区块链技术及应用

第3章区块链与加密数字货币的关系第3章
区块链与加密数字货币的关系3.1“链”与“币”的关系
每当提到区块链的时候，很多人会将其等同于比特币。虽然区块链技术源自比特币，甚至“区块链”的命名也是来自比特币，但区块链和比特币并不能混为一谈。
从区块链应用发展历程看，区块链技术源于比特币，类似发动机技术源于汽车，但其也可应用于轮船、火车等；比特币是区块链的成功应用，区块链是比特币的底层技术和基础架构。比特币及模仿它基于区块链技术开发的其他加密数字货币，只是区块链的第一阶段应用，并不意味着区块链只能应用在比特币或加密数字货币上。
2013年底，Vitalik Buterin发表以太坊（Ethereum）白皮书，将“智能合约”的概念引入区块链技术中，这标志着区块链技术应用场景已不再局限于加密数字货币领域。智能合约使得区块链实现了图灵完备（Turing Complete）——可基于区块链开发适用于任何场景的应用程序。包含智能合约等技术的区块链被称为第二代区块链。目前区块链的应用场景已扩展至金融、供应链、政务服务、物联网、社交、共享经济等领域，由此可见，加密数字货币只是区块链的应用场景之一，区块链应用场景不仅局限于加密数字货币，二者属于包含关系。
区块链按照访问和管理权限可以分为公有链(Public Blockchain)、联盟链(Consortium Blockchain)和私有链(Private Blockchain)。公有链是完全开放的区块链，全世界的人都可以参与系统维护工作，而联盟链或私有链则是有限个群体或者组织参与的区块链。“币”在不同的区块链系统的作用和必要性不同，“币”只是公有链经济生态和模型中的一部分，区块链技术并不一定要有“币”。
公有链离开“币”的概念难以存活，这是由于公有链的开发、维护和节点的建设、运行，都需要社会大众的参与和付出，如果没有“币”作为激励，他们参加的动力从哪里来？另外，公有链对“币”的依赖也部分源自于其共识算法。通常，公有链共识算法的核心思想都是通过经济激励来鼓励节点对系统的贡献和付出，通过经济惩罚来阻止节点作恶，这种激励和惩罚的载体便是“币”。没有基于“币”的、合理的经济模型，就没有人愿意参与到公链的开发及维护中来。联盟链和私有链则与此完全不同。联盟链或私有链的参与节点的投资和收益都是较为特殊的，参与者希望从链上获得可信数据或共同完成某种业务，所以他们更有义务和责任去维护区块链系统的稳定运行。因此，PBFT及其变种算法成为这种场景下的共识算法首选，这样，系统中一般也就不会出现“币”的概念。
从区块链技术的发展演进来看，区块链是多种技术的集成，包括智能合约、共识算法、对等网络、账本数据存储、安全隐私保护等，其本身也在不断进行技术创新。而比特币只是区块链多种技术整合的一种形式，比如，比特币提供的脚本非常简单，该脚本的表达能力非图灵完备；比特币采用工作量证明（PoW）的共识算法，而工作量证明只是多种共识算法中的一种；安全隐私保护方面，比特币通过简单的地址匿名实现对隐私的保护，而区块链技术中可使用同态加密、零知识证明等方法实现更广泛、更严格的隐私保护需求。使用不同的技术组合，可以将区块链应用于不同的企业级应用中。
随着越来越多的政府和企业使用区块链技术，隐私保护的要求逐步凸显，如保护交易者身份、交易的内容（转账金额、物流追溯中的位置等）。各个记账节点需要在保护隐私、数据密文传输的存储的前提下验证交易的合法性。不同应用的隐私保护需求不尽相同，很多需求在加密数字货币中是不存在的，因此迫切需要发展区块链技术解决这些问题。另一个要考虑的技术发展需求是监管的要求，以比特币为代表的加密数字货币有躲避监管之嫌，但是现实中公司之间的商业往来都要合规、满足监管要求，这就为区块链技术带来了新的挑战。当前一些监管问题已经找到了解决方案，其他的还在继续研究开发中。在解决这些挑战的同时，区块链技术得到了长足的发展和不断的革新。
另外，资本市场对于加密数字货币的青睐为区块链的发展提供了资源和机会，而区块链的不断发展又为加密数字货币类应用提供了更加可靠的保障，这也加固了资本市场的投资信心，二者成了相辅相成的关系。
3.2“链圈”与“币圈”之争
虽然区块链和加密数字货币并不等同，但由于其关系密切，当大家谈论其中一个时，必然会提到另一个。有些人认为区块链技术更有价值，而有些人则热衷于投资加密数字货币，由此形成了两个不同的圈子，分别被称为“链圈”和“币圈”。
“链圈”的人关注区块链技术本身，包括大量企业创新人员、技术人员、非技术出身而对其感兴趣的人等人群，他们或研究算法以提高区块链的性能，或研究区块链的应用场景以加快其落地。对他们而言，加密数字货币只是区块链最原始的应用，区块链的潜力远不止于加密数字货币。“链圈”相信区块链技术是一场革命，能够重塑未来社会的生产关系。
“币圈”的人则主要关心加密货数字币的价值，并期望能够从中牟利。“币圈”的人包括一些投资人和投资机构，也包括一些对区块链技术丝毫不了解的投机散户。“币圈”的人也有两类，一类坚信区块链的价值，并愿意对一些币种进行长期投资，这些人可能也是“链圈”的人；另一类人并不关心区块链的长期价值，只想通过交易这些加密数字货币来获取利润。
这里的“币”在英文里面可以指“coin”，也可以指“token”。这两个单词在某些场景下，尤其在“币圈”的一些人眼中，是等效的，都是指加密数字货币，人们可以在交易所对其进行买卖。但“token”对于“链圈”的人来说意义则更广泛一些。为了和“coin”在中文里做出区分，“token”会被翻译为“通证”或“代币”。“通证”一般是由智能合约生成的，它的密码学性质使得它的拥有者是唯一确定的，且只有其拥有者有权限对其声明拥有权和转让权。所以“通证”的本质是一种权益的证明，它可以作为一种虚拟资产而存在。而与此对应，“coin”的密码学性质和“token”是一样的，但不同之处在于，它通常是指区块链主链上的加密数字货币，一般用来奖励矿工对其所参与的链的贡献。
由于智能合约可以生成代币，所以任何人或机构都可以在一个支持智能合约的公有链（如以太坊）上面发行自己的代币。如果一个机构将这个代币和一个有价值的事物绑定，比如股权，并使得别人相信这个价值在未来可以增加，那么就会有许多“币圈”的人来用他们的比特币或以太币来兑换这个代币。这家机构也因此可以募集大量的比特币或以太币。这个过程非常类似于大公司上市时的首次公开募股IPO，因此，这种融资方式被称为首次代币发行（Initial Coin Offering，ICO）。
传统的融资方式通常需要很严格的资质审批，门槛较高，而区块链技术使得融资门槛大幅度降低，小型机构也能够在全球范围内大量的融资。表面看起来这好像是传统金融业的进步，但实际上有时候会被一些人用来做非法集资。2017年，ICO出现了爆炸式增长，有许多ICO获得了非常高额的收益，这造成了巨大的泡沫，也使得区块链技术名声在一些不明内情的人心中变坏，很多人甚至直接将区块链与诈骗相关联。对于“币圈”的这种不理性行为，“链圈”人士痛心不已，因此某些“链圈”的人会对“币圈”持不屑态度，认为“币圈”人士过于急功近利、目光短浅。
“币圈”中许多人认为区块链只有在金融领域才有活力，因为“信任”对于金融领域来说是至关重要的，而区块链技术正好提高了节点间的信任效率，所以区块链技术和金融可谓是天作之合。股票和债券可以用通证来实现，而保险和期货也可以以智能合约的形式存在。相对于传统的数字化金融产品来说，这些显然极大简化了验证流程、提升了交易效率。而实际上除金融领域的应用之外，区块链在供应链、政务服务、物联网等领域都已经有大量应用。
“链圈”和“币圈”也并非泾渭分明。有许多“链圈”的人对某些加密数字货币的前景持看好态度，也会对其进行投资。而“币圈”的人为了识别出更好的项目，也会对区块链技术进行深入的研究。本书重点讲述区块链技术本身，对于加密数字货币的投资不作任何评述。可以预见的是，随着时间的推移，人们对于区块链和加密数字货币的理解不断加深，“链圈”与“币圈”之争也将慢慢消失。
3.3本章小结
从第1章的比特币介绍，到第2章的区块链原理简述，很多人或许会对“币”与“链”的关系产生一些迷惑或误解。本章第1节对于二者的关系及区别进行了细致的讨论，说明了区块链是加密数字货币的技术基础，加密数字货币是区块链的重要应用。由于关注的重点不同，人们自然而然地形成了两个群体，分别为“币圈”和“链圈”。本章第2节对于两个群体的关系进行了讨论，指出这两个群体既非对立、亦无高下。明确了“链”和“币”的关系，读者才能更深入地思考区块链技术的本质，以及未来的发展前景。第4章区块链发展历史及主要框架

本书编著团队系华为公司在国内外区块链技术和应用领域的深度实践者，是由大学教授、博士、留学归国人员、华为海外研究所科研人员、技术骨干等组成的一个高水平技术研究团队。该团队在区块链相关的技术，如分布式系统、算法、密码学、网络、数据管理等领域都有丰富经验，平均相关从业经验超过6年，成功推动多个政务、金融、供应链、存证等应用的落地，并担任可信区块链推进计划BaaS组组长，积极参加了计算机学会区块链专业委员会、ITU-T等行业、学术和标准组织。

本书系统详实地介绍了区块链技术和应用，主要包括三大部分内容：由浅入深地介绍了区块链技术缘起、演进过程、技术原理和发展趋势；分享并解析了落地应用案例，以华为云区块链服务为例示范了区块链应用实践的过程；分析探究了区块链的价值、未来发展趋势以及有关区块链的其他问题，为区块链应用的开发和创新提供多视角的思路。

本书的目标读者是所有想充分了解区块链技术和应用的人群。本书既包含区块链基础知识，又有对区块链应用场景以及发展趋势的探究，可以帮助非专业人员系统地了解区块链；同时，本书也有对一些技术原理、算法和应用实践的讨论，期望帮助开发工程师更加快速、深入地投入区块链的开发工作当中。

前言Ⅴ
第一部分区块链技术
第1章疯狂的比特币及其原理机制31.1比特币的诞生3
1.2疯狂的比特币5
1.2.1疯狂的比特币价格5
1.2.2疯狂的矿机和芯片6
1.2.3疯狂的矿场与矿池7
1.3比特币的通俗故事9
1.4比特币交易11
1.5比特币挖矿14
1.5.1挖矿的原理15
1.5.2矿池的原理16
1.6比特币分叉17
1.7比特币类加密数字货币19
1.8本章小结20
第2章区块链技术原理21
2.1区块链的概念21
2.2区块链基础技术22
2.2.1哈希运算23
2.2.2数字签名26
2.2.3共识算法28
2.2.4智能合约30
2.2.5P2P网络32
2.3区块链的特性34
2.3.1透明可信34
2.3.2防篡改可追溯35
2.3.3隐私安全保障36
2.3.4系统高可靠36
2.4扩展阅读37
2.4.1常见哈希算法37
2.4.2默克尔树38
2.4.3常见数字签名算法39
2.4.4常见共识算法41
2.4.5P2P技术及常见P2P
网络协议44
2.5本章小结47
第3章区块链与加密数字货币的
关系483.1“链”与“币”的关系48
3.2“链圈”与“币圈”之争49
3.3本章小结51
第4章区块链发展历史及
主要框架524.1区块链基础技术发展历程52
4.2区块链平台发展历程53
4.2.1区块链1.0： 加密数字
货币54
4.2.2区块链2.0： 企业应用54
4.2.3区块链3.0： 价值
互联网55
4.3区块链分类56
4.3.1公有链56
4.3.2联盟链58
4.3.3私有链58
4.4代表性系统及框架59
4.4.1比特币系统59
4.4.2以太坊系统69
4.4.3超级账本75
4.5本章小结86
第5章区块链技术趋势87
5.1区块链性能87
5.1.1当前存在的问题87
5.1.2常用解决方法88
5.2区块链隐私保护90
5.2.1当前存在的问题90
5.2.2常用解决方法90
5.3跨链技术93
5.3.1当前存在的问题93
5.3.2常用解决方法95
5.4图结构区块链97
5.4.1当前存在的问题97
5.4.2常用解决方法97
5.5本章小结100
第二部分区块链应用
第6章区块链应用的价值和
场景1036.1区块链应用的价值104
6.2区块链应用场景105
6.3区块链应用潜力107
6.4本章小结108
第7章金融应用案例109
7.1区块链在跨境清算场景中的
应用109
7.1.1业务场景109
7.1.2行业现状和业务痛点110
7.1.3基于区块链的解决
方案110
7.2区块链在供应链金融场景
中的应用111
7.2.1业务场景111
7.2.2行业现状和业务痛点112
7.2.3基于区块链的解决
方案113
7.3区块链在用户共享场景
中的应用114
7.3.1业务场景114
7.3.2行业现状和业务痛点114
7.3.3基于区块链的解决
方案115
7.4本章小结116
第8章供应链应用案例117
8.1业务场景117
8.2行业现状和业务痛点118
8.3区块链如何赋能供应链及
对应价值118
8.4区块链结合供应链面临的
机遇和挑战123
8.5本章小结124
第9章政务服务应用案例125
9.1区块链在房屋租赁场景
中的应用125
9.1.1业务场景125
9.1.2行业现状和业务痛点126
9.1.3区块链解决方案对房
屋租赁的价值127
9.2区块链在税务变革场景
中的应用128
9.2.1业务场景128
9.2.2行业现状和业务痛点128
9.2.3区块链解决方案对税务
系统的价值128
9.3区块链在财政票据场景中
的应用130
9.3.1业务场景130
9.3.2行业现状和业务痛点130
9.3.3区块链解决方案对
财政票据的价值130
9.4区块链结合政务服务的
机遇和挑战131
9.5本章小结133
第10章存证及版权应用案例134
10.1业务场景134
10.2行业现状和业务痛点135
10.3区块链对数字存证和
版权的价值136
10.3.1区块链对数字存证和
版权的价值136
10.3.2区块链数字版权原理
介绍137
10.4区块链存证和数字版权面
临的机遇和挑战138
10.4.1区块链存证和数字
版权面临的机遇138
10.4.2区块链存证和数字
版权面临的挑战139
10.5本章小结140
第11章能源领域应用案例142
11.1业务场景142
11.2行业现状和业务痛点143
11.3区块链解决方案及其价
值和优势144
11.4能源区块链应用面临的机
遇和挑战146
11.5本章小结147
第12章区块链应用的判断
准则14812.1准则一： 是否储存状态149
12.2准则二： 是否多方协同
写入150
12.3准则三： 多方是否互信152
12.4准则四： TTP是否能完美
解决153
12.5准则五： 是否限制参与153
12.6本章小结154
第13章如何使用公有云区块链
服务15513.1公有云是区块链应用的
最佳载体155
13.2华为云区块链服务BCS
初探156
13.3基于华为云区块链服务构
建企业应用158
13.3.1区块链服务的交付
模式159
13.3.2区块链应用构建极
速之旅159
13.4区块链服务的跨云部署和
云上云下混合部署方案183
13.4.1将节点加入区块链
网络184
13.4.2加入区块链网络
通道185
13.4.3部署链码到区块链
网络通道中185
13.5本章小结186
第三部分区块链未来
第14章区块链的价值及前景18914.1区块链技术的发展环境189
14.2区块链缩短了信任的
距离191
14.3区块链的价值及前景192
14.4本章小结193
第15章区块链的其他声音194
15.1区块链能否完全解决溯源
问题的争议194
15.1.1区块链溯源技术的
应用194
15.1.2区块链溯源面临的
挑战196
15.2加密数字货币及ICO所
带来的影响196
15.3各国政府对待加密数字
货币及区块链的态度198
15.4应用安全事故频发带来对
区块链技术的质疑200
15.5本章小结202
第16章区块链发展趋势203
16.1趋势一： 区块链已从探索
阶段进入应用阶段203
16.2趋势二： 企业应用成为区
块链的主战场206
16.3趋势三： 区块链将是一种
改变商业模式的基础
设施207
16.4趋势四： 区块链技术体系
逐渐清晰,应用正在加速
落地207
16.5趋势五： 区块链知识产权
保护的竞争愈发激烈208
16.6趋势六： 区块链标准规范
的重要性日趋凸显208
16.7趋势七： 区块链和新技术
结合带来新的产品与服务209
16.8本章小结210
附录一区块链常见问题解答211
附录二常见区块链产品及平台
介绍219