区块链笔记

广义和狭义区块链

从广义上讲，区块链技术是利用区块链数据结构对数据进行验证和存储，利用分布式节点共识算法产生和更新数据，利用密码学保证数据传输和访问的安全，利用自动化脚本来构建新的分布式基础设施和计算通过由代码组成的智能合约来编程和操​​作数据的范例。

从狭义上讲，区块链是一种链式数据结构，按时间顺序将数据块按顺序组合起来，并通过密码学保证不可篡改和不可伪造的分布式账本（分布式数据库）。

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区块链结构与特点

1) 一个 分布式链接账本 ，每个账本是一个“区块”；

2）基于分布式共识算法确定记账人；

3) 账本中的交易通过 加密签名 和哈希算法防止篡改；

4）账本按时间顺序链接，当前账本包含前一个账本的哈希值，保证账本之间的链接不可篡改；

5) 所有交易都在账本中可追溯。

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那么区块链有什么特点呢？

区块链是一种共享的分布式数据库技术。 主要有以下4个特点：

1) 去中心化 ：区块链由许多节点组成，形成一个端到端的网络。 没有中心化的设备和管理机构，任何一个节点的停机都不会影响系统的整体运行。

2) Trustless ：系统中的所有节点都经过数字签名技术验证，可以在不信任的情况下进行交易。 只要遵守系统既定的规则，节点就不能也不能欺骗其他节点；

3） CollectivelyMaintain ：系统由所有具有维护功能的节点共同维护，系统中的每个人都参与维护工作；

4) ReliableDatabase ：系统中的每个节点都有数据库的最新完整副本。 单个甚至多个节点对数据库的修改不会影响其他节点的数据库，除非可以控制全网51%以上的节点同时修改，这几乎不可能发生。

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区块链分类

按参与者分类，区块链可分为 公有链、联盟链和 私有链； 从链与链之间的关系来看，可以分为 主链 和 侧链。

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公链通常也被称为 Permissionless Blockchain 。 没有官方组织管理机构，没有中央服务器，参赛点按系统规范自由接入网络。 他们不受控制。 节点是基于共识机制来工作的。

公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。 比特币 和 以太坊 是典型的公链。

联盟链是一种需要注册和许可的区块链。 该区块链也称为 许可区块链 。 联盟链仅限联盟成员参与。 区块链上的读写权限和参与记账的权限按照联盟规则制定。 全网由成员机构共同维护，网络接入一般通过成员机构的网关节点接入，共识过程由预选节点控制。

一般来说，联盟链适用于机构间交易、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。

由40多家银行参与的区块链联盟R3和Linux基金会支持的 Hyperleder 项目属于联盟链架构。

私有链建立在一个企业内部，系统的运行规则是根据企业的要求来设定的。 私有链的应用场景一般为企业内部应用，如数据库管理、审计等；

侧链是用于确认来自其他区块链的数据的区块链。 通过双向挂钩（TwoWay Peg）机制，可以在不同的区块链上以一定的汇率兑换比特币、瑞波币等多种资产。 实现转移。

侧链进一步拓展了区块链技术的应用范围和创新空间，使区块链能够支持包括股票、债券、金融衍生品等在内的多种资产类型，以及小微支付、智能合约、安全处理机制、实体-世界财产登记等； 侧链还可以加强区块链的隐私保护。

区块链产业链

区块链产业链主要包括基础网络层、中间协议层和应用服务层。

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基础网络层由 数据层 和 网络层 组成。 数据层包括底层数据块和相关的数据加密和时间戳技术； 网络层包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制。 等待。

中间协议层由共识层、激励层和合约层组成。 共识层主要包括网络节点的各种共识算法； 激励层将经济因素融入区块链技术体系，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等； 合约层主要包括各种脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础。

应用服务层作为区块链产业链中最重要的环节，包括可编程货币、可编程金融、可编程社会等区块链的各种应用场景和案例。

核心技术

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从数据层开始：

从技术上讲，区块是一种记录交易的数据结构 ，反映交易中的资金流向。 系统中已经达成的交易区块连接在一起形成一条主链 ，所有参与计算的节点都记录在主链或主链的一部分。

每个区块由区块头和区块体组成。 区块体只负责记录前期的所有交易信息，主要包括交易数量和交易明细； 区块头封装了当前版本号、上一个区块地址、时间戳（记录区块产生的时间，精确到秒）、随机数（记录解密区块相关数学题答案的值）、当前区块的目标哈希值、默克​​尔数的根值等信息。 从结构上看，区块链的大部分功能都是由区块头实现的。

简单来说，一个区块由以下三部分组成： 交易信息、前一个区块形成的哈希hash、随机数。

交易信息是区块携带的任务数据，包括交易双方的私钥、交易次数、电子货币的数字签名等； 前一个区块形成的哈希用于连接区块，实现对过去交易顺序的排列； 随机数是交易的核心。 所有矿工节点竞争计算随机数的答案。 最快得到答案的节点生成一个新的区块，并广播给所有节点进行更新，从而完成一笔交易。

哈希函数可以将任意长度的数据通过哈希算法转换成一组固定长度的编码。 该原理基于加密的单向散列函数。 该函数验证容易，但容易破解 。 通常业界用y=hash(x)来表示，哈希函数对x进行运算，计算出一个哈希值y。

常用的哈希算法包括 MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384 和 SHA-512。

Merkle 树是一种 哈希二叉树 ，可用于 快速验证大规模数据的完整性 。 在区块链网络中，默克尔树用于汇总一个区块内的所有交易信息，最终生成一个区块内所有交易信息的统一哈希值。 区块中交易信息的任何变化都会使 Merkle 树发生变化。

非对称加密算法是一种秘密密钥方法，需要两个密钥：公钥和私钥。

公钥和私钥是一对。 如果数据是用公钥加密的，只有用对应的私钥解密，才能得到对应的数据值； 如果数据是用私钥签名的，那么只有对应的公钥才能解密数据。 为了验证签名，验证信息的发送者是私钥持有者。

由于加密和解密使用两个不同的密钥，所以这种算法称为非对称加密算法，而对称加密在加密和解密过程中使用相同的密钥。

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然后看网络层

P2P网络（peer-to-peer network，点对点网络），又称点对点技术，是一种没有中央服务器，依靠用户群来交换信息的互联网系统。 与具有中央服务器的中央网络系统不同，对等网络的每个客户端不仅是一个节点，还具有服务器的功能。

P2P 网络具有去中心化和健壮性的特点。

然后是共识层

共识机制是 如何在所有记账节点之间达成共识 ，以确定一条记录的有效性。 这不仅是一种识别手段，也是一种防止篡改的手段。 目前共识机制主要有四种：PoW、PoS、DPoS和分布式共识算法。

专注战俘

PoW机制，类似于 比特币挖矿机制 ，矿工将网络中尚未记录的现有交易打包成一个区块，然后不断遍历并尝试找到一个随机数，使得该随机数的哈希值被添加到新块中。 希腊值满足一定的难度条件。 找到一个满足条件的随机数，就相当于确定了区块链的最新区块，也相当于获得了区块链的本轮记账权。 矿工在网络中广播满足挖矿难度条件的区块。 在验证区块满足挖矿难度条件，区块中的交易数据符合协议规范后，将区块相互链接。 到自己版本的区块链，从而形成全网对当前网络状态的共识。

优点： 完全去中心化，节点自由进出 ，避免建立和维护中心化信用机构的成本。 只要网络破坏者的算力不超过全网总算力的50%，网络的交易状态就可以达成共识。

缺点：目前比特币挖矿造成了很多 资源浪费 ； 此外，挖矿的激励机制也造成了矿池算力的高度集中，背离了去中心化设计的初衷。 更大的问题是PoW机制的 共识需要很长时间 ，每秒最多只能做7笔交易，不适合商业应用。

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最后，激励层

以比特币为例。

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智能合约是一组 场景响应程序化规则和逻辑 ，通过部署在区块链上的去中心化、可信和共享的脚本代码实现。 一般情况下，智能合约在各方签署后，以程序代码的形式附在区块链数据上，通过P2P网络传播并经节点验证后记录在区块链的特定区块中。 智能合约封装了几种预定义的状态和转移规则、触发合约执行的场景以及特定场景下的响应动作。 区块链可以实时监控智能合约的状态，在检查外部数据源并确认满足一定的触发条件后，激活并执行合约。

区块链应用

在《区块链：新经济蓝图与导论》一书中，作者Melanie Swan根据应用范围和发展阶段将区块链应用分为区块链1.0、2.0和3.0。

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区块链1.0支持 虚拟货币 应用，即与转账、汇款和数字支付相关的加密货币应用。 比特币是区块链1.0的典型应用；

区块链2.0支持智能合约的应用。 合约是区块链在经济金融领域应用的基础。 区块链2.0应用包括股票、债券、期货、贷款、抵押、产权、智能财产和智能合约，以太坊、Hyperledger等是区块链2.0的典型应用；

区块链3.0 应用是 超越货币和金融范畴的 泛行业去中心化应用 ，尤其是在政府、医疗、科学、文化和艺术等领域。

区块链在金融领域的应用具有天然的绝对优势。 用互联网的语言来说，这是区块链的基因决定的。 从主观上看，金融机构最愿意探索区块链应用，他们需要新技术来提高运营效率和降低成本，以应对当前全球经济的现状。 客观地说，金融业有着巨大的市场空间，一点点的进步就能带来巨大的收益。 金融行业是对安全性和稳定性要求极高的行业。 如果区块链在金融领域的应用得到验证，将会产生巨大的示范效应比特币底层使用的共识机制是，在其他行业得到快速推广。

在金融领域，除了 数字货币 应用，区块链也逐渐开始应用于 跨境支付、供应链金融、保险、数字票据、资产证券化、银行征信等领域。

该领域的痛点在于到账周期长、手续费高、交易透明度低。 第三方支付公司是支付过程中完成记账、结算、清算的中心，到账周期长。 比如跨境支付到账周期超过三天，成本相对较高。

区块链脱媒、交易公开透明、不可篡改等特点，无需第三方支付机构参与，缩短支付周期，降低手续费，增加交易透明度。

该领域的痛点在于三个风险问题。 操作风险：由于系统的中心化，一旦中心服务器出现故障，整个市场将瘫痪； 市场风险：据统计，2016年涉及数亿美元的风险事件7起，涉及多家银行； 道德风险：市场上存在“多卖一票”、虚假商业汇票等事件。

区块链的去中介化、系统稳定性、共识机制、不可篡改等特性降低了传统中心化系统的操作风险、市场风险和道德风险。

该领域的痛点是： 缺乏数据共享 ，征信机构与用户之间的信息不对称； 正规市场 数据采集渠道有限 ，数据源之争消耗大量成本； 数据隐私保护问题突出 ，传统技术架构难以满足新需求等。

在征信领域，区块链具有去中心化、去信任化、时间戳、非对称加密和智能合约等特性，在技术层面保证了在有效保护数据隐私的基础上实现有限可控的征信。级数据共享和验证。

该领域业务的痛点在于无法保证标的资产的真实性； 参与者多、操作环节多、交易透明度低，导致信息不对称等问题，风险难以控制。 数据的痛点在于各方之间的流转效率低下，各方交易系统之间的资金清算对账往往需要耗费大量的人力物力，资产还款方式有线线上线下多渠道，无法监控资产真实情况。

区块链脱媒、共识机制、不可篡改等特性，提高数据传输效率，降低成本，实时监控资产真实情况，确保交易链上各方对底层资产的信任。

该领域的痛点在于融资周期长、成本高。 围绕供应链核心企业系统，第三方增信机构难以验证供应链各类相关凭证的真实性，人工审核时间长，融资成本高。

区块链的脱媒、共识机制、不可篡改等特点，无需第三方增信机构验证供应链中各类相关凭证的真实性，降低融资成本和融资周期。

随着区块链技术的发展，未来可能会将个人健康状况、事故记录等信息上传至区块链，让保险公司在客户投保时更及时、准确地获取风险信息，从而降低承保风险. 成本和提高效率。 区块链共享透明的特性，减少了信息不对称和逆向选择的风险； 其可追溯的历史有助于降低道德风险，从而降低保险管理的难度和成本。

在医疗领域，区块链可以利用其匿名、去中心化等特性保护患者隐私。 电子健康档案（EHR）、DNA钱包、药品防伪等都是区块链技术可能的应用领域。

物联网是一个非常广泛的概念。 如果包括通信、能源管理、供应链管理、共享经济等，区块链技术的物联网应用将成为一个非常重要的应用领域。

现代企业的供应链不断延伸比特币底层使用的共识机制是，碎片化、复杂化、地域分散等特点给供应链管理带来了巨大挑战。 核心企业对供应链的把控能力有限 ，溯源和防假也非常困难 。 区块链作为一种分布式账本技术，可以保证透明度和安全性，也显示出解决当前供应链存在问题的潜力。

共享经济是“去中心化”的典型。 例如，Airbnb 将房东和租房者与空置房屋或床位联系起来，Uber 和滴滴将闲置汽车和乘客联系起来，摩拜单车和 ofo 提供共享单车等等。 然而，共享经济一直面临的一大问题是信用缺失。 区块链技术可以很好的解决这个问题。 区块链的去中介化、共识机制、不可篡改等特点，可以有效解决人与人之间信任基础​​薄弱、个人信用体系不完善等阻碍共享经济发展的因素。 .

分布式能源发展带来的问题之一是微电网的管理，以及如何与现有的中央电网进行平衡。 区块链具有分布式账本和智能合约系统的功能，可以有效连接能源流、资金流和信息流，成为能源互联网落地的技术保障。

除了上述三个应用场景，区块链技术在物联网领域还可以应用于充电桩共享、工业互联网、智能家居等领域。

自互联网普及以来，数字音乐、数字图书、数字视频、数字游戏等逐渐成为主流。 知识经济的兴起使知识产权成为市场竞争的核心要素。 然而，在当前的互联网生态中，知识产权侵权现象严重，数字资产的版权保护成为行业痛点。

区块链脱媒、共识机制、不可篡改等特点，利用区块链技术，可以有效整合文化娱乐价值链各环节，加速流通，缩短价值创造周期； 同时，可以实现数字内容传输的价值，保证传输过程的可信性、可审计性和透明性，有效防止盗版等行为。

在公共服务、教育、慈善等领域，档案管理、身份（资格）认证、公信力等问题都是客观存在的。 传统的方式是依靠具有公信力的第三方进行信用背书，但仍然存在欺诈、缺失等问题。 存在。 区块链技术可以保证所有数据的完整性、永久性和不可篡改性，因此可以有效解决这些行业在存证、溯源、关联、回溯等方面的难点和痛点。

不适合的行业

首先，一个好的区块链技术应用场景肯定会涉及到 多个信任主体 ，每个人都需要有一种信任中介的方式来配合。

其次，主体之间要有比较强的合作关系，这是商业需要。

第三，目前区块链技术只能用于中低频交易，能否满足交易需求。

第四，商业模式必须完整和可持续。

智能合约

智能合约是一个事件驱动的、有状态的程序，它运行在一个复制和共享的账本上，并且能够将资产保存在账本上。

在区块链社会中，每个人共同维护着一个区块链账本。 所有交易数据不可篡改、不可伪造，还可以降低人工对账的出错概率和人工成本； 随着智能合约的普及，我们也会变得更加佛系。 面对潜在的争议，没必要自己动手，一切代码说了算。

假设你借给亲戚一大笔钱。 虽然你写了白纸黑字的欠条，但如果对方在你催款的时候有硬要不要脸的精神，而你又没有勇气撕破脸或者将对方告上法庭，你可以拿回属于你的钱。 智能合约可能是解决方案之一。 当然，前提是双方将贷款金额、还款时间、对方绑定的银行卡信息打包到合同中。 当达到约定的还款日期时，贷款将自动转入您的帐户。

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总结

最后是区块链的总结。 作为一种新兴的技术模型，我们应该保持冷静的态度来应对。 目前除了比特币，其他的落地应用并不多。 但是，风险和机遇都是相对的，辩证看待才是最好的方法。

目前，区块链底层协议的成熟度和稳定性还有所欠缺，这也为优秀的技术团队提供了更大的发展空间。 从长远来看，掌握底层核心技术研发和优化能力的团队更有机会成长为底层技术和协议开发的平台公司，根据不同的性能、安全和应用需求开发公链或联盟链。场景，然后在它们的基础上成长 嫁接在许多不同行业的应用程序。