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本文轉載自微信公眾號「大數據DT」，作者周兵 方云山 。轉載本文請聯系大數據DT公眾號。

01 初識區塊鏈

2010年5月的一天，美國一個名叫Laszlo的年輕程序員，用10 000枚比特幣購買了兩個比薩餅的優惠券。按照2017年12月17日比特幣的最高價格約20 000美元一枚估算，當時每個比薩餅大約花費了1億美元，這應該是有史以來最昂貴的比薩了。

從2010年到2017年的短短8年中，比特幣的價格從幾美分上漲到超過20 000美元，最高漲幅達到了數萬倍。

根據CoinMarketCap網站的數據顯示，2018年1月7日，數字貨幣整體市值曾達到8357億美元的峰值。這個數據非常驚人，因為根據國際貨幣基金組織(IMF)的數據顯示，2017年全球也只有十多個國家的GDP超過8000億美元。虛擬貨幣價格的大幅波動，引起了全世界范圍內的關注。圖1-1展示了比特幣的漲幅曲線。

▲圖1-1 比特幣價格曾經快速上漲

隱藏在虛擬貨幣背后的是一種叫作“區塊鏈”的神秘技術。它究竟是何物?又從何而來?

區塊鏈從何而來?“區塊鏈”源自英文BlockChain。普遍的觀點是，區塊鏈技術發源的標志性事件是2008年中本聰(Satoshi Nakamoto)提出了比特幣系統設計。

在中本聰最初發布的《比特幣白皮書》中，Block和Chain這兩個詞是單獨出現的，而在后來的討論中，人們逐漸將這兩個詞連接起來，以BlockChain來稱呼這種技術。BlockChain(區塊鏈)這種提法后來流傳開來。

中本聰所提出的比特幣系統是一個電子貨幣系統，在不需要第三方信用背書的情況下，可以實現完全點對點的電子貨幣轉賬。雖然許多人主要是將比特幣作為一種虛擬的“幣”，但從技術的角度來看，比特幣系統中最重要的其實是分布式賬本。

在中本聰的設計理念中，遍布全球的分布式節點共同維護這個不斷延伸的鏈式賬本，而所有關于“幣”的權屬的數據都完整地留存在分布式賬本中，不會被篡改或刪除。

到目前為止，比特幣系統仍然是區塊鏈技術最具代表性的應用案例。但時至今日，區塊鏈技術的范疇早已遠遠超過虛擬貨幣賬本本身，而逐步發展成為能應用于多個行業和領域的綜合化信息技術。

什么是區塊鏈?從信息的組織形式來看，區塊鏈是一個不斷增長的數據鏈表，該數據鏈表的基本組成單位是一系列的“賬本”(通常也稱為“區塊”)，這些賬本是通過密碼學技術連接起來的。

從網絡結構來看，區塊鏈上所有的數據由一系列分布式、相互獨立的“節點”共同維護。以上這些數據和網絡結構方面的特殊規則保障了區塊鏈上的數據無法被隨意篡改，也不會失序、丟失。

區塊鏈是若干學科的交叉綜合，它涵蓋了分布式計算機系統、密碼學，乃至商業和經濟等課題。在區塊鏈系統的設計中包含網絡結構、數據結構、密碼學算法和分布式系統的一致性算法(即區塊鏈共識機制)等技術問題。

在本文后續部分中，我們將繼續了解區塊鏈技術的演進歷程，以及區塊鏈技術的意義。

02 區塊鏈技術的演進

首先，區塊鏈技術在發展過程中衍生出了多種類別。最常見的是根據節點間的組織形式和決策機制將區塊鏈系統分為公有鏈、私有鏈和聯盟鏈三類，具體如表1-1所示。

▼表1-1 區塊鏈系統的分類

公有鏈也簡稱為“公鏈”，它對分布式節點沒有特定要求，完全以算法、數據結構和節點共識機制來組織。在這類系統中，節點之間是沒有任何信任約束的。

私有鏈一般適用于企業或組織內部，由內部管理者進行授權和管理。這類系統中，由于節點是由系統的發起者充分控制的，所以節點間是強信任的。

聯盟鏈中，一般由若干相互獨立的主體共同形成聯盟，并由這些主體各自運行一個或多個節點，只有被信任的聯盟成員才能加入節點網絡。這種系統中的節點面對著一定的網絡準入和監督機制。在實踐中，聯盟鏈常由行業內的企業及監管機構共同發起和維護。

區塊鏈技術的演進過程大致可劃分為三個階段，如圖1-2所示。

▲圖1-2 區塊鏈技術的演進過程

第一階段以中本聰在2008年提出的比特幣區塊鏈為代表。比特幣區塊鏈的實質是利用區塊鏈技術實現一種分布式的記賬機制，并以此為基礎實現比特幣虛擬貨幣的交易，其核心技術點包含UTXO交易模型、鏈式賬本數據結構、加密技術，以及基于“工作量證明”的共識機制等。

比特幣區塊鏈是公有鏈，由全球的分布式節點共同維護。同時代的區塊鏈應用還有Namecoin、Colored Coins，以及Metacoins等。

比特幣區塊鏈有一些局限性。例如，UTXO模型缺少對狀態的支持，只適合簡單、一次性的交易合約。這些限制使得它很難應對金融領域中各種較復雜的場景。還有一些專家認為比特幣區塊鏈中的“工作量證明”共識機制過于消耗計算量，平均10分鐘出一個區塊，效率很低。

區塊鏈技術第二階段的主要特點是引入了“智能合約”理念，成為可編程的區塊鏈系統，進而支持簡單的金融合約業務場景。和第一階段的區塊鏈技術相比，這個階段的區塊鏈技術通過圖靈完備的編程語言，讓開發者們能夠創建合約，實現去中心化應用，以太坊和Fabric是這個階段的主要代表。

其中，以太坊是繼比特幣之后一個很具影響力的公有鏈協議，它采用了合約賬戶的概念，能夠通過執行智能合約實現兩個賬戶之間價值和狀態的轉換。Fabric是由IBM主導開發的一個聯盟鏈，支持用容器技術運行智能合約代碼，對高級語言開發有良好的開放性。該階段的區塊鏈技術在共識算法方面也有很多創新。

第三個階段是區塊鏈在應用領域、效率，以及安全性方面的擴展，即目前的發展階段。

可能的技術發展方向包含：

• 利用分片、跨鏈等技術提升區塊鏈的記錄效率，接近高并發場景下的需求;
• 利用新型的密碼技術提升區塊鏈系統的安全性，例如密鑰管理技術、抗量子攻擊密碼等;
• 提升智能合約的開放性，增加適用的行業場景等。

據筆者觀察，這個階段目前尚處于探索階段，還未有標志性的、被大規模運用的系統出現。

03 區塊鏈能否“改變世界”

加拿大學者、數字經濟領域的知名專家Don Tapscott曾將區塊鏈稱為一場“革命”，并認為區塊鏈的底層技術可以改變貨幣、商業和世界。

事實真是如此嗎?區塊鏈真能像工業化、互聯網化一樣改變世界，從而成為新一波技術浪潮嗎?如圖1-3所示，我們需要從多個維度來尋找這些問題的答案。

▲圖1-3 從多個維度看區塊鏈的價值

首先，談論區塊鏈的影響時無法回避的是數字貨幣的話題。前文提到，整個虛擬貨幣市場的市值在2018年年初曾達到過峰值，隨后卻一路下跌。例如，比特幣的總市值較之前峰值回落了八成多。

另外，由于比特幣等虛擬貨幣的價格波動較大、結算便利性較差，在世界范圍內一直未大規模地應用于結算和支付等場景，我國的法定數字貨幣DCEP也尚在研究過程中。

其次，從區塊鏈技術的商業模式看，較為受關注的有ICO、STO等。在這些模式中，區塊鏈技術主要被用于產生并記錄某種虛擬的權益憑證，有時也被稱為Token。而投資人可以投資這些權益憑證，并通過區塊鏈系統進行查詢、交易等。

目前，上述模式并未得到有效推廣，主要原因在于各個國家和地區對它們的監管和規范方法還未完備。例如，2017年美國的證券監管部門曾發布公告，宣布要根據每個ICO項目的實際情況，考慮將其納入監管范圍。在我國，2017年央行等多個部委也明確將ICO這種模式定義為非法融資行為。

目前，基于區塊鏈技術的商業模式創新還尚未有重大突破，人們還需要結合各個國家和地區的法律法規，探索具有創新性的區塊鏈商業模式。

最后，從行業應用的角度來看，由于區塊鏈技術可實現數據隱私保密、防篡改和溯源等基礎功能，無疑會在金融、物流、制造和消費等行業領域落地應用。

世界上許多國家和地區都在積極探索和支持區塊鏈技術的研究和行業落地。以我國為例，國務院、工信部等近年來頒布了一系列指導意見和發展建議，鼓勵區塊鏈技術的研究和發展。

• 2016年10月，工信部發布《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書(2016)》，介紹了我國區塊鏈技術的發展及未來方向。同年，區塊鏈作為重要驅動技術之一，被列入了國務院印發的《“十三五”國家信息化規劃》。
• 2017年8月，國務院發布的《關于進一步擴大和升級信息消費持續釋放內需潛力的指導意見》提出開展基于區塊鏈、人工智能等新技術的試點應用。

在銀行業，2015年成立的R3區塊鏈聯盟目前已經擁有數十家來自全球的國際銀行組織，其致力于為銀行提供適用的探索區塊鏈的技術和產品。2016年，我國的一些金融企業、機構在深圳聯合發起了“金融區塊鏈聯盟”，探索區塊鏈技術在金融領域的技術和應用。

在行業標準化方面，2018年年底，歐洲電信標準化協會(ETSI)宣布成立了一個新的行業規范小組(ISG PDL)，專門研究獲準使用的分布式賬簿。我國的通信標準化協會CCSA在2017年也成立了物聯網區塊鏈組。

在此背景下，區塊鏈技術的落地應用日益豐富。2018年8月，我國深圳開出了第一張區塊鏈電子發票，同年，在我國杭州誕生了第一個運用區塊鏈存證判決互聯網信息傳播侵權的案例。

總之，斷言區塊鏈是否會帶來一個新的時代還為時過早，但毋庸置疑，區塊鏈已經受到了極高的關注，社會各界的持續投入將促使其技術不斷完善、應用不斷豐富，隨著時間的推移，它的影響將被更多人認識和發現。

關于作者：周兵，赫爾辛基理工大學計算機碩士，清華大學MBA，天智星鏈科技聯合創始人，曾就職于阿里巴巴、湯森路透、微軟、諾基亞和Symbian等公司，擔任高級工程師、產品研發總監等職位。他也是區塊鏈技術布道者，在多個平臺擔任區塊鏈講師，有豐富的區塊鏈產品開發經驗，熱衷于開源項目，曾是LinuxHIPL開源項目的早期貢獻者。

 

本文摘編自《深入理解企業級區塊鏈Quorum和IPFS》，經出版方授權發布。