「About Blockchain（一）」達沃斯年會上的區塊鏈

時間 2019-12-04

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「About Blockchain（一）」

——達沃斯年會上的區塊鏈

寫在前面：1月23日到26日，在瑞士達沃斯召開了第48屆世界經濟論壇。這個新聞本沒有引發我格外的關注，直到前兩天張老師分享給我一篇關於GBBC在達沃斯論壇上的消息，這才讓人眼前一亮。張老師一直鼓勵我多瞭解區塊鏈的研究進展，也常常與我分享各大會議上的相關資料。雖然說只是興趣使然，也不是什麼必修課，但對區塊鏈的學習着實讓我有了很大收穫，無論是作項目仍是專業課程學習。所以，我還會持續關注區塊鏈的最新動態，順便在這裏整理一些較爲基礎的理論，經過系統性地學習加深對區塊鏈的認知。html

—————————————摘要—————————————

全球聚焦的區塊鏈

本次達沃斯論壇年會的主題是「在分化的世界中打造共同命運」，仔細想一想，這個主題與區塊鏈的去中心化思想不謀而合。許多區塊鏈的業內人士，都在本次年會上共同探討區塊鏈行業發展應如何與世界的趨勢攜手並進。dom

美國銀行首席執行官布賴恩·莫伊尼漢很是自信地表示，美國銀行擁有大量的區塊鏈專利。「咱們相信分佈式帳本和智能合約的概念，分佈式帳本能夠作更多的電子化，並能夠跨越國界。」他補充道。electron
瑞士清潔能源公司Bitlumens的CEO Veronica Garcia 在達沃斯年會上敦促全社會採起行動，利用區塊鏈技術解決環境問題。此前，聯合國也曾宣佈組建「氣候鏈聯盟」以解決氣候變化問題。分佈式
Bitlumens提供一個點對點的平臺，用戶可採用光伏系統來減小碳排放，並在沒有電網或沒有適當水源的地方使用照明和水。這與澳洲的Power Ledger項目也有着殊途同歸之妙，Power Ledger項目是把傳統的電力網絡從新設計爲一個去中心化的、免信任的交易平臺，主要服務於太陽能發電資源。oop
參與Power Ledger項目的用戶家中均安裝有太陽能發電系統，電能被存儲在配套的電容中，由智能電錶進行管理；同時智能電錶與Power Ledger平臺相連，住戶可在平臺上用Power Ledger的代幣來實現電能買賣；並從Power Ledger平臺的對帳與結算系統中實現即時收付款，創造分佈式能源資源的投資價值。佈局

新任中國區塊鏈應用研究中心理事長、星合資本董事長郭宇航在手記中寫道：「區塊鏈對全世界都是全新領域，中國也許在底層技術還沒法與美國等先進國家比肩，但在應用領域和其餘金融科技的垂直領域，中國應用場景的豐富度和創新性則在世界上數一數二。若是中國區塊鏈行業能緊密合做，監管可以適當包容、鼓勵，中國在區塊鏈領域引領全球指日可待。」學習

今後次達沃斯年會中，能夠看出全球各界對於區塊鏈技術的高度關注，同時也不得不認可，做爲對將來影響不可小覷的科技，愈來愈多的項目將區塊鏈技術做爲其技術支撐，各國紛紛掀起申請區塊鏈專利和區塊鏈融資的熱潮。

前中國區塊鏈應用研究中心理事長、太一雲董事長鄧迪在會上表示：「中國區塊鏈應用研究中心的職責，就是教育大衆，讓社會了解真正的區塊鏈技術和區塊鏈應用，2018年會繼續結合中國政府的‘一帶一路’政策，將中國的區塊鏈技術，推向全世界。」這也對咱們提出了新的要求：做爲一項具備普遍應用前景的新興技術，咱們每一個人都有必要了解甚至深刻研究區塊鏈技術的運做原理和發展前景。在將來，這項技術極可能對咱們的生活產生顛覆性的影響。

《中國區塊鏈行業發展報告2018》

1月25日，中國區塊鏈應用研究中心還在達沃斯發佈了《中國區塊鏈行業發展報告2018》。報告對當今中國在區塊鏈專利、區塊鏈融資等方面進行了具體的分析。主要分爲幾下幾個方面：

中國區塊鏈行業發展速度

區塊鏈技術創新加速：技術創新是區塊鏈行業深刻發展的核心驅動力。2017年前7個月，中國的區塊鏈領域公開專利數量已趕超美國，中國區塊鏈行業的技術創新正在經歷着一個明顯加速的過程。
區塊鏈融資增加迅猛：2014-2017年7月全球區塊鏈領域私募投資金額整體呈現增加趨勢，雖然中國私募股權融資規模小於美國，但增加速度明顯高於美國。
區塊鏈應用範圍廣闊：區塊鏈應用在中國呈現出多元普遍、積極活躍的特色，數據服務、金融、認證確權、文化娛樂等成爲佔比較高的區塊鏈應用。
區塊鏈行業組織競相成立：自2015年12月至2017年底，中國成立區塊鏈相關的行業協會 / 聯盟近20個，中國區塊鏈應用研究中心，GBBC中國中心，中關村區塊鏈聯盟、中國電子學會區塊鏈專委會、中國信通院可信區塊鏈聯盟等一大批區塊鏈專業組織爲行業機構和不一樣背景的人員提供了一個專業領域的交流及合做平臺，對於中國區塊鏈行業的長期、健康發展發揮極有益的做用。在區塊鏈技術的教育和培訓方面，中國各地區相關高校也在積極開展，開設相關科目、課程，以多種形式的教育培訓項目，爲中國區塊鏈行業創新發展輸送人才。

中國區塊鏈行業發展面臨挑戰

清退非法數字貨幣交易所：中國政府對於比特幣一直持有謹慎的態度，中國各比特幣交易平臺均未得到省級金融辦的批准。2017年9月4日，受到ICO的影響，中國人民銀行等七部委於發佈《關於防範代幣發行融資風險的公告》，在叫停ICO的同時，也對各數字資產交易平臺提出了停業整頓的要求。
叫停非法ICO活動：缺乏政府監管的ICO活動催生了大量參差不齊的ICO項目，存在發行方缺少明晰的規範、投資者缺少適當性管理、投資者非理性行爲引起市場泡沫和不法之徒藉機詐騙洗錢等隱患。2017年9月，中國人民銀行聯合七部委發佈《關於防範代幣發行融資風險的公告》，定義 ICO 爲非法活動，全面叫停 ICO。
政府監管重安全和穩定：國務院設立了金融穩定發展委員會,強化人民銀行宏觀審慎管理和系統性風險防範職責。中國的監管機構一方面及時地預見風險，處置風險，叫停比特幣和ICO代幣的集中交易，下降數字資產市場風險，維護國家金融的穩定和安全。另外一方面監管者也明確表示，當前的一些監管措施並非否認數字貨幣，更不是否認與之相關的技術，而是對其已經引起的金融亂象進行治理，對可能出現的金融風險加以防範。

中國區塊鏈行業前景積極樂觀

創業者積極參與，90後參與度高：調查顯示，超過200家公司的區塊鏈創業者都是90後。一批90後區塊鏈創業者甚至投資人正在普遍的參與全球競爭，迎接屬於他們的時代到來。
財富效應引發普遍關注：幾年前，區塊鏈技術仍是極客世界中「自由」的代名詞；現在，巨頭已經紛紛宣佈涉足這一領域。許多國企、行業巨頭，以及創業公司都將目光放在了區塊鏈領域，紛紛推出區塊鏈發展計劃，將更多的資金和研究團隊投入進來。
基金投資蔚然成風：在去年的第一季度，全球區塊鏈創業公司累計得到VC投資15.7億美圓，而在過去的三年時間中(2014 年-2016 年 )，全球區塊鏈創業企業總計得到投資金額接近150億美金。
早期領袖機構堅守底線，守法合規：中國區塊鏈應用研究中心於2017年8月16日曾舉辦ICO專題懇談會，召集了十餘家在京區塊鏈機構負責人，很是明確表達了呼籲監管介入，控制市場風險的意見。北京金融局黨組書記局長霍學文發表了重要講話，要求中心所屬理事機構和北京地區的相關機構不參與任何ICO的發行和交易，嚴格自律，遵照相關法律。此次會議得到業界普遍承認和傳播。
各地政府，特別是沿海地區，高度鼓勵區塊鏈：國務院印發《「十三五」國家信息化規劃》，區塊鏈與大數據、人工智能、機器深度學習等新技術，成爲國家佈局重點。中國人民銀行印發了《中國金融業信息技術「十三五」發展規劃》，明確提出積極推動區塊鏈、人工智能等新技術應用研究，去年 10 月，工信部發布《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》，這是首個落地的區塊鏈官方指導文件。央行正在進行的國家數字貨幣試點，區塊鏈也是其實現的技術之一。各地政府的大力支持是區塊鏈發展的重要推進力，同時也爲區塊鏈的創新發展提供了條件與支持。

結語

在報告的最後，表達了對這次達沃斯區塊鏈論壇的指望，同時也期待可以集合世界各國之力，探索建立全球區塊鏈發展標準和政策指引，創造合理監管環境，加速區塊鏈在更廣的範圍內應用落地。

從白皮書《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》提及

區塊鏈技術起源於2008年中本聰發表的《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》，文中提出了一種基於點對點的電子現金系統。該系統改變了基於信用的傳統支付模式，而是基於密碼學原理，可以使正在進行交易的雙方，在乎見達成一致的狀況下直接進行支付，從而徹底擺脫了傳統的經過第三方中介進行支付來保證交易安全的模式，創造了一種全新的電子貨幣體系。

比特幣白皮書做爲區塊鏈技術的始祖，全部區塊鏈學習者首先要深刻研究，理解其運做方式和精髓，這也是拓展學習的基礎。經過閱讀摘要部分，咱們知道中本聰主要提出了這樣一個主題：實現了一個去中心化的p2p支付系統。

文章主要從如下幾個方面進行論述：

1 Introduction（簡介）

目前互聯網上的交易幾乎都有第三方信用中介存在。這種「基於信用的模式（the trust based model）」多數狀況下運做良好，但仍存在諸多問題，如增長交易的成本等。
提出的新的電子支付系統將信任轉移到密碼學原理上，使得任何達成一致的雙方，可以直接進行支付，從而不須要第三方中介的參與。在這篇論文中，將提出一種經過點對點分佈式的時間戳服務器來生成依照時間先後排列並加以記錄的電子交易證實，從而解決雙重支付問題（即雙花問題，the double-spending problem）。只要誠實的節點所控制的計算能力的總和，大於有合做關係的（cooperating）攻擊者的計算能力的總和，該系統就是安全的。

2 Transactions（交易）

一枚電子貨幣是一串數字簽名：
- 每一位全部者經過對前一次交易和下一位擁有者的公鑰簽署一個隨機散列的數字簽名，並將這個簽名附加在這枚電子貨幣的末尾；
- 電子貨幣發送給下一位擁有者後，收款人經過對簽名進行校驗，就可以驗證該鏈條的全部者。
該過程的問題在於，收款人難以檢驗以前的某位全部者是否對這枚電子貨幣進行了雙重支付。
這個問題通常的解決方案是引入權威的第三方。若是想要在電子系統中排除第三方中介機構，那麼交易信息就應當被公開宣佈（publicly announced）。即須要整個系統內的全部參與者，都有惟一公認的歷史交易序列。收款人須要確保在交易期間絕大多數的節點都認同該交易是首次出現。

3 Timestamp Server（時間戳服務器）

時間戳服務器經過對以區塊存形式存在的一組數據實施隨機散列而加上時間戳，並將該時間戳進行廣播。
該時間戳可以證明特定數據於某特定時間是肯定存在的。由於只有在此時刻存在了，才能獲取相應的隨機散列值。
每一個時間戳應該將前一個時間戳歸入其隨機散列值中，每個隨後的時間戳都對前一個時間戳進行加強，這樣就造成了一個鏈條。

4 Proof-of-Work（工做量證實）

爲了在點對點的基礎上構建一組分散化的時間戳服務器，因此在進行隨機散列運算時，工做量證實機制引入了對某一個特定值的掃描工做。
- 例如： SHA-256下，隨機散列值以一個或多個0開始。那麼隨着0的數目的上升, 找到這個解所須要的工做量將呈指數增加，而對結果進行檢驗則僅須要一次隨機散列運算。
在區塊中補增一個隨機數(Nonce)，這個隨機數要使得該給定區塊的隨機散列值出現了所需的那麼多個0。
因爲以後的區塊是連接在該區塊以後的，因此想要更改該區塊中的信息，就還須要從新完成以後全部區塊的所有工做量。
另外一個問題是，硬件的運算速度在高速增加，而節點參與網絡的程度則會有所起伏。爲了解決這個問題，工做量證實的難度(the proof-of-work difficulty)將採用移動平均目標的方法來肯定，即令難度指向令每小時生成區塊的速度爲某一個預約的平均數。若是區塊生成的速度過快，那麼難度就會提升。

5 Network（網絡）

運行該網絡的步驟以下：
- 1) 新的交易向全網進行廣播；
- 2) 每個節點都將收到的交易信息歸入一個區塊中；
- 3) 每一個節點都嘗試在本身的區塊中找到一個具備足夠難度的工做量證實；
- 4) 當一個節點找到了一個工做量證實，它就向全網進行廣播；
- 5) 當且僅當包含在該區塊中的全部交易都是有效的且以前未存在過的，其餘節點才認同該區塊的有效性；
- 6) 其餘節點表示他們接受該區塊，而表示接受的方法，則是在跟隨該區塊的末尾，製造新的區塊以延長該鏈條，而將被接受區塊的隨機散列值視爲先於新區快的隨機散列值。
節點始終都將最長的鏈條視爲正確的鏈條，並持續工做和延長它。
只要交易信息可以抵達足夠多的節點，那麼他們將很快被整合進一個區塊中。而區塊的廣播對被丟棄的信息是具備容錯能力的。若是一個節點沒有收到某特定區塊，那麼該節點將會發現本身缺失了某個區塊，也就能夠提出本身下載該區塊的請求。

6 Incentive（激勵）

每一個區塊的第一筆交易進行特殊化處理(獎勵交易)，該交易產生一枚由該區塊創造者擁有的新的電子貨幣。
另一個激勵的來源則是交易費（transaction fees）。若是某筆交易的輸出值小於輸入值，那麼差額就是交易費，該交易費將被增長到該區塊的激勵中。
若是有一個貪婪的攻擊者可以調集比全部誠實節點加起來還要多的CPU計算力，那麼他就面臨一個選擇：要麼將其用於誠實工做產生新的電子貨幣，或者將其用於進行二次支付攻擊。那麼他就會發現，按照規則行事、誠實工做是更有利可圖的。

7 Reclaiming Disk Space（回收硬盤空間）

不含交易信息的區塊頭（Block header）大小僅有80字節。
回收硬盤空間的時機:
- 最近的交易已經被歸入了足夠多的區塊之中，那麼就能夠丟棄該交易以前的數據，以回收硬盤空間。
爲了同時確保不損害區塊的隨機散列值，交易信息被隨機散列時，被構建成一種Merkle樹（Merkle tree）的形態，使得只有根(root)被歸入了區塊的隨機散列值。經過將該樹（tree）的分支拔除（stubbing）的方法，老區塊就能被壓縮。而內部的隨機散列值是沒必要保存的。

8 Simplified Payment Verification（簡化的支付確認）

在不運行完整網絡節點的狀況下，也可以對支付進行檢驗。
- 實現方式 : 一個用戶須要保留最長的工做量證實鏈條的區塊頭的拷貝，它能夠不斷向網絡發起詢問，直到它確信本身擁有最長的鏈條，並可以經過merkle的分支, 通向它被加上時間戳並歸入區塊的那次交易。
- 節點想要自行檢驗該交易的有效性本來是不可能的，但經過追溯到鏈條的某個位置，它就能看到某個節點曾經接受過它，而且於其後追加的區塊也進一步證實全網曾經接受了它。

9 Combining and Splitting Value（價值的組合與分割）

爲了使得價值易於組合與分割，交易被設計爲能夠歸入多個輸入和輸出。
通常而言是某次價值較大的前次交易構成的單一輸入，或者由某幾個價值較小的前次交易共同構成的並行輸入，可是輸出最多隻有兩個：一個用於支付，另外一個用於找零。
須要指出的是，當一筆交易依賴於以前的多筆交易時，這些交易又各自依賴於多筆交易，但這並不存在任何問題。由於這個工做機制並不須要展開檢驗以前發生的全部交易歷史。

10 Privacy（隱私）

傳統隱私保護方式：提供了必定程度的隱私保護，由於試圖向可信任的第三方索取交易信息是嚴格受限的。
比特幣的保護方式：
- 比特幣將交易信息向全網進行廣播，將意味着傳統的隱私保護方法失效。
- 可是隱私依然能夠獲得保護：將公鑰保持爲匿名。公衆得知的信息僅僅是有某我的將必定數量的貨幣發所給了另一我的，可是難以將該交易同特定的人聯繫在一塊兒。
- 做爲額外的預防措施，使用者能夠讓每次交易都生成一個新的地址，以確保這些交易不被追溯到一個共同的全部者。可是因爲並行輸入的存在，必定程度上的追溯仍是不可避免的，由於並行輸入代表這些貨幣都屬於同一個全部者。
- 此時的風險在於，若是某我的的某一個公鑰被確認屬於他，那麼就能夠追溯出此人的其它不少交易。

11 Calculations（計算）

攻擊節點算力高於誠實節點，快速的製造替代性區塊鏈。
- 誠實的節點永遠不會接受一個包含了無效信息的區塊，所以產生的後果最可能是更改他本身的交易信息，並試圖拿回他剛剛付給別人的錢。
誠實鏈條和攻擊者鏈條之間的競賽，能夠用二叉樹隨機漫步（Binomial Random Walk)來描述。
攻擊成功的機率會由於區塊數的增加而呈現指數化降低。若是攻擊者不能幸運且快速地得到成功，那麼他得到成功的機會隨着時間的流逝就變得愈發渺茫。

12 Conclusion（結論）