區(qū)塊鏈調(diào)研報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)及其應(yīng)用科技前沿白話區(qū)塊鏈專心-專注-專業(yè)目錄一、 綜述區(qū)塊鏈技術(shù)被認為是繼蒸汽機、電力、互聯(lián)網(wǎng)之后，下一代顛覆性的核心技術(shù)。如果說蒸汽機釋放了人們的生產(chǎn)力，電力解決了人們基本的生活需求，互聯(lián)網(wǎng)徹底改變了信息傳遞的方式，那么區(qū)塊鏈作為構(gòu)造信任的機器，將可能徹底改變整個人類社會價值傳遞的方式。以前是靠信譽、靠百年老店、權(quán)威機構(gòu)等，區(qū)塊鏈利用技術(shù)建立了新的信任方式，這是可以被量化的，從技術(shù)的角度實現(xiàn)的，所以說區(qū)塊鏈成為了下一個信任的基石。區(qū)塊鏈最核心的革命特性是改變千百年來落后的信用機制。下文將從區(qū)塊鏈的定義、特點、技術(shù)實現(xiàn)和發(fā)展等方面，對區(qū)塊鏈做一個簡要而又

2、全面的介紹。二、 區(qū)塊鏈介紹1. 區(qū)塊鏈的誕生背景傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)支付系統(tǒng)，幾乎都需要借助可資信賴的第三方信用機構(gòu)來處理電子支付信息。這類系統(tǒng)仍然內(nèi)生性地受制于“基于信用的模式”。區(qū)塊鏈的誕生，源于開發(fā)人員試圖解決一個大膽的難題：如何創(chuàng)造不可追溯的數(shù)字貨幣。通過將密碼學(xué)、博弈論、經(jīng)濟學(xué)以及計算機科學(xué)相結(jié)合，他們成功創(chuàng)造出了一套全新的工具用于建立去中心化的系統(tǒng)。區(qū)塊鏈支付系統(tǒng)利用區(qū)塊鏈技術(shù)，構(gòu)建比特幣區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)與交易信息加密傳輸。它基于密碼學(xué)原理而不基于信用，使得任何達成一致的雙方直接支付，從而不需要第三方中介的參與。 2. 什么是區(qū)塊鏈？1) 區(qū)塊鏈的定義區(qū)塊鏈是一個分布式賬本，一種通過去中心化、

3、去信任的方式集體維護一個可靠數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案。從數(shù)據(jù)的角度來看，區(qū)塊鏈是一種幾乎不可能被更改的分布式數(shù)據(jù)庫。這里的“分布式”不僅體現(xiàn)為數(shù)據(jù)的分布式存儲，也體現(xiàn)為數(shù)據(jù)的分布式記錄，即由系統(tǒng)參與者共同維護。即任何人都可對這個數(shù)據(jù)庫進行核查，但不存在單一的用戶可以對它控制。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的參與者共同維持數(shù)據(jù)庫的更新，它只能按照嚴格的規(guī)則和共識進行修改。從技術(shù)的角度來看，區(qū)塊鏈并不是一種單一的技術(shù)，而是多種技術(shù)整合的結(jié)果。這些技術(shù)以新的結(jié)構(gòu)組合在一起，形成了一種新的數(shù)據(jù)記錄、存儲和表達的方式。2) 區(qū)塊鏈的特點 （1）開放、共識任何人都可以參與到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，每一臺設(shè)備都能作為一個節(jié)點，每個節(jié)點都允許獲

4、得一份完整的數(shù)據(jù)庫拷貝。節(jié)點間基于一套共識機制，通過競爭計算共同維護整個區(qū)塊鏈。任一節(jié)點失效，其余節(jié)點仍能正常工作。 （2）去中心、去信任區(qū)塊鏈由眾多節(jié)點共同組成一個端到端的網(wǎng)絡(luò)，不存在中心化的設(shè)備和管理機構(gòu)。節(jié)點之間數(shù)據(jù)交換通過數(shù)字簽名技術(shù)進行驗證，無需互相信任，只要按照系統(tǒng)既定的規(guī)則進行，節(jié)點之間不能也無法欺騙其它節(jié)點。去中心也是區(qū)塊鏈的最大特點。 （3）交易透明、雙方匿名區(qū)塊鏈的運行規(guī)則是公開透明的，所有的數(shù)據(jù)信息也是公開的，因此每一筆交易都對所有節(jié)點可見。由于節(jié)點與節(jié)點之間是去信任的，因此節(jié)點之間無需公開身份，每個參與的節(jié)點都是匿名的。 （4）不可篡改、可追溯單個甚至多個節(jié)點對數(shù)據(jù)庫的

5、修改無法影響其他節(jié)點的數(shù)據(jù)庫，除非能控制整個網(wǎng)絡(luò)中超過51%的節(jié)點同時修改，這幾乎不可能發(fā)生。區(qū)塊鏈中的每一筆交易都通過密碼學(xué)方法與相鄰兩個區(qū)塊串聯(lián)，因此可以追溯到任何一筆交易的前世今生。3) 區(qū)塊鏈的類別公有鏈：無官方組織及管理機構(gòu)，無中心服務(wù)器，參與的節(jié)點按照系統(tǒng)規(guī)則自由接入網(wǎng)絡(luò)、不受控制，節(jié)點間基于共識機制開展工作。私有鏈：建立在某個企業(yè)內(nèi)部，系統(tǒng)的運作規(guī)則根據(jù)企業(yè)要求進行設(shè)定，修改甚至是讀取權(quán)限僅限于少數(shù)節(jié)點，同時仍保留著區(qū)塊鏈的真實性和部分去中心化的特性。聯(lián)盟鏈：由若干機構(gòu)聯(lián)合發(fā)起，介于公有鏈和私有鏈之間，兼具部分去中心化的特性。3. 區(qū)塊鏈的意義區(qū)塊鏈技術(shù)是密碼學(xué)、計算機科學(xué)、經(jīng)濟

6、學(xué)等多個學(xué)科發(fā)展到一定階段后的產(chǎn)物，有效融合了多個學(xué)科的杰出成果。區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)為解決人類社會的信任問題提供了有力工具，進而將人類社會帶入群智時代。以下將具體闡述區(qū)塊鏈的意義創(chuàng)造信任和群智時代。（1）創(chuàng)造信任區(qū)塊鏈系統(tǒng)本身能產(chǎn)生信用，這種具有信用的產(chǎn)品不是來自第三方，而是來自程序 (算法) ，因為區(qū)塊鏈記錄信息的產(chǎn)生需要全網(wǎng)絡(luò)節(jié)點確認，而一旦生成將永久記錄，無法篡改?；ヂ?lián)網(wǎng)的底層協(xié)議是TCP / IP協(xié)議，實現(xiàn)了信息的低成本高效率傳播；區(qū)塊鏈可認為是一種新的底層技術(shù)，建立了新的信用體系。區(qū)塊鏈取代了目前互聯(lián)網(wǎng)對中心服務(wù)器的依賴，使所有數(shù)據(jù)信息都被記錄在一個云系統(tǒng)之上，理論上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸中的

7、數(shù)據(jù)自我證明，從深遠意義上講，這超越了傳統(tǒng)和常規(guī)意義上需要依賴第三方的信息驗證模式，降低了建立全球信用體系的成本?？傊瑓^(qū)塊鏈解決了信任問題。（2）群智時代在區(qū)塊鏈出現(xiàn)之前，大規(guī)模多邊協(xié)作通常由共同的信任中心對整個組織進行協(xié)調(diào)，信任中心要么是多個主體共同的“上級”機構(gòu)，要么是共同組建的一個第三方機構(gòu)，而該機構(gòu)往往能夠成為各參與方的實際權(quán)力中心，因此傳統(tǒng)的大規(guī)模協(xié)作方式都是以中心化機構(gòu)為基礎(chǔ)。中心化機構(gòu)一定會伴隨著較高的人為決策風(fēng)險，受制于人的教育背景、經(jīng)歷、個性特征等因素，因而經(jīng)常出現(xiàn)中心化機構(gòu)無法駕馭大規(guī)模協(xié)作的情形。區(qū)塊鏈提供了激勵機制，參與者在作出貢獻的同時能夠獲得回報，這樣就調(diào)動了參與

8、者的積極性。區(qū)塊鏈以對等方式把參與方連接起來，由參與方共同維護一個系統(tǒng)，通過共識機制和智能合約來表達協(xié)作規(guī)則，實現(xiàn)更有彈性的協(xié)作方式。因為參與方職責(zé)明確，不用向第三方機構(gòu)讓出權(quán)力，無須維護第三方信任機構(gòu)的成本，有利于各方更好地開展協(xié)作。因為解決了信任問題，采用區(qū)塊鏈有望實現(xiàn)低成本、高效率的全新協(xié)作模式，形成更大范圍、更低成本的新協(xié)同機制。區(qū)塊鏈采用群體智慧、互聯(lián)網(wǎng)思維實現(xiàn)。群體智慧采用簡單規(guī)則將個體聯(lián)系起來，每個個體看似微不足道微不足道，但匯聚起來的智慧和力量卻無比強大，往往強大到能夠超越種群自身智力或體系結(jié)構(gòu)上的限制，整個系統(tǒng)運行看似混亂卻保持著驚人的和諧。在虛擬數(shù)字世界中，“機器的智慧”體

9、現(xiàn)在計算能力上。在區(qū)塊鏈中，針對每個節(jié)點采用了獨特的集體競爭式計算，即不斷生成隨機字符串直到獲得正確答案，最終單個節(jié)點的計算能力得以匯聚成系統(tǒng)的超強計算能力。在2016年，比特幣的區(qū)塊鏈已經(jīng)達到每秒進行次運算的能力。區(qū)塊鏈的計算能力約為世界上最快的單臺計算機的計算能力的28 000倍。區(qū)塊鏈的集體式計算從技術(shù)上實現(xiàn)了群體智慧，由個體匯聚而成的“超級計算系統(tǒng)”的計算能力超越了個體的限制。4. 區(qū)塊鏈的應(yīng)用場景區(qū)塊鏈最早應(yīng)用在數(shù)字貨幣中，比特幣就是最初的形態(tài)，這就是所謂的區(qū)塊鏈1.0。后來出現(xiàn)了智能合約，其中定義一些觸發(fā)條款，條款滿足時自動執(zhí)行合約，擴大了區(qū)塊鏈的應(yīng)用空間，為區(qū)塊鏈的快速發(fā)展奠定了

10、基礎(chǔ)，這就是區(qū)塊鏈2.0。當(dāng)區(qū)塊鏈除了在貨幣、金融、市場中應(yīng)用外，逐步拓展到政府、健康、科學(xué)、文化和藝術(shù)方面后，從各方面改變了我們的社會和生活，這就成為區(qū)塊鏈3.0。下面概述區(qū)塊鏈在共享經(jīng)濟、支付、物聯(lián)網(wǎng)等幾個方面的典型應(yīng)用 。（1）真正的共享經(jīng)濟共享經(jīng)濟是運用信息技術(shù)為個人、企業(yè)、非營利組織和政府提供服務(wù)，通過對閑置資產(chǎn)和服務(wù)的再分配、共享和重復(fù)利用實現(xiàn)資源優(yōu)化。然而，現(xiàn)實中的共享經(jīng)濟未必是真正的共享經(jīng)濟。例如，Uber實際上是線上“出租車”公司，充當(dāng)調(diào)度中心，享有統(tǒng)一的定價權(quán)。因此，Uber等公司采用中心化方式實現(xiàn)的共享經(jīng)濟，本質(zhì)上是“中介公司”，而中介公司經(jīng)常出現(xiàn)個人隱私泄漏、抬高中介費

11、等問題。采用基于區(qū)塊鏈的安全且防篡改的系統(tǒng)，可以提高主客雙方的使用便捷度和安全性。區(qū)塊鏈有望通過建立身份及“信譽管理”系統(tǒng)而助推共享經(jīng)濟的快速發(fā)展，用戶可以通過驗證身份和過往行為而實現(xiàn)身份自證。（2）跨境支付傳統(tǒng)的跨境結(jié)算方式需要經(jīng)過開戶行、央行、境外銀行、代理行、清算行等機構(gòu)。每個機構(gòu)都有自己的賬務(wù)系統(tǒng)，彼此之間需要建立代理關(guān)系，需要有授信額度，每筆交易還需在各機構(gòu)之間分別記錄，進行清算和對賬等，這導(dǎo)致交易速度慢、效率低、成本高。區(qū)塊鏈技術(shù)能夠提供信任保證，減少支付雙方摩擦，加快結(jié)算和清算速度，減少資金閑置時間，提高資金利用效率效率。通過采用區(qū)塊鏈技術(shù)，跨境支付的2個開戶行之間可以直接進行支

12、付、結(jié)算和清算，不需要經(jīng)過中間機構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候支付、實時到賬、提現(xiàn)簡便以及沒有隱形成本，避免中轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的手續(xù)費。加拿大ATB Financial銀行在2016年7月14日宣布其成功利用區(qū)塊鏈技術(shù)，用20 秒的時間將1 000加元發(fā)送到德國，而傳統(tǒng)的支付方式一般需要2個以上的工作日來完成。（3）供應(yīng)鏈供應(yīng)鏈由物流、信息流、資金流共同組成，不同主體之間存在大量的交互和協(xié)作，而在整個供應(yīng)鏈運行過程中所產(chǎn)生的各類信息被離散地保存在各個環(huán)節(jié)各自的系統(tǒng)內(nèi)，信息流缺乏透明度。信息不透明、不流暢影響供應(yīng)鏈的效率，且當(dāng)出現(xiàn)糾紛時舉證和追責(zé)困難。區(qū)塊鏈技術(shù)可使得數(shù)據(jù)對交易各方公開透明，在整個供應(yīng)鏈條上形成

13、完整的信息流，確保參與各方及時發(fā)現(xiàn)供應(yīng)鏈系統(tǒng)運行過程中存在的問題，進而提升供應(yīng)鏈管理的整體效率。區(qū)塊鏈所具有的數(shù)據(jù)不可篡改和時間戳的特質(zhì)能很好地運用于解決供應(yīng)鏈體系內(nèi)各參與主體之間的糾紛，實現(xiàn)輕松舉證與追責(zé)，徹底解決供應(yīng)鏈的假冒偽劣問題，同時可降低成本、提高效率和透明度，降低欺詐風(fēng)險和人工工作失誤風(fēng)險。（4）物聯(lián)網(wǎng)傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)由中心化的數(shù)據(jù)中心來負責(zé)收集所連接的各個設(shè)備信息，但這種方式在成本和信息安全等方面有嚴重缺陷。信息安全問題尚未很好解決區(qū)塊鏈為解決這些問題提供了很好的途徑。在去中心化的物聯(lián)網(wǎng)中，區(qū)塊鏈能夠促進交易處理和交互設(shè)備之間的協(xié)作。可以建立能夠不斷擴展的通用、保證隱私、安全和無需信

14、任交易的物聯(lián)網(wǎng)。（5）存證假證橫行使得證明身份是一件非常困難的事情，要完成身份證明，必須依賴強有力的、任何人都無法偽造和銷毀的證據(jù)鏈，或者讓偽造成本極其高昂，區(qū)塊鏈技術(shù)的不可篡改恰好可用于解決這類問題。美國Factom公司在底層錨定比特幣的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的存證系統(tǒng)。MIT采用區(qū)塊鏈技術(shù)開發(fā)了學(xué)歷認證系統(tǒng)。IBM的商業(yè)價值研究院調(diào)查了全球200家大型醫(yī)療公司，發(fā)現(xiàn)約有16%的公司已經(jīng)開展了相關(guān)區(qū)塊鏈實驗，并期望在2017年商業(yè)化。（6）云存儲目前的云存儲主要是中心化的，存在著安全風(fēng)險和成本高等問題。去中心化的系統(tǒng)能夠使云儲存更安全、更快捷、成本更低，解決了傳統(tǒng)云儲存的安全與隱私問題

15、，保證用戶上傳的資源由自己掌握，儲存文件的主機不能翻閱其所存儲的文件，而且即使在系統(tǒng)大面積癱瘓的情況下文件也能夠不受損壞。另外，基于區(qū)塊鏈的去中心化云存儲具有成本優(yōu)勢，其只有中心化存儲成本的1/1001/10。（7）公益近年來公益慈善行業(yè)爆發(fā)出一些“黑天鵝”事件，極大地打擊了公眾對公益行業(yè)的信任度。社會輿論對公益機構(gòu)、公益行業(yè)的信息不透明不公開具有強烈質(zhì)疑。每個人都想知道自己捐助的錢在何時給了何人。區(qū)塊鏈創(chuàng)造了信任機制，天然適合于公益事業(yè)，可以解決善款公示的“最后一公里”問題。2016年7月，支付寶與公益基金會合作，在其愛心捐贈平臺上設(shè)立了第一個基于區(qū)塊鏈的公益項目，從技術(shù)上可以保障公益數(shù)據(jù)的

16、真實性，節(jié)省信息披露成本。（8）知識產(chǎn)權(quán)在現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，知識產(chǎn)權(quán)侵權(quán)現(xiàn)象嚴重，網(wǎng)絡(luò)著作權(quán)官司糾紛頻發(fā)，舉證困難，維權(quán)成本高等。例如，在傳統(tǒng)模式下，音樂人很難獲得合理的版稅。 利用區(qū)塊鏈技術(shù)，可使音樂的整個生產(chǎn)和傳播過程中的收費和用途透明、真實，有效確保音樂人直接從其作品的銷售中獲益。另外，音樂人可跨過出版商和發(fā)行商，在區(qū)塊鏈平臺自行發(fā)布和推廣作品，不需要擔(dān)心侵權(quán)問題，還能更好管理自己的作品。優(yōu)酷首次試用Block CDNs的區(qū)塊鏈內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，較傳統(tǒng)方法可以使成本降低90%。三、 區(qū)塊鏈的技術(shù)實現(xiàn)1. 區(qū)塊鏈的技術(shù)要點1) 加密算法與數(shù)字簽名非對稱加密是為滿足安全性需求和所有權(quán)驗證需求而集

17、成到區(qū)塊鏈中的加密技術(shù)，常見算法包括 RSA、Elgamal、Rabin、D-H、ECC (即橢圓曲線加密算法)等。非對稱加密通常在加密和解密過程中使用兩個非對稱的密碼，分別稱為公鑰和私鑰。非對稱密鑰對具有兩個特點，首先是用其中一個密鑰(公鑰或私鑰)加密信息后，只有另一個對應(yīng)的密鑰才能解開；其次是公鑰可向其他人公開、私鑰則保密， 其他人無法通過該公鑰推算出相應(yīng)的私鑰。非對稱加密技術(shù)在區(qū)塊鏈的應(yīng)用場景主要包括信息加密、數(shù)字簽名和登錄認證等，其中信息加密場景主要是由信息發(fā)送者(A)使用接受者(記為B)的公鑰對信息加密后再發(fā)送給B，B利用自己的私鑰對信息解密。比特幣交易的加密即屬于此場景；數(shù)字簽名場

18、景則是由發(fā)送者A采用自己的私鑰加密信息后發(fā)送給B，B使用A的公鑰對信息解密、從而可確保信息是A 發(fā)送的；登錄認證場景則是由客戶端使用私鑰加密登錄信息后發(fā)送給服務(wù)器，后者接收后采用該客戶端的公鑰解密并認證登錄信息。以比特幣系統(tǒng)為例，其非對稱加密機制如圖所示:比特幣系統(tǒng)一般通過調(diào)用操作系統(tǒng)底層的隨機數(shù)生成器來生成256位隨機數(shù)作為私鑰。比特幣私鑰的總量可達個，極難通過遍歷全部私鑰空間來獲得存有比特幣的私鑰，因而是密碼學(xué)安全的。為便于識別，256位二進制形式的比特幣私鑰將通過SHA256哈希算法和Base58轉(zhuǎn)換，形成50個字符長度的易識別和書寫的私鑰提供給用戶。比特幣的公鑰是由私鑰首先經(jīng)過Secp

19、256k1橢圓曲線算法生成65字節(jié)長度的隨機數(shù)。該公鑰可用于產(chǎn)生比特幣交易時使用的地址，其生成過程為首先將公鑰進行SHA256和RIPEMD160雙哈希運算并生成20字節(jié)長度的摘要結(jié)果，再經(jīng)過SHA256哈希算法和Base58轉(zhuǎn)換形成33字符長度的比特幣地址。公鑰生成過程是不可逆的，即不能通過公鑰反推出私鑰。比特幣的公鑰和私鑰通常保存于比特幣錢包文件，其中私鑰最為重要。丟失私鑰就意味著丟失了對應(yīng)地址的全部比特幣資產(chǎn)?，F(xiàn)有的比特幣和區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，根據(jù)實際應(yīng)用需求已經(jīng)衍生出多私鑰加密技術(shù)，以滿足多重簽名等更為靈活和復(fù)雜的場景。2) Merkle TreeMerkle樹是區(qū)塊鏈的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其作用

20、是快速歸納和校驗區(qū)塊數(shù)據(jù)的存在性和完整性。Merkle樹通常包含區(qū)塊體的底層(交易)數(shù)據(jù)庫，區(qū)塊頭的根哈希值(即Merkle根)以及所有沿底層區(qū)塊數(shù)據(jù)到根哈希的分支。Merkle樹運算過程一般是將區(qū)塊體的數(shù)據(jù)進行分組哈希，并將生成的新哈希值插入Merkle樹中，如此遞歸直到只剩最后一個根哈希值并記為區(qū)塊頭的Merkle根。最常見的Merkle樹是比特幣采用的二叉Merkle樹，其每個哈希節(jié)點總是包含兩個相鄰的數(shù)據(jù)塊或其哈希值，其他變種則包括以太坊的Merkle Patricia樹等。Merkle樹有諸多優(yōu)點:首先是極大地提高了區(qū)塊鏈的運行效率和可擴展性，使得區(qū)塊頭只需包含根哈希值而不必封裝所有

21、底層數(shù)據(jù)，這使得哈希運算可以高效地運行在智能手機甚至物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上； 其次是Merkle樹可支持“簡化支付驗證”協(xié)議，即在不運行完整區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的情況下，也能夠?qū)?交易)數(shù)據(jù)進行檢驗。一般在N個交易組成的區(qū)塊體中確認任一交易的算法復(fù)雜度僅為，這將極大地降低區(qū)塊鏈運行所需的帶寬和驗證時間，并使得僅保存部分相關(guān)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的輕量級客戶端成為可能。3) 時間戳服務(wù)器時間戳服務(wù)器是一款基于PKI（公鑰密碼基礎(chǔ)設(shè)施）技術(shù)的時間戳權(quán)威系統(tǒng)，對外提供精確可信的時間戳服務(wù)。它采用精確的時間源、高強度高標準的安全機制，以確認系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)在某一時間的存在性和相關(guān)操作的相對時間順序，為信息系統(tǒng)中的時間防抵賴提供基礎(chǔ)服

22、務(wù)。4) 區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)塊是一種記錄交易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，區(qū)塊鏈的每個數(shù)據(jù)區(qū)塊一般包含區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分。區(qū)塊頭封裝了當(dāng)前版本號、前一區(qū)塊地址、當(dāng)前區(qū)塊的目標哈希值、當(dāng)前區(qū)塊PoW共識過程的解隨機數(shù)、Merkle數(shù)根以及時間戳等信息。比特幣網(wǎng)絡(luò)可以動態(tài)調(diào)整PoW共識過程的難度值，最先找到正確的解隨機數(shù)Nonce并經(jīng)過全體礦工驗證的礦工將會獲得當(dāng)前區(qū)塊的記賬權(quán)。區(qū)塊體則包括當(dāng)前區(qū)塊的交易數(shù)量以及經(jīng)過驗證的、區(qū)塊創(chuàng)建過程中生成的所有交易記錄。這些記錄通過Merkle樹的哈希過程生成唯一的Merkle根并記入?yún)^(qū)塊頭。版本號，標示軟件及協(xié)議的相關(guān)版本信息。父區(qū)塊哈希值，引用的區(qū)塊鏈中父區(qū)塊頭的哈希值，

23、通過這個值每個區(qū)塊才首尾相連組成了區(qū)塊鏈，并且這個值對區(qū)塊鏈的安全性起到了至關(guān)重要的作用。Merkle 根，這個值是由區(qū)塊主體中所有交易的哈希值再逐級兩兩哈希計算出來的一個數(shù)值，主要用于檢驗一筆交易是否在這個區(qū)塊中存在。時間戳，記錄該區(qū)塊產(chǎn)生的時間，精確到秒。隨機數(shù)，記錄解密該區(qū)塊相關(guān)數(shù)學(xué)題的答案的值。2. 區(qū)塊鏈的工作流程1) 區(qū)塊鏈的形成區(qū)塊鏈的第一個區(qū)塊(稱為創(chuàng)世區(qū)塊)誕生于2009年1月4日，由創(chuàng)始人中本聰持有。取得記賬權(quán)的礦工將當(dāng)前區(qū)塊鏈接到前一區(qū)塊，形成最新的區(qū)塊主鏈。各個區(qū)塊依次環(huán)環(huán)相接，形成從創(chuàng)世區(qū)塊到當(dāng)前區(qū)塊的一條最長主鏈，從而記錄了區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的完整歷史。區(qū)塊的主要形成過程如

24、下：第1步：把在本地內(nèi)存中的交易信息記錄到區(qū)塊主體中。第2步：在區(qū)塊主體中生成此區(qū)塊中所有交易信息的 Merkle 樹，把 Merkle 樹根的值保存在區(qū)塊頭中。第3步：把上一個剛剛生成的區(qū)塊的區(qū)塊頭的數(shù)據(jù)通過 SHA256 算法生成一個 哈希值填入到當(dāng)前區(qū)塊的父哈希值中。第4步：把當(dāng)前時間保存在時間戳字段中。第5步：難度值字段會根據(jù)之前一段時間區(qū)塊的平均生成時間進行調(diào)整以應(yīng)對整個網(wǎng)絡(luò)不斷變化的整體計算總量，如果計算總量增長了，則系統(tǒng)會調(diào)高數(shù)學(xué)題的難度值，使得預(yù)期完成下一個區(qū)塊的時間依然在一定時間內(nèi)。2) 區(qū)塊鏈交易網(wǎng)絡(luò)的工作流程第1步：所有者A利用他的私鑰對前一次交易（比特貨來源）和下一位所

25、有者B簽署一個數(shù)字簽名，并將這個簽名附加在這枚貨幣的末尾，制作成交易單。第2步：A將交易單廣播至全網(wǎng)，比特幣就發(fā)送給了B，每個節(jié)點都將收到的交易信息納入一個區(qū)塊中。對B而言，該枚比特幣會即時顯示在比特幣錢包中，但直到區(qū)塊確認成功后才可用。目前一筆比特幣從支付到最終確認成功，得到6個區(qū)塊確認之后才能真正確認到帳。第3步：每個節(jié)點通過解一道數(shù)學(xué)難題，從而去獲得創(chuàng)建新區(qū)塊權(quán)利，并爭取得到比特幣的獎勵（新比特幣會在此過程中產(chǎn)生）節(jié)點反復(fù)嘗試尋找一個數(shù)值，使得將該數(shù)值、區(qū)塊鏈中最后一個區(qū)塊的Hash值以及交易單三部分送入SHA256算法后能計算出散列值X（256位）滿足一定條件（比如前20位均為0），即

26、找到數(shù)學(xué)難題的解。第4步：當(dāng)一個節(jié)點找到解時，它就向全網(wǎng)廣播該區(qū)塊記錄的所有蓋時間戳交易，并由全網(wǎng)其他節(jié)點核對。時間戳用來證實特定區(qū)塊必然于某特定時間是的確存在的。比特幣網(wǎng)絡(luò)采取從5個以上節(jié)點獲取時間，然后取中間值的方式作為時間戳。第5步：全網(wǎng)其他節(jié)點核對該區(qū)塊記賬的正確性，沒有錯誤后他們將在該合法區(qū)塊之后競爭下一個區(qū)塊，這樣就形成了一個合法記賬的區(qū)塊鏈。每個區(qū)塊的創(chuàng)建時間大約在10分鐘。隨著全網(wǎng)算力的不斷變化，每個區(qū)塊的產(chǎn)生時間會隨算力增強而縮短、隨算力減弱而延長。其原理是根據(jù)最近產(chǎn)生的區(qū)塊的時間差（約兩周時間），自動調(diào)整每個區(qū)塊的生成難度（比如減少或增加目標值中0的個數(shù)），使得每個區(qū)塊的生

27、成時間是10分鐘。3. 區(qū)塊鏈技術(shù)的核心問題1) 工作量證明區(qū)塊鏈采用高度依賴節(jié)點算力的工作量證明(PoW)機制來保證網(wǎng)絡(luò)分布式記賬的一致性。中本聰在其比特幣奠基性論文中設(shè)計了PoW共識機制，其核心思想是通過引入分布式節(jié)點的算力競爭來保證數(shù)據(jù)一致性和共識的安全性。比特幣系統(tǒng)中，各節(jié)點(即礦工)基于各自的計算機算力相互競爭來共同解決一個求解復(fù)雜但驗證容易的SHA256數(shù)學(xué)難題(即挖礦)，最快解決該難題的節(jié)點將獲得區(qū)塊記賬權(quán)和系統(tǒng)自動生成的比特幣獎勵。該數(shù)學(xué)難題可表述為：根據(jù)當(dāng)前難度值，通過搜索求解一個合適的隨機數(shù)使得區(qū)塊頭各元數(shù)據(jù)的雙SHA256哈希值小于或等于目標哈希值。比特幣系統(tǒng)通過靈活調(diào)整

28、隨機數(shù)搜索的難度值來控制區(qū)塊的平均生成時間為10分鐘左右。一般說來，PoW共識的隨機數(shù)搜索過程如下：第1步：搜集當(dāng)前時間段的全網(wǎng)未確認交易，并增加一個用于發(fā)行新比特幣獎勵的Coinbase交易，形成當(dāng)前區(qū)塊體的交易集合。第2步：計算區(qū)塊體交易集合的Merkle根記入?yún)^(qū)塊頭，并填寫區(qū)塊頭的其他元數(shù)據(jù)，其中隨機數(shù)置零。第3步：隨機數(shù)加1，計算當(dāng)前區(qū)塊頭的雙SHA256哈希值，如果小于或等于目標哈希值，則成功搜索到合適的隨機數(shù)并獲得該區(qū)塊的記賬權(quán)；否則繼續(xù)第3步直到任一節(jié)點搜索到合適的隨機數(shù)為止。第4步：如果一定時間內(nèi)未成功，則更新時間戳和未確認交易集合、重新計算Merkle樹根后繼續(xù)搜索。PoW共

29、識機制是具有重要意義的創(chuàng)新，其近乎完美地整合了比特幣系統(tǒng)的貨幣發(fā)行、交易支付和驗證等功能，并通過算力競爭保障系統(tǒng)的安全性和去中心性。PoW共識機制同時存在著顯著的缺陷，其較大的運算量造成的資源浪費(如電力)歷來為研究者所詬病,，而且長達10分鐘的交易確認時間使其相對不適合小額交易的商業(yè)應(yīng)用。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展和各種競爭幣的相繼涌現(xiàn)，研究者提出多種不依賴算力而能夠達成共識的機制，例如點點幣首創(chuàng)的權(quán)益證明( PoS)共識和比特股首創(chuàng)的授權(quán)股份證明機制 (DPOS) 共識機制等。2) 分叉如果短時間內(nèi)有兩個礦工同時“挖出”兩個新的區(qū)塊加以鏈接的話，區(qū)塊主鏈可能會出現(xiàn)暫時的“分叉”現(xiàn)象，其解決方法是

30、約定礦工總是選擇延長累計工作量證明最大的區(qū)塊鏈。因此，當(dāng)主鏈分叉后，后續(xù)區(qū)塊的礦工將通過計算和比較，將其區(qū)塊鏈接到當(dāng)前累計工作量證明最大化的備選鏈上，形成更長的新主鏈，從而解決分叉問題。3) 雙花-二重支付雙花，即二重支付，指攻擊者幾乎同時將同一筆錢用作不同交易。每當(dāng)節(jié)點在把新收到的交易單加入?yún)^(qū)塊之前，會順著交易的發(fā)起方的公鑰向前遍歷檢查，檢查當(dāng)前交易所用的幣是否確實屬于當(dāng)前交易發(fā)起方，此檢查可遍歷到該幣的最初誕生點（即產(chǎn)生它的那塊區(qū)塊源）。雖然多份交易單可以任意序的廣播，但是它們最終被加入?yún)^(qū)塊時必定呈現(xiàn)一定的順序。區(qū)塊之間以Hash值作為時間戳以區(qū)分區(qū)塊，這決定了任意一筆交易資金來源都可以被

31、確定的回溯。四、 區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展1. 區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)缺點隨著區(qū)塊鏈熱潮席卷全球，社會各界對區(qū)塊鏈的關(guān)注度也越來越高，一方面期待區(qū)塊鏈為各個行業(yè)乃至整個人類社會帶來驚喜蛻變，一方面也對這項新技術(shù)能否真正解決當(dāng)前及未來面臨的多重難題存在些許擔(dān)憂。區(qū)塊鏈最大的優(yōu)點是其分布式、去中心化的特點，去中心化的好處就是不需要有一個類似銀行的機構(gòu)來為雙方交易提供信任和擔(dān)保。由于使用分布式核算和存儲，不存在中心化的硬件或管理機構(gòu)，任意節(jié)點的權(quán)利和義務(wù)都是均等的，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)塊由整個系統(tǒng)中具有維護功能的節(jié)點來共同維護。同時，因為區(qū)塊鏈的分布式和去中心化，個別的篡改是無法得到整個網(wǎng)絡(luò)的認可，使得數(shù)據(jù)無法被篡改。除了

32、分布式、去中心化，區(qū)塊鏈還具有開放式、自治性、匿名性的優(yōu)點。區(qū)塊鏈系統(tǒng)是開放的，除了交易各方的私有信息被加密外，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)對所有人公開，任何人都可以通過公開的接口查詢區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)和開發(fā)相關(guān)應(yīng)用，因此整個系統(tǒng)信息高度透明。所謂自治性，是由于區(qū)塊鏈采用基于協(xié)商一致的規(guī)范和協(xié)議使得整個系統(tǒng)中的所有節(jié)點能夠在去信任的環(huán)境自由安全的交換數(shù)據(jù)，任何人為的干預(yù)不起作用，保障了交易的公平性。凡事都是有兩面性，區(qū)塊鏈也不例外。區(qū)塊鏈的不可篡改性即是優(yōu)點也是缺點，主要體現(xiàn)在：如果轉(zhuǎn)賬地址填錯，會直接造成永久損失且無法撤銷；如果丟失密鑰也一樣會造成永久損失無法挽回。同樣，區(qū)塊鏈的開放性也是如此，在區(qū)塊鏈公有鏈中，每

33、一個參與者都能夠獲得完整的數(shù)據(jù)備份，因此交易數(shù)據(jù)都是公開透明的，如果想知道一些商業(yè)機構(gòu)的帳戶和交易信息，就能知道他的所有財富還有重要資產(chǎn)和商業(yè)機密等，難以保障隱私。此外，區(qū)塊鏈還有一些固有缺陷噩待克服，如大量數(shù)據(jù)下的性能問題、區(qū)塊鏈交易的延遲性、區(qū)塊鏈的高能耗問題、區(qū)塊鏈對現(xiàn)有監(jiān)管體系的挑戰(zhàn)等。2. 區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1) 區(qū)塊鏈技術(shù)在國外的發(fā)展區(qū)塊鏈正在被各國認可，并在多領(lǐng)域積極探索技術(shù)的推廣和應(yīng)用。英國、美國、韓國、澳大利亞出臺相關(guān)政策來支持區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，迪拜建立全球區(qū)塊鏈委員會，并成立含Cisco、區(qū)塊鏈初創(chuàng)公司、迪拜政府等30多名成員的區(qū)塊鏈聯(lián)盟。目前，歐洲是區(qū)塊鏈行業(yè)的引領(lǐng)者。

34、英國央行行長Mark Carney在今年年初表示，央行正在就中央銀行數(shù)字貨幣的概念驗證技術(shù)進行研究；金融科技公司GovCoin Systems Limited即宣布進行區(qū)塊鏈實驗，以支持政府優(yōu)化福利分配的發(fā)展目標。法國中央銀行也進行區(qū)塊鏈的相關(guān)實驗。愛沙尼亞政府已經(jīng)在稅收系統(tǒng)以及商業(yè)注冊系統(tǒng)中使用了區(qū)塊鏈技術(shù)，并在今年將區(qū)塊鏈技術(shù)運用到了公民電子健康記錄系統(tǒng)中。2) 區(qū)塊鏈技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展截至2018年3月底，國內(nèi)以區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)為主營業(yè)務(wù)的區(qū)塊鏈公司數(shù)量已經(jīng)達到了456家，產(chǎn)業(yè)初步形成規(guī)模。從中國區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)的新成立公司數(shù)量變化來看，2014年該領(lǐng)域的公司數(shù)量開始增多，到2016年新成立公司數(shù)量顯

35、著提高，超過100家，是2015年的3倍多。2017年是近幾年的區(qū)塊鏈創(chuàng)業(yè)高峰期，由于區(qū)塊鏈概念的快速普及，以及技術(shù)的逐步成熟，很多創(chuàng)業(yè)者涌入這個領(lǐng)域，新成立公司數(shù)量達到178家。同時，區(qū)塊鏈與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)融合不斷拓展技術(shù)應(yīng)用新空間，進一步釋放創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活力。人工智能的發(fā)展要以海量大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，區(qū)塊鏈可以確保數(shù)據(jù)的安全性和可信性。二者一旦深度結(jié)合，就可以產(chǎn)生更多新的應(yīng)用，創(chuàng)造安全的智能學(xué)習(xí)環(huán)境，創(chuàng)造具有更高的智能制造和智能管理水平的組織，提供更廣泛的智能應(yīng)用。繼區(qū)塊鏈被正式列入“十三五”國家信息化規(guī)劃，中國區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展階段，創(chuàng)業(yè)者和自本不斷涌入，區(qū)塊鏈應(yīng)用加快落地，助推傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。此外，區(qū)塊鏈技術(shù)正在衍生為新業(yè)態(tài)，成為發(fā)展的新動力，正推動著新一輪的商業(yè)模式變革，成為打造誠信社會體系的重要支撐，與此同時，各地政府積極從產(chǎn)業(yè)高度定位區(qū)塊鏈技術(shù)，政策體系和監(jiān)管框架逐漸發(fā)展完善。3. 區(qū)塊鏈行業(yè)的發(fā)展趨勢（1）區(qū)塊鏈行業(yè)應(yīng)用加速推進，從數(shù)字貨幣向非金融領(lǐng)域滲透擴散。區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種通用性術(shù)，從數(shù)字貨幣加速滲透至其他領(lǐng)域，和各行