金融交易的可靠完成，出现了第三方担保机构这样的角色。它们通过提供信任保障服务，提高了社会整体经济活动的效率。但现有的第三方中介机制往往存在成本高、时间周期长、流程复杂、容易出错等缺陷。因此，金融领域长期存在提高交易效率的迫切需求。区块链技术可以为金融服务提供有效、可信的所属权证明，以及相当可靠的合约确保机制。数字货币银行从角色上，一般分为中央银行（央行）和普通银行。中央银行的两大职能是“促进宏观经济稳定”和“维护金融稳定”（《金融的本质》，本·伯南克（Ben Bernanke），中信出版社，2014 年出版），主要手段就是管理各种证券和利率。央行的存在，为整个社会的金融体系提供了最终的信用担保。普通银行业则往往基于央行的信用，作为中介和担保方，来协助完成多方的金融交易。银行活动主要包括发行货币、完成存贷款等功能。为了保障货币价值稳定，发行机构必须能时时刻刻保证交易的可靠性和确定性。为了做到这一点，传统的金融系统设计了复杂的安全流程，采用了极为复杂的软件和硬件方案，其建设和维护成本都十分昂贵。即便如此，这些系统仍然存在诸多缺陷，每年都会出现安全攻击和金融欺诈事件。此外，交易过程还常常需要经由额外的支付企业进行处理。这些实际上都增大了交易成本。以区块链技术为基础的数字货币的出现，对货币的研究和实践都提出了新的启发，被认为有可能促使这一领域发生革命性变化。除了众所周知的比特币等数字货币实验之外，还有诸多金融机构进行了有意义的尝试，尤其是各国进行的法定数字货币研究，具备越来越多的实践意义。中国人民银行投入区块链研究2016 年，中国人民银行对外发布消息，称深入研究了数字货币涉及的相关技术，包括区块链技术、移动支付、可信可控云计算、密码算法、安全芯片等，被认为积极关注区块链技术的发展。实际上，央行对于区块链技术的研究很早便已开展。2014 年，央行成立发行数字货币的专门研究小组对基于区块链的数字货币进行研究，次年形成研究报告。2016 年 1 月 20 日，央行专门组织了“数字货币研讨会”，邀请了业内的区块链技术专家就数字货币发行的总体框架、演进、以及国家加密货币等话题进行了研讨。会后，发布对我国银行业数字货币的战略性发展思路，提出要早日发行数字货币，并利用数字货币相关技术来打击金融犯罪活动。2016 年 12 月，央行成立数字货币研究所。初步公开设计为“由央行主导，在保持实物现金发行的同时发行以加密算法为基础的数字货币，M0（流通中的现金）的一部分由数字货币构成。为充分保障数字货币的安全性，发行者可采用安全芯片为载体来保护密钥和算法运算过程的安全”。2018 年 7 月，央行数字货币研究所在联合国国际电信联盟（ITU）会议上发表了关于法定数字货币双层架构的主题演讲。从目前看，央行很可能采用联盟形式，由中央银行与国家系统重要性金融机构来共同维护分布式账本系统，直接发行和管理数字货币，作为流通现金的一种形式。一旦实施，将对现有的支付清算体系，特别商业银行产生重大影响。数字货币由于其电子属性，在发行和防伪方面成本都优于已有的纸质货币。另外，相对信用卡等支付手段，数字现金很难被盗用，大大降低了管理成本。同时也要注意到由银行发行数字货币在匿名程度、点对点直接支付、利息计算等方面仍有待商榷。加拿大银行提出新的数字货币2016 年 6 月，加拿大央行公开正在开发基于区块链技术的数字版加拿大元（名称为 CAD 币），以允许用户使用加元来兑换该数字货币。经过验证的对手方将会处理货币交易；另外，如果需要，银行将保留销毁 CAD 币的权利。发行 CAD 币是更大的一个探索型科技项目 Jasper 的一部分。除了加拿大央行外，据悉，蒙特利尔银行、加拿大帝国商业银行、加拿大皇家银行、加拿大丰业银行、多伦多道明银行等多家机构也都参与了该项目。Jasper 项目的目标是希望评估分布式账本技术对金融基础设施的变革潜力。通过在大额支付系统的概念验证，认为在基于分布式账本的金融基础设施中应重视监管能力；另外，虽然分布式支付系统并不能降低运营风险，但在与更广泛的金融基础设施进行合作互动时，有助于实现规模效益，实现全行业的效率提升。金融时报：Canada experiments with digital dollar on blockchain，2016-06-16。英国央行实现 RSCoin英国央行（英格兰银行）在数字货币方面进展十分突出，已经实现了基于分布式账本平台的数字货币原型系统——RSCoin。旨在强化本国经济及国际贸易。RSCoin目标是提供一个由中央银行控制的、可扩展的数字货币，采用了中央银行-商业银行双层链架构、改进版的两阶段提交（Two Phase Commitment），以及多链之间的交叉验证机制。该货币由中央银行发行，交易机构维护底层账本，并定期提交给中央银行。因为该系统主要是央行和下属银行之间使用，通过提前建立一定的信任基础和采用分片机制，可以提供较好的处理性能（单记账机构可以达到2000笔每秒）。RSCoin理论上可以作为面向全社会的支付手段，但技术和监管细节上需要进一步完善。英国央行对 RSCoin 进行了推广，希望能尽快普及该数字货币，以带来节约经济成本、促进经济发展的效果。同时，英国央行认为，数字货币相对传统货币更适合国际贸易等场景，同时理论上具备成为各国货币兑换媒介的潜力。支付清结算业务支付和清结算是现代金融行业十分重要的操作。随着信息技术的发展，支付清结算业务系统的效率也在不断提高。但当资金的清算涉及到多个交易主体和多个认证环节时效率仍然不高，特别涉及到跨境多方交易等场景时。区块链技术在处理交易时即确保了交易记录的不可篡改性和对交易结果的有效确认，有望节约清结算的人力和时间成本，降低机构间的争议，提高自动化处理效率。SWIFT 完成跨银行的分布式账本验证2018 年 3 月，环球同业银行金融电讯协会（SWIFT）完成了涉及到 34 家银行的分布式账本验证。验证重点关注基于超级账本项目的分布式账本技术能否满足监管、安全、隐私性等方面的需求。验证表明分布式账本技术可以满足自动化的资产管理需求，为未来多银行间合作提供重要支撑。SWIFT 研发中心负责人 Damien Vanderveken 称：“验证进行得相当好，证实了分布式账本技术的巨大进展，尤其是超级账本 Fabric 项目 1.0（The PoC went extremely well, proving the fantastic progress that has been made with DLT and the Hyperledger Fabric 1.0 in particular）”。IBM 构建全球支付网络TODO: https://www.coindesk.com/ibm-signs-6-banks-to-issue-stablecoins-and-use-stellars-xlm-cryptocurrency2018 年 8 月，IBM 推出了基于区块链的全球支付解决方案 —— WorldWire，该网络使用 Stellar 协议，可以实现在数秒钟之内完成跨境支付的清结算。IBM 认为该新型支付解决方案可以很好的接入已有的支付系统，并且有能力支持包括法币、数字资产、稳定币等资产的支付，所有交易存储在账本上，可以持久保留。目前，该支付网络上已经实现了与美元挂钩的稳定币，IBM 正在与多家国际银行（巴西布拉德斯科银行、釜山银行等）合作，计划增加更多类型的稳定币支持。巴克莱银行用区块链进行国际贸易结算在国际贸易活动中，买卖双方可能互不信任。因此需要银行作为买卖双方的保证人，代为收款交单，并以银行信用代替商业信用。区块链可以为信用证交易参与方提供共同账本，允许银行和其它参与方拥有经过确认的共同交易记录并据此履约，从而降低风险和成本。2016 年 9 月，英国巴克莱银行用区块链技术完成了一笔国际贸易的结算，贸易金额 10 万美元，出口商品是爱尔兰农场出产的芝士和黄油，进口商是位于离岸群岛塞舌尔的一家贸易商。结算用时不到 4 小时，而传统采用信用证方式做此类结算需要 7 到 10 天。在这笔贸易背后，区块链提供了记账和交易处理系统，替代了传统信用证结算过程中占用大量人力和时间的审单、制单、电报或邮寄等流程。中国邮储银行在核心业务系统中使用区块链2016 年 10 月，中国邮储银行宣布携手 IBM 推出基于区块链技术的资产托管系统，是中国银行业首次将区块链技术成功应用于核心业务系统。新的业务系统免去了重复的信用校验过程，将原有业务环节缩短了约 60-80% 的时间，提高了信用交易的效率。多家银行合作推出信用证区块链2017 年 7 月，民生银行、中信银行、中国银行和苏宁银行基于超级账本技术推出了首家基于区块链的信用证业务平台。该业务上线当日交易额即达到了 1 亿人民币，目前，每天交易额在十亿量级。该系统与传统的信用证结算不同，没有使用 SWIFT 代码，而是使用独创的信用证交换系统。基于区块链技术，不仅大幅降低了成本，还提高了交易效率和安全性。当然，如何与已有的基于 SWIFT 系统的国际业务打通，将是该平台面临的挑战之一。蚂蚁金服推出区块链跨境汇款服务2018 年 6 月 25 日，蚂蚁金服宣布其基于区块链的电子钱包跨境汇款服务在香港上线。该系统实现香港金管局、新加坡金管局、港版支付宝（Alipay HK）、渣打银行、菲律宾钱包 GCash 间的跨机构协同，Alipay HK 用户可基于区块链技术向 Gcash 汇款，汇款时间为 3～6 秒。摩根大通用区块链进行机构间实时支付2019 年 2 月，摩根大通宣布推出基于区块链的数字货币”JPM Coin“，以实现客户之间的实时结算。据悉，每个 JPM Coin 暂时等价 1 美元。摩根大通的机构客户向指定账户存款后可获得等值的 JPM Coin。通过区块链，机构之间可以以 JPM Coin 为价值载体进行实时交易。持有 JPM Coin 的机构客户可在摩根大通实时赎回美元。这意味着这家美国最大的金融服务机构已经开始主动拥抱区块链科技带来的新变化。目前，JPM Coin 仅限大型机构客户使用，并将持续与监管部门合作。其它新型支付业务基于区块链技术，出现了大量的创新支付企业，这些支付企业展示了利用区块链技术带来的巨大商业优势。Abra：区块链数字钱包，以近乎实时的速度进行跨境支付，无需银行账户，实现不同币种的兑换，融资超过千万美金。Bitfinex：组建 Tether Limited 公司来发行稳定币 USDT，作为最流行的稳定币，市值超过 10 亿美金。稳定币通过绑定代币到法定货币以保障价格的稳定性。如果抵押过程公开并支持审计，则可以降低用户因为代币价格波动带来的风险。Bitwage：基于比特币区块链的跨境工资支付平台，可以实现每小时的工资支付，方便跨国企业进行外包工资管理。BitPOS：澳大利亚创业企业，提供基于比特币的低成本的快捷线上支付，适用于餐饮行业。Circle：由区块链充当支付网络，允许用户进行跨币种、跨境的快速汇款。Circle 获得了来自 IDG、百度的超过 6000 万美金的 D 轮投资。2018 年 9 月，Circle 推出了稳定币 USDC，上市 2 个月，USDC 的市值已达到 2 亿美元。Ripple：实现跨境的多币种、低成本、实时交易，引入了网关概念（类似银行），结构偏中心化，可以与银行等金融机构合作完成跨境支付。证券交易后处理证券交易包括交易执行环节和交易后处理环节。交易环节本身相对简单，主要是由交易系统（高性能实时处理系统）完成电子数据库中内容的变更。中心化的验证系统往往极为复杂和昂贵。交易指令执行后的清算（计算交易方的财务义务）和结算（最终资产的转移）环节也十分复杂，需要大量的人力成本和时间成本，并且容易出错。目前来看，基于区块链的处理系统还难以实现海量交易系统所需要的性能（典型性能为每秒数万笔以上成交，日处理能力超过五千万笔委托、三千万笔成交）。但在交易的审核和清算环节，区块链技术存在诸多的优势，可以极大降低处理时间，同时减少人工的参与。2016 年 2 月，咨询公司 Oliver Wyman 在给 SWIFT（环球同业银行金融电讯协会）提供的研究报告《Blockchain in Capital Markets -- The Prize and the Journey》中预计，全球清算行为成本约 50~100 亿美元，结算成本、托管成本和担保物管理成本 400~450 亿美元（390 亿美元为托管链的市场主体成本），而交易后流程数据及分析花费 200~250 亿美元。2016 年 4 月，欧洲央行在报告《Distributed ledger technologies in securities post-trading》中指出，区块链作为分布式账本技术，可以很好地节约对账的成本，同时简化交易过程。相对原先的交易过程，可以近乎实时的变更证券的所有权。2015 年 10 月，美国纳斯达克（Nasdaq）证券交易所推出区块链平台 Nasdaq Linq，实现主要面向一级市场的股票交易流程。通过该平台进行股票发行的发行者将享有“数字化”的所有权。其它证券相关案例还包括：BitShare 推出基于区块链的证券发行平台，号称每秒达到 10 万笔交易。DAH 为金融市场交易提供基于区块链的交易系统。获得澳洲证交所项目。Symbiont 帮助金融企业创建存储于区块链的智能债券，当条件符合时，清算立即执行。http://Overstock.com 推出基于区块链的私有和公开股权交易“T0”平台，提出“交易即结算”（The trade is the settlement）的理念，主要目标是建立证券交易实时清算结算的全新系统。高盛为一种叫做“SETLcoin”的数字货币申请专利，用于为股票和债券等资产交易提供“近乎立即执行和结算”的服务。供应链金融供应链金融是一种重要的融资模式。传统上一般由银行基于真实贸易，以核心企业信用为担保来连接上下游企业。供应链金融可为供应链上的企业提供自偿性融资，有助于缓解小微企业融资难的问题，增强供应链活力。该领域长期以来一直存在众多问题：弱势成员企业供货应收账款周期长，面临较大的资金压力，但融资难。银行从风控角度考虑，愿意为核心企业上游直接供应商提供保理服务，为直接下游经销商提供融资，但不愿意给其它企业（通常往往规模较小，缺乏足够抵押）授信。而核心企业和直接上下游企业往往不愿意承担风险，导致整个链条缺乏活力；供应链上下游企业关系密切，风险往往息息相关。来自上下游的不确定性（特别是核心企业）增大了整个供应链企业的整体风险。由于供应链往往涉及到数十家甚至数百家企业，供货生命周期很长，涉及生产制造、运输、担保等多种环节，信息隐瞒或票据篡改造假的情况很难避免。银行要获取多家企业真实贸易信息的难度很大，造成实际融资成本高居不下。作为主要融资工具的票据（包括商业汇票、银行汇票）使用场景局限，票据实际可兑换情况和价值依赖背书企业的信誉和实力，实际操作难度大。供应链金融的业务特点，使得其十分契合区块链的技术特点。区块链上数据都带有签名和时间戳，提供高度可靠的历史记录，可以有效降低银行对信息可靠性的疑虑，实现核心企业信用在链上的分割与流转。最终提高整个供应链的金融效率。目前，供应链金融区块链平台主要以联盟链的形式打造，具有如下业务优势：时间戳设计保证债权拆分、流转后信用不变，整体流程完整可追溯；分布式数据存储打破信息不对称，防止信息篡改和造假；智能合约自动执行，减少人工干预，提高资金流通效率。为使供应链金融迅速且有序发展，我国也推出一系列指导意见。如 2017 年七部门联合印发的《小微企业应收账款融资专项行动工作方案（2017-2019年）》提到：“推动供应链核心企业支持小微企业应收账款融资，引导金融机构和其他融资服务机构扩大应收账款融资业务规模”；此外，2017 年国务院办公厅《关于积极推进供应链创新与应用的指导意见》也指出：“积极稳妥发展供应链金融”。这些在政策层面上的指导建议，促进了国内供应链金融的发展速度与态势。2017 年 3 月，深圳区块链金融服务有限公司基于区块链技术与全国范围内多家银行建立联盟，共同推出“票链”产品，通过创新模式为持有银行承兑汇票的中小微企业提供高效便捷的票据融资服务。“票链”产品发布后，在江西地区率先进行试点运营，上线首月交易规模已近亿元人民币。其中绝大部分交易标的为数十万元的小额银行承兑汇票，切实解决了中小微企业客户长期面对的融资难、融资贵难题。2017 年 4 月，易见科技供应链金融平台上线运营，2018 年 9 月发布 2.0 版本；自上线以来，已帮助近200家企业及金融机构完成了超过 40 亿元的供应链金融业务，线上融资合同近 500 份，涉及医药、化工、制造、大宗、物流、航空和地产等多个行业。易见区块平台基于超级账本技术，产品体系包括供应链贸易系统、供应链融资平台和供应链资产证券化平台。2018 年 4 月 13 日，平安集团金融壹帐通在深圳推出国内首个连接金融机构和中小企业的“壹企银中小企业智能金融服务平台”，将助力银行等金融机构解决中小企业融资难题。壹企银广泛应用金融科技最新技术，全程实现银行等金融机构信贷业务流程智能化，点对点实时打通中小企业信息“死结”，从而实现中小企业融资快捷、高效和低成本、低风险。“Chained Finance”区块链金融平台是由国内互联网金融公司点融和富士康旗下金融平台富金通共同推出的供应链金融平台，在业内首次借助区块链技术破解供应链金融和中小企业融资难题。另外，类似“一带一路”这样创新的投资建设模式，会碰到来自地域、货币、物流等各方面的挑战。现在已经有一些部门对区块链技术进行探索应用。区块链技术可以让原先无法交易的双方（例如，不存在多方都认可的国际货币储备的情况下）顺利完成交易，并且降低贸易风险、减少流程管控的成本。税收服务传统的税收服务体系在税务信用等级、税收遵从、税源监控等领域存在数据孤岛、信息壁垒等难题，这也导致税务管理中存在大量增值税发票虚开虚抵、农产品优惠政策骗税、出口骗税、稽查取证等争议。基于区块链的分布式账本可记录跨地域、跨企业的电子票信息，打破数据壁垒。例如，通过融入密码学算法及数据可信上链服务，在保护纳税人数据的同时，实现以税票为中心的发生过程监控。将纳税规则写入智能合约，系统根据往来业务和数据实现交易与开票数据的自动匹配、核对、缴纳，避免虚开错开，实现税源的全面监控。而区块链透明、弱中心化的特点可为建立税务、工商、海关、银行等部门横向信息的全面掌握分析机制奠定基础，提升征税效率与准确性。2018 年 8 月 10 日，由深圳市税务局主导、腾讯提供底层技术支持，深圳国贸旋转餐厅开出了国内"首张"区块链电子发票。通过在微信中整合支付、开票、报销等功能，该成果致力于实现“交易即开票，开票即报销”。以区块链作为底层支撑技术，接入税务局、微信支付、财务软件商、商家等相关方，可确保发票唯一，并且领票、开票、流转、入账、报销等流程信息完整可追溯，解决传统系统“一票多报、虚报虚抵”等难题，降低经营成本和税收风险。众筹管理区块链自身带来的多方信任合作机制，有望提高众筹的效率和安全性。该领域的尝试目前主要是“首次代币发行（Initial Coin Offering，ICO）”形式。ICO 设计思想十分简单。项目发起方通过售卖项目早期的数字资产（代币）向外界融资，投资者可以直接以比特币等形式参与。当项目上线后，如果能得以健康成长，项目代币价格上涨，投资者可以获得回报，并且可以选择任何时候卖出这些代币而无条件退出。最早的 ICO 出现在 2013 年 6 月，万事达币（MSC）在 Bitcointalk 论坛上众筹 5000 个比特币。虽然，很可惜该项目后来并没有成功，但开启了 ICO 的浪潮。2014 年，比较出名的如比特股 Bitshares 和以太坊 Ethereum 先后发起 ICO，并且随着平台自身的发展，投资者获取了大量的回报。这些早期项目支持了区块链领域的初创企业，同时探索了新的众筹模式。2016 年 4 月 30 日上线的 DAO（Decentralized Autonomous Organization）项目，试图打造基于以太坊的众筹平台，更是一度创下历史最高的融资记录，数额超过 1.6 亿美金。该项目暴露出这种创新形式的组织者们在应对安全风险时候缺乏足够的应对经验。6 月 12 日，有技术人员报告合约执行过程中存在软件漏洞，但很遗憾并未得到组织的重视和及时修复。四天后，黑客利用漏洞转移了 360 万枚以太币，当时价值超过 5000 万美金。虽然最后采用了一些技术手段来挽回经济损失，但该事件毫无疑问给以太坊平台带来了负面影响，也给 ICO 这种新模式的流程管理敲响了警钟。2017 年开始，传统风投基金也开始尝试用 ICO 来募集资金。Blockchain Capital 在 2017 年发行的一支基金创新地采用了传统方式加 ICO 的混合方式进行募资，其中传统部分规模 4000 万美元，ICO 部分规模 1000 万美元。4 月 10 日，ICO 部分 1000 万美元的募集目标在启动后六小时内全部完成。整个 2017 年全球超过 1000 个 ICO 项目，总募资额超过 40 亿美金。Telegram 在 2018 年初通过两轮 ICO 共募集资金 17 亿美金，值得注意的是，在第二轮时已经明确限制最低投资门槛为 100 万美元。由于市场过于火爆，投资者投机心理加重，同时出现了大量欺诈性的项目。这些项目的白皮书粗制滥造，有的项目甚至连白皮书都没有，被戏称为“空气项目”。2017 年下半年开始，大量不成熟项目因为无法完成预设目标而破灭，这被认为是第一次 ICO 泡沫的结束，同时市场在泡沫后变得更加成熟和理性。同期，各国开始加强监管，要么将其纳入已有监管体系，要么暂时禁止 ICO 活动。2017 年 8 月 28 日，美国证监会发布关于谨防 ICO 骗局的警告，后将 ICO 纳入证券监管；此外，澳大利亚、加拿大、印度、菲律宾以及欧洲主要国家也将 ICO 纳入监管。同年 9 月 4 日，中国人民银行等 7 部门发文，称 ICO 为“未经批准非法公开融资的行为”，各类代币发行融资活动应立即停止。这些措施提高了项目发行的门槛，客观上促进了整个生态系统的进化。全球范围内 ICO 项目发行的频率明显下降，但优质项目比例明显提高。客观来看，作为一种创新的模式，ICO 众筹方式相对 IPO 更加灵活，适合早期中小资金额的创业项目。但目前 ICO 项目仍属于法律监管的灰色地带，往往存在如下问题：缺少法律支持和监管机制。作为一种新型融资行为，由于缺乏相关法规，监管流程很难执行。出现问题后投资者无法得到合理赔偿；项目的评估难度很大。进行 ICO 的项目往往是科技和创新含量较高的产品，无论是审查机构还是普通投资者都很难进行准确评估；我国《证券法》第二章第 10 条明确规定：“公开发行证券，必须符合法律、行政法规规定的条件，并依法报经国务院证券监督管理机构或者国务院授权的部门核准；未经依法核准，任何单位和个人不得公开发行证券”。这可以保障投资者的长期权益，有利于建设健康的交易环境。因此，为了解决 ICO 的现有缺陷，应当参考 IPO 等证券管理办法制定监管框架。具体可从三个方面进行完善：从项目方角度需要通过行业共识建立规范的准入机制。如要求必要信息的公开和接受第三方的监督审查，同时设定融资额度限制。通过这些机制可以避免欺诈，保护市场投资者；从投资者角度在一定时间内应当提高入场门槛。如募集资金超过一定额度的项目只能接受来自专业投资机构的投资。同时加强投资者教育和风险告知；最后，法律界需要和科技界开展合作，尽早主动出台相关监管法规，将这一新型募资方式纳入到正式监管之下，并建立完整的市场机制。征信管理征信管理是一个巨大的潜在市场，据称超过千亿规模（可参考美国富国银行报告和平安证券报告），也是目前大数据应用领域最有前途的方向之一。目前征信相关的大量有效数据集中在少数机构手中。由于这些数据太过敏感，并且具备极高的商业价值，往往会被严密保护起来，形成很高的行业门槛。虽然现在大量的互联网企业（包括各类社交网站）尝试从各种维度获取了海量的用户信息，但从征信角度看，这些数据仍然存在若干问题。这些问题主要包括：数据量不足：数据量越大，能获得的价值自然越高，过少的数据量无法产生有效价值；相关度较差：最核心的数据也往往是最敏感的。在隐私高度敏感的今天，用户都不希望暴露过多数据给第三方，因此企业获取到数据中有效成分往往很少；时效性不足：企业可以从明面上获取到的用户数据往往是过时的，甚至存在虚假信息，对相关分析的可信度造成严重干扰。区块链天然存在着无法篡改、不可抵赖的特性。同时，区块链平台将可能提供前所未有规模的相关性极高的数据，这些数据可以在时空中准确定位，并严格关联到用户。因此，基于区块链提供数据进行征信管理，将大大提高信用评估的准确率，同时降低评估成本。另外，跟传统依靠人工的审核过程不同，区块链中交易处理完全遵循约定自动化执行。基于区块链的信用机制将天然具备稳定性和中立性。目前，包括 IDG、腾讯、安永、普华永道等都已投资或进入基于区块链的征信管理领域，特别是跟保险和互助经济相关的应用场景。保险行业保险行业区块链倡议组织（Blockchain Insurance Industry Initiative，B3i）诞生于 2016 年下半年，面向保险行业，探索基于分布式账本的新型技术。分布式账本带来的可信能力，将有望给保险行业带来新的变革。目前，B3i 已经包括超过 40 家会员企业，包括美国国际集团、友邦保险、安联保险、瑞士再保险等保险行业巨头。权属管理与溯源区块链技术可以用于产权、版权等所有权的管理和追踪。其中包括汽车、房屋、艺术品等各种贵重物品的交易等，也包括数字出版物，以及可以标记的数字资源。目前权属管理领域存在的几个难题是：物品所有权的确认和管理；交易的安全性和可靠性保障；必要的隐私保护机制。以房屋交易为例。买卖双方往往需要依托中介机构来确保交易的进行，并通过纸质的材料证明房屋所有权。但实际上，很多时候中介机构也无法确保交易的正常进行。而利用区块链技术，物品的所有权是写在数字链上的，谁都无法修改。并且一旦出现合同中约定情况，区块链技术将确保合同能得到准确执行。这能有效减少传统情况下纠纷仲裁环节的人工干预和执行成本。例如，公正通（Factom）尝试使用区块链技术来革新商业社会和政府部门的数据管理和数据记录方式。包括审计系统、医疗信息记录、供应链管理、投票系统、财产契据、法律应用、金融系统等。它将待确权数据的指纹存放到基于区块链的分布式账本中，可以提供资产所有权的追踪服务。区块链账本共享、信息可追踪溯源且不可篡改的特性同样可用于打击造假和防范欺诈。Everledger 自 2016 年起就研究基于区块链技术实现贵重资产检测系统，将钻石或者艺术品等的数字指纹信息（包括钻石超过40个数据点的颜色、清晰度、切割和重量等信息）记录在区块链上。并于 2017 年宣布与 IBM 合作，实现生产商、加工商、运送方、零售商等多方之间的可信高效协作。类似地，针对食品造假这一难题，IBM、沃尔玛、清华大学于 2016 年底共同宣布将在食品安全领域展开合作，将用区块链技术搭建透明可追溯的跨境食品供应链。这一全新的供应链将改善食品的溯源和物流环节，打造更为安全的全球食品市场。其他项目在人力资源和教育领域，MIT 研究员朱莉安娜·纳扎雷（Juliana Nazaré）和学术创新部主管菲利普·施密特（Philipp Schmidt）发表了文章《MIT Media Lab Uses the Bitcoin Blockchain for Digital Certificates》，介绍基于区块链的学历认证系统。基于该系统，用人单位可以确认求职者的学历信息是真实可靠的。2018 年 2 月，麻省理工学院向应届毕业生颁发了首批基于区块链的数字学位证书。此外，还包括一些其他相关的应用项目：Chronicled：基于区块链的球鞋鉴定方案，为正品球鞋添加电子标签，记录在区块链上。Mediachain：通过 metadata 协议，将内容创造者与作品唯一对应。Mycelia：区块链产权保护项目，为音乐人实现音乐的自由交易。Tierion: 将用户数据锚定在比特币或以太坊区块链上，并生成“区块链收据”。Ziggurat：基于区块链提供文字、图片、音视频版权资产的登记和管理服务。资源共享当前，以 Uber、Airbnb 为代表的共享经济模式正在多个垂直领域冲击传统行业。这一模式鼓励人们通过互联网的方式共享闲置资源。资源共享目前面临的问题主要包括：共享过程成本过高；用户行为评价难；共享服务管理难。区块链技术为解决上述问题提供了更多可能。相比于依赖于中间方的资源共享模式，基于区块链的模式有潜力更直接的连接资源的供给方和需求方，其透明、不可篡改的特性有助于减小摩擦。有人认为区块链技术会成为新一代共享经济的基石。笔者认为，区块链在资源共享领域是否存在价值，还要看能否比传统的专业供应者或中间方形式实现更高的效率和更低的成本，同时不能损害用户体验。短租共享大量提供短租服务的公司已经开始尝试用区块链来解决共享中的难题。高盛在报告《Blockchain: Putting Theory into Practice》中宣称：Airbnb 等 P2P 住宿平台已经开始通过利用私人住所打造公开市场来变革住宿行业，但是这种服务的接受程度可能会因人们对人身安全以及财产损失的担忧而受到限制。而如果通过引入安全且无法篡改的数字化资质和信用管理系统，我们认为区块链就能有助于提升 P2P 住宿的接受度。该报告还指出，可能采用区块链技术的企业包括 Airbnb、HomeAway 以及 OneFineStay 等，市场规模为 30~90 亿美元。社区能源共享在纽约布鲁克林的一个街区，已有项目尝试将家庭太阳能发的电通过社区的电力网络直接进行买卖。具体的交易不再经过电网公司，而是通过区块链执行。与之类似，ConsenSys 和微电网开发商 LO3 提出共建光伏发电交易网络，实现点对点的能源交易。这些方案的主要难题包括：太阳能电池管理；社区电网构建；电力储备系统搭建；低成本交易系统支持。现在已经有大量创业团队在解决这些问题，特别是硬件部分已经有了不少解决方案。而通过区块链技术打造的平台可以解决最后一个问题，即低成本地实现社区内的可靠交易系统。电商平台传统情况下，电商平台起到了中介的作用。一旦买卖双方发生纠纷，电商平台会作为第三方机构进行仲裁。这种模式存在着周期长、缺乏公证、成本高等缺点。OpenBazaar 试图在无中介的情形下，实现安全电商交易。具体地，OpenBazaar 提供的分布式电商平台，通过多方签名机制和信誉评分机制，让众多参与者合作进行评估，实现零成本解决纠纷问题。大数据共享大数据时代里，价值来自于对数据的挖掘，数据维度越多，体积越大，潜在价值也就越高。一直以来，比较让人头疼的问题是如何评估数据的价值，如何利用数据进行交换和交易，以及如何避免宝贵的数据在未经许可的情况下泄露出去。区块链技术为解决这些问题提供了潜在的可能。利用共同记录的共享账本，数据在多方之间的流动将得到实时的追踪和管理。通过对敏感信息的脱敏处理和访问权限的设定，区块链可以对大数据的共享授权进行精细化管控，规范和促进大数据的交易与流通。减小共享风险传统的资源共享平台在遇到经济纠纷时会充当调解和仲裁者的角色。对于区块链共享平台，目前还存在线下复杂交易难以数字化等问题。除了引入信誉评分、多方评估等机制，也有方案提出引入保险机制来对冲风险。2016 年 7 月，德勤、Stratumn 和 LemonWay 共同推出一个为共享经济场景设计的“微保险”概念平台，称为 LenderBot。针对共享经济活动中临时交换资产可能产生的风险，LenderBot 允许用户在区块链上注册定制的微保险，并为共享的资产（如相机、手机、电脑）投保。区块链在其中扮演了可信第三方和条款执行者的角色。物流与供应链物流与供应链行业被认为是区块链一个很有前景的应用方向。Gartner 一项调查显示，接近 60% 的物流相关企业计划考虑使用分布式账本技术。该行业往往涉及到诸多实体，包括物流、资金流、信息流等，这些实体之间存在大量复杂的协作和沟通。传统模式下，不同实体各自保存各自的供应链信息，严重缺乏透明度，造成了较高的时间成本和金钱成本，而且一旦出现问题（冒领、货物假冒等），难以追查和处理。通过区块链，各方可以获得一个透明可靠的统一信息平台，可以实时查看状态，降低物流成本，追溯物品的生产和运送全过程，从而提高供应链管理的效率。当发生纠纷时，举证和追查也变得更加清晰和容易。例如，运送方通过扫描二维码来证明货物到达指定区域，并自动收取提前约定的费用；冷链运输过程中通过温度传感器实时检测货物的温度信息并记录在链等。来自美国加州的 Skuchain 公司创建基于区块链的新型供应链解决方案，实现商品流与资金流的同步，同时缓解假货问题。马士基推出基于区块链的跨境供应链解决方案2017 年 3 月，马士基和 IBM 宣布，计划与由货运公司、货运代理商、海运承运商、港口和海关当局构成的物流网络合作，构建一个新型全球贸易数字化解决方案 TradeLens。该方案利用区块链技术在各方之间实现信息透明性，降低贸易成本和复杂性，旨在帮助企业减少欺诈和错误，缩短产品在运输和海运过程中所花的时间，改善库存管理，最终减少浪费并降低成本。马士基在 2014 年发现，仅仅是将冷冻货物从东非运到欧洲，就需要经过近 30 个人员和组织进行超过 200 次的沟通和交流，大量文书工作可以替换为无法篡改的数字记录，类似问题都有望借助区块链进行解决。基于区块链的供应链方案，预计每年可为全球航运业节省数十亿美元。国际物流区块链联盟2017 年 8 月，国际物流区块链联盟（Blockchain In Transport Alliance，BiTA）正式成立。该联盟目标为利用分布式账本技术来提高物流和货运效率，并探索新的行业标准。目前，联盟已经发展为超过 25 个国家，500 多家会员企业，包括联合包裹（UPS）、联邦快递（FedEx）、施耐德卡车运输公司（Schneider Trucking）、SAP 等。物联网曾经有人认为，物联网是大数据时代的基础。笔者认为，区块链技术是物联网时代的基础。典型应用场景分析一种可能的应用场景为：物联网络中每一个设备分配地址，给该地址所关联一个账户，用户通过向账户中支付费用可以租借设备，以执行相关动作，从而达到租借物联网的应用。典型的应用包括 PM2.5 监测点的数据获取、温度检测服务、服务器租赁、网络摄像头数据调用等等。另外，随着物联网设备的增多、边沿计算需求的增强，大量设备之间形成分布式自组织的管理模式，并且对容错性要求很高。区块链自身分布式和抗攻击的特点可以很好地融合到这一场景中。IBMIBM 在物联网领域已经持续投入了几十年的研发，目前正在探索使用区块链技术来降低物联网应用的成本。2015 年初，IBM 与三星宣布合作研发“去中心化的 P2P 自动遥测系统（Autonomous Decentralized Peer-to-Peer Telemetry）”系统，使用区块链作为物联网设备的共享账本，打造去中心化的物联网。Filament美国的 Filament 公司以区块链为基础提出了一套去中心化的物联网软件堆栈。通过创建一个智能设备目录，Filament 的物联网设备可以进行安全沟通、执行智能合约以及发送小额交易。基于上述技术，Filament 能够通过远程无线网络将辽阔范围内的工业基础设备沟通起来，其应用包括追踪自动售货机的存货和机器状态、检测铁轨的损耗、基于安全帽或救生衣的应急情况监测等。NeuroMesh2017 年 2 月，源自 MIT 的 NeuroMesh 物联网安全平台获得了 MIT 100K Accelerate 竞赛的亚军。该平台致力于成为“物联网疫苗”，能够检测和消除物联网中的有害程序，并将攻击源打入黑名单。所有运行 NeuroMesh 软件的物联网设备都通过访问区块链账本来识别其他节点和辨认潜在威胁。如果一个设备借助深度学习功能检测出可能的威胁，可通过发起投票的形式告知全网，由网络进一步对该威胁进行检测并做出处理。公共网络服务现有的互联网能正常运行，离不开很多近乎免费的网络服务，例如域名服务（DNS）。任何人都可以免费查询到域名，没有 DNS，现在的各种网站将无法访问。因此，对于网络系统来说，类似的基础服务必须要能做到安全可靠，并且低成本。区块链技术恰好具备这些特点，基于区块链打造的分布式 DNS 系统，将减少错误的记录和查询，并且可以更加稳定可靠地提供服务。其它场景区块链还有一些很有趣的应用场景，包括但不限于云存储、医疗、社交、游戏等多个方面。云存储Storj 项目提供了基于区块链的安全的分布式云存储服务。服务保证只有用户自己能看到自己的数据，并号称提供高速的下载速度和 99.99999% 的高可用性。用户还可以“出租”自己的额外硬盘空间来获得报酬。协议设计上，Storj 网络中的节点可以传递数据、验证远端数据的完整性和可用性、复原数据，以及商议合约和向其他节点付费。数据的安全性由数据分片（Data Sharding）和端到端加密提供，数据的完整性由可复原性证明（Proof of Retrievability）提供。医疗医院与医保医药公司，不同医院之间，甚至医院里不同部门之间的数据流动性往往很差。考虑到医疗健康数据的敏感性，笔者认为，如果能够满足数据访问权、使用权等规定的基础上促进医疗数据的提取和流动，健康大数据行业将迎来春天。目前，全球范围内的个人数据市场估值每年在 2000 亿美金左右。GemHealth 项目由区块链公司 Gem 于 2016 年 4 月提出，其目标除了用区块链存储医疗记录或数据，还包括借助区块链增强医疗健康数据在不同机构不同部门间的安全可转移性、促进全球病人身份识别、医疗设备数据安全收集与验证等。项目已与医疗行业多家公司签订了合作协议。Hu.Manity 是一家创业公司，提供健康数据的匿名出售服务。用户可以选择售卖个人健康数据，但这些数据会消除掉个人的隐私信息。麻省理工学院媒体实验室也在建立一个医疗数据的共享系统，允许病人自行选择分享哪些数据给医疗机构。通信和社交BitMessage 是一套去中心化通信系统，在点对点通信的基础上保护用户的匿名性和信息的隐私。BitMessage 协议在设计上充分参考了比特币，二者拥有相似的地址编码机制和消息传递机制。BitMessage 也用工作量证明（Proof-of-Work）机制防止通信网络受到大量垃圾信息的冲击。类似的，Twister 是一套去中心化的“微博”系统，Dot-Bit 是一套去中心化的 DNS 系统。投票Follow My Vote 项目致力于提供一个安全、透明的在线投票系统。通过使用该系统进行选举投票，投票者可以随时检查自己选票的存在和正确性，看到实时记票结果，并在改变主意时修改选票。该项目使用区块链进行记票，并开源其软件代码供社区用户审核。项目也为投票人身份认证、防止重复投票、投票隐私等难点问题提供了解决方案。在线音乐Ujo 音乐平台通过使用智能合约来创建一个透明的、去中心化的版权和版权所有者数据库来进行音乐版权税费的自动支付。预测Augur 是一个运行在以太坊上的预测市场平台。使用 Augur，来自全球不同地方的任何人都可发起自己的预测话题市场，或随意加入其它市场，来预测一些事件的发展结果。预测结果和奖金结算由智能合约严格控制，使得在平台上博弈的用户不用为安全性产生担忧。电子游戏2017 年 3 月，来自马来西亚的电子游戏工作室 Xhai Studios 宣布将区块链技术引入其电子游戏平台。工作室旗下的一些游戏将支持与 NEM 区块链的代币 XEM 整合。通过这一平台，游戏开发者可以在游戏架构中直接调用支付功能，消除对第三方支付的依赖；玩家则可以自由地将 XEM 和游戏内货币、点数等进行双向兑换。存证TODO：展开解释存证或版权案例 “纸贵版权” 引入公证处、版权局、知名高校作为版权存证联盟链的存证和监管节点，所有上链的版权存证信息都会经过多个节点的验证和监管，保证任何时刻均可出具具备国家承认的公证证明，具有最高司法效力。同时，通过在公证处部署联盟链存证节点服务器，存证主体即可视为公证处。在遭遇侵权行为时，区块链版权登记证书可作为证据证明版权归属，得到法院的采信。2018 年 12 月 22 日，北京互联网法院“天平链”正式发布。该区块链平台融合了司法鉴定中心、公证处、行业机构等，三个月时间内发展到 17 个节点，采集数据超过一百万条。这些存证数据有望提高电子诉讼的采证效率。发布于 2019-12-18 11:20区块链(Blockchain)区块链价值区块链技术赞同 454 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录区块链漫游指南区块

区块链现在到底有哪些实际的应用场景？ - 知乎

区块链现在到底有哪些实际的应用场景？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册区块链(Blockchain)区块链现在到底有哪些实际的应用场景？如此热火朝天的区块链，到底有什么具体的应用场景呢？举几个例子？关注者7,302被浏览953,781关注问题写回答邀请回答好问题 3320 条评论分享449 个回答默认排序ToddNothing Research 关注举几个好理解的例子（不提具体项目名称）1.公证防伪把公证信息等记在区块链上，可以减少造假/降低验伪难度。（因为公证信息来自于中心化部门，不能彻底杜绝造假。但是可以大大减低需要验伪的公司/个人的验伪难度）2.版权保护可以把每次版权变更都记载在区块链上，创作内容可以通过IPFS保存在链下。这样做让作者降低了版权声明难度，减少人为干扰，并且让版权交易更容易。3.分布式存储类似于云储存，将重要文件加密分布地存在全世界各处，通过代币激励。但是目前都在开发中，性能上还暂时无法和传统的百度云/阿里云媲美。4.跨境支付包括比特币在内，一些排名靠前的虚拟货币（区块链上的token），可以用来跨国支付，无需换汇。结算时间在5s-1h之内，远超目前的主流银行跨国转账（1天-1周），尤其是某些小国之间的转账，往往要一周的时间。5.溯源防伪将产品信息/物流信息加入区块链，可以增加造假难度，让溯源信息更可信。（暂时也无法彻底杜绝，但和以前相比，这绝对是个进步）6.保险1.通过智能合约，让针对某些数字资产保险理赔自动化（增加参保用户的放心程度）。2.优秀公司也可以开拓海外保险业务。（用token支付，不必再用本国法币）3.另外，可以将产权信息记入区块链，淘汰纸质产权，这会大大降低人力成本，使保费降低。7.竞猜预测这个不多讲，现在这种项目有几十个。1.财产公开 2.智能合约赔付（秒到，无庄家，无审核）3.竞猜交易全在链上，没人可以跑路 4.可以跨国跨地域参与。预测的话，可以进行民意调查。（因为用token投票，每个人都会认真考虑，所以更精准。）8.医疗行业可以在用加密技术，将病历/医疗信息记入区块链。让患者在永久保存病历，并简化跨医院就医难度。9.内容激励社区区块链上有token，可以让内容社区的创作都有token奖励。比如出现了区块链版的知乎，大家的创作热情很高，因为可以按照点赞数/影响力等多个角度评判的得分，平分平台的广告收入token。但还不够完美，比如有刻意迎合读者/大V相互点赞等问题。这算是一个实验品，未来还会有改进。区块链的特点就是规则透明，大家都明白只要创作了，就会有收入，不会有管理员/赖账等问题。10.身份验证数字身份证，如果让国家来推行的话，所有的身份证/户口都可以记入区块链，并加密保存，将会大大降低查证成本。持有人也不用再担心身份证消磁/丢失等问题，而且之后更多的东西可以记入链上，比如学历/信用评分/社保信息等等。11.抽奖水印可以指定未来某一时刻区块头的哈希值尾数为中奖号码。任何人都无法预测到未来区块投的哈希值尾数（否则那个人就可以凭空挖比特币了）让抽奖100%公开透明。水印的道理一样，无法伪造出来自未来的水印。12.物联网可以通过区块链和tangle等技术，机器之间的通信变得加密且可信，而且运作更加顺滑13.投票表决所有票数上限确定，而且投票过程全网透明，全部计入链上，投票信息笔笔可查。这使投票更加民主，可信，公开。这些只是一些大方向。还有一些非常有创新力的更精细的小方向，之后有时间会慢慢更新。编辑于 2018-03-12 14:38赞同 415107 条评论分享收藏喜欢收起吴尼克注册会计师(CPA)持证人关注不吹不黑，讲些我了解的实际应用。区块链的落地应用有三个阶段。1.0是数字货币，比特币是先驱和目前市值最高、应用最广泛的代表。2.0是去中心化应用的初级阶段，也是我们目前所处的阶段。此时去中心化的应用虽然已具雏形，但是仍有非常多的不足之处，无法被广泛应用。以太坊（Ethereum）和运行在以太坊上的智能合约是这个阶段最典型的代表。3.0是去中心化应用的成熟和广泛应用阶段。有不同的去中心化解决方案会应用在所需要的场景之中。2.0阶段的不足之处在此时被多套不同的技术方案来解决。目前有多个项目齐头并进，在物联网、闪电网络等各个领域发力。但现在尚无实际应用。1.0阶段的比特币和其他数字货币的介绍已经有很多讲过了。这里不再赘述。3.0阶段因为尚无具体落地应用，所以也不在这里讨论。重点说下目前2.0阶段已有的去中心化应用。由于目前以太坊是众多能上智能合约的公链中，技术较为完善，开发社区较为成熟的一个，绝大多数的去中心化应用（智能合约）目前都在以太坊网络上。目前以太坊网络上在运行的去中心化应用大概有近千个，主要有几大类：1、去中心化虚拟货币交易所（decentralized exchange for trading Ethereum (ERC-20) ）tokens）典型案例：ForkDelta https://forkdelta.github.io/ （日交易量1万）IDEX https://idex.market/ （日交易量1万）有别于中心化的交易所，用户不通过和交易所进行撮合交易，而是通过和智能合约交互进行token（代币）的交易。目前仅支持在以太坊网络上发行的代币，比如EOS、TRX等等。2、区块链游戏（含菠菜）典型案例：CryptoKitties（总交易额约2亿人民币）、CryptoCountries（总交易额约1.5亿人民币）、http://www.luckyeth.io/Dapp（Decentralized Application/去中心化应用）中属于游戏类的区块链应用。即游戏需要和各种区块链公链有一定程度上的交互。使用虚拟货币进行充值的游戏不在此范围内。2017年11月28日，区块链游戏云撸猫CryptoKitties横空出世，短短几周的时间，吸引了全球的关注。在CK火爆之后，迅速爆发了一波区块链游戏狂潮。截止2018年2月27日，共有152款区块链游戏上线或即将上线。玩法方面，目前的区块链游戏和PC、主机游戏、手机游戏甚至页游相比，都过于简单。因此不少游戏业内人士和玩家都大呼：这也算游戏？！这不就是个资金盘嘛？！hot potato、收藏交易、菠菜和ponzi是最主要的游戏玩法。数量最多的要属于hot potato类游戏。近期最吸引眼球的两款游戏都是这个类型的 - CryptoCelebrities（加密名人）（总交易额约1.5亿人民币）和 CryptoCountries（加密世界）（总交易额约1.5亿人民币）。收藏交易类有35款，居第二，主要代表作为CryptoKitties （谜恋猫）（总交易额约2亿人民币）。菠菜和ponzi类共17款，居第三，明星产品分别为EtherRoll和Etheremon。而区块链所使用的主题也是五花八门，从猫、狗、龙、猪等各种动物，到人、车、国家、球队等等各种各样的题材。关于区块链游戏的介绍，具体可以参见：3、虚拟物品交易市场典型案例：Opensea、RareBits各种区块链游戏中的游戏资产可以通过智能合约进行交易。目前处于较为初级的阶段。活跃不高。4、投票、众筹典型案例：EOS、总统选举顺便说一下目前智能合约的优缺点：去中心化应用/智能合约目前有以下几个优点：1、通过开源合约快速建立信任目前较热门的去中心化应用基本上都会开源自己的合约。当游戏开发团队告诉我他们的游戏玩法和未来计划的时候，我可以马上去智能合约中进行核实。毫不夸张的说，我甚至可以完全不管开发团队告诉我什么，直接去智能合约中找答案。比如在cryptokitties中，团队表示0代猫（gen 0）只会有45000只，那么这个数字我们可以在智能合约中进行核查。如下图。这个特性对于一些已经有很强信用背书的团队来说可能没什么用。但是对于一个默默无闻的小团队来说确是非常有用。因为玩家无需去相信这个团队，只要相信智能合约就可以了。同样的，之前一些彩票机构，一旦彩民中了大奖就跑路。而通过智能合约，一旦中奖了，奖金将会自动发放，就可以杜绝这种情况的发生。彩民也无需对彩票机构的信用进行评估，只要检查智能合约的正确性就好了。2、可以做到数据无法篡改、规则永远不变玩过网络游戏的各位一定体验过规则一直在变，游戏内道具迅速贬值的痛苦。比如金庸群侠传online最开始夺命连环三仙剑就可以横扫天下，后来人人必备野球拳。又比如魔兽世界的等级上限不断提高，装备不断出新，只要一段时间不玩，就很难跟上。而智能合约中，是可以直接将规则定死，也可以让创建者无权修改游戏数据。这个时候，用户与其说是在和开发者打造的产品进行交互，不如说是在和智能合约的逻辑进行交互。而这个逻辑，也是不受任何人控制的。比如cryptopunks的开发者，在生成1万个头像后，就将交易完全交给市场。团队无权再去修改这些头像的内容或者价格。当然，开发者也可以在智能合约中赋予自己篡改数据的权力。不过只要开源，使用者也是可以看得到的。3、使用过程完全透明，信息完全对称由于区块链所有上链数据皆可以查询，所以通过智能合约交互的所有数据任何人都可以查询。这使得每个人通过简单的检索，都可以获得和开发团队以及其他玩家一模一样信息。下图是CryptoKitties的智能合约的交易记录。在这里，我们可以清楚的看到游戏开发商赚了多少钱，一共发生了多少笔交易，都有哪些玩家参与，每个玩家在做什么。这里我们可以看到有一位玩家刚刚执行了“繁殖”的指令，有7位玩家刚刚执行了“销售”的指令。通过对玩家秘钥地址的分析，我们甚至可以得到更为清晰的用户画像。包括这个玩家的钱包余额、玩过哪些游戏、每个游戏投入了多少、和哪些人有过eth往来之类等等。而这些信息，可以帮助我们更好地做决策。由于区块链公开透明的特点，暗箱操作几乎很难做到。然而，智能合约也存在着许多非常明显的缺点：1、无法及时交互目前智能合约的响应速度普遍在1分钟以上。网络拥堵的时候甚至可以达到数个小时甚至无法完成交易。这导致区块链本身在时间维度上可以说直接将连续的时间离散化了，而且存在着不确定的等待时间和拥堵的可能，所以很难在用户之间形成及时交互。2、发送指令费用较高因为每次发送指令都需要消耗GAS，而目前eth的价格仍然使得GAS费用显得比较高昂。往往在以太坊上进行的一次战斗都需要耗费10元人民币。虽然目前很多其他的链声称可以有更低廉的解决方案，但是这些方案仍在开发中。3、开发环境不成熟目前以太坊的虚拟机和其流行的编程语言solidity已经是众多公链中开发环境最为成熟的一个了。但是其和其他热门语言比起来还非常的不成熟。甚至在官方手册中都有非常多的坑需要去填。这些缺点限制了目前去中心化应用的发展，也给未来新的去中心化技术提供了机会。期待在未来可以看到更多更好的区块链技术。附录：区块链游戏汇总编辑于 2018-03-13 18:10赞同 37356 条评论分享收藏喜欢

区块链（数据结构）_百度百科

数据结构）_百度百科网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心区块链是一个多义词，请在下列义项上选择浏览（共12个义项）展开添加义项区块链播报讨论上传视频数据结构收藏查看我的收藏0有用+10本词条由中国科学院信息工程研究所参与编辑并审核，经科普中国·科学百科认证。区块链（英文名：blockchain [3-4] [7]或block chain [2][13]）是一种块链式存储、不可篡改、安全可信的去中心化分布式账本 [1]，它结合了分布式存储、点对点传输、共识机制、密码学等技术 [8]，通过不断增长的数据块链（Blocks）记录交易和信息，确保数据的安全和透明性 [6]。区块链起源于比特币（Bitcoin），最初由中本聪（Satoshi Nakamoto）在2008年提出，作为比特币的底层技术 [1]。从诞生初期的比特币网络开始，区块链逐渐演化为一项全球性技术，吸引了全球的关注和投资[3]。随后，以太坊（Ethereum）等新一代区块链平台的出现进一步扩展了应用领域 [3-4]。区块链的特点包括去中心化、不可篡改、透明、安全和可编程性 [6] [8]。每个数据块都链接到前一个块，形成连续的链，保障了交易历史的完整性。智能合约技术使区块链可编程，支持更广泛的应用 [5]。区块链在金融、供应链、医疗、不动产等领域得到广泛应用 [5] [8]。尽管仍面临可扩展性和法规挑战，但它已经成为改变传统商业和社会模式的强大工具，对未来具有巨大潜力 [13-14]。中文名区块链外文名blockchain [3-4] [7]block chain [2] [11]定义一种去中心化的分布式账本技术 [1]特点一种去中心化的分布式账本技术，去中心化、不可篡改、透明、安全和可编程性 [1]分类公有链、联盟链、私有链领域金融、供应链、医疗、不动产等起源于2008年11月1日（被提出）2009年1月3日（创世区块诞生） [1] [3]创始人中本聪（Satoshi Nakamoto）典型区块链系统Bitcoin（比特币）、Ethereum（以太坊）、Libra/Diem、Litecoin、Monero、Dogecoin目录1区块链概述▪区块链的概念▪区块链的特征2区块链技术发展历史▪区块链技术发展脉络▪区块链技术发展历程3区块链的分类▪公有链▪联盟链▪私有链4区块链的架构▪数据层▪网络层▪共识层▪激励层▪合约层▪应用层5典型区块链系统▪Bitcoin▪Ethereum▪Libra6区块链技术▪共识机制▪智能合约7区块链安全问题▪分布式拒绝服务攻击▪延展性攻击▪女巫攻击▪路由攻击▪日蚀攻击▪反洗钱犯罪8区块链相关热点概念▪挖矿▪币圈▪矿圈▪数字货币9对区块链的误解▪误解1：区块链等于炒比特币▪误解2：区块链上的数据是绝对安全的▪误解3：区块链适合存储大量数据▪误解4智能合约是存储在区块链上的现实合约▪误解5：比特币跟硬币的性质是一样的▪误解6：比特币成不了主流货币是因为政府▪误解7：区块链可以应用于全行业10区块链的应用▪供应链金融▪资产交易▪司法存证▪智能合同▪溯源、防伪▪政府▪数字证书▪物流11相关政策与法律法规区块链概述播报编辑区块链（Blockchain）技术，自从在比特币（Bitcoin）白皮书《比特币：一种点对点电子货币系统（Bitcoin: A Peerto-Peer Electronic Cash System）》 [1]一文中被化名为中本聪（Satoshi Nakamoto）的作者提出以来，就受到许多关注且备受争议。有些人认为区块链是继蒸汽机、电力、互联网之后的颠覆性技术发明，将彻底改变整个人类社会价值传递的方式，甚至带来新一轮的科技革命 [3] [8] [37]；而有些反对者则认为比特币乃至区块链是一个骗局，或是对其未来充满担忧 [9] [35-36]。近年来，随着比特币、以太坊（Ethereum）等加密货币的火热，区块链技术在全球范围内得到越来越多的关注。2019年10月24日，中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习 [38]，此后，区块链技术更是吸引了举国上下的目光 [39]。区块链技术目前已经应用于多个领域，如金融、物流、食品安全等 [15] [21] [30]。尽管不少人对比特币的未来发展仍然充满疑虑，但大多数技术专家非常认可区块链技术的未来，认为其理念的推广与应用最终会超越加密货币，成为时代的热点和前沿技术 [16-17] [22] [37]。但是，与其火热的应用、受到广泛的关注度和蓬勃的发展相比，普通大众对于区块链的认知尚停留在很简单的层面。人们对于区块链的认识往往是局限于加密数字货币，或者是一项敬而远之、远离日常生活的高新技术 [27] [31]。总的来说，区块链技术建立了新的信任机制，允许各网络节点之间在没有权威节点的去中心化情况下达成可信共识，是一项从思想到技术的重大飞跃 [34]。区块链的概念中本聪在《比特币：一种点对点电子货币系统》一文中，并未给出“区块链”的具体定义，只是提出了一种基于哈希证明的链式区块结构，即称为区块链的数据结构。“区块链”一词也是来源于此，其中“区块”（Block）一词指代一个包含了数据的基本结构单元（块），而链（Chain）则代表了由区块产生的哈希链表。从狭义上来说，根据工业和信息化部2016年发布的《中国区块链技术和应用发展白皮书》所述，区块链技术是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成链式数据结构，并以密码学方式保证不可篡改和不可伪造的分布式账本技术 [33]。从广义来说，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式 [25]。一般认为，区块链技术是伴随着以“比特币”为首的数字货币而出现的一项新兴技术，是一种以密码学算法为基础的点对点分布式账本技术，是分布式存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式 [23]。区块链包括三个基本要素，即交易（Transaction，一次操作，导致账本状态的一次改变）、区块（Block，记录一段时间内发生的交易和状态结果，是对当前账本状态的一次共识）和链（Chain，由一个个区块按照发生顺序串联而成，是整个状态变化的日志记录）。区块链中每个区块保存规定时间段内的数据记录（即交易），并通过密码学的方式构建一条安全可信的链条，形成一个不可篡改、全员共有的分布式账本。通俗地说，区块链是一个收录所有历史交易的账本，不同节点之间各持一份，节点间通过共识算法确保所有人的账本最终趋于一致。区块链中的每一个区块就是账本的每一页，记录了一个批次记录下来的交易条目。这样一来，所有交易的细节都被记录在一个任何节点都可以看得到的公开账本上，如果想要修改一个已经记录的交易，需要所有持有账本的节点同时修改。同时，由于区块链账本里面的每一页都记录了上一页的一个摘要信息，如果修改了某一页的账本（也就是篡改了某一个区块），其摘要就会跟下一页上记录的摘要不匹配，这时候就要连带修改下一页的内容，这就进一步导致了下一页的摘要与下下页的记录不匹配。如此循环，一个交易的篡改会导致后续所有区块摘要的修改，考虑到还要让所有人承认这些改变，这将是一个工作量巨大到近乎不可能完成的工作。正是从这个角度看，区块链具有不可篡改的特性。分布式记账网络区块链中的区块模型示意图区块链的特征1.去中心化在中本聪的设计中，每一枚比特币的产生都独立于权威中心机构，任意个人、组织都可以参与到每次挖矿、交易、验证中，成为庞大的比特币网络中的一部分。区块链网络通常由数量众多的节点组成，根据需求不同会由一部分节点或者全部节点承担账本数据维护工作，少量节点的离线或者功能丧失并不会影响整体系统的运行。在区块链中，各个节点和矿工遵守一套基于密码算法的记账交易规则，通过分布式存储和算力，共同维护全网的数据，避免了传统中心化机构对数据进行管理带来的高成本、易欺诈、缺乏透明、滥用权限等问题。普通用户之间的交易也不需要第三方机构介入，直接点对点进行交易互动即可 [21]。2.开放性区块链系统是开放的，它的数据对所有人公开，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统的信息高度透明。虽然区块链的匿名性使交易各方的私有信息被加密，但这不影响区块链的开放性，加密只是对开放信息的一种保护 [20]。在开放性的区块链系统中，为了保护一些隐私信息，一些区块链系统使用了隐私保护技术，使得人们虽然可以查看所有信息，但不能查看一些隐私信息 [20-21]。3.匿名性在区块链中，数据交换的双方可以是匿名的，系统中的各个节点无须知道彼此的身份和个人信息即可进行数据交换 [20]。我们谈论的隐私通常是指广义的隐私：别人不知道你是谁，也不知道你在做什么。事实上，隐私包含两个概念：狭义的隐私（Privacy）与匿名（Anonymity）。狭义的隐私就是别人知道你是谁，但不知道你在做什么；匿名则是别人知道你在做什么，但不知道你是谁。虽然区块链上的交易使用化名（Pseudonym），即地址（Address），但由于所有交易和状态都是明文，因此任何人都可以对所有化名进行分析并建构出用户特征（User Profile）。更有研究指出，有些方法可以解析出化名与IP的映射关系，一旦IP与化名产生关联，则用户的每个行为都如同裸露在阳光下一般。在比特币和以太坊等密码学货币的系统中，交易并不基于现实身份，而是基于密码学产生的钱包地址。但它们并不是匿名系统，很多文章和书籍里面提到的数字货币的匿名性，准确来说其实是化名。在一般的系统中，我们并不明确区分化名与匿名。但专门讨论隐私问题时，会区分化名与匿名。因为化名产生的信息在区块链系统中是可以查询的，尤其是在公有链中，可以公开查询所有的交易的特性会让化名在大数据的分析下完全不具备匿名性。但真正的匿名性，如达世币、门罗币、Zcash等隐私货币使用的隐私技术才真正具有匿名性。匿名和化名是不同的。在计算机科学中，匿名是指具备无关联性（Unlinkability）的化名。所谓无关联性，就是指网络中其他人无法将用户与系统之间的任意两次交互（发送交易、查询等）进行关联。在比特币或以太坊中，由于用户反复使用公钥哈希值作为交易标识，交易之间显然能建立关联。因此比特币或以太坊并不具备匿名性。这些不具备匿名性的数据会造成商业信息的泄露，影响区块链技术的普及使用 [18] [20-21]。4.可追溯性区块链采用带时间戳的块链式存储结构，有利于追溯交易从源头状态到最近状态的整个过程。时间戳作为区块数据存在的证明，有助于将区块链应用于公证、知识产权注册等时间敏感领域 [6] [19]。5.透明性相较于用户匿名性，比特币和区块链系统的交易和历史都是透明的。由于在区块链中，账本是分发到整个网络所有参与者，账本的校对、历史信息等对于账本的持有者而言，都是透明的、公开的 [6]。6.不可篡改性比特币的每次交易都会记录在区块链上，不同于由中心机构主宰的交易模式，其中心机构可以自行修改任意用户的交易信息，比特币很难篡改 [6]。7.多方共识区块链作为一个多方参与维护的分布式账本系统，参与方需要约定数据校验、写入和冲突解决的规则，这被称为共识算法。比特币和以太坊作为公有链当前采用的是工作量证明算法（PoW），应用于联盟链领域的共识算法则更加灵活多样，贴近业务需求本身 [20]。区块链技术发展历史播报编辑区块链技术发展脉络1.区块链1.0 1.0时代是以比特币为代表的虚拟数字货币时代，实现了数字货币的应用，包括支付流通等货币职能和去中心化的支付手段。比特币描述了一个宏伟的蓝图，未来的货币不再依赖于各国央行发行，而是全球统一的货币。2.区块链2.0 2.0时代是智能合约的时代，智能合约与数字货币结合在金融领域有着更广泛的应用场景，区块链实现的点对点操作避免了第三方的介入，可以避免环境、跨国、跨行、货币转换等问题，直接实现点对点的转账，提高了金融系统的效率。区块链2.0的代表是以太坊，以太坊提供了一个智能合约编程环境，用户通过开发智能合约实现了各种复杂逻辑，提供了广泛的商业、非商业应用场景。3.区块链3.03.0时代是指将区块链技术应用于金融之外行业的时代，区块链3.0被称为互联网技术之后的新一代技术创新，可以推动更大的产业改革。区块链3.0会涉及社会生活的各个方面，会在数据存储、数据鉴证、资产管理、选举投票等领域得到广泛应用，促进信息、资源、价值的流通和有效配置。区块链技术发展历程1.比特币产生之前（1970-2008年）1976年，Bailey W.Diffie和Martin E.Hellman发表了论文《密码学的新方向》 [11]，论文覆盖了未来几十年密码学所有的新的进展领域，包括非对称加密、椭圆曲线算法、哈希等，该论文奠定了迄今为止整个密码学的发展方向，也对区块链的技术和比特币的诞生起到决定性作用。哈耶克出版了他人生中最后一本经济学方面的专著:《货币的非国家化》 [12]。该书提出的非主权货币、竞争发行货币等理念，是去中心化货币的精神指南。1980年，Merkle Ralf提出了Merkle-Tree这种数据结构和相应的算法。1982年，拜占庭将军问题由Leslie Lamport等提出，这是一个点对点通信中的基本问题。1982年，密码学网络支付系统由David Chaum提出，该系统注重隐私安全，具有不可追踪的特性。1990年，Paxos算法由Leslie Lamport提出，这是一种基于消息传递的一致性算法。1991年，Stuart Haber与W.Scott Stornetta于1991年提出利用时间戳确保数位文件安全的协议。1997年，哈希现金技术由Adam Back发明。哈希现金运用的一种PoW算法通过依赖成本函数的不可逆性，从而实现容易被验证但很难被破解的功能，最早应用于拦截垃圾邮件。1998年，戴伟于1998年发表匿名的分散式电子现金系统b-money，引入PoW机制，强调点对点交易和不可篡改特性，每个节点分别记录自己的账本。2004年，哈尔·芬尼推出了自己的电子货币，在其中采用了可复用的工作量证明机制（RPoW）。2.比特币的诞生与发展（2008-2010年）2008年9月，以雷曼兄弟的倒闭为开端，金融危机在美国爆发并向全世界蔓延。为应对危机，世界各国政府和中央银行采取了史无前例的财政刺激方案和扩张的货币政策并对金融机构提供紧急援助、这些措施同时引起了广泛的质疑 [45]。2008年11月1日，中本聪发布比特币白皮书。2008年11月16日，中本聪发布了比特币代码的先行版本。2009年1月3日，中本聪在位于芬兰赫尔辛基的一个小型服务器上挖出了比特币的第个区块——创世区块（Genesis Block），并获得了首批“挖矿”奖励——50个比特币。2009年1月11日，比特币客户端0.1版发布。2009年1月12日，第一笔比特币交易，中本聪将10枚比特币发送给密码学界活跃的开发者哈尔·芬尼。2009年10月5日，最早的比特币与美元的汇率为1美元=1309.03比特币，由一位名为“新自由标准”（New Liberty Standard）的用户发布 [45]。一枚比特币的价值计算方法如下：由高CPU利用率的计算机运行一年所需要的平均电量1331.5千瓦时，乘以上年度美国居民平均用电成本0.1136美元，除以12个月，再除以过去30天里生产的比特币数量，最后除以1美元。2009年12月30日，比特币挖矿难度首次增长，为了保持每10分钟1个区块的恒定开采速度，比特币网络进行了自我调整，挖矿难度变得更大。2010年5月22日，一个程序员用10000个比特币购买了两张比萨的优惠券。当时一枚比特币价值仅为0.005美分。后来很多的人将5.22日称为“比特币比萨日” [45]。2010年7月12日，比特币价格第一次剧烈波动，2010年7月12日到7月16日，比特币汇率经历了为期5天的价格剧烈波动时期，从0.008美元/比特币上涨到0.08美元/比特币，这是比特币汇率发生的第一次价格剧烈波动。2010年7月12日，GPU挖矿开始。由于比特币的汇率持续上升，积极的矿工们开始寻找提高计算能力的方法。专用的图形卡比传统的CPU具有更多的能量。据称，矿工ArtForz是第一个成功实现在矿场上用个人的OpenCL GPU挖矿的人。2010年7月17日，第一个比特币交易平台Mt. Gox成立。2010年8月6日，比特币网络协议升级。比特币协议中的一个主要漏洞于2010年8月6日被发现：交易信息未经正确验证，就被列入交易记录或区块链。这个漏洞被人恶查利用，生成了1840亿枚比特币，并被发送到两个比特币地址上。这笔非法交易很快就被发现、漏洞在数小时内修复，在交易日志中的非法交易被删除，比特币网络协议也因此升级至更新的版本 [33]。2010年10月16日，出现了第一笔托管交易。比特币论坛会员Diablo-D3和Nanotube于2010年10月16日进行了第一笔有记录的托管交易，托管人为Theymos。2010年12月5日，比特币第一次与现实的金融社区产生交集。在维基解密泄露美国外交电报事件期间，比特币社区呼吁维基解密接受比特币捐款以打破金融封锁。中本聪表示坚决反对，认为比特币还在摇篮中，经不起冲突和争议。2010年12月16日，比特币矿池出现，采矿成为一项团队运动，一群矿工于2010年12月16日一起在slush矿池挖出了它的第一个区块。根据其贡献的工作量，每位矿工都获得了相应的报酬。此后的两个月间，slush矿池的算力从1400Mhash/s增长到了60Ghash/s。3.对比特币的质疑与关注（2011-2014年）2011年2月9日，比特币首次与美元等价 [3]。2011年3月6日，比特币全网计算速度达到900G Hash/s，显示“挖矿”流行起来。2011年6月20日，世界上最大的比特币交易网站Mt.Gox出现交易漏洞，1比特币只卖1美分，而此前的正常价格在15美元左右。Mt.Gox一方面号召用户赶紧修改密码，另一方面宣布这一反常时段内的所有大单交易无效。2011年6月29日，比特币支付处理商BitPay于2011年6月29日推出了第一个用于智能手机的比特币电子钱包。2011年7月，当时世界第三大比特币交易所Bitomat丢失了17000枚比特币。2011年8月，MyBitcoin遭黑客攻击，涉及49%的客户存款，超过78000个比特币。2011年8月20日，第一次比特币会议在纽约召开。2012年8月14日，芬兰中央银行承认比特币的合法性。2012年9月27日，比特币基金会成 [25]。2012年11月25日，欧洲第一次比特币会议召开。2012年11月28日，区块奖励首次减半。2012年12月26日，法国比特币中央交易所诞生。2013年7月30日，泰国封杀比特币。2013年8月19日，德国承认比特币的合法性。2013年11月29日，比特币价格首度超过黄金。2013年12月，支付宝停止接受比特币付款。2013年12月5日，中国人民银行等五部委发布《关于防范比特币风险的通知》，明确比特币不具有与货币等同的法律地位，不能且不应作为货币在市场上流通使用。通知发出后，当天比特币的单价大跌[83]。2013年12月18日，比特币单价暴跌。中国两大比特币交易平台比特币中国和OKCoin发布公告，宣布暂停人民币充值服务。随后，比特币的单价跌到了2011元。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9日，波兰财政部副部长Wojciech Kowalczyk发布了一个文件，确认了比特币在波兰现有的金融法规下可作为一种金融工具。2014年7月12日，法国发布比特币新规。法国经济和金融部门表示将在当年年底对比特币和其他数字货币的金融机构和个人使用者实施监管措施。2014年7月24日起，以太坊进行了为期42天的以太币预售。2014年12月11日，微软接受比特币支付。4.区块链成为热门话题（2015-2023年）2015年，比特币突破1P Hash/s的全网版图。2015年，IBM宣布加入开放式帐本项目。2015年，微软公司宣布支持区块链服务。2015年6月，坦桑德银行进行区块链实验。2015年10月22日，欧盟对比特币免征增值税。2015年12月16日，比特币证券发行。美国证券交易委员会批准在线零售商Overstock通过比特币区块链发行该公司的股票。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。2016年4月5日，去中心化电子商务协议OpenBazaar上线。2016年5月25日，日本认定比特币为财产。2016年6月，民法总则划定虚拟资产保护范围。第十二届全国人大常委会第二十一次会议于2016年6月在北京举行，会议首次审议了全国人大常委会委员长提请的《中华人民共和国民法总则（草案）》议案的说明。草案对网络虚拟财产、数据信息等新型民事权利客体作出了规定，这意味着网络虚拟财产、数据信息将正式成为权利客体，比特币等网络虚拟财产将正式受到法律保护 [32]。2016年7月20日，比特币奖励二次减半。2017年2月，中国央行数字货币DCEP试运行。中国央行或将成为全球首个发行数字货币并将其投入真实应用的中央银行。2017年2月26日，中国区块链应用研究中心（上海）正式揭牌成立。2017年3月24日，阿里巴巴与普华永道签署了一项跨境食品溯源的互信框架合作，将应用区块链等新技术共同打造透明可追溯的跨境食品供应链，搭建更为安全的食品市场。2017年4月，腾讯发布区块链方案白皮书，旨在打造区块链生态。2017年4月1日，比特币正式成为日本合法支付方式。2017年4月25日，首个“区块链大农场”推介会在上海举办。2017年5月31日，中国三大比特币交易所之二的火币网及OKCoin币行正式上线以太坊。2017年9月4日下午，中国人民银行等七部委联合发布公告：ICO是未经批准非法融资行为。ICO在中国被叫停 [32]。2018年，比特币价格从最高的19000美元，下滑到3000多美元，跌幅超过80%。2018年初，Facebook CEO马克·扎克伯格宣布探索加密技术和虚拟加密货币技术，亚马逊、谷歌、IBM等也相继入场。国内市场方面，国内腾讯、京东、阿里巴巴等互联网巨头也都接连宣布涉足区块链，迅雷更是通过提前布局云计算与区块链实现了企业的转型与业务的快速增长 [10]。2018年1月22日，英国技术发展部门相关人士表示，英国将投资1900万英镑用于支持区块链等新兴科技领域的新产品或服务。2018年1月27日，“CIFC区块链联盟”成立仪式在北京举行。2018年3月11日，召开“第二期CIFC区块链技术与应用实践闭门会”。2018年3月31日，召开“2018首届‘区块链+’百人峰会暨CIFC区块链与数字经济论坛”。2018年4月9日下午，雄岸100亿元基金成立，中国杭州区块链产业园启动仪式在杭州未来科技城举行，首批10家区块链产业企业集中签约入驻。2018年4月，百度图腾正式上线，实现原创作品可溯源、可转载、可监控。次月，百度百科上链，利用区块链不可篡改特性保持百科历史版本准确存留。2018年5月12日，乌镇普众区块链学院正式揭牌成立。2018年5月25日，360首次发布针对区块链领域的安全解决方案。该方案基于360的安全大数据，结合360安全大脑，涵盖了钱包、交易所、矿池、智能合约四大领域。2018年5月28日，中国国家主席习近平在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上发表重要讲话，表示区块链与人工智能、量子信息、移动通信、物联网并列为新一代信息技术的代表。2018年5月底，北京、上海、广东、河北（雄安）、江苏、山东、贵州、甘肃、海南等24个省市或地区发布了区块链政策及指导意见，多个省份将区块链列入本省“十三五”战略发展规划，开展对区块链产业链布局[82]。2018年6月25日，蚂蚁金服宣布推出基于区块链技术的电子钱包跨境汇款业务，首次跨境业务开展于香港地区和菲律宾的个人转账业务，实现香港地区向菲律宾汇款能做到3秒到账。2018年9月3日，最高人民法院印发《关于互联网法院审理案件若干问题的规定》首次认定链上数据可以作为司法采信的依据。2019年1月，百度运用区块链等技术将北京海淀公园升级改造完毕，推出了全国首个AI公园 [4]。2019年6月18日，Facebook牵头发布全球数字加密货币项目Libra白皮书。2019年9月，德国发布其“国家区块链发展战略”。2019年11月，欧盟委员会宣布针对欧洲人工智能和以区块链为重点的初创公司的新投资计划。2020年2月，澳大利亚发布《国家区块链发展路线图》。2020年3月，韩国科学与ICT部宣布发起《区块链技术验证支撑计划2020》。2021年3月公布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中，区块链被列为七大新兴数字产业之一，明确提出了区块链技术创新、应用发展、监管机制完善的三大重点任务，特别强调了以联盟链为重点发展金融科技应用 [31]。2021年7月19日，农业农村部信息中心牵头在山东省潍坊市开展“区块链+韭菜”试点。2022年1月，亚洲开发银行与东南亚国家、日本、中国、韩国组成联盟，基于区块链实现在“10+3”地区的中央银行和证券存管机构数据互联互通。2022年5月，最高人民法院发布《关于加强区块链司法应用的意见》，提出充分发挥区块链在促进司法公信、服务社会治理、防范化解风险、推动高质量发展等方面的作用，全面深化智慧法院建设，推进审判体系和审判能力现代化 [26]。2022年9月，以太坊完成合并升级，从PoW共识迁移至PoS共识，大幅提升其性能、安全性和可扩展性，能耗降低99.95% [29]。2022年9月，Github上的流行区块链项目（关注度大于300）数量达到761项。2022年10月，国务院办公厅印发全国一体化政务大数据体系建设指南，提出积极运用云计算、区块链、人工智能等技术提升数据治理和服务能力，加快政府数字化转型，提供更多数字化服务。2023年5月16日，上海树图区块链研究院与中国电信股份有限公司研究院联合研发的BSIM卡（区块链SIM卡）在上海对外发布。BSIM卡比SIM卡存储空间扩大10倍至20倍，计算能力提升数十倍，实现卡内生成和存储用户的公私钥 [41]。2023年5月25日，2023中关村论坛开幕式发布十项重大科技成果，其中涉及区块链和量子计算等领域。2023年8月25日，2023中国产业区块链峰会在南京市鼓楼区召开，《中国产业区块链发展报告(2023)》和《2023中国产业区块链生态图谱》发布。《中国产业区块链发展报告(2023)》显示，2022年国际级重要区块链政策对比过去有所下降，产业区块链从政策引领过渡至产业自驱动阶段。但2022年区块链专利申请数量仍处于较高水平，技术与应用创新仍处于高速发展期 [40]。2023 年 9 月，经营范围涉及云计算、大数据、人工智能、区块链等数字技术的企业超过 53 万家。从产业链供应链数字经济重点项目来看，2022 年新增重点项目数达到 912 个，占比约为 46.18%，新增重点项目数保持高速增长 [28]。2023年11月1日，社交平台telegram发起的区块链项目TON达到历史最高出块速度，每秒钟最快记录是108409个区块 [42]。区块链的分类播报编辑根据去中心化程度，区块链系统可以分为公有链、联盟链和私有链三类 [5]，这三类区块链的对比如下表所示。三类区块链的对比特征公有链联盟链私有链参与者任何人自由进出企业或联盟成员个体或公司内部共识机制PoW/PoS/DPoS等分布式一致性算法分布式一致性算法激励机制需要可选不需要中心化程度去中心化多中心化（多）中心化数据一致性概率（弱）一致性确定（强）一致性确定（强）一致性网络规模大较大小处理交易能力3~20/s-11000~10000/s-11000~200000/s-1典型应用加密货币、存证支付、清算审计公有链由于公有链系统对节点是开放的，公有链通常规模较大，所以达成共识难度较高，吞吐量较低，效率较低。在公有链环境中，由于节点数量不确定，节点的身份也未知，因此为了保证系统的可靠可信，需要确定合适的共识算法来保证数据的一致性和设计激励机制去维护系统的持续运行。典型的公有链系统有比特币、以太坊。联盟链联盟链通常是由具有相同行业背景的多家不同机构组成的，其应用场景为多个银行之间的支付结算、多种企业之间的供应链管理、政府部门之间的信息共享等。联盟链中的共识节点来自联盟内各个机构，且提供节点审查、验证管理机制，节点数目远小于公有链，因此吞吐量较高，可以实现毫秒级确认；链上数据仅在联盟机构内部共享，拥有更好的安全隐私保护。联盟链有Hyperledger、Fabric、Corda平台和企业以太坊联盟等。私有链私有链通常部署于单个机构，适用于内部数据管理与审计，共识节点均来自机构内部。私有链一般网络规模更小，因此比联盟链效率更高，甚至可以与中心化数据库的性能相当。联盟链和私有链由于准入门槛的限制，可以有效地减小恶意节点作乱的风险，容易达成数据的强一致性。区块链的架构播报编辑2016年袁勇和王飞跃提出了区块链基础架构的“六层模型” [22]，从底层到上层依次是数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层。数据层包括区块结构和数据加密等技术；网络层包括网络结构、数据传播技术和验证机制等；共识层包括PoW（工作量证明）、PoS（权益证明）、DPoS（授权股份证明）等多个网络节点之间的共识机制；激励层包括激励的发行和分配机制；合约层包括各种脚本代码和智能合约；应用层包括数字货币等应用场景。区块链基础架构的“六层模型”数据层数据层负责区块链数据结构和物理存储，区块链的数据结构表示为交易被排序的区块链表。区块记录一段时间内的交易记录，将一段时间内收到的交易记录封装到一个数据区块中，在区块的头部包含块的元数据，元数据主要包括区块当前版本、父区块的哈希值、 Merkle树根哈希（用于有效总结区块中所有交易的数据结构）、区块创建时间、区块当前难度和一个随机值）区块头用于验证区块的有效性。每个区块头都连接着前一个区块，这使得区块中的每一个交易都有据可查，区块的哈希值能够唯一标识区块，将区块按照区块头中的哈希指针链接成一个链，就是区块链。区块结构区块链中通常保存数据的哈希值，而不是直接保存原始的数据。由于哈希函数不能反推出输入值，计算过程消耗的时间大约相同，输出值长度固定，输入的任何变动都会导致输出显著不同，因而其非常适合用于存储区块数据。例如比特币通常使用双SHA256哈希函数。Merkle树是区块链数据层的一种重要数据结构，区块链中交易的哈希值存储为Merkle树的一部分。Merkle树通过生成整个交易集的数字指纹来汇总块中的所有交易，从而使用户能够验证交易是否包含在块中。Merkle树逐层记录哈希值的特点使底层数据的任何变动，都会传递到其父节点，一层层沿着路径一直到树根，这意味着树根的值实际上代表了对底层所有数据的数字摘要，实现了块内交易数据的不可篡改性。Merkel树使得区块头只需要包含根哈希值，而不必封装所有底层数据，从而极大地提高了区块链的运行效率和可扩展性。此外Merkel树支持“简化支付验证”，可以在不运行完整区块链网络节点的情况下完成对数据的检验。网络层网络层实现了区块链网络中节点之间的信息交流，属于分布式存储技术。区块链的点对点机制、数据传播机制、数据验证机制、分布式算法和加密签名等都是在网络层实现的。区块链网络中没有中心节点，任意两个节点间可直接进行交易，任何时刻每个节点都可自由地加入或退出网络，因此，区块链平台通常选择完全分布式且可容忍单点故障的P2P协议作为网络传输协议。区块链网络的P2P协议主要用于节点间传输交易数据和区块数据。在区块链网络中，每个节点都具有平等、分治、分布等特性和路由发现、广播交易、发现新节点等功能，不存在中心化的权威节点和层级结构。节点之间通过维护一个共同的区块链结构来保持通信，共同维护整个区块链账本。按照节点中存储的数据量，节点可以划分为全节点和轻量级节点，全节点中保存有完整的区块链数据，并且实时动态更新主链，这样的优点是可以独立完成区块数据的校验、查询和更新，缺点是空间成本高；轻量级节点仅保存部分区块数据，需要从相邻节点获取所需的数据才能完成区块数据校验。节点时刻监听网络中广播的数据，当新的区块生成后，生成该区块的节点会向全网广播，其他节点收到发来的新交易和新区块时，其首先会验证这些交易和区块是否有效，包括交易中的数字签名、区块中的工作量证明等，只有验证通过的交易和区块才会被处理和转发，以防止无效数据的继续传播。共识层共识层负责让高度分散的节点在去中心化的区块链网络中高效地针对区块数据的有效性达成共识，封装了区块链系统中使用的各类共识算法。区块链系统的核心是区块链账本数据的维护，因此，共识的过程是各节点验证及更新账本的过程，共识的结果是系统对外提供一份统一的账本。由于区块链系统未对参与节点的身份进行限制，网络中的节点可能为了利益进行欺骗、作恶，所以为了避免恶意节点，系统要求每一次记账都需要付出一定的代价，而其余的节点只要很小的代价就可以验证。“代价”有很多种形式，如计算资源、存储资源、特殊硬件等。公式算法机制包括工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）、授权股份证明（DPoS）等。工作量证明要求每个节点都使用自身算力解决SHA256计算难题，寻找一个合适的随机数使得区块头部元数据的SHA256哈希值小于区块头中难度目标的设定值，难度目标越大合适的随机数越难找到，首先找到的节点可以获得新区块的记账权并获得奖励。SHA256计算难题的解决很困难，但是验证非常容易，这样其他节点可以快速地验证新区块，如果正确就将该区块加入区块链中并开始构建下一个区块。PoW机制将奖励和共识过程融合，使更多节点参与进来并保持诚信，从而增强了网络的可靠性和安全性。对于PoW机制来说，若要篡改和伪造区块链中的某个区块，就必须对该区块及后续的所有区块重新寻找块头的随机数，并日使该分支链的长度超过主链，这要求攻击者至少掌握全网51%以上的算力，因此攻击难度非常大。PoW机制的实质是通过牺牲性能来换取数据的一致性和安全性，所以基于PoW机制的区块链平台的性能相对较低。权益证明是利用节点持有的代币信息来选取记账节点的算法。通过选举的形式，其中任意节点被随机选择来验证下一个区块，要成为验证者，节点需要在网络中存入一定数量的货币作为权益，权益的份额大小决定了被选为验证者的概率，从而得以创建下一个区块。验证者将检查区块中的交易是否有效，若有效则将该区块添加到区块链中，同时该节点获得一定的利益，若通过了非法的交易，则该节点会失去一部分权益，这样节点就会以保护自己权益的目的诚实地进行记账。相较于PoW，PoS解决了算力浪费的问题，并能够缩短达成共识所需的时间，这使得许多数字货币采用PoS共识机制。授权股份证明是由PoS演变而来的，拥有数字货币的节点通过抵押代币获得选票，通过投票的方式选出一些节点作为出块节点，负责对交易打包生成区块，让更有能力的节点胜任生成区块的工作，类似于公司的董事会制度。在每一轮共识中，从出块节点中轮流选出一个节点生成区块，并广播给其他的区块进行验证。若节点无法在规定时间内完成生成区块的任务或生成的区块无法经过验证，则会被取消资格。与PoW机制中的信任高算力节点和PoS机制中的信任高权益节点不同，DPoS机制中每个节点都可以自主地选择信任的节点，大大地减少了参与记账和验证的节点数量，可以实现快速共识验证。激励层激励层主要包括发行机制和分配机制，通过奖励部分数字资产来鼓励节点参与区块链的安全验证工作，从而维护挖矿活动以及账本更新持续进行。去中心化系统中的共识节点都是以自身利益最大化为目标的，因此必须使共识节点自身利益最大化与保证区块链系统安全和有效的目标相吻合。公有链依赖全网节点共同维护数据，节点不需要进行认证，可以随时加入、退出这个网络，CPU、存储、带宽等资源，所以需要有一定的激励机制来确保矿工在记账的过程记账需要消耗中能有收益，以此来保证整个区块链系统朝着良性循环的方向发展。在联盟链中，所有节点都是已经经过组织认证的节点，不需要额外的激励，这些节点也会自发地维护整个系统的安全和稳定。以比特币系统为例，发行机制是指每个区块发行的比特币数量随时间阶段性递减，每21万个区块之后每个区块发行的比特币数量减半，最终比特币总量达到2100万的上限，同时每次比特币交易都会产生少量的手续费。PoW共识会将新发行的比特币和交易手续费作为激励，奖励给成功找到合适的随机数并完成区块打包工作的节点，因此只有所有共识节点共同维护比特币系统的有效性和安全性，其拥有的比特币才会有价值。分配机制是指大量小算力节点加入矿池，通过合作来提高挖到新区块的概率，并共享该区块的比特币和手续费奖励。合约层合约层负责封装区块链系统的脚本代码、算法和智能合约，是实现区块链系统编程和操作数据的基础。出现较早的比特币系统使用非图灵完备的简单脚本代码来实现数字货币的交易过程，这是智能合约的雏形，目前如以太坊已经实现了图灵完备的智能合约脚本语言，使区块链可以实现宏观金融和社会系统等更多应用。智能合约是一种用算法和程序来编写合同条款、部署在区块链上并且可以按照规则自动执行的数字化协议。理想状态下的智能合约可以看作一台图灵机，是一段能够按照事先的规则自动执行的程序，不受外界人为干预。它的存在是为了让一组复杂的、带有触发条件的数字化承诺能够按照参与者的意志，正确执行。区块链系统提供信任的环境，使得智能合约的概念得以实现，各用户对规则协商一致后创建合约代码，并将该合约代码上链，一旦满足触发条件，合约代码将由矿工按照预设规则执行。区块链的去中心化使得智能合约在没有中心管理者参与的情况下，可同时运行在全网所有节点，任何机构和个人都无法将其强行停止。智能合约拓展了区块链的功能，丰富了区块链的上层应用，允许在没有第三方的情况下进行可信交易，这些交易可追踪且不可逆转。应用层比特币平台上的应用主要是基于比特币的数字货币交易。以太坊除了基于以太币的数字货币交易外，还支持去中心化应用（Decentralized Application，Dapp），Dapp是由JavaScript构建的Web前端应用，通过JSON-RPC与运行在以太坊节点上的智能合约进行通信。Hyperledger Fabric主要面向企业级的区块链应用，并没有提供数字货币，其应用可基于Go、Java、Python、Node.js等语言的SDK构建 [24]，并通过gRPC或REST与运行在Hyperledger Fabric节点上的智能合约进行通信。典型区块链系统播报编辑Bitcoin比特币是一种基于去中心化，采用点对点网络与共识主动性，开放源代码，以区块链作为底层技术的加密货币，是最早应用区块链技术的系统。比特币系统是一种电子支付系统，它不是基于权威机构的信用，而是基于密码学原理，使任何达成一致的交易双方都可以直接进行支付，不需要任何第三方机构的参与。比特币的主要概念包括交易、时间戳服务器、工作量证明、网络、激励等。交易是比特币系统中最重要的部分。比特币中的其他一切都是为了确保交易可以被创建、在网络上传播、被验证，并最终添加到全局交易分类账本（区块链）中。比特币交易的本质是数据结构，这些数据结构是对比特币交易参与者价值传递的编码。比特币区块链是一本全局复式记账总账簿，每个比特币交易都是在比特币区块链上的一个公开记录。比特币将电子币定义为数字签名链，币的转移是通过所有者对前一笔交易和下一个所有者的公匙进行签名，并将这两个签名放到币的末端来实现的。收款人可以通过验证签名来验证链所有权。比特币采用了非对称加密技术，公钥就是用户的账户号码，当用户要消费比特币时，需要用私钥进行签名，系统会用账户号码也就是公钥验证签名是否正确，并且根据用户的账户号码从历史的交易中计算出当前账户中的真实金额，确保用户操作的资金在账户真实金额之内每一条交易记录都需要用私钥签名，系统用公钥验证签名是否正确，验证正确则认为合法，再验证插入的记录中转账金额是否正确，验证的方式是对该公钥以往的所有交易记录进行计算，得出该账户当前的金额，如果不超过该金额则为合法。这种机制保证只能对自己的账户进行操作，再结合P2P网络结构下的最终一致性原则，以及账本的链式结构，一个攻击者需要算力超过目前的集群才能创建另外一个账本分支，并且攻击者也只能更改自己的账户，所以这种攻击的收益极低，而对于比特币系统来说，强大的算力让比特币系统更加稳健了。比特币通过算力竞争的工作量证明机制使各节点来解决一个求解复杂但验证简单的SHA256数学难题，最快解决该难题的节点会获得区块记账权和该区块生成的比特币作为奖励。此难题可以理解为根据当前难度值通过暴力搜索找到一个合适的随机数（Nonce），使得区块头各元数据的双SHA256值小于等于目标值。比特币系统会自动调整难度值以保证区块生成的平均时间为10分钟。符合要求的区块头哈希值通常由多个前导零构成，难度值越大，区块头哈希值的前导零越多，成功找到合适的随机数并挖出新区块的难度越大。比特币采用了基于互联网的点对点（P2P）网络架构，网络中的每一个节点都是平等的，不存在任何中心化服务和层级结构，以扁平的拓扑结构相互连通。当新的区块生成后，生成该区块的节点会将区块数据广播到网络中，其他节点加以验证。比特币的区块数据传播主要包括以下步骤。（1）向全网所有节点广播新的交易。（2）每个节点都将收集到新的交易并打包到一个区块中。（3）每个节点都致力于为它的区块找到一个有难度的工作量证明。（4）当一个节点找到工作量证明后，就将该区块广播给所有节点。（5）只有区块中所有的交易都有效并且之前不存在，其他节点才会接受这个区块。（6）其他节点通过用已接受区块的哈希值作为前一个哈希值，在链中创造新区块，来表示它们接受了这个区块。所有节点都将最长的链条视为正确的链，并且继续延长它，如果两个节点同时广播了不同会选择的新区块，这时两个区块都会保留，链上出现分支，当每个分支都继续变长后，所有节点会选最长的一个分支作为主链，继续在它后面创造区块。比特币每个区块的第一笔交易中都包含了支付给创造者的新发行的比特币和其他交易手续费，这样会激励节点更加支持比特币系统，这是在没有中央集权机构发行货币的情况下将电子货币分配到流通领域的一种方法，类似于开采金矿将黄金注入流通领域。激励系统有利于使节点保持诚实，如果恶意的攻击者拥有比诚实节点更多的总算力，他会发现破坏这个系统会让自身财富受损，而保持诚实会让他获得更多的电子货币。Ethereum以太坊（Ethereum）是将比特币中的技术和概念运用于计算领域的一项创新。比特币被认为是一个系统，该系统维护了一个安全地记录了所有比特币账单的共享账簿。以太坊利用很多跟比特币类似的机制（比如区块链技术和P2P网络）来维护一个共享的计算平台，这个平台可以灵活且安全地运行用户想要的任何程序（包括类似比特币的区块链程序）。以太坊的特性包括以下几方面。1.以太坊账户在以太坊系统中，状态是由被称为“账户”（每个账户都有一个20字节的地址）的对象和在两个账户之间转移价值和信息的状态转换构成的。以太币（Ether）是以太坊内部的主要加密货币，用于支付交易费用。一般而言，以太坊有两种类型的账户：外部所有的账户（由私钥控制）和合约账户（由合约代码控制）。外部所有的账户没有代码，人们可以通过创建和签名一笔交易从一个外部账户发送消息。每当合约账户收到一条消息时，合约内部的代码就会被激活，允许它对内部存储进行读取和写入，发送其他消息或者创建合约。2.消息和交易以太坊的消息在某种程度上类似于比特币的交易，但是两者之间存在三点重要的不同。第一，以太坊的消息可以由外部实体或者合约创建，然而比特币的交易只能从外部创建。第二，以太坊消息可以选择包含数据。第三，如果以太坊消息的接收者是合约账户，可以选择进行回应，这意味着以太坊消息也包含函数概念。以太坊中“交易”是指存储从外部账户发出的消息的签名数据包。交易包含消息的接收者、用于确认发送者的签名、以太币账户余额、要发送的数据和两个被称为STARTGAS和GASPRICE的数值。3.代码执行以太坊合约的代码使用低级的基于堆栈的字节码语言写成，被称为“以太坊虚拟机代码”或者“EVM代码”。代码由一系列字节构成，每一个字节都代表一种操作。一般而言，代码执行是无限循环的，程序计数器每增加一（初始值为零）就执行一次操作，直到代码执行完毕或者遇到错误。4.应用一般来讲，以太坊之上有三类应用。第一类是金融应用，为用户提供更强大的用他们的钱管理和参与合约的方法，包括子货币、金融衍生品、对冲合约、储蓄钱包、遗嘱，甚至一些种类全面的雇佣合约。第二类是半金融应用，这里有金钱的存在，但也有很大比例的非金钱方面，一个完美的例子是为解决计算问题而设的自我强制悬赏。第三类是在线投票和去中心化治理这样的完全非金融应用。各种各样的金融合约——从简单的实体资产（黄金、股票）数字化应用，到复杂的金融衍生品应用，面向互联网基础设施的更安全的更新与维护应用（比如DNS和数字认证）,不依赖中心化服务提供商的个人线上身份管理应用（因为中心化服务提供商很可能留有某种后门，并借此窥探个人隐私）。除了已经被很多创业团队实现出来的上百种区块链应用以外，以太坊也被一些金融机构、银行财团，以及类似三星、Deloitte、RWE和IBM这类的大公司所密切关注，由此也催生了一批诸如简化和自动化金融交易、商户忠诚指数追踪、旨在实现电子交易去中心化的礼品卡等区块链应用。LibraLibra（已经改名为Diem）是Facebook提出的一种支付体系，旨在建立一套简单的、无国界的货币和为数十亿人服务的金融基础设施。Libra由三个部分组成，它们共同作用，创造了一个更加普惠的金融体系：（1）它建立在安全、可扩展和可靠的区块链基础上；（2）它以赋予它内在价值的资产储备为后盾；（3）它由独立的Libra协会治理，该协会的任务是促进此金融生态系统的发展。Libra/Diem币建立在安全、可扩展和可靠的区块链基础上，由现金、现金等价物和非常短期的政府证券组成的储备金支持，由独立的Libra/Diem协会及其附属网络进行管理、开发及运营。它旨在面向全球受众，所以实现Libra/Diem区块链的软件是开源的，以便所有人都可以在此基础上进行开发，且数十亿人都可以依靠它来满足自己的金融需求。随着智能手机和无线数据的激增，越来越多的人将通过这些新服务上网和使用Libra/Diem。为了使Libra/Diem网络能够随着时间的推移实现这一愿景，Libra/Diem协会从零开始构建了其所需的区块链，同时优先考虑了可扩展性、安全性、存储效率、吞吐量以及其对未来的适应性。Libra/Diem支付系统支持单货币稳定币以及一种多货币稳定币，它们统称为Libra/Diem币。每种单货币稳定币都会有1:1的储备金支持，而每个多货币稳定币都是多种单货币稳定币的组合，其继承了这些稳定币的稳定性。Libra/Diem的储备金会受到管理，并随着时间的推移维护Libra/Diem币的价值。通过对现有方案的评估，Libra/Diem决定基于下列三项要求构建一个新的区块链：设计和使用Move编程语言；使用拜占庭容错共识机制；采用和迭代改善已广泛采用的区块链数据结构。1.设计和使用Move编程语言Move是一种新的编程语言，用于在Libra/Diem区块链中实现自定义交易逻辑和“智能合约”。Move语言的设计首先考虑安全性和可靠性，是迄今为止发生的与智能合约相关的安全事件中吸取经验而创造的一种编程语言，能从本质上令人更加轻松地编写符合作者意图的代码，从而降低了出现意外漏洞或安全事件的风险。具体而言，Move从设计上可防止数字备产被复制。它使得将数字资产限制为与真实资产具有相同属性的“资源类型”成为现实：每个资源只有唯一的所有者，资源只能花费一次，并限制创建新资源。2.使用拜占庭容错共识机制Libra/Diem区块链采用了基于Libra/DiemBFT共识协议的BFT机制，来实现所有验证者节点就将要执行的交易及其执行顺序达成一致。这种机制实现了三个重要目标：第一，它可以在网络中建立信任，因为即使某些验证者节点（最多三分之一的网络）被破坏或发生故障.BFT共识协议的设计也能够确保网络正常运行；第二，与其他一些区块链中使用的“工作量证明”机制相比，这类共识协议还可实现高交易处理量、低延迟和更高能效的共识方法；第三，Libra/DiemBFT协议有助于清楚地描述交易的最终性，因此当参与者看到足够数量验证者的交易确认时，他们就可以确保交易已经完成。BFT的安全性取决于验证者的质量，因此协会会对潜在验证者进行调查。Libra/Diem网络的设计以安全第一为原则，并考虑了复杂的网络和对关键基础设施的攻击。该网络的结构是为了加强验证者运行软件的保证，包括利用关键代码分离等技术、测试共识算法的创新方法以及对依赖关系的谨慎管理。最后，Libra/Diem网络定义了在出现严重漏洞或需要升级时重新配置Libra/Diem区块链的策略及过程。3.采用和迭代改善已广泛采用的区块链数据结构默克尔树（Merkle Tree）是一种已在其他区块链中广泛使用的数据结构，它可以侦测到现有数据的任何变化。为了保障所存储交易数据的安全，在Libra/Diem区块链中可以通过默克尔树发现交易数据是否被篡改。与以往将区块链视为交易区块集合的区块链项目不同，Libra/Diem区块链是一种单一的数据结构，可长期记录交易历史和状态。这种实现方式简化了访问区块链应用程序的工作量，允许区块链系统从任何时间点读取任何数据，并使用统一框架验证该数据的完整性。根据以上的设计，Libra/Diem区块链可以提供公共可验证性，这意味着任何人〔验证者、Libra/Diem网络、虚拟资产服务提供商（VASP）、执法部门或任何第三方〕都可以审核所有操作的准确性。交易将以加密方式签名，以便即使所有验证者都被破坏，系统也不能接受具有签名的伪造交易。协会会监督Libra/Diem区块链协议和网络的发展，并在适用监管要求的同时，不断评估新技术，以增强区块链上的隐私合规性。区块链技术播报编辑区块链是由多方共同维护，使用密码学保证传输和访问安全，能够实现数据一致存储，难以篡改，防止抵赖的记账技术，也称为分布式账本技术。随着第一个公有链系统比特币的诞生，区块链技术也蓬勃发展，诞生了很多不同区块链系统，并且可以从节点加入是否需要认证、采用的共识机制等方面看出它们间的不同。但各个区块链系统的整体思路与最终目的是相似的，其运行机制在大的框架中也都相同。共识机制区块链系统采用了去中心化的设计，网络节点分散且相互独立，为了使网络中所有节点达成共识，即存储相同的区块链数据，需要一个共识机制来维护数据的一致性，同时为了达到此目标，需要设置奖励与惩罚机制来激励区块链中的节点。目前有多种共识算法在区块链中使用，其中常见的有工作量证明（PoW）算法、权益证明（PoS）算法、实用拜占庭容错（PBFT）算法。下表是三种共识算法的对比。三种共识算法的对比共识算法PoWPoSPBFT节点管理不需许可不需许可需要许可交易延时高（分钟级）低（秒级）低（毫秒级）吞吐量低高高节能否是是安全边界恶意算力不超过1/2恶意权益不超过1/2恶意节点不超过1/3代表应用比特币、以太坊（旧）以太坊（新）、点点币Fabric扩展性好好差智能合约智能合约的概念早在第一个区块链系统诞生之前就已经存在了，美国计算机科学家Nick Szabo将其定义为：“由合约参与方共同制定，以数字形式存在并执行的会约。”智能合约的初衷是，使得合约的生效不再受第三方权威的控制，而能以一种规则化、白动化的形式运行。以借钱为例，在现实生活中，债主想要强制拿回借出去的钱，需要拿着借名到法院上诉，经过漫长的审判过程才能得到钱。而在智能合约中，合约双方可以就借钱数目还款日期、抵押物等条件制定好规则，然后将合约放入相关系统中，等到了指定期限，合约会自动执行还款操作。智能合约的概念虽然已被提出，但一直缺乏一个好的实现平台。直到中本聪运行了比特币系统，其底层区块链技术的去中心化架构、分布式的信任机制和可执行环境与智能合约十分契合。区块链可以通过智能合约来实现节点的复杂行为执行，而智能合约在区块链的去中心化架构中能够更好地被信任，更方便执行。因此，智能合约与区块链技术的结合成了很多研究人员与学者研究的课题，智能合约与区块链也逐渐绑定了起来。如今提到的智能合约，通常是直接与区块链技术绑定，特指运行在分布式账本之中，且具有规则预置、合约上链、条件响应等流程，并能完成资产转移、货币交易、信息传递功能的计算机程序。如今已有图灵完备的智能合约开发平台问世，并且反响很好，比如以太坊、超级账本Fabric等项目。以太坊是目前全球最具影响力的共享分布式平台之一。智能合约是运行在区块链上的一段代码，代码的逻辑定义了合约的内容，合约部署在区块链中，一旦满足条件会自动执行，任何人无法更改。合约代码是低级的基于堆栈的字节码语言，也被称为“以太坊虚拟机（EVM）代码”，用户可以使用高级编程语言（如C++、Go、Python、Java、Haskell，或专为智能合约开发的Solidity、Serpent语言）编写智能合约，由编译器转换为字节码后部署在以太坊区块链中，最后在EVM中运行。下面给出了一段Solidity语言编写的拍卖智能合约的代码。contract SimpleStorage {uint storedData;function set (uint x) public {storedData = x;} function get() public view returns(uint) {return storedData;}}该实例的功能是设置一个公开变量，并支持其他合约访问。在该实例中，合约声明了一个无符号整数变量，并且定义了用于修改或检索变量值的函数。其他用户可以通过调用该合约上的函数来更改或取出该变量。如果其他用户要调用外部合约，需要创建一个交易，接收地址为该为该智能合约的地址，data域填写要调用的函数及其参数的编码值。智能合约会根据所填写的数据自动运行，同时智能合约之间也可以相互调用。区块链安全问题播报编辑分布式拒绝服务攻击分布式拒绝服务攻击主要针对交易所、矿池、钱包和区块链中的其他金融服务。与拒绝服务（DoS）攻击不同的是，分布式拒绝服务攻击借助了客户端/服务器技术，将多个计算机联合起来作为攻击平台，对同一个目标发动大量的攻击请求，从而成倍地提高拒绝服务攻击的能力。传统的分布式拒绝服务攻击通过病毒、木马、缓冲区溢出等攻击手段入侵大量主机，形成僵尸网络，然后通过僵尸网络发起拒绝服务攻击。基于区块链网络的分布式拒绝服务攻击不需要入侵主机建立僵尸网络，只需要在层叠网络（应用层）控制区块链网络中的大量在线节点，使其作为一个发起大型分布式拒绝服务攻击的放大平台。这些在线节点为拒绝服务攻击提供了大量的可用资源，如分布式存储和网络带宽，使得攻击成本低、威力巨大，并保证了攻击者的隐秘性。主要攻击方式分为主动攻击和被动攻击。主动攻击是通过主动向网络中的节点发送大量的虚假索引信息，使得针对这些信息的后续访问都指向被攻击者。主动攻击在区块链网络中引入了额外的流量，从而降低网络的节点查找和路由的性能，另外，虚假的索引信息还影响文件的下载速度。被动攻击属于非侵扰式，通过修改区块链客户端或服务器软件，被动地等待来自其他节点的查询请求，再通过返回虚假响应来达到攻击效果。分布式拒绝服务攻击的发起成本不高，但破坏性很强。例如，恶意矿工可以通过分布式拒绝攻击耗尽其竞争对手的网络资源，使得竞争对手被大量网络请求阻塞，从而提高自己的有效哈希率。延展性攻击延展性攻击，是指在原情况不变的情况下，利用外部的虚假交易实现攻击。例如，通过延展性政击可以阻塞网络中的交易队列。恶意攻击者通过支付高额手续费，以高优先级进行虚假交易，使得矿工在验证这些交易时，发现这些交易都是虚假交易，但是它们已经在这些交易的验证上花费了相当长的时间，从而浪费了与攻击者竞争的矿工的时间和带宽资源。另一种延展性攻击的形式为交易延展性攻击，这种攻击方式在虚拟货币交易的情况下带来了二次存款或双重提现的风险。攻击者可以侦听一笔未被确认的交易，通过修改交易签名的方式使得原有交易的交易ID发生改变，并生成一笔新的交易进行广播和确认，而参与交易的另一方无法根据原有的交易ID查询到交易的确认信息，从而可能进行重复转账并蒙受损失。女巫攻击女巫攻击，是指一个攻击者节点通过向网络广播多个身份信息，非法地拥有多个身份标识，进一步利用多个身份带来的便利，做出一些恶意行为，如改变交易顺序、阻止交易被确认、误导正常节点的路由表、消耗节点间的连接资源等。由于网络上的节点只能根据自己接收到的消息来判断网络中节点的全局信息，对于攻击者来说，它可以很方便地利用这个特征，轻易地创建大量的身份信息进行女巫攻击。女巫攻击是攻击P2P网络中数据冗余机制的有效手段，使得原本需要备份在多个节点的数据被欺骗地备份到同一个节点上。同时，如果区块链网络中采用了投票机制，攻击者可以利用伪造的多个身份进行不公平的重复投票，从而掌握网络的控制权。实现反女巫攻击，可以采用工作量证明机制，通过验证身份的计算能力的方式，增加女巫攻击的成本。另外一种反女巫攻击的方式是身份认证，每个新节点需要经过可靠第三方节点或当前网络中所有可靠节点的认证，从而减少节点欺诈地使用多重身份的可能性。路由攻击由于网络路由的不安全性以及因特网服务提供方（ISP）的集中性，使用明文形式进行信息交换的区块链应用（如比特币）可能面临着流量劫持、信息窃听、丢弃、修改、注入和延迟的风险。路由攻击，是指对正常路由进行干扰从而达到攻击目标的手段。区块链上的路由攻击主要包含分割攻击和延迟攻击两种类型。分割攻击首先将区块链网络隔离成至少两个独立的网络，使得它们无法交换交易信息。为实现这一步，攻击者常利用边界网关协议劫持的方法拦截不同网络间交换的所有流量，从而实现网络分割，并且各网络内的节点无断网感知。延迟攻击利用了区块请求在超过一定时间后才会再次发起请求的特点，通过对拦截的信息进行简单修改，延迟区块在被攻击节点的传播速度。这两种攻击方法都能带来包括重复支付、计算能力浪费在内的潜在经济损失，日蚀攻击日蚀攻击由攻击者通过侵占节点路由表的方式，控制节点的对外联系并使其保留在一个隔离的网络中，从而实施路由欺骗、拒绝服务、ID劫持等攻击行为。目前，在比特币和以太坊网络中均已被证实能实施日蚀攻击。在比特币网络中，由于节点的网络资源有限，网络中每个节点是很难做到与所有其他节点都建立连接。因而比特币上实际只允许一个节点接受117个连接请求，并且最多向外发起8个连接。如果攻击者节点在一个节点的路由表中占据了较高的比例，攻击者节点可以控制这个节点的正常行为，包括路由查找和资源搜索等，则这个节点可视作被攻击者“日蚀”。在比特币的日蚀攻击中，攻击者用事先准备的攻击地址填充被攻击节点的tried列表，用不属于比特币网络的地址覆盖被攻击节点的new列表。在被攻击者重启或从表中选择节点构建连接时，被攻击者的8个向外连接有很高概率都是攻击者节点，同时攻击者占据被攻击者的入连接。通过这个过程可以在比特币网络中实现节点的日蚀攻击。而在以太坊中，由于以太坊上一个主机可以运行多个ID的节点，攻击者只需要两个恶意的以太坊节点即可实现日蚀攻击。以太坊上的日蚀攻击主要有两种方式：（1）独占连接的日蚀攻击，攻击者只需要在受害者节点重启时通过入连接的方式快速占领受害节点所有的连接，在geth1.8.0中已通过限制节点入连接的数量不能占满节点的maxpeers来修复这个漏洞；（2）占有表的日蚀攻击，攻击者使用伪造的节点ID在受害者节点重启时重复向它发送Ping请求并占据它的K桶，使得受害者的出连接指向攻击者，此时攻击者使用入连接占据完受害者的剩余的所有连接即可完成日蚀攻击。对受害节点来说，日蚀攻击使它在未知情况下脱离了区块链网络，所有的请求信息都会被攻击者劫持，得到虚假的回复信息，无法进行正常的资源请求。反洗钱犯罪常见的洗钱途径广泛涉及银行、保险、证券、房地产等各种领域。反洗钱是政府动用立法、司法力量，调动有关的组织和商业机构对可能的洗钱活动予以识别，对有关款项予以处置，对相关机构和人士予以惩罚，从而达到阻止犯罪活动目的的一项系统工程。当前在常见的20多种洗钱手段中，比特币与数字货币已经被列入一种国际上的洗钱手段。因为数字货币的匿名性和难追踪的特点，数字货币开始在黑色与灰色领域大量使用。数据显示，通过对全球20多个数字资产交易所展开资金流向追踪调查，PeckShield安全团队研究分析认为，数字资产在国际间的流动规模已非常大，且大部分资金并未受到国家合理、合规的监管。区块链相关热点概念播报编辑挖矿比特币中的矿，是一种虚拟数字，是一种符合算法要求的哈希值。比特币中的挖矿就是计算这种哈希值的过程。挖矿的难度是不断地更新的，相当于一个寻宝游戏，在一段时间之后，比特币系统将生成计算难度，然后所有的计算机就去计算符合要求的那个值，谁最先找到，谁就可以获得比特币奖励，并且可以获得一个区块进行记账，要计算得到这个符合要求的序列号，就需要大量的CPU运算。挖矿是将一段时间内比特币系统中发生的交易进行确认，并记录在区块链上形成新区块的过程，挖矿的人叫作矿工。比特币系统的记账权力是去中心化的，即每个矿工都有记账的权利。成功抢到记账权的矿工，会获得系统新生的比特币奖励和记录每笔交易的手续费。因此，挖矿就是生产比特币的过程。中本聪最初设计比特币时规定：每产生210000个区块，比特币奖励数量就减半一次，直至比特币奖励数量不能再被细分。矿工的主要工作是寻找符合要求的新区块、将交易打包写入区块。想成为一名矿工，只要购买一台专用的计算设备，下载挖矿软件，就可以开始挖矿。挖矿归根到底是算力的竞争，具体挖的过程就是通过运行挖矿软件来计算匹配哈希值的过程。挖矿软件的运行需要消耗算力，最早是用CPU来挖矿的，随着加入的人越来越多，挖矿的装备也一直在升级；CPU之后，开始有人用GPU来挖矿，GPU的流水线专注程度更高，同时数量也更多，并行计算非常占便宜，GPU比CPU效率更高，算力功耗比更低，很快就取代了CPU；再后来用FPGA来挖矿，FPGA的性能/功耗比相对GPU来说有了进一步的提高；再最后就是目前市面上的ASIC矿机。挖矿需要有矿机和挖矿软件，运行的过程除了硬件损耗，最大的消耗是电费，所以算力之争很大程度上在于谁能获得更低的电力成本，谁就拥有了先发优势。挖矿软件运行的时候，都需要设置一个账户，用对应的挖矿软件在矿机上运行，如果第一个计算出哈希值，并得到全网认证，对应的挖矿奖励会自动发放到挖矿软件的账户里。这个奖励可以提现到其他钱包储存或进行交易。币圈币圈是指一批专注于炒加密数字货币，甚至发行自己的数字货币筹资的人群，业界俗称“币圈”。币圈可大致可以划分为两类：一类是市场上基于区块链技术的主流货币，如比特币、以太坊；另一类是数字货币筹资，也就是发行新币，新币也被业界称为“山寨币”。早期山寨币是指模仿比特币代码与系统产生的数字货币，目前大家理解的山寨币，大部分是指那些劣质的、没有价值基础的数字货币。矿圈和币圈这两个圈子存在着一定的鄙视关系。矿圈自认为是投资，看不上币圈的投机。币圈总体上是为了投机或赚钱，喜欢炒作，希望价格翻倍，希望能够找到新的百倍币、千倍币。前期的币圈中充满着狂热和不理性，也充满着欺骗和混乱。矿圈“矿圈”是一群专注于“挖矿”的“矿工”，这些矿工大多从事IT行业。中本聪总共发行了2100万个比特币，最开始挖矿的人并不多，一般的计算机都可以挖矿，但是随着挖矿的人变多，必须要用具有高算力的专业服务器来挖矿。比特币挖矿一共经历了五个阶段，即CPU挖矿、GPU挖矿、FPGA挖矿、ASIC挖矿、大规模集群挖矿（矿池）。为了更好地理解它们之间的区别，简单举例如下：（1）CPU的挖矿速度是1。（2）GPU的挖矿速度是10。（3）FPGA的挖矿速度是8，功耗比GPU小40倍。（4）ASIC的挖矿速度是2000，功耗与GPU相当。矿机挖矿，随着挖矿所需算力的不断上升，GPU也达到了算力的上限，为了突破这个局限，有人发明了专门挖矿的专业设备。这些设备虽然都是计算机，可是除了挖比特币、运行哈希运算之外，其他什么都干不了，我们叫它“矿机”。比特币的矿机只能进行比特币的算法的计算。莱特币矿机只能进行莱特币算法的计算，不能互相通用。世界排名前三的数字货币矿机生产商（比特大陆、嘉楠耘智、亿邦科技）都在中国，囊括了全球九成以上的份额（2019年数据显示）。数字货币早期的数字货币（数字黄金货币）是一种以黄金重量命名的电子货币形式。现在的数字货币又称密码货币，指不依托任何实物，使用密码算法的数字货币，英文为Cryptocurrency，尤其是指基于区块链技术生成的数字货币，如比特币、莱特币和以太币等依靠校验和密码技术来创建、发行和流通的电子货币。从货币属性角度来看，数字货币相比传统法币有以下三个重要的优点。（1）有效对抗通货膨胀：比特币一共发行2100万枚，2140年后比特币不再新增，矿机通过收取交易服务费用覆盖算力成本。当主权政府的中央银行采取过于宽松的货币政策或者国内政局不稳定时，会导致较为严重的通货膨胀，造成民众的财富急剧缩水，比特币能够较好地应对通货膨胀。（2）私有财产权受到保护：因为采用了区块链作为底层技术和点对点的交易方式，所以交易过程不受到监控、审核，外界也无法干涉私有财产。（3）促进全球化：比特币最大的特点就是金融脱媒（“脱媒”一般是指在进行交易时跳过所有中间人而直接在供需双方间进行。“金融脱媒”又称“金融去中介化”，在英语中称为Financial Disintermediation），使用比特币能让跨境贸易和跨境投资变得更快且更便宜。从技术属性来看，当前数字货币仍然建立在电子技术之上，随着量子计算机，加、解密等技术的飞速发展，比特币等数字货币会受到一些挑战，加上一些经济方面的竞争原因，比特币有可能会在未来消失或被其他数字货币替代。从社会角度来看，数字货币部分思想根源来自一种自由思想、无政府主义，是西方某些思想的产物。经济学领域的自由思想是区块链技术产生的一个强大的推动力。无论是早期的哈耶克与他的《货币的非国家化》，还是B-money的理论的提出者戴伟，以及Bitshare、Steemit、EOS的技术创造者BM，他们都崇尚一种自由，比特币的创造者中本聪无疑也受这种自由思想的影响。对于我们来说，数字货币理解与操作难度大，风险性过高，不需要参与。数字货币受到政府的强硬监管，比特币背后灰色地带滋生的问题浮上台面。（1）在中国造成了资本外流：由于其技术特点，外管局无法监管在境内使用人民币兑换比特币，而后在境外用比特币兑换外币的汇兑方式。比特币成了洗钱通道之一。（2）毒品和枪支买卖的支付方式：比特币成了不法分子购买毒品和枪支的支付手段，促进了非法物品的流通，加深了部分国家、地区人民的苦难。（3）非法集资的新型手段：ICO本质就是发行收益凭证式证券并嫁接在数字货币之上，不需要通过交易所和证监会，躲避法律监管。某些ICO发行过程中甚至连商业计划书都没有，却受到资本追捧，造成投资人血本无归。常见数字货币的分类如下：（1）纯数字货币。（2）支持应用功能的数字货币。（3）解决支付功能的数字货币。（4）隐私货币。（5）解决存储能力的数字货币。（6）其他特殊用途的数字货币。对区块链的误解播报编辑误解1：区块链等于炒比特币2017年比特币的爆炸式繁荣让投资者们看到了一片新兴的蓝海，于是投资者们纷纷进场捞金。这也造成了大家对区块链的第一印象：区块链，仅仅是炒币投机。但是，比特币只是区块链技术的一个应用场景，就像支付宝是互联网金融的一个产物一样。现在在数字货币的市场上交易的不仅有比特币，还有以太坊、瑞波币以及其他数字货币，就跟传统证券市场的股票一样。除此之外，BATJ等各种国内外互联网巨头都致力于区块链技术应用的研究，目前已在产品溯源、电子存证、公益等方面落地，也让社会逐渐开始发现区块链所带来的利好。误解2：区块链上的数据是绝对安全的很多人包括一些在币圈摸爬滚打多年的币民，都认为区块链中的数据是通过加密方式进行存储的，是“绝对安全的”，所以可以将银行账户、一些重要的密码等存储到区块链上。但事实却是，“绝对安全”是不存在的。在公有链中，区块链中存储的数据对每一个节点或者个人都是公开可见的，这意味着，只要在这条链上，任何人都可以查看链上存储的数据。区块链所说的“数据安全”只是表示“数据是无法被篡改的”，任何人没有修改数据的权利，仅此而已。因此区块链上也并不适合存储个人的敏感信息。误解3：区块链适合存储大量数据区块链的分布式特性意味着区块链网络上的每个节点都有区块链的完整副本。如果把区块链用来存储像视频这种大型文件的话，那么节点处理起来将非常困难，从而导致效率低下。比特币的每个区块最多可以保存1MB的数据。因此，遇到这种情况时，一般会将大型的数据文件存储在别的地方，然后再将数据的指纹（哈希值）存储在区块链上。误解4智能合约是存储在区块链上的现实合约实际上，智能合约跟现实世界的合约是完全没有关系的。智能合约是可以存储在区块链上、已经编写完成并可以执行的计算机程序。智能合约是用编程语言编写的，如以太坊是用Solidity，通过以太坊虚拟机这个代码运行环境，智能合约能够在以太坊的区块链上运行，实现功能扩展。而被称为加密货币1.0的比特币比较简单，没有智能合约这个概念，自然也没有办法在比特币的链上创建智能合约，也开发不了DApp应用。但比特币能够支持简单的脚本语言，可以扩展一些简单的功能。因此，智能合约是可以依照预设条件自动执行的计算机程序，但只限于在区块链之内，同时预设的条件也必须是区块链技术所能验证的。误解5：比特币跟硬币的性质是一样的比特币是第一个基于区块链系统的数字货币。在现实世界中，它并不存在实体；在区块链世界中，它仅仅作为交易记录存在。硬币只有一种效用——作为一种简单的价值储存手段。而Token可以存储复杂的值，如属性、效用、收入和可替代性，性质其实并不一样。如果想要购买、发送和接收比特币，与比特币区块链产生交互，那么只需要一个比特币钱包，这个钱包只是一个地址、一个密钥，产生交互的比特币则是一条有效的交易记录，允许节点进行验证。例如，一个矿工进行算力挖矿，获得了12.5个比特币的奖励，这12.5个比特币唯一的有效记录是转人了矿工的钱包，并不会有实体呈现。误解6：比特币成不了主流货币是因为政府比特币目前存在的最大问题是其固有的可扩展性问题。在中本聪的设计里，比特币区块链上出一个块大约需要10分钟，并且每个区块的大小限制在1MB以内，这就造成了比特币这条链目前每秒只能处理7次交易。这使得比特币非常适合转账汇款这种不需要立即进行交易确认的用途。而作为加密货币2.0的以太坊，目前也只能达到每秒20次的TPS。相比之下，2017年“双11”支付宝最高每秒完成25.6万笔交易处理，Visa和Paypal的处理速度也远超比特币和以太坊。因此，比特币目前无法成为主流货币的主因，并不是因为政府、监管和法规的限制，而是其固有的可扩展性问题，让它无法真正在大众之间实现实时、方便的交易和流通。误解7：区块链可以应用于全行业有人将区块链技术理解为第四次工业革命，也有人把它看作互联网发展的迭代。无论怎么说，这是技术发展的大进步，凝聚在这项技术上的价值也有待探索。人类发明了技术，技术也会回馈于人类。有很多人认为，区块链将逐渐成为许多行业都会使用的重要基础设施，远远超出加密货币和金融服务领域。然而虽然区块链技术是一个新进步，但也不是所有行业都需要区块链。短期来看，区块链技术并不能用于全部的生活领域。现在做一个区块链的项目成本并不低，而这方面的人才又相当稀缺，市场经济下，他们只会往收益更好的项目走。当前区块链技术能够适用的行业非常有限，除了在数字货币领域比较成熟，还没有更多地走进其他行业。而中国特色的“无币区块链”也会逐渐被BATJ这种巨头垄断，小型区块链企业想落地应用将会变得愈加困难。区块链技术不能解决所有的社会信任问题，是否能够完全“去中心化”也是一个问号，但在不断被误解、认知逐渐被推进中，区块链正在变得越来越强大，也越来越适应这个时代。区块链的应用播报编辑供应链金融基于区块链的供应链金融应用中，通过将供应链上的每一笔交易和应收账款单据上链，同时引入第三方可信机构，例如银行、物流公司等，来确认这些信息，确保交易和单据的真实性，实现了物流、信息流、资金流的真实上链；同时，支持应收账款的转让、融资、清算等，让核心企业的信用可以传递到供应链的上下游企业，减小中小企业的融资难度，同时解决了机构的监管问题。资产交易通过区块链进行数字资产交易，首先将链下资产登记上链，转换为区块链上的标准化数字资产，不仅能对交易进行存证，还能做到交易即结算，提高交易效率，降低机构间通信协作成本。监管机构加人联盟链中，可实时监控区块链上的数字资产交易，提升监管效率，在必要时进行可信的仲裁、追责。司法存证在司法中，与传统司法证据相比，电子证据等的获取具有以下难点。取证成本高。当前司法取证依赖于具有司法机制的存证机构，具有取证周期长、费用高等特点。同时人力投入大，操作成本较高。取证难校验，公信力可能不足。由于电子证据本身易篡改、难溯源的特点，电子取证的权威性依赖于取证机构的资质与公信力，且取证后难以校验、追责。2018年，我国公布了《最高人民法院关于互联网法院审理案件若干问题的规定》(以下简称《规定》)。《规定》第11条中明确规定：当事人提交的电子数据，通过电子签名、可信时间戳、哈希值校验、区块链等证据收集、固定和防篡改的技术手段或者通过电子取证存证平台认证，能够证明其真实性的，互联网法院应当确认。因此，区块链记录的电子证据可被认为是具有司法效力的证据，已有多个平台成功应用。2022 年 11 月，内蒙古自治区霍林郭勒市人民法院立案庭在对当事人申请司法确认的案件进行审查时，运用“区块链证据核验”技术对已上链存证的调解协议等材料进行核验，作出确认人民调解协议效力的民事裁定书，大大提高了诉前调解案件司法确认的效率，赢得了当事人好评。智能合同智能合同实际上是在另一个物体的行动上发挥功能的计算机程序。与普通计算机程序一样，智能合同也是一种“如果—然后”的功能，但区块链技术实现了这些“合同”的自动填写和执行，无须人工介入。这种合同最终可能会取代法律行业的核心业务，即在商业和民事领域起草和管理合同的业务。溯源、防伪利用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是数据不可篡改和加盖时间戳。区块链在登记结算场景上的实时对账能力以及在数据存证场景上的不可篡改和加盖时间戳能力为溯源、防伪、优化供应链场景提供了有力的工具。政府政务信息、项目招标等信息公开透明，政府工作通常受公众关注和监督，由于区块链技术能够保证信息的透明性和不可更改性，对政府透明化管理的落实有很大的作用。政府项目招标存在一定的信息不透明性，而企业在密封投标过程中也存在信息泄露的风险。区块链能够保证投标信息无法篡改，并能保证信息的透明性，在彼此不信任的竞争者之间形成信任共识。并能够通过区块链安排后续的智能合约，保证项目的建设进度，一定程度上防止了腐败的滋生。数字证书第一个在数字证书领域进行探索的是MIT的媒体实验室。媒体实验室发布的Blockcert是一个基于比特币区块链的数字学位证书开放标准。发布人创建一个包含一些基本信息的数字文件，如证书授予者的姓名、发行方的名字（麻省理工学院媒体实验室）、发行日期等。然后使用一个仅有Media Lab能够访问的私钥，对证书内容进行签名，并为证书本身追加该签名。接下来，发布人会创建一个哈希，这是一个短字符串，用来验证没有人篡改证书内容。最后，再次使用私钥，在比特币区块链上创建一个记录，表明我们在某个日期为某人颁发了某一证书。物流新加坡公司利用区块链技术，来帮助物流公司调度车队。Yojee是一家成立于2015年1月的新加坡公司，Yojee已经构建了使用人工智能和区块链的软件，充分利用现有的最后一英里交付基础设施来帮助物流企业调整它们的车队。而针对电子商务公司，Yojee推出了一个名为Chatbot的软件，帮助电商公司在没有人管理的情况下预订送货。Chatbot可以将客户的详细信息（如地址、交货时间等）馈送到系统中，系统会自动安排正确的快递。相关政策与法律法规播报编辑2016年10月，工信部发布《中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）》，总结了国内外区块链发展现状和典型应用场景，介绍了国内区块链技术发展路线图以及未来区块链技术标准化方向和进程。2016年12月，“区块链”首次被作为战略性前沿技术写入《国务院关于印发“十三五”国家信息化规划的通知》。2017年1月，工信部发布《软件和信息技术服务业发展规划（2016—2020年）》，提出区块链等领域创新达到国际先进水平等要求。2017年8月，国务院发布《关于进一步扩大和升级信息消费持续释放内需潜力的指导意见》提出开展基于区块链、人工智能等新技术的试点应用。2017年8月30日，中国互联网金融协会发布《关于防范各类以ICO名义吸收投资相关风险的提示》指出，国内外部分机构采用各类误导性宣传手段，以ICO名义从事融资活动，相关金融活动未取得任何许可，其中涉嫌诈骗、非法证券、非法集资等行为。2017年9月2日，互联网金融风险专项整治工作领导小组办公室向各省市金融办（局），发布了《关于对代币发行融资开展清理整顿工作的通知》。要求各省市金融办（局）对辖内平台高管人员进行约谈和监控，账户监控，必要时冻结资金资产，防止平台卷款跑路。全面停止新发生代币发行融资活动，建立代币发行融资的活动监测机制，防止死灰复燃；对已完成的ICO项目要进行逐案研判，针对大众发行的要清退，打击违法违规行为。针对已发项目清理整顿的内容，要求各地互金整治办对已发项目逐案研判，对违法违规行为进行查处。2017年9月4日，央行等七部委（中国人民银行、中央网信办、工信部、工商总局、银监会、证监会、保监会）发布《关于防范代币发行融资风险的公告》指出，比特币、以太币等所谓虚拟货币，本质上是一种未经批准非法公开融资的行为，代币发行融资与交易存在多重风险，包括虚假资产风险、经营失败风险、投资炒作风险等，投资者须自行承担投资风险。要求即日停止各类代币发行融资活动，已完成代币发行融资的组织和个人应当作出清退等安排等。2017年10月，国务院发布《关于积极推进供应链创新与应用的指导意见》提出要研究利用区块链、人工智能等新兴技术，建立基于供应链的信用评价机制。2018年3月，工信部发布《2018年信息化和软件服务业标准化工作要点》，提出推动组建全国信息化和工业化融合管理标准化技术委员会、全国区块链和分布式记账技术标准化技术委员会。2019年10月底，中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行了第十八次集体学习，中央领导明确强调把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展。2019年11月，工信部网站发布的《对十三届全国人大二次会议第1394号建议的答复》称，将推动成立全国区块链和分布式记账技术标准化委员会，体系化推进标准制定工作。加快制定关键急需标准，构建标准体系。积极对接ISO、ITU等国际组织，积极参与国际标准化工作。2021年5月，工信部与中央网信办联合发布《关于加快推进区块链技术应用和产业发展的指导意见》，提出培养一批区块链名品、名企、名园，建设开源生态，坚持补短板和锻长板并重，加快打造完备的区块链产业链。2021年9月，中国人民银行、中央网信办等多部门联合发布《关于进一步防范和处置虚拟货币交易炒作风险的通知》，进一步防范加密货币炒作风险。2022年1月30日，中央网信办发布《中央网信办等十六部门联合公布国家区块链创新应用试点名单》，包含15个综合性试点单位，以及涵盖区块链+制造、能源、政务服务/政务数据共享、法治、税务服务、审判、检察、版权、民政、人社、教育、卫生健康、贸易金融、风险管控、股权市场、跨境金融等16个行业的164个特色领域试点单位。2023年5月23日，国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会联合发布了由中国科学院信息工程研究所牵头起草的《信息安全技术　区块链信息服务安全规范》，该标准将于2023年12月1日起实施 [29]。新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号京公网安备110000020000

区块链 - 维基百科，自由的百科全书

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序言

1概述

2歷史

3应用项目

开关应用项目子章节

3.1国家货币

3.2社区货币

3.3私有链、公有链和联盟链的区别

3.4公有鏈

3.5私有链

3.6侧链

3.7ICO代币

3.8非營利组织

3.9去中心化的社会网络

3.10區塊鏈資料庫

4駭客事故

开关駭客事故子章节

4.12018年

4.22019年

5参考文献

6延伸阅读

7参见

8外部連接

开关目录

区块链

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区块链资料

区块链形成。主链（黑色）由从发生块（绿色）到当前块的最长系列块组成。孤儿块（紫色）存在于主链外。

比特幣網絡（英语：Bitcoin network）資料

區塊鏈（英語：blockchain[1][2][3]或block chain[4][5]）是藉由密碼學[1][6]與共識機制等技術建立與儲存龐大交易資料串鏈的點對點網路系統。

每一個區塊包含了前一個區塊的加密雜湊、相應時間戳記以及交易資料（通常用默克爾樹（Merkle tree）演算法計算的雜湊值表示）[7]，這樣的設計使得區塊內容具有難以篡改的特性。但如果掌握區塊鏈節點51%以上的運算力，就能操控區塊鏈的內容。如果一開始寫入的內容是錯誤的內容，那麼區塊鏈技術只是讓錯誤的內容難以被篡改。[8]

目前區塊鏈技術最大的應用是加密貨幣，例如比特幣的發明。因為支付的本质是“将账户A中减少的金额增加到账户B中”。如果人们有一本公共账簿，记录了所有的账户至今为止的所有交易，那么对于任何一个账户，人们都可以计算出它当前拥有的金额数量。而公共区块链（公有鏈）恰恰是用于实现这个目的的公共账簿。在比特币体系中，比特币地址相当于账户，比特币数量相当于金额。[9]

概述[编辑]

以比特币的区块链账本为例。每个区块基本由上一个区块的散列值，若干条交易，一个调节数等元素构成，矿工通过工作量证明实现对交易整理为账本区块和区块安全性的维持。一个矿工通过交易广播渠道收集交易项目并打包，协议约定了控制区块生成速度而产生的难度目标值，通过不断将调节数和打包的交易数据进行散列运算而算出对应散列值，使其满足当时相应的难度目标值，最先计算出调节数的矿工可以将之前获得上一个区块的散列值、交易数据、当前算出对应区块的调节数等参数整合为一个账本区块并广播到账本发布渠道，其他矿工则可以知道新区块已生成并知道该区块的散列值（作为下一个区块的“上一个区块的散列值”），从而放弃当前待处理的区块数据生成并投入到新一轮的区块生成。

对于其他基于区块链的应用，主要是针对所负载的数据，区块安全性的维持方式等进行调整。

歷史[编辑]

中本聪在2008年于《比特币白皮书》[10]中提出“区块链”概念，并在2009年创立了比特币网络（英语：Bitcoin network），开发出第一个区块，即“创世区块”。[11]

区块链共享价值体系首先被众多的加密貨幣效仿，并在工作量证明上和算法上进行了改进，如采用权益证明和SCrypt算法。随后，区块链生态系统在全球不断进化，出现了首次代币发售ICO、智能合约区块链以太坊、“轻所有权、重使用权”的资产代币化共享经济[12]以及区块链国家（英语：Bitnation）。目前人们正在利用这一共享价值体系，在各行各业开发去中心化电脑程序（Decentralized applications, Dapp）[13]，在全球各地构建去中心化自主组织（英语：Decentralized autonomous organization）和去中心化自主社区（Decentralized autonomous society, DAS）[14]。

截至2019年中華人民共和國的相關公司佔有全球区块链專利權的八成以上[15]。在2016年公布的《十三五國家資訊化規畫》，就已將區塊鏈技術列為戰略性前沿技術。反超點在2017年當年度專利申請量超過1200件超越美國，之後一路上升[16]，並誕生了比特大陸等以挖礦業務為切入點累積資本最終做大的企業。其官方立場是不承認比特幣的貨幣流通地位並禁止任何商家收付，但認為区块链技術可以為國家所用，2019年中国人民银行第三季消息，支付结算司副司长穆长春8月10日在金融四十人伊春论坛上介绍央行法定数字货币的实践DC/EP（DC，digital currency，数字货币；EP，electronic payment，电子支付）时揭露央行DC/EP研究已进行五年[17]，表明可能存在被稱為「央行数字货币」的制度。早在2016年有新聞顯示平安集团、招商银行、微众银行等40多家金融机构共同成立首个中国深圳FinTech数字货币联盟。同年10月，中共中央總書記習近平公開表示「區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起著重要作用」，對特定技術發表談話[18]表達重視，引發相關類股上漲以及媒體議論。[19]

应用项目[编辑]

国家货币[编辑]

e-Dinar是突尼斯共和国政府用区块链技术发行的数字货币。也是第一个国家数位货币。[20]

eCFA是塞内加尔共和国政府用区块链技术发行的数位货币。[21]

数字人民币（E-CNY）是中华人民共和国政府用区块链技术发行的数字货币。[22]

Sand Dollar是巴哈马国政府用区块链技术发行的数字货币。[23]

社区货币[编辑]

空卢（英文：Colu）公司在英国伦敦用区块链发行了东伦敦社区英镑（Local Pound, East London），主要为中小企业提供支付平台。2017年6月止，空卢在全球发行了多款社区货币，共有50,000用户。[24]

私有链、公有链和联盟链的区别[编辑]

公有链

联盟链

私有链

参与者

不限

联盟成员

链的所有者

共识机制

PoW/PoS

分布式一致性算法

solo/pbft等

驗證者

自願提供算力或質押加密貨幣者

联盟成员协商确定

链的所有者

激励机制

需要

可选

无

去中心化程度

較高

偏低

極低

如初特点

解決雙重支付

效率和成本优化

安全性高、效率高

吞吐量

7笔/秒至數千筆/秒（TPS）

<10万笔/秒（TPS）

视配置决定

應用領域

區塊鏈遊戲、非同質化代幣、去中心化金融等

供应链管理、金融服務、醫療保健等

大型组织或私人企業之業務等

代表项目

比特币、以太坊

R3、Hyperledger

公有鏈[编辑]

公有鏈可稱爲公共區塊鏈，指所有人都可以參與的區塊鏈。換言之它是公平公開，所有人可自由訪問，發送、接收、認證交易。另外公有鏈亦被認為是“完全去中心化”的區塊鏈。公有鏈的代表有BTC區塊鏈，ETH （页面存档备份，存于互联网档案馆）、EOS （页面存档备份，存于互联网档案馆）等，它們之間有存在不同架構。[25]擧個例子說，以太坊（ETH）是一條公有鏈，在以太坊鏈上運作的每一項應用都會消耗這條鏈的總體資源[26]；EOS只是一個區塊鏈的基礎架構，開發人員可以自由地在EOS上創建公鏈，每條鏈與鏈之間都不會影響彼此擁有的資源，換言之不會出現因個别應用資源消耗過多而造成網絡擁擠[27]。

私有链[编辑]

商业组织正在为各种应用开发分布式分类账和其他区块链启发的软件。由于这些软件被中心化机构控制，不具有区块链去中心化的属性，被称为私有链（private blockchains）、区域链、或者联盟链[28]。私有鏈上的資料，可由建立私有鏈的機構任意操控改寫，所以連確保資料難以篡改的功能也沒有。

[8]

至2017年6月止，没有任何私有链得到认可和使用，而且国际银行界纷纷退出所参与的项目；加拿大中央银行也在2017年5月放弃了国家私有链的开发，主要原因是与中央银行体系格格不入[29]。相反，用现有区块链进行ICO众筹，来开发新型去中心化社区的项目，如雨后春笋般地涌现，得到不同凡响的结果[30]。以下是部分私有链及联盟链开发项目：

德勤和ConsenSys2016年宣布计划创建一个数位银行ConsenSys计划[31]

R3计划连接42家银行分布式分类帐，主要由以太坊，Chain.com，英特尔和IBM牵头[32]

Microsoft Visual Studio正在使Ethereum Solidity语言可供应用程序开发人员使用。[33]

SafeShare保险提供一项区域链为基础的主打共享经济的保险，由英国保险巨头劳合社承保。

一家瑞士工业联盟，包括瑞士电信，苏黎世州银行和瑞士股票交易所，以柜台买卖为原型的资产交易，基于以太坊科技的区域链。[34]

Context Labs（英语：Context Labs） a 2013 company developing blockchain enabled platforms

R3区域链联盟

Digital Asset Holdings（英语：Digital Asset Holdings）

Satoshi Citadel Industries（英语：Satoshi Citadel Industries）

方舟私有链Arkblockchain一个比特币并行区域链项目，特别面向供应链、电子商务、物联网、医疗服务、政务等应用开发的高可信任私有链。

美国期货和期权交易所CME集团于2017年4月11日宣布，正在测试基于区域链的黄金期货平台的正处于最后测试阶段，该区块链是为比特币提供认证的对等网络。[35]

臺灣林產品生產追溯系統[36]

侧链[编辑]

区块链中的侧链（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，该名词是相对与比特币主链来说的。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。

ICO代币[编辑]

首次代币发行（英語：Initial Coin Offering，简称ICO），也称为ICO众筹，是用区块链筹集资金，以便开发新型区块链社区的项目。[30]

非營利组织[编辑]

比尔及梅琳达·盖茨基金会《基层项目／Level One Project》旨在利用区块链技术帮助世界各地20亿缺乏银行账户的民众。[37][38]

联合国世界粮食计划署的《区块建设／Building Blocks》旨在使粮食计划署越来越多的现金扶贫业务更快，更便宜，更安全。“区块建设”于2017年1月在巴基斯坦开展了现场试点工作，将在整个春季继续进行。[39][40]2017年6月，该项目已经扩大到叙利亚等国，计划在2030年前在全球实现零饥饿[41]。

去中心化的社会网络[编辑]

回馈项目（Backfeed project）正在基于区块链分布式自治系统，开发共识主动性创建和分配价值的社会网络。[42][43]

亚历山大项目（The Alexandria project）是一个基于区块链开发的去中心化图书馆网络。[44][45]

它自主（Tezos）是一个根据它代币（token）持有者们的投票结果，让电脑程序自我演变，来实现区块链自主的开发项目。[46][47][48][49]比特币区块链是一个去中心化的加密货币和支付的金融自主体系。以太坊区块链在前者的基础上增加了去中心化的智能合约的法律自主体系。它自主将在前两者的基础上增加去中心化的电脑程序开发功能，以便建立社会管理自主权体系。[50][51]

區塊鏈資料庫[编辑]

甲骨文公司在Oracle Database 21c中，首次引入了區塊鏈資料表功能。不過，Oracle Database的區塊鏈不是去中心化。甲骨文稱，中央化的區塊鏈資料庫較去中心化更高吞吐量及更少延遲交易問題。[52][53]

駭客事故[编辑]

区块链目前多用於民間自訂的各種虛擬貨幣領域，眾多駭客事件也發生在這些場景，区块链本身可以確保記帳內容萬無一失但目前幾乎都是不記名設計，所以誰能奪取帳號文本就能聲稱為所有者，而民間公司保存帳號的伺服器防駭條件不一使此類「搶劫」行為提供可能性。[54]

2018年[编辑]

1月，日本數字貨幣交易所Coincheck遭黑客攻擊，約價值超過5.34億美元的NEM於平台上被非法轉移。[55][56]

2月11日，意大利加密貨幣交易所BitGrail遭黑客攻擊，約價值1.7億美元的NANO被盜。[57]

4月22日，BeautyChain智能合約出現重大漏洞，黑客通過此漏洞無限生成代幣，導致BEC的價值接近歸零。[58][54]

4月25日，SmartMesh出現疑似重大安全漏洞，宣佈暫停所有SMT交易和轉賬直至另行通知，導致損失約1.4億美金。[59]

7月10日，以色列數字貨幣交易所Bancor遭黑客攻擊，約價值超過23.5億美元的ETH，NPXS，和BNT於平台上被非法轉移。

7月25日，EOS Fomo 3D狼人游戲的遊戲合約遭受溢出攻擊，60686個EOS從獎勵池中被盜取，導致部分獎勵沒有按照游戲規則獎勵用戶。EOS核心仲裁論壇（ECAF）對黑客進行仲裁后，凍結黑客EOS賬戶：eosfomoplay1。[60]

9月20日，日本數字貨幣交易所Zaif遭黑客攻擊，導致損失67億日元（約6000萬美元加密貨幣），其中包括5,966比特幣。[61]根據CNN報道指出，被盜金額約4000萬美元屬客戶資金，另外2000萬則屬於交易所。[62]

12月3日，EOS Dice3D黑客攻擊，損失10569個EOS。黑客將被盜的EOS轉至火幣，Dice3D官方決定自費拿出部分EOS給予玩家作補償。[63]

2019年[编辑]

2月22日，EOS42被黑客攻擊，黑客利用EOS節點沒有更新黑名單的漏洞去攻擊系統，使EOS42損失二百萬個EOS。這個安全事件發生後，EOS社群開始作防備措施，避免類似情況再出現。

3月30日，韩国加密货币交易所Bithumb遭到黑客入侵，超过300万EOS（约1270万美元）和2000万XRP（约620万美元）的资产被盗。[64]

5月8日，全球最大加密貨幣交易所Binance發布公告表示，遭到駭客攻擊，共計7000枚比特幣遭竊，損失估計超過4000萬美元。[65]

7月12日，日本金融廳認證的合法加密貨幣交易所幣寶（BitPoint），遭竊取上千顆比特幣，各類加密貨幣合計損失高達35億日元。而幣寶台灣分公司從7月23日開始也全面暫停服務，所有用戶不能交易加密貨幣外，連台幣帳戶都無法提領。[66]

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区块链技术研究综述：原理、进展与应用

主管单位：中国科学技术协会

主办单位：中国通信学会

ISSN 1000-436X CN 11-2102/TN

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通信学报, 2020, 41(1): 134-151 doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

综述

区块链技术研究综述：原理、进展与应用

曾诗钦1, 霍如2,3, 黄韬1,3, 刘江1,3, 汪硕1,3, 冯伟4

1 北京邮电大学网络与交换国家重点实验室，北京 100876

2 北京工业大学北京未来网络科技高精尖创新中心，北京 100124

3 网络通信与安全紫金山实验室，江苏南京 211111

4 工业和信息化部信息化和软件服务业司，北京 100846

Survey of blockchain:principle,progress and application

ZENG Shiqin1, HUO Ru2,3, HUANG Tao1,3, LIU Jiang1,3, WANG Shuo1,3, FENG Wei4

1 State Key Laboratory of Networking and Switching Technology,Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876,China

2 Beijing Advanced Innovation Center for Future Internet Technology,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China

3 Purple Mountain Laboratories,Nanjing 211111,China

4 Department of Information Technology Application and Software Services,Beijing 100846,China

通讯作者: 霍如，huoru@bjut.edu.cn

修回日期: 2019-12-12

网络出版日期: 2020-01-25

基金资助:

国家高技术研究发展计划（“863”计划）基金资助项目. 2015AA015702未来网络操作系统发展战略研究基金资助项目. 2019-XY-5

Revised: 2019-12-12

Online: 2020-01-25

Fund supported:

The National High Technology Research and Development Program of China (863 Program). 2015AA015702The Development Strategy Research of Future Network Operating System. 2019-XY-5

作者简介 About authors

曾诗钦（1995-），男，广西南宁人，北京邮电大学博士生，主要研究方向为区块链、标识解析技术、工业互联网

。

黄韬（1980-），男，重庆人，博士，北京邮电大学教授，主要研究方向为未来网络体系架构、软件定义网络、网络虚拟化等。

。

刘江（1983-），男，河南郑州人，博士，北京邮电大学教授，主要研究方向为未来网络体系架构、软件定义网络、网络虚拟化、信息中心网络等。

。

汪硕（1991-），男，河南灵宝人，博士，北京邮电大学在站博士后，主要研究方向为数据中心网络、软件定义网络、网络流量调度等。

。

冯伟（1980-），男，河北邯郸人，博士，工业和信息化部副研究员，主要研究方向为工业互联网平台、数字孪生、信息化和工业化融合发展关键技术等

。

摘要

关键词：

区块链

;

加密货币

;

去中心化

;

层次化技术体系结构

;

技术多样性

;

工业区块链

Abstract

Keywords：

blockchain

;

cryptocurrency

;

decentralization

;

hierarchical technology architecture

;

technology diversity

;

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曾诗钦, 霍如, 黄韬, 刘江, 汪硕, 冯伟. 区块链技术研究综述：原理、进展与应用. 通信学报[J], 2020, 41(1): 134-151 doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

ZENG Shiqin. Survey of blockchain:principle,progress and application. Journal on Communications[J], 2020, 41(1): 134-151 doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

1 引言

2 相关概念

2.1 中心化与去中心化

2.2 加密货币

加密货币的概念起源于一种基于盲签名（blind signature）的匿名交易技术[6]，最早的加密货币交易模型“electronic cash”[7]如图1所示。

图1

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图1

“electronic cash”交易模型

2.3 区块链及工作流程

1) 生成区块。区块链节点收集广播在网络中的交易——需要记录的数据条目，然后将这些交易打包成区块——具有特定结构的数据集。

2) 共识验证。节点将区块广播至网络中，全网节点接收大量区块后进行顺序的共识和内容的验证，形成账本——具有特定结构的区块集。

3) 账本维护。节点长期存储验证通过的账本数据并提供回溯检验等功能，为上层应用提供账本访问接口。

2.4 区块链类型

根据不同场景下的信任构建方式，可将区块链分为2类：非许可链（permissionless blockchain）和许可链（permissioned blockchain）。

3 区块链体系结构

根据区块链发展现状，本节将归纳区块链的通用层次技术结构、基本原理和研究进展。

3.1 网络层

图2

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图2

区块链层次化技术结构

1) 组网结构

图3

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图3

区块链组网结构

2) 通信机制

图4

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图4

区块链网络通信机制

3) 安全机制

4) 研究现状

目前，区块链网络层研究主要集中在3个方向：测量优化、匿名分析与隐私保护、安全防护。

3.2 数据层

1) 信息模型

图5

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图5

UTXO信息模型

2) 关联验证结构

图6

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图6

基本区块结构

3) 加密机制

4) 研究现状

数据层面的研究方向集中在高效验证、匿名分析、隐私保护3个方面。

3.3 共识层

限于篇幅原因，本节仅以 PoW、PBFT、Raft为切入进行3类协议的分析。

1) PoX类协议

PoW也称为Nakamoto协议，是比特币及其衍生项目使用的核心共识协议，如图7所示。

图7

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图7

PoW协议示意

2) BFT类协议

图8

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图8

PBFT协议示意

PBFT 协议解决消息传播过程的拜占庭容错，由于算法复杂度为 O(n2)且存在确定性的主节点选举规则，PBFT 仅适用于节点数量少的小型许可链系统。

3) CFT类协议

Raft协议实现崩溃容错的关键在于领导节点的自选举机制，部分许可链选择降低可信需求，将拜占庭容错转换为崩溃容错，从而提升共识速度。

4) 奖惩机制

5) 研究现状

3.4 控制层

1) 处理模型

账本用于存储全部或部分业务数据，那么依据该数据的分布特征可将处理模型分为链上（on-chain）和链下（off-chain）2种。

2) 控制合约

3) 执行环境

4) 研究现状

控制层的研究方向主要集中在可扩展性优化与安全防护2个方面。

4 技术选型分析

4.1 比特币

图9

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图9

比特币运行模式

1) 网络层

2) 数据层

3) 共识层

4) 控制层

4.2 以太坊

1) 网络层

2) 数据层

3) 共识层

4) 控制层

4.3 超级账本Fabric

1) 网络层

2) 数据层

3) 共识层

4) 控制层

4.4 其他项目

除了上述3种区块链基础项目外，产业界还有许多具有代表性的项目，如表1所示。

5 区块链应用研究

鉴于上述领域的应用在以往研究中均有详细描述，本文将主要介绍区块链在智慧城市、边缘计算和人工智能领域的前沿应用研究现状。

表1

代表性区块链项目

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5.1 智慧城市

5.2 边缘计算

5.3 人工智能

6 技术挑战与研究展望

6.1 层次优化与深度融合

1) 层次优化

2) 深度融合

6.2 隐私保护

6.3 工业区块链

工业区块链是指利用区块链夯实工业互联网中数据的流通和管控基础、促进价值转换的应用场景，具有较大的研究前景。

7 结束语

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

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原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

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