區(qū)塊鏈掃盲起源應(yīng)用及技術(shù)

1、區(qū)塊鏈介紹 獨(dú)立架構(gòu)師 唐偉佳,目錄,比特幣價(jià)格從誕生時(shí)的一美元兌換1300比特幣，到峰值時(shí)2萬多美元兌換1個(gè)比特幣 -去中心化 -數(shù)量一定，上限2100萬 -本身不具備任何價(jià)值,你聽過的區(qū)塊鏈-比特幣,挖礦是參與維護(hù)比特幣網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，通過協(xié)助生成新區(qū)塊來獲取一定量新增的比特幣。 當(dāng)用戶發(fā)布交易后，需要有人將交易進(jìn)行確認(rèn)，寫到區(qū)塊鏈中，形成新的區(qū)塊。通過挖礦，每 10 分鐘左右生成一個(gè)不超過 1 MB 大小的區(qū)塊（記錄了這 10 分鐘內(nèi)發(fā)生的驗(yàn)證過的交易內(nèi)容），串聯(lián)到最長的鏈尾部， 每個(gè)區(qū)塊的獎(jiǎng)勵(lì)一開始是 50 個(gè)比特幣，每隔 21 萬個(gè)區(qū)塊自動(dòng)減半，現(xiàn)階段是12.5，最終比特幣總量穩(wěn)定在 2

2、100 萬個(gè)。 比特幣采用了工作量證明 Proof of Work（PoW）的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)共識(shí),你聽過的區(qū)塊鏈-比特幣的挖礦,ICO，全稱Initial Coin Offering，意為“首次代幣發(fā)行”，可以說是以幣換幣：發(fā)行的是區(qū)塊鏈項(xiàng)目的代幣，投資者通常用幣圈認(rèn)知度最高的比特幣或以太幣去兌換。,你聽過的區(qū)塊鏈-ICO,但I(xiàn)CO本質(zhì)上就是：通過一個(gè)還沒有產(chǎn)品落地的項(xiàng)目計(jì)劃，出售項(xiàng)目代幣來籌集資金的金融行為。其基本流程是：項(xiàng)目方寫幾頁白皮書，發(fā)行新的代幣，出售其中一部分，以兌換價(jià)值幾千萬甚至上億的比特幣或以太幣。,互聯(lián)網(wǎng)（信息去中心化）已顛覆世界,區(qū)塊鏈（信用去中心化）卻要顛覆互聯(lián)網(wǎng) 區(qū)塊鏈時(shí)代

3、一旦降臨，就將顛覆我們現(xiàn)在所有的認(rèn)知，我們將跨入一個(gè)全新的時(shí)代，一個(gè)不再有信任危機(jī)的時(shí)代,你聽過的區(qū)塊鏈-顛覆傳統(tǒng),產(chǎn)品追溯 跨境交易 企業(yè)信任 ,現(xiàn)實(shí)存在的問題-信任問題,基于制度的，基于特征的和基于過程的,抗風(fēng)險(xiǎn)能力更強(qiáng) 平等 腐敗與錯(cuò)誤 規(guī)則簡單,現(xiàn)實(shí)存在的問題-中心問題,傳輸不可靠 TCP/IP協(xié)議 故意破環(huán) 拜占庭將軍問題 信息泄密和篡改 加密 證書 摘要,現(xiàn)實(shí)存在的問題-安全可靠問題,貨幣的形態(tài)從實(shí)物貨幣、金屬貨幣、代用貨幣、信用貨幣、電子貨幣到數(shù)字貨幣。貨幣自身的價(jià)值依托也從實(shí)物價(jià)值、發(fā)行方信用價(jià)值。 貨幣（信用卡、紙幣等）需要額外系統(tǒng)（如銀行）來完成生產(chǎn)、分發(fā)、管理等操作，帶來

4、很大的額外成本和使用風(fēng)險(xiǎn)，如偽造、信用卡詐騙、盜刷、轉(zhuǎn)賬等。 實(shí)現(xiàn)一種數(shù)字貨幣，保持既有貨幣的這些特性，消除紙質(zhì)貨幣的缺陷，提升便攜、防偽、辯偽、匿名、交易、資源、發(fā)行等方面的能力。,區(qū)塊鏈起源-數(shù)字貨幣,中心化控制下的數(shù)字貨幣需要一個(gè)中心管控系統(tǒng)。但很多時(shí)候并不存在一個(gè)安全可靠的第三方記賬機(jī)構(gòu)來充當(dāng)這個(gè)中心管控的角色。 貿(mào)易兩國可能缺乏足夠的外匯儲(chǔ)備； 網(wǎng)絡(luò)上的匿名雙方進(jìn)行直接買賣； 交易的兩個(gè)機(jī)構(gòu)彼此互不信任，找不到雙方都認(rèn)可的第三方擔(dān)保； 匯率的變化；可能無法連接到第三方的系統(tǒng)； 第三方的系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)故障 ,區(qū)塊鏈起源-數(shù)字貨幣,起源： 2008 年 10 月 中本聰?shù)娜颂岢隽吮忍貛诺?/p>

5、設(shè)計(jì)白皮書，2009 年公開了最初的實(shí)現(xiàn)代碼,區(qū)塊鏈起源-比特幣,解決的問題： 被掌控在發(fā)行機(jī)構(gòu)手中； 自身的價(jià)值無法保證； 無法匿名化交易。,2014 年開始，比特幣背后的區(qū)塊鏈（Blockchain）技術(shù)受到大家關(guān)注，并正式引發(fā)了分布式記賬本（Distributed Ledger）技術(shù)的革新浪潮。 人們開始意識(shí)到，記賬本相關(guān)的技術(shù)，對(duì)于資產(chǎn)（包括有形資產(chǎn)和無形資產(chǎn)）的管理（包括所有權(quán)和流通）十分關(guān)鍵；而去中心化的分布式記賬本技術(shù)，對(duì)于當(dāng)前開放多維化的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)意義重大。區(qū)塊鏈，正是實(shí)現(xiàn)去中心化記賬本系統(tǒng)的一種極具潛力的可行技術(shù)。 目前，區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)脫離開比特幣，在包括金融、貿(mào)易、征信、物聯(lián)

6、網(wǎng)、共享經(jīng)濟(jì)等諸多領(lǐng)域嶄露頭角。現(xiàn)在當(dāng)人們提到“區(qū)塊鏈”時(shí)，往往已經(jīng)與比特幣網(wǎng)絡(luò)沒有直接聯(lián)系了，除非特別指出是承載比特幣交易系統(tǒng)的“比特幣區(qū)塊鏈”。,區(qū)塊鏈起源-比特幣到區(qū)塊鏈,區(qū)塊鏈起源-比特幣背后的技術(shù),比特幣是區(qū)塊鏈的首個(gè)應(yīng)用,區(qū)塊鏈?zhǔn)侵伪忍貛诺牡讓蛹夹g(shù),狹義,廣義,本質(zhì)是一種分布式記賬同步更新賬本技術(shù)，以去中心化和去信任化的方式，集體維護(hù)一個(gè)可靠數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案。,一種革新和顛覆性的思維理念，去中介化，建立信任社會(huì)，實(shí)現(xiàn)共享,區(qū)塊鏈簡介-定義,區(qū)塊鏈簡介-結(jié)構(gòu),交易（Transaction）：一次操作，導(dǎo)致賬本狀態(tài)的一次改變，如添加一條記錄； 區(qū)塊（Block）：記錄一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的

7、交易和狀態(tài)結(jié)果，是對(duì)當(dāng)前賬本狀態(tài)的一次共識(shí)； 鏈（Chain）：由一個(gè)個(gè)區(qū)塊按照發(fā)生順序串聯(lián)而成，是整個(gè)狀態(tài)變化的日志記錄。,A,B,中心記賬 需要中介做信任擔(dān)保,A,B,C,D,E,F,G,分布式共享記賬 實(shí)現(xiàn)去中介化的信任,分布式架構(gòu),賬本 結(jié)構(gòu),共識(shí) 機(jī)制,Peer-to-Peer模式 非集中架構(gòu)的信任,交易的公開透明和數(shù)據(jù)的不可篡改性,全網(wǎng)共識(shí)機(jī)制 與智能合約,區(qū)塊鏈簡介-創(chuàng)新,區(qū)塊鏈最大的創(chuàng)新:在于去中介化和建立信任度,區(qū)塊鏈簡介-主要特性,網(wǎng)絡(luò)沒有中心化的物理節(jié)點(diǎn)和管理機(jī)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)功能的維護(hù)依賴網(wǎng)絡(luò)中所有具有維護(hù)功能的節(jié)點(diǎn)完成，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地位是平等的，一個(gè)節(jié)點(diǎn)甚至幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的損壞不會(huì)影

8、響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，網(wǎng)絡(luò)具備很強(qiáng)的健壯性。,去中心化,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸是匿名的而且節(jié)點(diǎn)之間不需要互相信任，整個(gè)系統(tǒng)通過公開透明數(shù)學(xué)算法運(yùn)行。節(jié)點(diǎn)彼此數(shù)據(jù)公開，彼此信任，沒有辦法欺騙其他節(jié)點(diǎn)。,去中介信任,系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能獲得一份完整“賬本”的拷貝。除非能夠同時(shí)控制整個(gè)系統(tǒng)中超過 51%的節(jié)點(diǎn)，否則單個(gè)節(jié)點(diǎn)上對(duì)數(shù)據(jù)的修改是無效的，也無法影響其他節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)內(nèi)容。,數(shù)據(jù)可靠,區(qū)塊鏈簡介-分類,區(qū)塊鏈簡介-發(fā)展,貨幣與交易，即應(yīng)用中與現(xiàn)金有關(guān)的加密數(shù)字貨幣,如貨幣、轉(zhuǎn)賬、匯款和數(shù)字支付系統(tǒng)等,智能合約，如股票、債券、期貨、貸款、智能資產(chǎn)和智能合約等更廣泛的非貨幣應(yīng)用,自治與管理，在政府、健康、科學(xué)

9、、文化和藝術(shù)方面有所應(yīng)用。甚至最終實(shí)現(xiàn)去中心化自治社會(huì)的終極效果,區(qū)塊鏈1.0,區(qū)塊鏈2.0,區(qū)塊鏈3.0,可編程貨幣,可編程經(jīng)濟(jì),可編程社會(huì),區(qū)塊鏈應(yīng)用-商業(yè)價(jià)值,區(qū)塊鏈應(yīng)用-銀行金融領(lǐng)域,區(qū)塊鏈技術(shù)可以為金融服務(wù)提供有效可靠的所屬權(quán)證明和相當(dāng)強(qiáng)的中介擔(dān)保機(jī)制 加拿大央行開發(fā)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字版加拿大元（名稱為 CAD 幣），以允許用戶可以使用加元來兌換該數(shù)字貨幣。經(jīng)過驗(yàn)證的對(duì)手方將會(huì)處理交易，如果需要，銀行將保留銷毀CAD幣的權(quán)利。 英國銀行已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基于分布式賬本平臺(tái)的數(shù)字化貨幣系統(tǒng)。RSCoin 目標(biāo)是提供一個(gè)由中央銀行控制的數(shù)字貨幣，采用了雙層鏈架構(gòu)、改進(jìn)版的 2PC 提交，以及多

10、鏈條之間的交叉驗(yàn)證機(jī)制。因?yàn)橹饕茄胄泻拖聦巽y行之間使用，通過提前建立一定的信任基礎(chǔ)，可以提供較好的處理性能。 中國郵儲(chǔ)銀行布攜手 IBM 推出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的資產(chǎn)托管系統(tǒng)，為中國銀行業(yè)首次將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)成功用于核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)。,區(qū)塊鏈應(yīng)用-支付領(lǐng)域,區(qū)塊鏈應(yīng)用-證券領(lǐng)域,區(qū)塊鏈應(yīng)用-征信,企業(yè)A數(shù)據(jù),企業(yè)B數(shù)據(jù),企業(yè)C數(shù)據(jù),區(qū)塊鏈,區(qū)塊鏈應(yīng)用-權(quán)屬管理,交易,A,B,房產(chǎn)中介,房管局,1，物品的所有權(quán)是寫在數(shù)字鏈上的，誰都無法修改 2，智能合約，確保合同準(zhǔn)確執(zhí)行,區(qū)塊鏈應(yīng)用-物聯(lián)網(wǎng),區(qū)塊鏈應(yīng)用-其他,區(qū)塊鏈技術(shù)-關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn),區(qū)塊鏈技術(shù)-核心技術(shù)分解,區(qū)塊鏈技術(shù)-分布式系統(tǒng)：一致性,存在如下

11、的問題： 1，節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)通訊是不可靠的，包括任意延遲和內(nèi)容故障； 2，節(jié)點(diǎn)的處理可能是錯(cuò)誤的，甚至節(jié)點(diǎn)自身隨時(shí)可能宕機(jī)； 3，同步調(diào)用會(huì)讓系統(tǒng)變得不具備可擴(kuò)展性 理想的分布式系統(tǒng)一致性應(yīng)該滿足： 1，可終止性（Termination）：一致的結(jié)果在有限時(shí)間內(nèi)能完成； 2，共識(shí)性（Consensus）：不同節(jié)點(diǎn)最終完成決策的結(jié)果應(yīng)該相同； 3，合法性（Validity）：決策的結(jié)果必須是其它進(jìn)程提出的提案。,區(qū)塊鏈技術(shù)-分布式系統(tǒng)：共識(shí)算法,區(qū)塊鏈技術(shù)-分布式系統(tǒng)： Paxos,Paxos 是第一個(gè)被證明的共識(shí)算法，其原理基于兩階段提交并進(jìn)行擴(kuò)展。 proposer：提出一個(gè)提案，等待大家批

12、準(zhǔn)為結(jié)案。往往是客戶端擔(dān)任該角色； acceptor：負(fù)責(zé)對(duì)提案進(jìn)行投票。往往是服務(wù)端擔(dān)任該角色； learner：被告知結(jié)案結(jié)果，并與之統(tǒng)一，不參與投票過程?？赡転榭蛻舳嘶蚍?wù)端。,區(qū)塊鏈技術(shù)-分布式系統(tǒng)： Raft,Raft算法是Paxos 算法的一種簡化實(shí)現(xiàn)。 Leader（領(lǐng)導(dǎo)者）：負(fù)責(zé)日志的同步管理，處理來自客戶端的請(qǐng)求，與Follower保持這heartBeat的聯(lián)系；,Follower（追隨者）：剛啟動(dòng)時(shí)所有節(jié)點(diǎn)為Follower狀態(tài)，響應(yīng)Leader的日志同步請(qǐng)求，響應(yīng)Candidate的請(qǐng)求，把請(qǐng)求到Follower的事務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)給Leader； Candidate（候選者）：負(fù)

13、責(zé)選舉投票，Raft剛啟動(dòng)時(shí)由一個(gè)節(jié)點(diǎn)從Follower轉(zhuǎn)為Candidate發(fā)起選舉，選舉出Leader后從Candidate轉(zhuǎn)為Leader狀態(tài)；,區(qū)塊鏈技術(shù)-分布式系統(tǒng)： 拜占庭錯(cuò)誤,對(duì)于拜占庭問題來說，假如節(jié)點(diǎn)總數(shù)為 N，叛變將軍數(shù)為 F，則當(dāng)時(shí)，問題才有解，即 Byzantine Fault Tolerant (BFT) 算法。,1999 年提出的 Practical Byzantine Fault Tolerant（PBFT）是第一個(gè)得到廣泛應(yīng)用的 BFT 算法。只要系統(tǒng)中有2/3的節(jié)點(diǎn)是正常工作的，則可以保證一致性。 PBFT 算法包括三個(gè)階段來達(dá)成共識(shí)：Pre-Prepare、

14、Prepare 和 Commit。 PoW（Proof of Work） 算法是限制一段時(shí)間內(nèi)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)提案的個(gè)數(shù)（增加提案成本），另外是放寬對(duì)最終一致性確認(rèn)的需求，約定好大家都確認(rèn)并沿著已知最長的鏈進(jìn)行拓寬。系統(tǒng)的最終確認(rèn)是概率意義上的存在。這樣，即便有人試圖惡意破壞，也會(huì)付出很大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)（付出超過系統(tǒng)一半的算力）。,區(qū)塊鏈技術(shù)-分布式系統(tǒng)： FLP不可能原理,FLP 不可能原理：在網(wǎng)絡(luò)可靠，存在節(jié)點(diǎn)失效（即便只有一個(gè)）的最小化異步模型系統(tǒng)中，不存在一個(gè)可以解決一致性問題的確定性算法。,Fischer, Lynch 和 Patterson 三位作者于 1985 年發(fā)表論文，不要浪費(fèi)時(shí)間

15、去為異步分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)在任意場景下都能實(shí)現(xiàn)共識(shí)的算法。 科學(xué)告訴你什么是不可能的；工程則告訴你，付出一些代價(jià)，我可以把它變成可能。,區(qū)塊鏈技術(shù)-分布式系統(tǒng)： CAP原理,分布式領(lǐng)域CAP理論 Consistency(一致性), 數(shù)據(jù)一致更新，所有數(shù)據(jù)變動(dòng)都是同步的 Availability(可用性), 好的響應(yīng)性能 Partition tolerance(分區(qū)容錯(cuò)性) 可靠性 定理：任何分布式系統(tǒng)只可同時(shí)滿足二點(diǎn)，沒法三者兼顧。 忠告：架構(gòu)師不要將精力浪費(fèi)在如何設(shè)計(jì)能滿足三者的完美分布式系統(tǒng)，而是應(yīng)該進(jìn)行取舍。,區(qū)塊鏈技術(shù)-分布式系統(tǒng)： ACID 和BASE,ACID: Atomicity(原

16、子性) Consistency(一致性) Isolation(隔離性) Durability(持久性) BASE模型反ACID模型，完全不同ACID模型，犧牲高一致性，獲得可用性或可靠性： Basically Available基本可用。支持分區(qū)失敗(e.g. sharding碎片劃分?jǐn)?shù)據(jù)庫) Soft state軟狀態(tài) 狀態(tài)可以有一段時(shí)間不同步，異步。 Eventually consistent最終一致，最終數(shù)據(jù)是一致的就可以了，而不是時(shí)時(shí)高一致。 BASE思想的主要實(shí)現(xiàn)有 1.按功能劃分?jǐn)?shù)據(jù)庫 2.sharding碎片,區(qū)塊鏈技術(shù)-分布式系統(tǒng)： 可靠性指標(biāo),如何提升可靠性，有兩方案：一是讓

17、系統(tǒng)中的單點(diǎn)變得更可靠；二是消滅單點(diǎn)。,區(qū)塊鏈技術(shù)-密碼學(xué)與安全：HASH及摘要,Hash （哈希或散列）算法能任意長度的二進(jìn)制值（明文）映射為較短的固定長度的二進(jìn)制值（Hash 值），并且不同的明文很難映射為相同的 Hash 值。,目前流行的 Hash 算法包括 MD5、SHA-1 和 SHA-2。 數(shù)字摘要是 Hash 算法最重要的一個(gè)用途，解決確保內(nèi)容沒被篡改過的問題（利用 Hash 函數(shù)的抗碰撞性特點(diǎn)）,區(qū)塊鏈技術(shù)-密碼學(xué)與安全：加解密算法,區(qū)塊鏈技術(shù)-密碼學(xué)與安全：數(shù)字簽名,數(shù)字簽名用于證實(shí)某數(shù)字內(nèi)容的完整性（integrity）和來源 A 先對(duì)文件進(jìn)行摘要，然后用自己的私鑰進(jìn)行加密

18、，將文件和加密串都發(fā)給 B。B 收到后文件和加密串，用 A 的公鑰來解密加密串，得到原始的數(shù)字摘要，跟對(duì)文件進(jìn)行摘要后的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。,區(qū)塊鏈技術(shù)-密碼學(xué)與安全：PKI,PKI 是建立在公私鑰基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)安全可靠傳遞消息和身份確認(rèn)的一個(gè)通用框架 CA（Certification Authority）：負(fù)責(zé)證書的頒發(fā)和作廢，接收來自 RA 的請(qǐng)求，是最核心的部分； RA（Registration Authority）：對(duì)用戶身份進(jìn)行驗(yàn)證，校驗(yàn)數(shù)據(jù)合法性，負(fù)責(zé)登記，審核過了就發(fā)給 CA； 證書數(shù)據(jù)庫：存放證書，一般采用 LDAP 目錄服務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)格式采用 X.500 系列。 數(shù)字證書用來證明某個(gè)公鑰是誰的，并且內(nèi)容是正確的，數(shù)字證書就是像一個(gè)證書一樣，證明信息和合法性。由證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)（CA）來簽發(fā)，數(shù)字證書內(nèi)容可能包括版本、序列號(hào)、簽名算法類型、簽發(fā)者信息、有效期、被簽發(fā)人、簽發(fā)的公開密鑰、CA 數(shù)字簽名、其它信