「About Blockchain（一）」

——达沃斯年会上的区块链

写在前面：1月23日到26日，在瑞士达沃斯召开了第48届世界经济论坛。这个新闻本没有引起我格外的关注，直到前两天张老师分享给我一篇关于GBBC在达沃斯论坛上的消息，这才让人眼前一亮。张老师一直鼓励我多了解区块链的研究进展，也经常与我分享各大会议上的相关资料。虽说只是兴趣使然，也不是什么必修课，但对区块链的学习着实让我有了很大收获，不管是做项目还是专业课程学习。因此，我还会持续关注区块链的最新动态，顺便在这里整理一些较为基础的理论，通过系统性地学习加深对区块链的认知。

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全球聚焦的区块链
《中国区块链行业发展报告2018》
从白皮书《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》说起

全球聚焦的区块链

本次达沃斯论坛年会的主题是“在分化的世界中打造共同命运”，仔细想想，这个主题与区块链的去中心化思想不谋而合。许多区块链的业内人士，都在本次年会上共同探讨区块链行业发展应如何与世界的趋势携手并进。

美国银行首席执行官布赖恩·莫伊尼汉非常自信地表示，美国银行拥有大量的区块链专利。“我们相信分布式账本和智能合约的概念，分布式账本可以做更多的电子化，并可以跨越国界。”他补充道。
瑞士清洁能源公司Bitlumens的CEO Veronica Garcia 在达沃斯年会上敦促全社会采取行动，利用区块链技术解决环境问题。此前，联合国也曾宣布组建“气候链联盟”以解决气候变化问题。
Bitlumens提供一个点对点的平台，用户可采用光伏系统来减少碳排放，并在没有电网或没有适当水源的地方使用照明和水。这与澳洲的Power Ledger项目也有着异曲同工之妙，Power Ledger项目是把传统的电力网络重新设计为一个去中心化的、免信任的交易平台，主要服务于太阳能发电资源。
参与Power Ledger项目的用户家中均安装有太阳能发电系统，电能被存储在配套的电容中，由智能电表进行管理；同时智能电表与Power Ledger平台相连，住户可在平台上用Power Ledger的代币来实现电能买卖；并从Power Ledger平台的对账与结算系统中实现即时收付款，创造分布式能源资源的投资价值。

新任中国区块链应用研究中心理事长、星合资本董事长郭宇航在手记中写道：“区块链对全世界都是全新领域，中国也许在底层技术还无法与美国等先进国家比肩，但在应用领域和其他金融科技的垂直领域，中国应用场景的丰富度和创新性则在世界上首屈一指。如果中国区块链行业能紧密合作，监管能够适当包容、鼓励，中国在区块链领域引领全球指日可待。”

从此次达沃斯年会中，可以看出全球各界对于区块链技术的高度关注，同时也不得不承认，作为对未来影响不可小觑的科技，越来越多的项目将区块链技术作为其技术支撑，各国纷纷掀起申请区块链专利和区块链融资的热潮。

前中国区块链应用研究中心理事长、太一云董事长邓迪在会上表示：“中国区块链应用研究中心的职责，就是教育大众，让社会了解真正的区块链技术和区块链应用，2018年会继续结合中国政府的‘一带一路’政策，将中国的区块链技术，推向全世界。”这也对我们提出了新的要求：作为一项具有广泛应用前景的新兴技术，我们每个人都有必要了解甚至深入研究区块链技术的运作原理和发展前景。在未来，这项技术很可能对我们的生活产生颠覆性的影响。

《中国区块链行业发展报告2018》

1月25日，中国区块链应用研究中心还在达沃斯发布了《中国区块链行业发展报告2018》。报告对当今中国在区块链专利、区块链融资等方面进行了具体的分析。主要分为几下几个方面：

中国区块链行业发展速度

区块链技术创新加速：技术创新是区块链行业深入发展的核心驱动力。2017年前7个月，中国的区块链领域公开专利数量已赶超美国，中国区块链行业的技术创新正在经历着一个明显加速的过程。
区块链融资增长迅猛：2014-2017年7月全球区块链领域私募投资金额总体呈现增长趋势，虽然中国私募股权融资规模小于美国，但增长速度明显高于美国。
区块链应用范围广阔：区块链应用在中国呈现出多元广泛、积极活跃的特点，数据服务、金融、认证确权、文化娱乐等成为占比较高的区块链应用。
区块链行业组织竞相成立：自2015年12月至2017年末，中国成立区块链相关的行业协会 / 联盟近20个，中国区块链应用研究中心，GBBC中国中心，中关村区块链联盟、中国电子学会区块链专委会、中国信通院可信区块链联盟等一大批区块链专业组织为行业机构和不同背景的人员提供了一个专业领域的交流及合作平台，对于中国区块链行业的长期、健康发展发挥极有益的作用。在区块链技术的教育和培训方面，中国各地区相关高校也在积极开展，开设相关科目、课程，以多种形式的教育培训项目，为中国区块链行业创新发展输送人才。

中国区块链行业发展面临挑战

清退非法数字货币交易所：中国政府对于比特币一直持有谨慎的态度，中国各比特币交易平台均未获得省级金融办的批准。2017年9月4日，受到ICO的影响，中国人民银行等七部委于发布《关于防范代币发行融资风险的公告》，在叫停ICO的同时，也对各数字资产交易平台提出了停业整顿的要求。
叫停非法ICO活动：缺少政府监管的ICO活动催生了大量良莠不齐的ICO项目，存在发行方缺乏明晰的规范、投资者缺乏适当性管理、投资者非理性行为引发市场泡沫和不法之徒借机诈骗洗钱等隐患。2017年9月，中国人民银行联合七部委发布《关于防范代币发行融资风险的公告》，定义 ICO 为非法活动，全面叫停 ICO。
政府监管重安全和稳定：国务院设立了金融稳定发展委员会,强化人民银行宏观审慎管理和系统性风险防范职责。中国的监管机构一方面及时地预见风险，处置风险，叫停比特币和ICO代币的集中交易，降低数字资产市场风险，维护国家金融的稳定和安全。另一方面监管者也明确表示，当前的一些监管措施并不是否定数字货币，更不是否定与之相关的技术，而是对其已经引发的金融乱象进行治理，对可能出现的金融风险加以防范。

中国区块链行业前景积极乐观

创业者积极参与，90后参与度高：调查显示，超过200家公司的区块链创业者都是90后。一批90后区块链创业者甚至投资人正在广泛的参与全球竞争，迎接属于他们的时代到来。
财富效应引起广泛关注：几年前，区块链技术还是极客世界中“自由”的代名词；如今，巨头已经纷纷宣布涉足这一领域。许多国企、行业巨头，以及创业公司都将目光放在了区块链领域，纷纷推出区块链发展计划，将更多的资金和研究团队投入进来。
基金投资蔚然成风：在去年的第一季度，全球区块链创业公司累计获得VC投资15.7亿美元，而在过去的三年时间中(2014 年-2016 年 )，全球区块链创业企业总计获得投资金额接近150亿美金。
早期领袖机构坚守底线，守法合规：中国区块链应用研究中心于2017年8月16日曾举办ICO专题恳谈会，召集了十余家在京区块链机构负责人，非常明确表达了呼吁监管介入，控制市场风险的意见。北京金融局党组书记局长霍学文发表了重要讲话，要求中心所属理事机构和北京地区的相关机构不参与任何ICO的发行和交易，严格自律，遵守相关法律。这次会议获得业界广泛认可和传播。
各地政府，特别是沿海地区，高度鼓励区块链：国务院印发《“十三五”国家信息化规划》，区块链与大数据、人工智能、机器深度学习等新技术，成为国家布局重点。中国人民银行印发了《中国金融业信息技术 “十三五” 发展规划》，明确提出积极推进区块链、人工智能等新技术应用研究，去年 10 月，工信部发布《中国区块链技术和应用发展白皮书》，这是首个落地的区块链官方指导文件。央行正在进行的国家数字货币试点，区块链也是其实现的技术之一。各地政府的大力支持是区块链发展的重要推动力，同时也为区块链的创新发展提供了条件与支持。

结语

在报告的最后，表达了对此次达沃斯区块链论坛的期望，同时也期待能够集合世界各国之力，探索创建全球区块链发展标准和政策指引，创造合理监管环境，加速区块链在更广的范围内应用落地。

从白皮书《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》说起

区块链技术起源于2008年中本聪发表的《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》，文中提出了一种基于点对点的电子现金系统。该系统改变了基于信用的传统支付模式，而是基于密码学原理，能够使正在进行交易的双方，在意见达成一致的情况下直接进行支付，从而完全摆脱了传统的通过第三方中介进行支付来保证交易安全的模式，创造了一种全新的电子货币体系。

比特币白皮书作为区块链技术的始祖，所有区块链学习者首先要深入研究，理解其运作方式和精髓，这也是拓展学习的基础。通过阅读摘要部分，我们知道中本聪主要提出了这样一个主题：实现了一个去中心化的p2p支付系统。

文章主要从以下几个方面进行论述：

1 Introduction（简介）

目前互联网上的交易几乎都有第三方信用中介存在。这种“基于信用的模式（the trust based model）”多数情况下运作良好，但仍存在诸多问题，如增加交易的成本等。
提出的新的电子支付系统将信任转移到密码学原理上，使得任何达成一致的双方，能够直接进行支付，从而不需要第三方中介的参与。在这篇论文中，将提出一种通过点对点分布式的时间戳服务器来生成依照时间前后排列并加以记录的电子交易证明，从而解决双重支付问题（即双花问题，the double-spending problem）。只要诚实的节点所控制的计算能力的总和，大于有合作关系的（cooperating）攻击者的计算能力的总和，该系统就是安全的。

2 Transactions（交易）

一枚电子货币是一串数字签名：
- 每一位所有者通过对前一次交易和下一位拥有者的公钥签署一个随机散列的数字签名，并将这个签名附加在这枚电子货币的末尾；
- 电子货币发送给下一位拥有者后，收款人通过对签名进行校验，就能够验证该链条的所有者。
该过程的问题在于，收款人难以检验之前的某位所有者是否对这枚电子货币进行了双重支付。
这个问题一般的解决方案是引入权威的第三方。如果想要在电子系统中排除第三方中介机构，那么交易信息就应当被公开宣布（publicly announced）。即需要整个系统内的所有参与者，都有唯一公认的历史交易序列。收款人需要确保在交易期间绝大多数的节点都认同该交易是首次出现。

3 Timestamp Server（时间戳服务器）

时间戳服务器通过对以区块存形式存在的一组数据实施随机散列而加上时间戳，并将该时间戳进行广播。
该时间戳能够证实特定数据于某特定时间是确定存在的。因为只有在此时刻存在了，才能获取相应的随机散列值。
每个时间戳应该将前一个时间戳纳入其随机散列值中，每一个随后的时间戳都对前一个时间戳进行增强，这样就形成了一个链条。

4 Proof-of-Work（工作量证明）

为了在点对点的基础上构建一组分散化的时间戳服务器，所以在进行随机散列运算时，工作量证明机制引入了对某一个特定值的扫描工作。
- 例如： SHA-256下，随机散列值以一个或多个0开始。那么随着0的数目的上升, 找到这个解所需要的工作量将呈指数增长，而对结果进行检验则仅需要一次随机散列运算。
在区块中补增一个随机数(Nonce)，这个随机数要使得该给定区块的随机散列值出现了所需的那么多个0。
由于之后的区块是链接在该区块之后的，所以想要更改该区块中的信息，就还需要重新完成之后所有区块的全部工作量。
另一个问题是，硬件的运算速度在高速增长，而节点参与网络的程度则会有所起伏。为了解决这个问题，工作量证明的难度(the proof-of-work difficulty)将采用移动平均目标的方法来确定，即令难度指向令每小时生成区块的速度为某一个预定的平均数。如果区块生成的速度过快，那么难度就会提高。

5 Network（网络）

运行该网络的步骤如下：
- 1) 新的交易向全网进行广播；
- 2) 每一个节点都将收到的交易信息纳入一个区块中；
- 3) 每个节点都尝试在自己的区块中找到一个具有足够难度的工作量证明；
- 4) 当一个节点找到了一个工作量证明，它就向全网进行广播；
- 5) 当且仅当包含在该区块中的所有交易都是有效的且之前未存在过的，其他节点才认同该区块的有效性；
- 6) 其他节点表示他们接受该区块，而表示接受的方法，则是在跟随该区块的末尾，制造新的区块以延长该链条，而将被接受区块的随机散列值视为先于新区快的随机散列值。
节点始终都将最长的链条视为正确的链条，并持续工作和延长它。
只要交易信息能够抵达足够多的节点，那么他们将很快被整合进一个区块中。而区块的广播对被丢弃的信息是具有容错能力的。如果一个节点没有收到某特定区块，那么该节点将会发现自己缺失了某个区块，也就可以提出自己下载该区块的请求。

6 Incentive（激励）

每个区块的第一笔交易进行特殊化处理(奖励交易)，该交易产生一枚由该区块创造者拥有的新的电子货币。
另外一个激励的来源则是交易费（transaction fees）。如果某笔交易的输出值小于输入值，那么差额就是交易费，该交易费将被增加到该区块的激励中。
如果有一个贪婪的攻击者能够调集比所有诚实节点加起来还要多的CPU计算力，那么他就面临一个选择：要么将其用于诚实工作产生新的电子货币，或者将其用于进行二次支付攻击。那么他就会发现，按照规则行事、诚实工作是更有利可图的。

7 Reclaiming Disk Space（回收硬盘空间）

不含交易信息的区块头（Block header）大小仅有80字节。
回收硬盘空间的时机:
- 最近的交易已经被纳入了足够多的区块之中，那么就可以丢弃该交易之前的数据，以回收硬盘空间。
为了同时确保不损害区块的随机散列值，交易信息被随机散列时，被构建成一种Merkle树（Merkle tree）的形态，使得只有根(root)被纳入了区块的随机散列值。通过将该树（tree）的分支拔除（stubbing）的方法，老区块就能被压缩。而内部的随机散列值是不必保存的。

8 Simplified Payment Verification（简化的支付确认）

在不运行完整网络节点的情况下，也能够对支付进行检验。
- 实现方式 : 一个用户需要保留最长的工作量证明链条的区块头的拷贝，它可以不断向网络发起询问，直到它确信自己拥有最长的链条，并能够通过merkle的分支, 通向它被加上时间戳并纳入区块的那次交易。
- 节点想要自行检验该交易的有效性原本是不可能的，但通过追溯到链条的某个位置，它就能看到某个节点曾经接受过它，并且于其后追加的区块也进一步证明全网曾经接受了它。

9 Combining and Splitting Value（价值的组合与分割）

为了使得价值易于组合与分割，交易被设计为可以纳入多个输入和输出。
一般而言是某次价值较大的前次交易构成的单一输入，或者由某几个价值较小的前次交易共同构成的并行输入，但是输出最多只有两个：一个用于支付，另一个用于找零。
需要指出的是，当一笔交易依赖于之前的多笔交易时，这些交易又各自依赖于多笔交易，但这并不存在任何问题。因为这个工作机制并不需要展开检验之前发生的所有交易历史。

10 Privacy（隐私）

传统隐私保护方式：提供了一定程度的隐私保护，因为试图向可信任的第三方索取交易信息是严格受限的。
比特币的保护方式：
- 比特币将交易信息向全网进行广播，将意味着传统的隐私保护方法失效。
- 但是隐私依然可以得到保护：将公钥保持为匿名。公众得知的信息仅仅是有某个人将一定数量的货币发所给了另外一个人，但是难以将该交易同特定的人联系在一起。
- 作为额外的预防措施，使用者可以让每次交易都生成一个新的地址，以确保这些交易不被追溯到一个共同的所有者。但是由于并行输入的存在，一定程度上的追溯还是不可避免的，因为并行输入表明这些货币都属于同一个所有者。
- 此时的风险在于，如果某个人的某一个公钥被确认属于他，那么就可以追溯出此人的其它很多交易。

11 Calculations（计算）

攻击节点算力高于诚实节点，快速的制造替代性区块链。
- 诚实的节点永远不会接受一个包含了无效信息的区块，因此产生的后果最多是更改他自己的交易信息，并试图拿回他刚刚付给别人的钱。
诚实链条和攻击者链条之间的竞赛，可以用二叉树随机漫步（Binomial Random Walk)来描述。
攻击成功的概率会因为区块数的增长而呈现指数化下降。如果攻击者不能幸运且快速地获得成功，那么他获得成功的机会随着时间的流逝就变得愈发渺茫。

12 Conclusion（结论）

提出了一种不需要信用中介的电子支付系统。
解决双重支付问题：
- 采用工作量证明机制的点对点网络来记录交易的公开信息。

本文参考资料

————————————To Be Continued...————————————