區(qū)塊鏈技術(shù)的起源演變和發(fā)展

1、區(qū)塊鏈技術(shù)起源、演進與發(fā)展第1頁4.1區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展路線4.2區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展前景3.1金融服務(wù)3.2.征信管理3.3跨境投資管理2.1區(qū)塊鏈 演進2.2區(qū)塊鏈分類2.3區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)1.1比特幣起源1.2比特幣中區(qū)塊鏈1.3比特幣中交易1.4挖礦原理概述1.從比特幣到區(qū)塊鏈2.深入了解區(qū)塊鏈4.區(qū)塊鏈未來3.區(qū)塊鏈應(yīng)用場景360第2頁從比特幣到區(qū)塊鏈360第3頁1比特幣起源2比特幣中區(qū)塊鏈3比特幣中交易從比特幣到區(qū)塊鏈4挖礦原理概述360第4頁什么是比特幣？1.1比特幣起源 A purely peer-to-peer version of electronic cash would allow

2、 online payments to be sent directly from one party to another without going through a financial institution. Satoshi Nakamoto, “Bitcoin: a peer to peer electronic cash system”， 比特幣采取密碼技術(shù)來控制貨幣產(chǎn)生和轉(zhuǎn)移，所以被稱為密碼貨幣（Cryptocurrency）。比特幣采取去中心化發(fā)行方式，經(jīng)過工作量證實計算產(chǎn)生，采取分布式賬本技術(shù)（區(qū)塊鏈）來確認并統(tǒng)計全部交易過程，通常被認為是區(qū)塊鏈第一個成功應(yīng)用案例。360第

3、5頁什么是比特幣？1.1比特幣起源 BitCoin網(wǎng)絡(luò)中任意兩個用戶可在無可信第三方參加情況下進行P2P交易，并將每筆交易計入總帳中。360第6頁怎樣處理信任問題？ 在比特幣出現(xiàn)之前，普通采取建立可信第三方機構(gòu)方法，對交易進行統(tǒng)計。這種情景下，數(shù)字貨幣流通對第三方機構(gòu)依賴程度很高，所以要求第三方含有很強可靠性，同時存在第三方作惡可能性。AB1010001101能不能構(gòu)建一個去中心化可信記賬系統(tǒng)呢？AB14235點對點網(wǎng)絡(luò)1.1比特幣起源360第7頁比特幣信任構(gòu)建方法經(jīng)過區(qū)塊鏈技術(shù)處理信任問題交易被打包成區(qū)塊,區(qū)塊“鏈接”在一起形成區(qū)塊鏈選取最長鏈作為主鏈，全網(wǎng)共識，確保賬本一致在多數(shù)人參加者是

4、老實情況下，系統(tǒng)是安全1.1比特幣起源360第8頁1比特幣起源2比特幣中區(qū)塊鏈3比特幣中交易從比特幣到區(qū)塊鏈4挖礦原理概述360第9頁比特幣中區(qū)塊鏈1.2比特幣中區(qū)塊鏈BitCoin采取了去中心化區(qū)塊鏈技術(shù)來完成交易記賬360第10頁比特幣中區(qū)塊鏈14235比特幣網(wǎng)絡(luò)賬本. . .1交易列表12交易列表23交易列表3n交易列表n區(qū)塊1.2比特幣中區(qū)塊鏈blockblock360第11頁區(qū)塊區(qū)塊是一個統(tǒng)計交易數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊主體組成。區(qū)塊頭包含了除了交易相關(guān)信息以外全部信息，區(qū)塊主體負責(zé)統(tǒng)計前一段時間內(nèi)全部交易信息。區(qū)塊整體結(jié)構(gòu)區(qū)塊示意圖區(qū)塊頭結(jié)構(gòu)1.2比特幣中區(qū)塊鏈360第12

5、頁區(qū)塊鏈每個區(qū)塊經(jīng)過包含上一區(qū)塊hash值方式，使得區(qū)塊“鏈接”起來組成區(qū)塊鏈。1.2比特幣中區(qū)塊鏈360第13頁1比特幣起源2比特幣中區(qū)塊鏈3比特幣中交易從比特幣到區(qū)塊鏈4挖礦原理概述360第14頁公鑰、地址公鑰經(jīng)過這么一個過程得到：K = k * G。其中k是私鑰，G是橢圓曲線成點常數(shù)點，K是所得公鑰。其反向運算， 被稱為離散對數(shù)問題，即已知公鑰 K 來求出私鑰 k是常困難。比特幣地址是由公鑰經(jīng)過哈希運算再經(jīng)過Base58Check編碼后生成。它是系統(tǒng)中用戶身份標識。1.3比特幣中交易360第15頁私鑰個特幣地址中全部資控制權(quán)取決于對應(yīng)私鑰全部權(quán)和控制權(quán)。在特幣交易中，私鑰于成付特幣所必需

6、署名以證實資全部權(quán)。比特幣私鑰其實是隨機生成二進制隨機數(shù)，有效私鑰范圍取決于比特幣使用橢圓曲線數(shù)字署名標準。私鑰必須保密和備份。1.3比特幣中交易360第16頁交易筆特幣交易是個含有輸值和輸出值數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。創(chuàng)建交易過程就是“填寫”交易需要數(shù)據(jù)。交易結(jié)構(gòu)1.3比特幣中交易360第17頁交易結(jié)構(gòu)特幣交易基本單位是未花費交易輸出，簡稱UTXO（Unspent Transaction Output）。比特幣幣值最小單位是聰，類似于人民幣中分，1聰為0.00000001個比特幣，UTXO是一定數(shù)量聰。被交易消耗UTXO稱為交易輸。由交易創(chuàng)建UTXO稱為交易輸出。1.3比特幣中交易360第18頁交易過程1.

7、3比特幣中交易360第19頁交易示例Alice下載一個比特幣客戶端?？蛻舳俗詣由梢粋€錢包，隨機生成一個私鑰和對應(yīng)比特幣地址。1.3比特幣中交易360第20頁獲取比特幣，向朋友Joe現(xiàn)金購置。按下發(fā)送鍵后錢包創(chuàng)建一筆交易Joe私鑰署名這筆交易公告比特幣全網(wǎng)礦工經(jīng)過“挖礦”，使交易包含在一個區(qū)塊中將區(qū)塊存放到全網(wǎng)公開賬本（區(qū)塊鏈）交易示例1.3比特幣中交易360第21頁Alice去Bob咖啡店消費。交易示例1.3比特幣中交易360第22頁1比特幣起源2比特幣中區(qū)塊鏈3比特幣中交易從比特幣到區(qū)塊鏈4挖礦原理概述360第23頁挖礦（達成全網(wǎng)共識）驗證交易每個全節(jié)點依據(jù)統(tǒng)一標準對每個交易進驗證。驗證交

8、易經(jīng)過后，將交易加入交易池中。構(gòu)建區(qū)塊礦交易池中一組交易構(gòu)建個候選區(qū)塊主題，再構(gòu)建區(qū)塊頭。校驗并廣播區(qū)塊礦工成功構(gòu)建一個區(qū)塊后，廣播該區(qū)塊到鄰近節(jié)點。其它節(jié)點接到區(qū)塊后依據(jù)統(tǒng)一標準對區(qū)塊進獨驗證，驗證經(jīng)過后再廣播該區(qū)塊，并將區(qū)塊組裝到節(jié)點保留區(qū)塊鏈上。將區(qū)塊組裝進區(qū)塊鏈因為區(qū)塊鏈是去中化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以不一樣節(jié)點間狀態(tài)會有不一致，但組裝區(qū)塊時，全部節(jié)點都遵從選擇“最長”區(qū)塊鏈，這么整個特幣絡(luò)最終會收斂到致狀態(tài)。1.4挖礦原理概述360第24頁1.4挖礦原理概述POW 共識機制POW（Proof Of Work），工作量證實。關(guān)鍵思想是經(jīng)過計算能力競爭方式來確保數(shù)據(jù)一致性從而達成共識。在比特幣系統(tǒng)

9、中，各節(jié)點 ( 即礦工 ) 基于各自計算機算力相互競爭來處理一個求解困難但驗證輕易 問題，最快處理該難題 節(jié)點取得區(qū)塊記賬權(quán)，即該參加方創(chuàng)建了一個區(qū)塊，全部其它參加方更新當(dāng)?shù)赜驂K鏈。360第25頁1.4挖礦原理概述區(qū)塊頭結(jié)構(gòu)隨機數(shù)版本號前一 區(qū)塊hash值Merkle根hash值時間戳目標值區(qū)塊頭結(jié)構(gòu)版本號區(qū)塊版本號，表示本區(qū)塊恪守驗證規(guī)則時間戳該區(qū)塊產(chǎn)生近似時間，準確到秒前一區(qū)塊hash值前一區(qū)塊哈希值，使用SHA256(SHA256(父區(qū)塊頭)計算360第26頁1.4挖礦原理概述區(qū)塊頭結(jié)構(gòu)隨機數(shù)版本號前一 區(qū)塊hash值Merkle根hash值時間戳目標值區(qū)塊頭結(jié)構(gòu)Merkle根hash值

10、該區(qū)塊中交易Merkle樹根哈希值，用于驗證交易是否存在，一樣采取SHA256(SHA256()計算目標值該區(qū)塊工作量證實算法目標值目標值 = 最大目標值 / 難度值新難度值 = 舊難度值 * ( 過去個區(qū)塊花費時長 / 0 分鐘 )其中最大目標值為一個恒定值：0 x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF隨機數(shù)為了找到滿足目標值所設(shè)定隨機數(shù)360第27頁1.4挖礦原理概述POW過程隨機數(shù)版本號前一 區(qū)塊hash值Merkle根hash值時間戳目標值區(qū)塊頭結(jié)構(gòu)創(chuàng)建區(qū)塊頭選取隨機值計算hash（區(qū)塊頭）小于目

11、標值？開始結(jié)束是否創(chuàng)建交易列表，經(jīng)過Merkle Tree算法生成Merkle根HashMerkle 根Hash與其它相關(guān)字段組裝成區(qū)塊頭，將區(qū)塊頭80字節(jié)數(shù)據(jù)（Block Header）作為工作量證實輸入不停變更區(qū)塊頭中隨機數(shù)即nonce數(shù)值，并對每次變更后區(qū)塊頭做雙重SHA256運算（即SHA256(SHA256(區(qū)塊頭)），將結(jié)果值與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)目標值做對比，假如小于目標值，則解題成功，工作量證實完成。360第28頁1.4挖礦原理概述POW優(yōu)點算法簡單，輕易實現(xiàn)節(jié)點間無需交換額外信息即可達成共識破壞系統(tǒng)需要投入極大成本缺點浪費能源區(qū)塊確實認時間難以縮短360第29頁挖礦作用挖礦在構(gòu)建區(qū)塊時會

12、創(chuàng)造新比特幣,類似中央銀行印發(fā)新紙幣。比特幣總數(shù)是固定,創(chuàng)建比特幣速度隨時間下降。挖礦創(chuàng)建信任。挖礦確保只有在包含交易區(qū)塊上貢獻了足夠計算量后,這些交易才被確認。區(qū)塊越多,花費計算量越大,數(shù)據(jù)越難篡改，意味著更多信任。挖礦實現(xiàn)了在沒有中機構(gòu)情況下， 也能使整個特幣絡(luò)達成共識。1.4挖礦原理概述360第30頁區(qū)塊鏈技術(shù)演進360第31頁區(qū)塊鏈演進 狹義來講, 區(qū)塊鏈是一個按照時間次序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以次序相連方式組合成一個鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 并以密碼學(xué)方式確保不可篡改和不可偽造分布式賬本。 廣義來講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證與存放數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)方式確保

13、數(shù)據(jù)傳輸和訪問安全、利用由自動化腳本代碼組成智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)一個全新分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算范式。中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書（）360第32頁1. 技術(shù)起源數(shù)據(jù)庫技術(shù)非對稱加密算法P2P網(wǎng)絡(luò)數(shù)字貨幣360第33頁2. 區(qū)塊鏈1.0數(shù)字貨幣區(qū)塊鏈就是一個無須中介參加，亦能在互不信任或弱信任參加者之間維系一套不可篡改賬本統(tǒng)計技術(shù)。1、以區(qū)塊為單位鏈狀數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)2、全網(wǎng)共享賬本3、非對稱加密4、源代碼開源360第34頁3. 區(qū)塊鏈2.0智能合約智能合約區(qū)塊鏈系統(tǒng)中應(yīng)用，是已編碼、可自動運行業(yè)務(wù)邏輯，通常有自己代幣和專用開發(fā)語言。虛擬機EVM用于執(zhí)行智能合約編譯后代碼。虛擬機是圖靈完備。分布式

14、應(yīng)用（DAPP） 包含用戶界面應(yīng)用，包含但不限于各種加密貨幣，如以太坊錢包。 經(jīng)典特征：360第35頁 4. 區(qū)塊鏈類型共享目標共享賬本共享狀態(tài)機關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)塊鏈分布式總賬節(jié)點準入規(guī)則公有鏈聯(lián)盟鏈專有鏈代際演進1.0支撐去中心化交易和支付系統(tǒng)2.0經(jīng)過智能合約支撐行業(yè)應(yīng)用3.0支撐去中心化社會體系360第36頁區(qū)塊鏈2.0經(jīng)典案例 - 以太坊 以太坊目標是基于智能合約、競爭幣和鏈上元協(xié)議概念進行整合和提升，使得開發(fā)者能夠創(chuàng)建任意基于共識、可擴展、標準化、特征完備、易于開發(fā)和協(xié)同應(yīng)用。以太坊經(jīng)過建立內(nèi)置有圖靈完備編程語言區(qū)塊鏈，使得任何人都能夠在平臺上創(chuàng)建合約和去中心化應(yīng)用，并在其中設(shè)置他們自

15、由定義全部權(quán)規(guī)則、交易方式和狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)。以太坊比比特幣腳本所能提供智能合約強大得多。360第37頁POS 共識機制POS（Proof Of Stake），權(quán)益證實。關(guān)鍵思想：持有權(quán)益越大，挖到區(qū)塊概率越大。8月，“Sunny King”提出PeerCoin(PPC)，首次采取PoW機制發(fā)行新幣，采取PoS機制維護網(wǎng)絡(luò)安全。只有持有PPC才能挖礦，參加網(wǎng)絡(luò)安全維護。360第38頁POS挖礦方程 Hash(Kernel)Target*幣齡Kernel類似于POW中區(qū)塊頭，Target類似于POW中隨機數(shù)。能夠看到幣齡（即權(quán)益）越大，挖礦成功概率越大在PoS挖礦過程中，只需要客戶端PPCom錢包中

16、有存放超出30天PPC，就能夠自動開始PoS挖礦。當(dāng)挖到一個Block后，系統(tǒng)會消耗掉幣齡，按照消耗幣齡數(shù)量來取得挖礦獎勵。幣齡（Coin Age）貨幣持有時間段。比如A從B那里收到了10個幣，而且持有90天，那么A就搜集到了900幣天（coin-days）幣齡.假如A使用了從B收到這10個幣，就認為A從這10個幣上積累幣齡被消耗（銷毀）了.360第39頁POS優(yōu)點在一定程度上縮短了共識達成時間不再需要大量消耗能源挖礦缺點記賬權(quán)利可能過分集中在首次發(fā)行者，安全性得不到確保還是需要挖礦，本質(zhì)上沒有處理商業(yè)應(yīng)用痛點360第40頁聯(lián)盟鏈案例 Hyperledger 360第41頁 聯(lián)盟鏈案例 Hyp

17、erledger Fabric 組成360第42頁PBFT共識機制拜占庭將軍問題拜占庭帝國軍隊將軍們必須全體一致決定是否攻擊某一支敵軍。問題是這些將軍在地理上是分隔開來，而且將軍中存在叛徒。叛徒能夠任意行動以到達以下目標：坑騙一些將軍采取進攻行動；促成一個不是全部將軍都同意決定，如當(dāng)將軍們不希望進攻時促成進攻行動；或者迷惑一些將軍，使他們無法做出決定。假如叛徒到達了這些目標之一，則任何攻擊行動結(jié)果都是注定要失敗，只有完全達成一致努力才能取得勝利。拜占庭假設(shè)是對現(xiàn)實世界模型化，因為硬件錯誤、網(wǎng)絡(luò)擁塞或斷開以及遭到惡意攻擊，計算機和網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)不可預(yù)料行為。PBFT（Practical Byzan

18、tine Fault Tolerance），實用拜占庭容錯算法。在一個3f+1節(jié)點分布式系統(tǒng)中， 能夠允許有不超出f個節(jié)點失效。360第43頁PBFT從全網(wǎng)節(jié)點選舉出一個主節(jié)點（Leader），新區(qū)塊由主節(jié)點負責(zé)生成Pre-Prepare：每個節(jié)點把客戶端發(fā)來交易向全網(wǎng)廣播，主節(jié)點0將從網(wǎng)絡(luò)搜集到需放在新區(qū)塊內(nèi)多個交易排序后存入列表，并將該列表向全網(wǎng)廣播，擴散至123Prepare：每個節(jié)點接收到交易列表后，依據(jù)排序模擬執(zhí)行這些交易。全部交易執(zhí)行完后，基于交易結(jié)果計算新區(qū)塊哈希摘要，并向全網(wǎng)廣播，1-023，2-013，3因為宕機無法廣播Commit：假如一個節(jié)點收到2f（f為可容忍拜占庭節(jié)點

19、數(shù)）個其它節(jié)點發(fā)來摘要都和自己相等，就向全網(wǎng)廣播一條commit消息Reply：假如一個節(jié)點收到2f+1條commit消息，即可提交新區(qū)塊及其交易到當(dāng)?shù)貐^(qū)塊鏈。360第44頁PBFT優(yōu)點系統(tǒng)運轉(zhuǎn)能夠脫離幣存在，可用性強共識時延短，基本到達商用實時處理要求共識效率高，可滿足高頻交易量需求缺點當(dāng)有1/3或以上節(jié)點失效后，系統(tǒng)將無法提供服務(wù)不適合節(jié)點數(shù)量過多場景，擴展性較差360第45頁 fabric-ca聯(lián)盟鏈案例 Hyperledger Fabric1.0 體系架構(gòu)Fabric 1.0 提出了將應(yīng)用層共識同全局數(shù)據(jù)一致性算法相分離設(shè)計邏輯。360第46頁區(qū)塊鏈應(yīng)用場景360第47頁區(qū)塊鏈應(yīng)用場景

20、區(qū)塊鏈應(yīng)用場景，需要從區(qū)塊鏈本身特征出發(fā)進行分析。區(qū)塊鏈含有去中心化、不可篡改、安全可靠等特征。未來幾年內(nèi)，可能深入應(yīng)用區(qū)塊鏈場景將包含：360第48頁金融服務(wù)主要是降低交易成本，降低跨組織交易風(fēng)險等。金融服務(wù)包括領(lǐng)域包含證券、貨幣、保險、捐贈等。貴陽市區(qū)塊鏈精準扶貧項目是一個比較成功案例，建立區(qū)塊鏈扶貧誠信積分系統(tǒng)，實現(xiàn)扶貧工作全流程精準管理，預(yù)防弄虛作假、徇私舞弊。360第49頁征信管理當(dāng)前征信相關(guān)大量有效數(shù)據(jù)主要集中在少數(shù)機構(gòu)手中。這些數(shù)據(jù)依然存在數(shù)據(jù)量不足、相關(guān)度較差、時效性不足等缺點。區(qū)塊鏈將可能提供前所未有規(guī)模相關(guān)性極高數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈存在著無法篡改、不可抵賴特征?；趨^(qū)塊鏈信用機制將天然具備穩(wěn)定性和中立性。包含 IDG、騰訊、安永、普華永道等都紛紛投資或進入基于區(qū)塊鏈征信管理領(lǐng)域，尤其是跟保險和互助經(jīng)濟相關(guān)應(yīng)用場景。360第50頁跨境投資管理在國際貿(mào)易活動，買賣雙方可能互不信任。所以需要兩家銀行作為買賣雙方保證