区块链技术指南（一）：区块链基本概念

比特币

比特币（BitCoin）的概念最早由中本聪于2009年提出。根据中本聪的思想，设计和发布开源软件以及建立在其上的P2P网络。 比特币是一种 P2P 形式的数字货币。 点对点传输意味着它是一个去中心化的支付系统。

与大多数货币不同，比特币不依赖于特定的货币机构来发行。 它是根据特定算法通过大量计算生成的。 比特币经济在整个 P2P 网络中使用由众多节点组成的分布式数据库来确认和记录所有交易。 并采用密码学的设计，保证货币流通各个环节的安全。 P2P 的去中心化特性和算法本身可以保证不能通过大量生产比特币来人为操纵货币的价值。 基于密码学的设计允许比特币只能由真正的所有者转移或支付。 这也保证了货币所有权和流通交易的匿名性。 比特币与其他虚拟货币最大的区别在于其总量非常有限，极其稀缺。 币制原来4年不超过1050万，4年后总量永久限制在2100万。

从比特币的本质说起，比特币的本质其实就是一堆复杂算法生成的特殊解。 特解是指方程组可以得到的一组无限（实际上比特币是有限的）解。 并且每一个特解都可以求解方程并且是唯一的。 挖矿的过程就是通过大量的计算不断地求出这个方程组的特解。 这个方程组被设计成只有2100万个特解，所以比特币的上限是2100万个。

挖矿是争取记账权，在一段时间内在比特币网络中确认交易，并记录在区块链上的过程。 这个过程包括反复计算区块头的哈希值，不断修改nonce，直到匹配难度目标值。 矿工在生成新区块时，需要根据前一个区块的哈希、交易信息、随机数等计算出新的哈希值，也就是说每个区块都是根据前一个区块的数据生成的。 这种机制保证了区块链数据的唯一性。 如果挖矿成功，比特币系统会产生比特币奖励给挖矿成功的矿工。 其他节点将验证已开采矿山的数据。 如果验证失败，则意味着挖矿不成功，其他矿工仍有机会竞争记账权。 如果成功，其他节点将保留区块信息（因为挖矿需要使用前一个区块的信息）。 挖矿过程就是争取记账的过程。 矿工是记账员，区块链是账本，每个区块就是整个账本的每一页。

分散的

集权和分权就是集权和分权。 中心化意味着中心决定节点。 节点必须依赖中心。 没有中心，节点就无法生存。 在去中心化系统中，任何人都是节点，任何人都可以成为中心。 任何一个中心都不是永久的，而是阶段性的，任何一个中心都不是节点必须的。 去中心化并不意味着不需要中心。 准确地说，是“弱中心化”。

那么去中心化的思想能给我们带来什么呢？ 会计挪用公款打赏主播的新闻不知道有多少人看到了。 这个会计就像古代的会计。 账本对不对，全看记账人。 由于记账权掌握在少数人手中，挪用公款的情况，公司一般查不到。

现在用去中心化的思维解决类似的问题。 如果公司拨款买东西，小明这时候就拿着买东西的钱，和卖家一起，把这个消息告诉全城的所有人。 那么就相当于全城人都参与了这次采购（因为信息是公开的，商品的售价和资金流向都是公开透明的什么是比特币的底层技术，问题发现了）。

想想我们每天是如何用手机支付的。 账户里的余额虽然是一个数字，但它代表了我们真正的财富，因为我们知道有一个非常值得信赖的第三方在处理我们的账簿。 这说明在一个交易系统中，只要有一个靠谱的记账机构（能看懂账目），即使我们使用没有实体的数字纸币，整个交易系统也不会乱。 区块链是一种不同于传统记账的记账方式。 传统的网上支付，表面上看是人与人之间的直接交易。 但其实背后有第三方交易中介（往往是值得信赖的机构或公司）。 而这个中介就是一个交易中心，负责记录系统中的每一笔交易信息，并对这些信息进行整理和存储（我们可以认为是一个大账本）。 但如果这个账本被黑，被恶意篡改，整个系统就会陷入危机。

在区块链记账的交易系统中，没有这样的交易中心，所以整个系统不存在中心崩溃的风险。 在区块链系统中，每一笔交易都直接发生在交易双方之间。 交易双方将交易信息广播到整个交易系统。 这时候很多志愿者会把交易信息记录下来，整理成账本。 然后将这个账本广播回系统（参与记账的人也有一个相互监督的过程，只有系统中大多数人的同一个账本才是正确的账本），结果是区块链系统的账本没有创建由一个不由一个交易中心控制，而是由系统中的每一个参与者共同控制。 除非黑客能够同时攻击整个系统中超过 50% 的参与者，否则账本不会被恶意更改。

问：在一个很多参与者同时记账的系统中，如何保证系统中不会出现乱账？

这取决于区块链基于密码学的设计。 在区块链系统中，每隔一段时间，就会产生一个新的区块来存储刚刚产生的交易信息。 系统中的参与者必须解决密码问题才能使区块完整有效。 如果有人解决了问题（挖矿成功），答案将记录在区块末尾，并将完整的区块广播给全系统。 其他参与者在收到消息时将验证信息。 如果成功，那么下一个区块的问题就可以解决了。 每个块的开头是前一个块的哈希值。 这种形式把区块穿成一条链，就是区块链。 如果有人想篡改某个区块的内容，就得重新解决这个区块的问题，还要解决后续链上的问题。 这就好比以一人之力抵御千军万马，这只是理论上的可能。这就导致数据管理系统在没有强大中介介入的情况下依然安全可靠

区块链

区块链是比特币的底层技术（比特币是区块链的最早应用），也是目前最具革命性的新兴技术之一。 其以去中心化方式建立信任等突出特点，对金融等众多行业极具颠覆性，具有非常广阔的应用前景。 区块链不是一项新技术，而是一种新的技术组合。 用一句话简单解释一下这个概念——区块链是由多种技术组合而成的公共数据库（或公共账本）。 其中，区块链技术是指基于现代密码学、分布式共识协议、点对点网络通信技术和智能合约编程语言，在多个参与者之间形成的数据交换、处理和存储的技术组合。 同时，区块链技术本身也在不断发展和演进。

按照参与者的分类，区块链可以分为：公有链、联盟链和私有链。 从链与链的关系来看，可以分为主链和侧链。 不同的区块链也可以组成一个网络，网络中链条的互联产生了链条互联的概念。

公链：公链对外开放，用户无需注册即可匿名参与，无需授权即可访问网络和区块链。 节点可以自由选择进出网络。 公链上的区块任何人都可以查看，任何人也可以在公链上发送交易，并且可以随时参与网络上共识的形成过程，即决定哪个区块可以加入区块链并记录当前网络状态。 公链是真正意义上的完全去中心化的区块链。 它使用密码学来确保交易不能被篡改。 同时，它还利用密码学验证和经济激励在陌生的网络环境中建立共识什么是比特币的底层技术，从而形成去中心化的信用机制。 公链中的共识机制一般是工作量证明或权益证明，用户对共识形成的影响直接取决于他们在网络中拥有的资源比例。 公共链通常也被称为无许可链。 比特币和以太坊都是公链。 公有链一般适用于虚拟货币、大众电子商务、互联网金融等B2C、C2C或C2B应用场景。

联盟链：联盟链仅限联盟成员参与，对区块链的读写权限和参与记账受联盟规则约束。 40多家银行参与区块链联盟R3，Linux基金会支持的Hyperledger项目属于联盟链架构。 联盟链是需要注册和许可的区块链。 这种区块链也称为许可区块链（Permissioned Blockchain）。

联盟链的共识过程由预选节点控制。 一般而言，适用于机构间交易、结算或清算等B2B场景。 例如，银行间的支付、结算、清算系统可以采用联盟链的形式，以各银行的网关节点作为记账节点。 当全网超过 2/3 的节点确认一个区块时，该区块记录的交易将被全网确认。 联盟链可以根据应用场景确定对公众的开放程度。 由于参与共识的节点数量相对较少，联盟链一般不采用工作量证明的挖矿机制，而多采用权利证明或PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerant）、RAFT等共识算法. 联盟链在交易确认时间、每秒交易数据量等方面与公有链有较大区别，对安全性和性能的要求也高于公有链。

联盟链网络由成员机构共同维护，网络访问一般通过成员机构的网关节点接入。 联盟链平台应提供会员管理、认证、授权、监控、审计等安全管理功能。 R3联盟成立于2015年，旨在建立银行间联盟链，目前已吸引众多成员，包括全球知名银行和IT巨头（IBM、微软）。

银行间结算的过程非常分散。 每个银行都有自己的一套账本，很难对账。 有些交易有时需要几天的时间来验证和确认。 同时，其流动性风险非常高，监管报送非常繁琐，也容易出现人为错误，结算成本高。 针对这种情况，R3联盟构建了银行间联盟链来解决这些问题。 利用区块链技术，银行可以共享统一的账本，省去繁琐的对账工作，交易可以近乎实时地验证和确认，自动结算，监管机构可以利用密码学的安全保障来审计不可篡改的日志记录。

R3 联盟将开发 Corda 分布式账本来实现未来的愿景。 从公开资料来看​​，Corda具有以下特点：

(1) 数据不必全球共享，只有满足合法需要的一方才能以协议的方式访问数据；

(2) Corda 可以在没有集中控制的情况下协调联盟成员的工作流程；

(3) Corda对联盟成员之间的每一笔交易形成共识，而不是在联盟组织的系统层面形成共识；

(4) Corda旨在直接支持监管机构的监管和合规监控；

(5) 交易由交易涉及的机构进行验证，而不是向与交易无关的机构报告；

(6) 支持不同的共识机制；

(7) 明确基础智能合约与书面法律文件的关系；

(8) 使用行业标准工具搭建Corda平台；

(9) 没有虚拟货币。

Corda 平台注重互操作性和逐步部署，不会向第三方泄露机密信息。 一个机构可以看到与对手机构的一组协议，并且可以确保对手机构看到相同的内容，并同时报告给监管机构。 Corda 包括共识、验证、唯一性、永恒性和身份验证等功能。

私有链：私有链仅供私人组织使用，区块链的读写权限和参与记账的权利是按照私人组织的规则制定的。 私有链的应用场景一般是企业内部的应用，比如数据库管理、审计等，也有一些特殊的组织情况，比如政府行业的一些应用：政府预算和执行，或者政府行业统计，这一般由政府登记，但公众有监督权。 私有链的价值主要在于提供一个安全的、可追溯的、不可篡改的、自动化的计算平台，可以防止对数据的内部和外部安全攻击，这是传统系统难以实现的。 央行发行的数字货币可能是一种私有链。 与联盟链类似，私有链也是许可链。

Biscience推出多链平台，供企业建立私有链。 它提供了一个保护隐私和权限控制的区块链平台，以克服区块链技术在金融行业推广中遇到的障碍。 多链的目标如下：

(1) 确保区块链上的活动只能被选定的参与者看到；

(2) 引入机制来控制哪些交易是允许的交易；

(3) 提供安全的挖矿机制，无需工作证明和与之相关的成本。

多链将挖矿权限制在一组实名矿工手中，解决了私有链方案中一方垄断挖矿过程的问题。 它的解决方案是限制同一​​矿工在同一时间窗口内可以生产的区块链数量。 与比特币只支持一条区块链不同，多链可以轻松配置多条区块链，允许用户同时使用多条链。 这样，机构用户可以让管理员配置区块链，而不需要专业的区块链开发人员来做。

多链允许用户在一个配置文件中配置区块链的所有参数，这些参数包括：

(1) 区块链的协议，比如私链或者比特币这样的公链；

(2)目标区块产生的时间，比如一分钟；

（3）权限，比如所有人都可以连接，只有部分人可以发送或接收交易；

(4) 不同形式的挖矿（仅适用于私有链）；

（5）建立和罢免管理员和矿工所需的共识程度，以及建立期间不需要强制执行的期限（仅适用于私有链）；

(6) 矿工报酬，比如每个区块50个币，之后每210,000个区块减半支付；

(7) 邻居连接的IP端口和JSON RPC API，如8571、8570；

(8) 允许的交易类型，如paytoaddress、paytomultisig、paytoscripthash等；

(9) 最大块大小，如1MB；

(10) 每笔交易的最大元数据（OP_RETURN），比如4KB。

多链节点的“握手”连接过程如下：

① 每个节点提供自己的公共地址，以便其他节点可以将其地址包含在允许连接列表中；

② 每个节点验证相邻节点的地址在其授权连接的节点列表中；

③每个节点向其他节点发送挑战消息；

④ 各节点发回对挑战消息的签名回复，证明自己拥有自己公网地址对应的私钥；

⑤ 如果双方对对方的回复不满意，可以随时终止连接。

在多链中，所有权限的授予和撤销都是通过包含特殊元数据的网络交易来实现的。 找到创世块的矿工将自动获得所有权限，包括管理其他用户的管理员权限。 管理员通过向其他用户发送交易来授予其他用户相应的权限，并在交易的输出中包含授权用户的地址和授权信息的元数据。 当改变其他用户的管理和挖矿权限时，一个额外的约束是由现有管理员投票决定的。 这些管理员的投票需要在不同的交易中登记，只有形成足够的共识后才能通过变更。

多链设计在很多方面都是为了让用户能够在私有链和比特币区块链之间进行双向迁移。 多链基于比特币核心的一个分支。 对比特币的所有代码更改都是本地化更改。 未来，比特币的升级功能可能会被纳入多链的本地代码中。 它基于比特币的协议、交易和区块链架构，只是握手协议有所变化。 其他功能通过元数据实现，同时改变交易和区块的验证规则。 在接口方面，它完全兼容比特币，所有新功能都通过新命令提供。 可以做成普通比特币网络的一个节点。 Multichain 提供了一种在企业内部快速部署私有链的解决方案。 可用于去中心化交易所、数据库同步、货币结算、债券发行和P2P交易、消费行业积分奖励机制等场景。

具体来说，区块链的颠覆性价值至少包括以下几个方面：

（一）简化流程，提高效率。 由于区块链技术是通过参与者之间共享共识建立的公共账本，对网络状态形成共识，因此区块链中的信息自然被参与者所认可，具有唯一性、可追溯性、不可篡改性。 因此，许多原有的重复验证流程和操作可以被简化甚至取消，例如银行之间的对账、结算、清算等。 从而提高运营效率。

(2) 降低交易对手的信用风险。 不同于传统交易需要对交易对方的信任，区块链技术可以通过智能合约等方式保证交易的多方自动完成相应的义务，保证交易安全，从而降低交易对方的信用风险。

(3) 减少结算或清算时间。 由于参与者的去中心化信任机制，区块链技术可以实现实时交易结算和清算，实现金融“去中介化”，从而大大降低结算和清算成本，减少结算和清算时间，提高效率。

(4)增加资金流动性，提高资产使用效率。 区块链的效率，以及更短的交易结算和清算时间，减少了交易中资金和资产被锁定的时间，从而加速资金和资产的流动，提高价值的流动性。

(5) 提高透明度和监管效率以避免欺诈。 由于区块链技术可以更好地实时监控所有交易和智能合约，并以不可撤销、不可否认、不可篡改的方式保存，便于监管者实现实时监控和监管，也方便参与者实现自动合规处理。 从而提高透明度，避免舞弊行为，更有效地实现监管。