区块链概念总论.docx

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1、区块链概念总论区块链总体介绍1.1 区块链概览1.1.1 历史背景人们总说“历史总是惊人的相似”，在聊区块链之前我们先回顾一下历史，其实区块链解决的问题在历史上已经演绎过了:历史上的拜占庭帝国，位于如今土耳其的伊斯坦布尔，是东罗马帝国的首都。战争时期，拜占庭的军队分散开来围攻敌军的城市（如下图），各队伍的将军们必须达成一致的共识，决定什么时间攻城，只有一半以上的军队同时发起进攻，才能获得胜利。问题是：（1）这些将军在地理上是分隔开来的，将军与将军之间只能靠信差传消息；（2）军中存在间谍，间谍可以欺骗某些将军采取跟共识不一致的行动。如果叛徒达到了这一目的，则任何攻击行动都是注定要失败的，所以，拜

2、占庭将军问题本质是共识互信问题。“拜占庭将军问题”延伸到生活中来，其内涵可概括为：在互联网大背景下，当需要与不熟悉的对方进行价值交换活动时，人们如何防止被欺骗。进一步延伸到技术领域中来，其内涵可概括为：在缺少可信任的中央节点和可信任的通道的情况下，分布在中的各个节点应如何达成共识。1.1.2概念区块链，是指通过去中心化（或多中心）和去信任的方式集体维护一个分布式可信数据库的技术方案。参与该系统中的任意多个节点，把一段时间系统内信息交流的数据，通过密码学算法处理录到一个数据块，并且生成该数据块的指纹用于链接下个数据块和校验，系统所有参与节点来共同认定记录的真伪。区块链是一种类似于非关系型数据库的

3、技术解决方案统称,并不是某种特定技术，开发者可以通过多种程序语言和架构来实现区块链技术。1. 1.3区块链为什么会成为中国的国家战略“中共中央政治局2019年10月24日下午就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习。中共中央总书记在主持学习时强调，区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。我们要把区块链作为核心技术的重要突破口，明确主攻方向，加大投入力度，着力攻克一批关键核心技术，加快推动区块链技术和产业创新发展J-摘自“新华社北京10月25日电”1. 1.4我国发展区块链的优势在众多前沿科技中，我国在和区块链领域同其他国家处在同一起跑线上，共同制定行业标准和技术指标，

4、壁垒较少；区块链技术是基于互联网的，中国的互联网普及率和基础设施比较领先，为区块链发展提供了良好的基础；区块链技术未来会广泛应用在几乎所有业务系统中，通过大力发展区块链，真正靠创新来建设中国主导的世界级的基础设施、技术标准和应用。1.2 区块链的分类、特征1.3 .1区块链分类区块链分为公有链和许可链，二者底层技术逻辑相似，但是工作原理相差巨大。目前全世界公有链的应用全部都是虚拟币（如：比特币）,无一例外，可默认公有链≈虚拟币。在中国，虚拟币不符合金融监管要求（即使是无币公有链也不符合），公有链中国主要发展追踪技术，协助发现犯罪记录。1.2.2特征公有链：对所有人开放，所有交易透明

5、可追溯，任何人都能加入并匿名发布信息，匿名、去中心化等都是公有链的特点完全分布式，维持成本高，依赖于内建激励安全由共识机制和加密算法保证保存的数据越有价值，越要审视其安全性、交易成本和系统扩展性应用：比特币、以太坊等虚拟数字货币；每秒3-30次数据写入，效率偏低，除少数金融业务外，公有链很难在企业级需求上进行应用，因为：公有链用户众多，效率低下；（举例：搜索一个比特币，返回结果需要至少20分钟，无法满足企业业务响应需求）一旦应用到企业上，内部运转逻辑就很难调整，不符合企业灵活多变的商业环境。私有链:使用范围限于一个公司范围类数据，访问受限，提供更好的隐私保护交易速度快，成本低利用区块链的不可篡

6、改性，防止篡改数据改善可审计性，不完全解决信任问题每秒1000次以上数据写入应用：公证、特定机构的内部数据管理与审计。联盟链：授权公司和组织才能加入网络，做到很好的节点间的连接参与共识，写入和查询数据通过授权控制，满足监管需求低成本维持运行、交易处理速度快、成本低、有很好的扩展性开发者在共识下可更改协议和修改数据每秒1000次以上数据写入应用：R3、超级账本、Ripple等金融领域交易。1.4 区块链关键技术共享账本：可以在多个站点、不同地理位置或者多个机构组成的网络里进行分享的数据库，区块链网络中每个节点都有相同的账本；隐私安全：加密算法、哈希算法、非对称加密算法、通信网络、高冗余存储等；智

7、能合约：自动执行合约条款的程序；基于公钥体系加解密、签名和验证机制，数字证书；共识机制——主要有四种：比特币使用POW,以太坊使用POS,比特股使用DPOS,验证池（后续介绍公有链的板块中，会有详细的共识机制介绍）。2公有链（虚拟币）2. 1P2P交易机制新产生的交易需求，广播到所有节点；每个节点把该笔交易收集到一个区块中，将账户地址、交易信息等进行hash打包，同时遍历hash值（详见PoW/PoS机制）；当某节点得出的hash与系统要求匹配时，该节点将获得这一轮的记账权，并将它生成的区块广播到所有节点；全网节点对该hash和区块内容进行验证，当该区块包含的交易验证有

8、效后，所有节点接受该区块；节点开始创建新区块，并将刚刚接受区块的哈希散列添加进去，形成链。针对以上过程，大家肯定有很多很多的疑问，看不懂不要紧，下面我们将为大家一一解答。2. 2Q&AQ1:交易数据进行hash打包需要消耗计算机资源，各节点为什么还要参与记账？在比特币系统里，抢到记账权的节点获得发布新区块的权力，同时获得系统提供的比特币奖励，这个奖励其实也就是比特币的发行过程。Q2:hash算法的运行机制？Hash算法的特点：在给定算法的情况下，从明文很容易算出hash值，反之几乎不可能从hash算出明文。计算机生成一个随机变量(明文)计算出一个hash值，通过不断生成随机变量，获得不同的ha

9、sh,不停地尝试直到产生的hash值满足“以n个0开头”的条件。现在的电脑要得到一个四个0开头的hash值，通常需要一两分钟的时间，由于现在参与挖矿的计算机非常多，算力很大，所以现在的挖矿难度，是以18个0开头，率先满足这个条件的节点，就可以表明该节点为网络提供了巨大的算力，获得唯一的记账权。Q3：节点如何获得记账权？当前主流的是两种方案PoW(ProveofWork)和PoS(ProveofStake)oPoW:工作量证明(比特币使用的机制)大家进行算力竞赛，设置一个计算hash的难题，谁先算出来谁赢，算力高的节点赢的概率更高，以这样的方式保证胜出者是随机的，且获胜节点确实提供了大量算力。投

10、入的算力能够体现在哈希值上，恶意节点只能通过提升自己的算力来增加攻击成功的概率。PoW机制通过增加攻击成本来减少恶意攻击。PoS:股权证明机制选举，大家不用浪费电力去进行算力竞赛，根据用户持有货币的多少和时间（币龄），以发放利息的方案来“选举”产生记账节点。恶意节点只能通过增加自己的份额，增加自己被选中的概率，从而增加双花攻击的成功概率。要实现攻击，先得成为持币大户，如果攻击成功市价大跌，攻击者也会承受最大的损失，从机制层面绑定攻击者的利益，降低系统受攻击风险。Q4：什么是“挖矿”？在比特币区块链中，所有参与节点输出算力遍历hash值的过程，通常被称为“挖矿（输出算力越大，获得比特币奖励的概率

11、越大）各参与节点在遍历hash的过程中也在不断地验证其他节点的交易信息，为区块链网络的运行贡献算力。Q5:PoW和PoS优缺点？PoW优点：机制本身很复杂，比如：挖矿难度自动调整、区块奖励逐步减半等，这些因素都是基于经济学原理，能吸引和鼓励更多人参与；越先参与越容易获得比特币奖励，会促使加密货币的初始阶段发展迅速，节点网络迅速扩大；通过“挖矿”的方式发行新币，把比特币分散给个人，实现了相对公平。PoW缺点：算力是计算机硬件（Cpu、Gpu等）提供的，要耗费大量电力，与人类追求节能、清洁、环保的理念相悖。不过，如果非要给“加密货币”找寻“货币价值”的意义，那么这个方面，应该是最有力的证据；时至今

12、日，算力的提供已经不再是单纯的CPU了，而是逐步发展到GPU、，乃至矿机。用户也从个人挖矿发展到大的矿池、矿场，算力集中越来越明显。这与去中心化的方向背道而驰，渐行渐远，网络的安全逐渐受到威胁。有证据证明Ghash（一个矿池）就曾经对赌博网站实施了双花攻击（一笔钱花两次）；比特币奖励每隔4年产量减半，当挖矿的成本高于收益时,矿工的积极性降低，会有大量算力退出，比特币网络的安全性进一步堪忧。PoS优点：节能。不用挖矿，不需要大量耗费电力和能源；更去中心化。PoS机制的加密货币对计算机硬件基本上没有过高要求，人人可挖矿（获得利息），不用担心算力集中导致中心化的出现（单用户通过购买获得51%的货币量

13、，成本更高）,网络更加安全有保障；避免紧缩。PoW机制的加密货币，因为用户丢失等各种原因，可能导致通货紧缩，但是PoS机制的加密货币按一定的年利率新增货币，可以有效避免紧缩出现，保持基本稳定。PoS缺点：纯PoS机制的加密货币，容易导致“少数人”(通常是开发者)获得大量成本极低的加密货币，在利益面前，很难保证他们不会大量抛售；PoS机制的信用基础不够牢固。为解决这个问题，很多采用PoW+PoS的双重机制，通过PoW挖矿发行加密货币，使用PoS维护网络稳定。或者采用DPoS机制，通过社区选举的方式，增强信任。Q6：为什么很多国家要禁止比特币等虚拟货币？以中国为例。我国是外汇管制国家，比特币的网络

14、匿名交易可以完美绕开央行的外汇防线，使得外汇管制这一政策形同虚设；并且比特币为国内强监管地带的洗钱交易提供极大的便利，极大的威胁了我国央行外汇政策和监管政策；随着我国加入后，我国人民币国际化战略开始全力推进，人民币国际化本质是一个区域中心化货币战略，而比特币的去中心化的这一特点，和我国的人民币国际化战略正好背道而驰，这种强烈货币属性的碰撞，使得我国央行权衡再三后不得不对比特币采取“极刑”。另外，对于世界上绝大多数国家而言，货币的印制和发行普遍被掌握在国家手里，这被称为铸币权。在宏观经济中，有一个概念叫做“铸币税(SeigniorageRevenue)即：货币铸造成本低于其面值而产生的差额。在纸

15、币时代，政府印制钞票的成本几乎可以忽略不计，同时政府拥有印制货币的垄断权，因此能够获得全部的铸币税。以美国政府为例。在过去十年中，美联储每年超印了千亿级美元的货币供给，用几乎毫无印刷成本的美元，换取了大量了资产、商品和服务。要想让政府放弃这笔收入，和比特币这样的虚拟货币“分一杯羹”，这简直让人不可想象。事实上，任何政府都没有理由让这样的情形发生。Q7：分叉问题如何解决？分叉问题：同一时间段内全网不止一个节点能计算出满足要求的hash,即会有多个节点在网络中广播它们各自打包好的临时区块（都是合法的）。若收到多个针对同一前续区块的临时区块，则该节点会在本地区块链上建立分支，多个临时区块对应多个分支。该僵局的打破要等到下一个hash被发现，而其中的一条链条被证实为是较长的一条，那么在另一条分支链上