01对《区块链――技术与场景》的笔记(1)

区块链的5556框架

《区块链：技术与场景》
丁鹏
51个笔记
◆ 前言
>> 本书完全基于5556框架（区块链五大作用、五大推进任务、五大现有领域、六大应用场景）进行大纲设计
◆ 前言
>> 区块链并不是简简单单的一项技术，而是一整套游戏规则、生产关系的重塑和再造。如果说互联网带来信息化社会的发展，推动人类进入第三次工业革命，那么区块链结合其他前沿技术，如人工智能、物联网、5G等，给人类带来的是更大规模的全球协作，第四次工业革命正在到来。
◆ 1.1 区块链起源：比特币
>> 2010年5月22日被称为“比特币披萨日”，比特币在这天第一次用于商品交易，程序员Hanyecz用10000个比特币购买了总价为10美元的两个披萨。
◆ 1.1.2 通货膨胀的由来
>> 最简单的理解就是，货币的生产效率超过了商品的生产效率。
◆ 1.1.2 通货膨胀的由来
>> 对于通货膨胀的起因，众多经济学家给出了不同的解释，其中有一个被广泛使用的理论是“货币数量论”。这个理论的基本逻辑是：货币流通量乘以货币流通的速度，等于社会中商品的总量乘以平均物价。该理论由经济学家费雪提出，被称为费雪公式，费雪公式为
MV=QP
式中，M是货币流通量；V是货币流通速度；Q是社会中商品的总量；P是平均物价。
我们稍微做一个移项，得到P=MV/Q，可以看到，社会的平均物价与社会中商品的总量呈反比。换句话说，商品总量越大，产生通货膨胀的概率越小；货币流通量越大，产生通货膨胀的概率越大。
◆ 1.1.3 比特币的诞生
>> 2008年10月31号，一个化名为“中本聪”的人发表了一篇文章《比特币：一种点对点的电子现金系统》（Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System），货币非国家化的思想第一次获得了技术上的支持。文中提出了一种新的支付方式，不仅不需要银行这种中介机构，而且不需要中央银行来提供交易媒介。
◆ 1.2 区块链核心架构
>> 区块链与传统数据中心模式的一个重要区别就是采用分布式架构，使得数据难以篡改，数据安全性大大提高。
◆ 1.2.1 分布式与中心式
>> 中心式架构的优点是结构简单、实现容易，但缺点也很明显，中心节点承担了最重要的工作，对它的要求最高。当节点规模扩展时，容易出现性能瓶颈及单点故障问题。
◆ 1.2.1 分布式与中心式
>> 如何防止中心节点崩溃呢？很多人想到，将中心节点的功能分散到更多节点上，这些节点互相备份，不就可以降低单点故障的概率了吗？没错，区块链采用的分布式架构，就是基于这个原理设计的。
◆ 1.2.1 分布式与中心式
>> 多个账本组成分布式网络后，极大地提高了系统的鲁棒性。
◆ 1.2.1 分布式与中心式
>> 分布式架构的效率肯定不如中心式架构，但是安全性大大提高了。很多人质疑区块链的一个重要的理由就是区块链的速度太慢，但正是因为区块链以牺牲效率为代价，才带来了更高的安全性和稳定性。
◆ 1.2.1 分布式与中心式
>> 区块链中的每个区块都可以被视为一个账本，按记录时间的先后顺序将它们连接起来就形成了总账本，这就是链式结构。系统会设定每隔一段时间进行一次交易记录的更新和广播，所有节点会同步更新自己区块中的内容。如果所有收到广播的节点都认可了某个区块的合法性，那么这个区块将以链的形式被各节点加到自己的链中
◆ 1.2.1 分布式与中心式
>> 在传统的中心式数据结构中，只保存当前的结果，更新时会覆盖过去的数据，从技术上来说追溯比较困难。在区块链的链式结构中，每次更新都只在当前链中进行，即插入新的数据，这种独特的机制使得区块链上的数据很容易被追溯。
◆ 1.2.3 区块链应用架构
>> 共识层非常重要，它制定了区块链社区参与各方的游戏规则和利益共享机制，包括PoW机制、PoS机制等，这些机制的作用是促进区块链社区的参与者贡献力量，推动社区发展；激励层包括各种数字通行证的发行机制和激励机制，可以从经济上激励社区的参与者。
◆ 1.3 区块链的三大关键机制
>> 区块链的成功在于其具有三大关键机制，分别是加密算法、Merkle树和共识机制，如图1-8所示。
◆ 1.3 区块链的三大关键机制
>> 区块链上的加密算法很多，最重要的有两个，一个是哈希算法，另一个是非对称加密。
◆ 1.3.1 加密算法
>> 根据密码学的研究，按照目前的计算机算力，想彻底破解哈希值，需要经过上万年的计算，这就保证了哈希加密技术的可靠性。
◆ 1.3.1 加密算法
>> 公钥有很多不同的实现方法，RSA算法是最知名的一种。RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大质数（素数）相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。例如，取两个简单的质数89、97，得到两者乘积8633很简单，但是对8633进行因式分解的工作量很大。
◆ 1.3.1 加密算法
>> 非对称加密技术是目前互联网信息安全的基石，它确保了区块链上的数据足够安全。
◆ 1.3.2 Merkle树
>> SPV强调的是验证支付，而不是验证交易，因此只需要判断用于支付的那笔交易是否被验证过，以及得到多少次确认。为了实现SPV，需要用一种方法来检查一个区块是否包含了某笔交易，而不用下载整个区块，这就需要用到Merkle树技术。
Merkle树是一种Hash二叉树，是数据结构的一种，主要用于快速归纳和校验大规模数据的完整性。在比特币网络中，Merkle树被用来归纳一个区块中的所有交易，其树根（根节点）是整个交易集合的哈希值，最底层的叶节点是数据块的哈希值，非叶节点是其对应子节点串联字符串的哈希值。
有了Merkle树后，不需要对整个树进行验证，只需要记住根节点哈希值，因为只要树中的任意节点被篡改，根节点哈希值就会不匹配。从而实现了快速校验。
◆ 1.4.1 两大特征
>> 所有参与者都可以查看历史账本、追溯交易
◆ 1.4.2 五大作用
>> 跨系统的协同效率低下的关键问题是缺乏信任。区块链的可追溯和不可篡改特征，可以天然建立完全不同于传统形式的信任模式，即“机器信任”。
◆ 1.5.2 组织类名词
>> 在区块链世界中，两条不同的链就是两个独立的账本，它们之间没有关联。跨链技术对于联盟链特别有价值，可以拯救联盟链中分散的“孤岛”，是区块链向外拓展和连接的桥梁。
◆ 1.5.3 金融类名词
>> 支付比特币时，由比特币的当前所有者提交其公钥和签名（由私钥生成），网络中的所有人都可以进行验证，确认交易是否为有效交易。如果你要将你的比特币转账给别人，就需要提供私钥来验证这些比特币是你的。矿工们会根据你提供的私钥解密，如果解开了，说明这些比特币属于你，就会确认这笔交易。如果你将私钥弄丢了，那么你的比特币就永远找不到了。比特币自从诞生以来，已经丢失了数百万个，就是因为很多人弄丢了私钥。
◆ 1.5.3 金融类名词
>> 通证（Token）又称代币，是区块链2.0的产物。如果说比特币是区块链1.0，那么以太坊这种专门用于开发智能合约的平台就是区块链2.0。基于以太坊，用户可以发行自己的通证，以进行融资，因此可以将通证简单地理解为区块链上的“股份”。
◆ 1.5.3 金融类名词
>> 2017年8月，由ViaBTC领导的矿工团体创建了一个比特币分叉——Bitcoin Cash（简称BCH），又称比特币现金，算是比特币的“大儿子”。后来，越来越多的矿工觉得这方法不错，于是一种新的致富方法——首次分叉发行（Initial Fork Offerings，IFO）诞生了。矿工团队在创建分叉的同时，可以在发生分叉的区块中利用自己的特权，分配一些币给自己或其他人，然后再开放让所有人参与挖矿。
◆ 1.6 区块链的主要应用场景
>> 在《区块链：新经济蓝图及导读》一书中，作者按照应用范围和发展阶段将区块链应用划分为区块链1.0、区块链2.0、区块链3.0。其中，区块链1.0支撑虚拟货币应用，区块链2.0支撑智能合约应用，区块链3.0支撑超越货币和金融范围的泛行业去中心化应用。对于具体的应用领域，业内有不同的解读，其中有代表性的就是中华人民共和国工业和信息化部（以下简称“工信部”）发布的相关白皮书。
◆ 1.6.1 业内展望
>> 2016年工信部发布《中国区块链技术和应用发展白皮书》，详细描述了区块链应用全景，如图1-23所示。该白皮书侧重消费和生活领域，包括金融服务、医疗健康、IP版权、教育、社会管理、慈善公益等，介绍了众多区块链的应用。工信部是我国区块链技术标准的制定单位，目前国内相关技术的发展也正沿着该白皮书指明的方向在前进。
◆ 1.6.2 五大现有领域
>> 央行将要推出的央行数字货币项目（DCEP）就是基于区块链技术的全新加密电子货币体系，它采用双层运营体系，即央行首先把DCEP兑换给其他银行或金融机构，再由它们兑换给公众，公众也可以直接从央行兑换DCEP。
◆ 1.6.2 五大现有领域
>> DCEP的意义在于数字人民币不是现有货币的数字化，而是M0的替代，它使得交易环节对账户的依赖程度大大降低，有利于人民币的流通和国际化。数字人民币由国家支撑，其适用范围自然远远胜过比特币这种纯粹依靠情怀的数字货币。
◆ 1.6.2 五大现有领域
>> 工业物联网只是物联网的一个分支，从更加广阔的视角来看，未来各种智能设备都将联网。未来物联网节点的数量可能是万亿级别的，这会带来严重的数据共享和多主体协同问题。
在多主体协同方面，目前很多物联网都是运营商、企业内部的自组织网络，涉及多个运营商、多个对等主体之间的协作时，建立信用的成本很高。采用区块链技术可以有效解决这个问题。当不同协作主体构建多节点的联盟链后，重要的数据在链上公开可查，提高了彼此的可信度，也降低了恶意节点进行破坏的可能性。
◆ 1.6.3 六大应用场景
>> 区块链技术可以完美地解决数据共享中的问题。第一，通过智能合约可以实现有条件共享，即只有满足条件的数据才会上链，不用担心数据泄露；第二，可以通过加密算法限定访问者的权限，避免数据扩散不可控，保护数据的控制权。
◆ 2.1.3 区块链改变银行基础设施
>> 区块链技术的“交易即清算”模式实现了交易与清算的同步，颠覆了传统金融业中的集中式账务体系模式，有助于构建新的银行基础设施和流程。
◆ 2.1.4 典型案例
>> 2017年2月，招商银行将区块链技术应用于银行的核心系统，建成了基于区块链的跨境清算系统。
◆ 2.3.2 财产险自动理赔
>> 1994年，智能合约（Smart Contract）的概念由Nick Szabo首次提出，它是以数字形式定义的一系列约定，该合约一旦开始运行，无须中介便可以自动执行。
◆ 2.3.3 健康保险的信任机制
>> 利用区块链的不可篡改特性，可将每笔健康保险交易过程及医疗数据都记录在区块链的各节点中，将保险公司、医疗机构、卫生部门作为节点，可以在约定的范围内利用智能合约读取数据，让保险公司有更多、更详细的数据来确定保险产品价格。区块链的数据采用链式结构，保险公司可以追溯被保险人的健康数据，科学地预测其未来的出险概率。
◆ 2.4 区块链与跨境支付
>> 从1944年开始建立的布雷顿森林体系构建了以美元为基础的国际贸易体系，为了提高跨境支付的效率，美国在1973年牵头建设了SWIFT系统，用于国际清算。
◆ 2.4.1 当前跨境支付体系
>> SWIFT又称环球同业银行金融电信协会，是国际银行间的合作组织，总部设在比利时布鲁塞尔，在荷兰阿姆斯特丹和美国纽约分别设有交换中心，并为各成员国开设集线中心，为国际金融业务提供服务。
◆ 3.1.2 区块链解决方案
>> 1.信息处理方面
利用区块链技术，可将工业物联网单节点设备信息进行去中心化的分布式存储，实现计算和存储需求分散，可防止单一节点故障导致的网络崩溃，也降低了数据存储维护成本。
2.安全技术方面
利用区块链技术，让生产设备相互验证，可以降低系统风险，并通过定义访问权限来提高生产设备的安全性，使链上的工作人员在各自的权限范围内互相协作。
3.工业数据方面
利用智能合约技术灵活调整访问权限。例如，在生产过程中只有生产设备有访问权限，生产结束后自动停止设备访问权限并删除文件的功能，可以防止工业数据泄露和避免侵权行为。
◆ 3.1.2 区块链解决方案
>> 通过对产能状态的监控，工厂可以自主决定是否将产能数据共享，同时对生产过程和设备状态数据进行分析，从而优化生产过程，对设备进行预测性维护，在其出现故障前给出检修或维修提醒。
◆ 4.3.1 区块链改造共享经济
>> “区块链+物联网”使得物联网产生的数据更加真实可靠，也让区块链的去中心化更加彻底。加上互联网和区块链技术，物联网终端设备之间将不再孤立，终端和终端之间可以实现资源交互，依托去中心化的区块链技术将闲置资源和数据共享，从而更好地实现资源本身的价值。
◆ 6.1.2 区块链与数字资产
>> （1）区块链1.0：数字货币（2008—2014年）
区块链1.0的特征是以比特币为代表的数字货币。区块链是比特币的底层技术和基础架构，而比特币是区块链的成功应用。区块链1.0更多地起到分布式记账的作用，除比特币外，还有瑞波币、比特币现金、莱特币、狗狗币等。该阶段的发展并不完美，有很多问题需要解决，如扩容、闪电支付、硬分叉等。
区块链1.0架构主要围绕支持虚拟货币的实现，虽然它有一定的灵活性，但用来支撑虚拟货币以外的应用场景时显得非常局限，很多基于区块链原理做的数字货币并没有像比特币那样得到广大用户的认可，在市场的发展中慢慢消亡。
（2）区块链2.0：智能合约（2014—2018年）
区块链2.0的核心理念是把区块链作为一个可编程的分布式信用基础设施，支撑智能合约应用，把区块链的应用范围扩展到支撑一个去中心化的市场，交易内容可以包括房产的契约、权益及债务凭证、知识产权，甚至汽车、艺术品等。
区块链2.0的“撒手锏”是智能合约，即区块链系统中自动执行的合同程序，具备了智能合约的区块链2.0才真正做到了去信任中介，不需要第三方作担保。
区块链2.0的代表是以太坊，可以将以太坊理解为一个分布式计算平台，不仅可以记账，还可以运行程序。以太坊这样的系统被称为公有链，也就是公众的区块链，任何人注册后都可以利用以太坊平台构建自己的智能合约。
以太坊提供了一套完备的脚本语言，在以太坊上发行自己的数字货币是智能合约的一个典型应用，也是目前最广泛的应用。以太坊的出现让发行数字货币的成本大大降低，这也是空气币、传销币盛行的技术原因。
（3）区块链3.0：“区块链+”（2018年至今）
从2018年开始，区块链产业进入3.0时代，区块链技术被广泛应用于赋能实体经济。简单来说，区块链3.0技术就是基于“数字权益账本”的技术集合。它以高速并行的分布式智能网络计算技术为基础，通过构建安全、高效、可扩展的技术生态体系，实现各种资产权益在“真实世界”与“数字世界”两个平行时空之间的映射和转移，并推动全球数字经济的跨越式发展。
区块链3.0的代表是EOS，这是由Block.one公司主导开发的高性能区块链底层操作系统。除性能优于以太坊外，EOS网络在可扩展性方面更胜一筹。这就意味着，可以在EOS网络上开发功能更多的小程序。
比特币、以太坊和EOS都是区块链公有链，简单来说，类似操作系统。如果拿手机来类比，比特币就是“大哥大”，只有打电话这个基本功能，底层的操作系统也只能完成简单的通信服务；以太坊就是诺基亚功能机，除电话功能外，还有短信、彩信和一些图文小游戏，底层的操作系统采用的是数字通信技术；EOS就是iPhone这样的智能手机，增加了电子邮件、办公等商业用途，底层是iOS这种功能强大的全服务操作系统。
◆ 8.3.1 区块链改造升级旧动能
>> 不管是生产力的改革，还是生产关系的改革，都是新旧动能转换的重要途径，基于区块链模式的改革，有一个术语，叫作“链改”。
◆ 8.3.2 链改与通证激励
>> 链改不仅是简单的技术升级，而是通过改良生产关系促进生产力的发展，为实体经济赋能。将区块链与实体产业结合可真正赋能实体经济，从而服务传统企业，将旧动能改造为新动能。下面重点阐述在企业微观层面，如何利用区块链来进行内部激励，这就是通证激励模式。
◆ 9.1.1 区块链对教育行业的改造
>> 区块链给教育带来的典型的变革如下。
（1）学校机构用区块链存储学习数据和记录认证证书。
（2）组织机构利用区块链低成本共享资源。
（3）国家建立数据库解决证书共享问题。
（4）区块链使全球评估成为可能。
（5）区块链和企业学习。
◆ 9.1.3 电子学历
>> 侧链的双向锁定技术允许信任在不同网络间传递，建立个人信用体系；同时允许发布试用版本的电子证照区块链，对主链不造成影响。
◆ 10.2.1 区块链与智慧交通
>> 传统中心化的信息管理模式使交通数据的记录容易出错，路况信息的共享也并不及时，区块链的使用将有效降低数据丢失和数据损坏的成本，增强参与交通管理的各方之间的联系，从而让交通的综合治理变得更加高效、可信，并使事前管控成为可能。
◆ 10.2.2 区块链在智慧交通领域的应用场景
>> 相比传统车联网的网络安全防护而言，使用区块链的车联网通过共识机制实现更加安全可靠的认证存储，并能提供可持续性服务，使得车联网的数据难以被篡改。
◆ 10.2.2 区块链在智慧交通领域的应用场景
>> ETC系统是人工收费和半自动收费最理想的替代方案，但是目前存在兼容性差、信息的安全性弱、结算数据不完整等问题。区块链可以有效解决ETC数据共享最基础的信任问题和兼容问题。在区块链上，用户既是ETC数据的使用者，也是ETC数据的贡献者，数据的集中度越高，共享数据资源的积极性和主动性就越高。
◆ 10.2.3 典型案例
>> 车联网技术的核心是，利用车载单元与其他车辆、固定基站之间的通信，一方面实现交通信息的大范围协同与共享，另一方面实现自身的智能避障等功能。
◆ 12.1.1 区块链消除数据孤岛
>> 信息化建设发展数十年来，构建了大量的数据系统，但是“数据孤岛”现象日益严重。例如，在一个企业中，客户关系系统、人力资源系统、财务系统，ERP系统、CRM系统等，往往是不通的，使得企业内部的协作有不少障碍。一个企业的内部数据尚且如此，更别说不同企业之间、不同政府部门之间的数据互联互通了。通常，数据孤岛可以分为两种，即物理性数据孤岛和逻辑性数据孤岛。
物理性数据孤岛是指数据在不同部门分别独立存储、独立维护，相互孤立，形成的物理上的孤岛。
逻辑性数据孤岛是指不同部门站在自己的角度对数据进行理解和定义，使一些原本相同的数据被赋予了不同的含义，无形中增加了跨部门数据合作的成本。