區塊鏈的系統思想

什麼是區塊鏈技術？區塊鏈技術的核心構成是什麼？

從技術的角度，架構的角度，用通俗的語言來跟大家講講，我對區塊鏈的一些理解。

究竟啥是區塊鏈？Blockchain，一句話來說，區塊鏈是一個存儲系統，存儲系統更細一點，區塊鏈是一個沒有管理員，每個節點都擁有全部數據的分布式存儲系統。

那常見的存儲系統，是什麼樣子的呢？

如上圖所示，底部是數據，上面可以寫入數據。一個空間存儲數據，一個軟體管理數據，提供介面寫入數據，這就是存儲系統。比如MySQL就是最常見的存儲系統。

普通的存儲系統，容易存在什麼問題呢？至少有兩個常見的問題

第一個是非高可用的問題，數據存在一個地方很危險。用技術的話說，就是數據不高可用。

第二個問題是，它存在寫入的單點，寫入點只有一個。用技術的話說，就是它是一個單點控制。

那普通的存儲系統通常是如何解決這兩個問題的呢？

首先看一下如何保證高可用？

普通的存儲系統通常是用「冗餘」的方式來解決高可用問題的。圖上圖所示如果能夠把數據復製成幾份，冗餘到多個地方，就能夠保證高可用。一個地方的數據掛了，另外的地方還存有數據，例如MySQL的主從集群就是這個原理，磁碟的RAID也是這個原理。

這個地方需要強調的兩點是：數據冗餘，往往會引發一致性的問題

1、例如MySQL的主從集群中中其實讀寫會有延時的，它其實就是有一個短的時間內讀寫不一致。這個是數據冗餘，帶來的一個副作用。

2、第二個點是數據冗餘往往會降低寫入的效率，因為數據同步也是需要消耗資源的。你看單點寫入，如果加了兩個從庫之後，其實寫入的效率會受影響。普通的存儲系統，就是採用冗餘的方式，保證數據的高可用的。

那麼第二個問題，普通的存儲系統，能否多點寫入呢？

答案是可以的，比如說以這個圖為例：

其實MySQL的話可以做一個雙主的主從同步，雙主的主從同步，兩個節點，同時可以寫入。如果要做多機房多活的數據中心，其實多機房多活也是進行數據同步的。這里要強調的是多點寫入，往往會引發寫寫沖突的一致性問題，以MySQl為例，假設有一個表的屬性是自增ID，那麼現在資料庫中的數據是1234，那麼其中一個節點寫入，插入了一條數據，那它可能變成5了，然後這5條數據，向另外一個主節點進行數據同步，同步完成之前，如果另外一個寫入節點，也插入了一條數據，也生成了一條這個自增id為5的數據。那麼，生成之後，往另外一個節點同步，然後同步數據到達之後會與本地的這兩條5沖突，就會同步失敗，會引發寫寫的一致性沖突問題。這個多點寫入的話都會出現這個問題。

多點寫入，如何保證一致？

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自比特幣誕生以來，目前全球已陸續出現了1600多種虛擬貨幣，圍繞著虛擬貨幣的生成、存儲、交易等形成了龐大的產業鏈生態。但整體而言，行業尚處於初創期，離真正的價值應用區域還有很大距離。

區塊鏈經濟的核心在於商業邏輯和組織形態的重構，因此需要在多個行業獲得應用落地的實例來表明其價值。本文將從區塊鏈與行業需求相結合的角度，探討區塊鏈在各行業應用的商業模式。

首先，區塊鏈的核心是解決了信用的問題：

信用是一切商業活動與金融的基礎。美國自2011年起實行可信身份識別，而中國則通過實名制實現可監管的信息傳播。區塊鏈的意義在於第一次從技術層面建立了去中心化的信任，實現了完全分布式的信用體系。

其次，區塊鏈解決了價值交換的問題：

傳統網路可以實現信息的點到點傳遞，但無法實現價值的點到點傳遞。因為信息是允許復制的，而價值必須確權且具有唯—性，因此必須依賴一個中心化機構才能做到價值傳遞。區塊鏈完美地解決了此問題，提供了一個實現價值點到點傳遞的方法，在價值傳遞過程中，由網路來實現記帳而不依賴某個中心化的機構。所以區塊鏈有望成為構建新型金融的基礎設施，成為未來價值互聯網的基石。

區塊鏈的應用

目前區塊鏈的應用，主要有兩種模式：

1）原生型的區塊鏈應用：直接基於去中心化的區塊鏈技術，實現價值傳遞和交易等應用，例如數字貨幣；

2）「區塊鏈+」模式：將傳統的場景和區塊鏈底層協議相結合，以便提高效率，降低成本。預計區塊鏈在各行業的應用，將以第二種模式為主。

區塊鏈具有五大核心屬性，即：交易屬性（價值屬性)、存證屬性、信任屬性、智能屬性、溯源屬性。如上核心屬性與行業的需求相結合，解決行業痛點問題，成為了區塊鏈在各行業應用的商業模式。

區塊鏈+銀行

1、跨境支付

跨境支付是長期以來困擾銀行業的痛點問題。傳統跨境支付手段包括兩大類：一是網上支付，包括電子賬戶支付和國際信用卡支付，適用於零售小金額；二是銀行匯款模式，適用於大金額的交易；二者均存在到賬周期長、費用高、交易透明度低等問題。尤其是近年來隨著跨境電商的興起，方便、快捷、安全、低成本的跨境支付更成為行業的迫切需求。

區塊鏈的作用：

區塊鏈去中介化、交易公開透明的特點，沒有第三方支付機構加入，縮短了支付周期、降低費用、增加了交易透明度。例如，2017年12月，招商銀行聯手永隆銀行、永隆深圳分行，成功實現了三方之間使用區塊鏈技術的跨境人民幣匯款。其清算流程安全、高效、快速，大幅提升客戶體驗。

2、供應鏈金融

該領域的痛點在於融資周期長、費用高。以供應鏈核心企業系統為中心，第三方增信機構很難鑒定供應鏈上各種相關憑證的真偽，造成人工審核的時間長、融資費用高。

區塊鏈的作用：

區塊鏈將共識機制、存在性證明、不可篡改、可追溯等特性引入供應鏈金融，不需要第三方增信機構鑒定供應鏈上各種相關憑證的真實性，從而降低融資成本、縮短融資周期。例如，2017年4月，上市公司易見股份與IBM中國研究院聯合發布了區塊鏈供應鏈金融服務系統「易見區塊」，該系統主推醫葯場景，目前己有30餘家醫葯流通企業在「易見區塊」注冊成功，截至7月底交易數量己接近8000筆，投放總金額超過一億元。

3、數字票據

數字票據行業的痛點在於長期存在「虛假票據」、「一票多賣」等問題，為銀行業的票據融資業務帶來了風險。

區塊鏈的作用：

區塊鏈的存在性證明、不可篡改的特性，有效解決了虛假數字票據的問題；同時，區塊鏈解決了雙花問題，可避免"一票多賣"。例如，深圳區塊鏈金融服務有限公司發行票鏈產品，基於區塊鏈提供票據的融資服務，解決中小微企業的票據融資需求。合作銀行包括贛州銀行、貴陽銀行、蘇州銀行、石嘴山銀行、廊坊銀行、烏海銀行、吉林九台農商銀行、堯都農商銀行、深圳農村行業銀行、濰坊銀行、中原銀行等。此外，浙商銀行、京東金融、恆生電子、海航等也在驗證區塊鏈數字票據服務。

區塊鏈+證券

1、資產證券化

資產證券化是以未來的收入作為保證，以獲得現在的融資。該領域的痛點在於：參與主體多，操作環節多，交易透明度低，信息不對稱，底層資產真偽無法保證。

區塊鏈的作用：

區塊鏈為資產證券化引入了存在性證明、不可篡改、共識機制等屬性，能夠實時監控資產的真實情況，解決了交易鏈條各方機構對底層資產的信任問題。各類資產如股權、債券、票據、收益憑證、倉單等均可被整合進區塊鏈中，成為鏈上數字資產，提升資產流轉效率，降低成本。例如，2017年5月，網路金融與佰仟租賃、華能信託等在內的合作方聯合發行區塊鏈技術支持的資產證券化ABS項目，發行規模達4.24億元。

區塊鏈+保險

1、保險業務

保險行業存在著信息不對稱，客戶與保險機構之間缺乏信任等問題：用戶難以選擇適合自己的保險產品，而保險機構則面臨騙保的風險。

區塊鏈的作用：

區塊鏈的去中心化、開放透明、可追溯的特點，為保險機構和用戶間建立良好的溝通渠道；保險標的信息在區塊鏈上統一管理，不可篡改，幫助保險機構規避騙保風險；同時，通過智能合約可提升工作效率，降低成本。例如，法國保險巨頭安盛保險（AXA）正在使用以太坊公有區塊鏈為航空旅客提供自動航班延遲賠償。如果航班延遲超過2小時，「智能合約」保險產品將會向乘客進行自動理賠。

2、徵信管理

該領域的痛點在於徵信機構的數據採集渠道有限，數據缺乏共享，導致難以准確表徵個人或機構的信用情況；此外，數據收集過程中也存在如何保障用戶隱私的問題。

區塊鏈的作用：

區塊鏈具有去信任、共識、不可篡改的特徵，在技術層面保證了可以在有效保護用戶隱私的基礎上實現有限度、可管控的信用數據共享和驗證。例如，目前中國平安的區塊鏈徵信業務已上線運行，此外國內的創業公司如上海矩真、LinkEye、布比區塊鏈等也在進行聯合徵信、安全存證等方面的探索。

作為一種基礎性技術，區塊鏈在眾多具有分布式處理、點對點交易、快速建立信任關系等需求的行業領域具有極大的應用價值，其核心是解決了信用的問題,實現了價值的點到點傳遞。因此被認為是未來價值互聯網的基石。

區塊鏈商業模式的核心在於，利用區塊鏈引入的創新屬性，與傳統行業應用相結合，實現商業邏輯的重構，以便創造新的應用場景，或提升效率，降低成本。

區塊鏈也將延伸到社會生活的各個領域：區塊鏈解決了數字化資產的管理、交易、轉移等問題，因此將在資產數字化的浪潮中發揮重要作用，如供應鏈管理、數據服務、資產管理、公共服務、物聯網等應用正在各個領域逐步落地，「區塊鏈+」正在成為現實。

簡單來說，區塊鏈是一個提供了拜占庭容錯、並保證了最終一致性的分布式資料庫；從數據結構上看，它是基於時間序列的鏈式數據塊結構；從節點拓撲上看，它所有的節點互為冗餘備份；從操作上看，它提供了基於密碼學的公私鑰管理體系來管理賬戶。

或許以上概念過於抽象，我來舉個例子，你就好理解了。

你可以想像有100台計算機分布在世界各地，這100台機器之間的網路是廣域網，並且，這100台機器的擁有者互相不信任。

那麼，我們採用什麼樣的演算法（共識機制）才能夠為它提供一個可信任的環境，並且使得：

節點之間的數據交換過程不可篡改，並且已生成的歷史記錄不可被篡改；

每個節點的數據會同步到最新數據，並且會驗證最新數據的有效性；

基於少數服從多數的原則，整體節點維護的數據可以客觀反映交換歷史。

區塊鏈就是為了解決上述問題而產生的技術方案。

二、區塊鏈的核心技術組成

無論是公鏈還是聯盟鏈，至少需要四個模塊組成：P2P網路協議、分布式一致性演算法（共識機制）、加密簽名演算法、賬戶與存儲模型。

1、P2P網路協議

P2P網路協議是所有區塊鏈的最底層模塊，負責交易數據的網路傳輸和廣播、節點發現和維護。

通常我們所用的都是比特幣P2P網路協議模塊，它遵循一定的交互原則。比如：初次連接到其他節點會被要求按照握手協議來確認狀態，在握手之後開始請求Peer節點的地址數據以及區塊數據。

這套P2P交互協議也具有自己的指令集合，指令體現在在消息頭（MessageHeader)的命令（command）域中，這些命令為上層提供了節點發現、節點獲取、區塊頭獲取、區塊獲取等功能，這些功能都是非常底層、非常基礎的功能。如果你想要深入了解，可以參考比特幣開發者指南中的PeerDiscovery的章節。

2、分布式一致性演算法

在經典分布式計算領域，我們有Raft和Paxos演算法家族代表的非拜占庭容錯演算法，以及具有拜占庭容錯特性的PBFT共識演算法。

如果從技術演化的角度來看，我們可以得出一個圖，其中，區塊鏈技術把原來的分布式演算法進行了經濟學上的拓展。

在圖中我們可以看到，計算機應用在最開始多為單點應用，高可用方便採用的是冷災備，後來發展到異地多活，這些異地多活可能採用的是負載均衡和路由技術，隨著分布式系統技術的發展，我們過渡到了Paxos和Raft為主的分布式系統。

而在區塊鏈領域，多採用PoW工作量證明演算法、PoS權益證明演算法，以及DPoS代理權益證明演算法，以上三種是業界主流的共識演算法，這些演算法與經典分布式一致性演算法不同的是，它們融入了經濟學博弈的概念，下面我分別簡單介紹這三種共識演算法。

PoW：通常是指在給定的約束下，求解一個特定難度的數學問題，誰解的速度快，誰就能獲得記賬權（出塊）權利。這個求解過程往往會轉換成計算問題，所以在比拼速度的情況下，也就變成了誰的計算方法更優，以及誰的設備性能更好。

PoS：這是一種股權證明機制，它的基本概念是你產生區塊的難度應該與你在網路里所佔的股權（所有權佔比）成比例，它實現的核心思路是：使用你所鎖定代幣的幣齡（CoinAge）以及一個小的工作量證明，去計算一個目標值，當滿足目標值時，你將可能獲取記賬權。

DPoS：簡單來理解就是將PoS共識演算法中的記賬者轉換為指定節點數組成的小圈子，而不是所有人都可以參與記賬。這個圈子可能是21個節點，也有可能是101個節點，這一點取決於設計，只有這個圈子中的節點才能獲得記賬權。這將會極大地提高系統的吞吐量，因為更少的節點也就意味著網路和節點的可控。

3、加密簽名演算法

在區塊鏈領域，應用得最多的是哈希演算法。哈希演算法具有抗碰撞性、原像不可逆、難題友好性等特徵。

其中，難題友好性正是眾多PoW幣種賴以存在的基礎，在比特幣中，SHA256演算法被用作工作量證明的計算方法，也就是我們所說的挖礦演算法。

而在萊特幣身上，我們也會看到Scrypt演算法，該演算法與SHA256不同的是，需要大內存支持。而在其他一些幣種身上，我們也能看到基於SHA3演算法的挖礦演算法。以太坊使用了Dagger-Hashimoto演算法的改良版本，並命名為Ethash，這是一個IO難解性的演算法。

當然，除了挖礦演算法，我們還會使用到RIPEMD160演算法，主要用於生成地址，眾多的比特幣衍生代碼中，絕大部分都採用了比特幣的地址設計。

除了地址，我們還會使用到最核心的，也是區塊鏈Token系統的基石：公私鑰密碼演算法。

在比特幣大類的代碼中，基本上使用的都是ECDSA。ECDSA是ECC與DSA的結合，整個簽名過程與DSA類似，所不一樣的是簽名中採取的演算法為ECC（橢圓曲線函數）。

從技術上看，我們先從生成私鑰開始，其次從私鑰生成公鑰，最後從公鑰生成地址，以上每一步都是不可逆過程，也就是說無法從地址推導出公鑰，從公鑰推導到私鑰。

4、賬戶與交易模型

從一開始的定義我們知道，僅從技術角度可以認為區塊鏈是一種分布式資料庫，那麼，多數區塊鏈到底使用了什麼類型的資料庫呢？

我在設計元界區塊鏈時，參考了多種資料庫，有NoSQL的BerkelyDB、LevelDB，也有一些幣種採用基於SQL的SQLite。這些作為底層的存儲設施，多以輕量級嵌入式資料庫為主，由於並不涉及區塊鏈的賬本特性，這些存儲技術與其他場合下的使用並沒有什麼不同。

區塊鏈的賬本特性，通常分為UTXO結構以及基於Accout-Balance結構的賬本結構，我們也稱為賬本模型。UTXO是「unspenttransactioninput/output」的縮寫，翻譯過來就是指「未花費的交易輸入輸出」。

這個區塊鏈中Token轉移的一種記賬模式，每次轉移均以輸入輸出的形式出現；而在Balance結構中，是沒有這個模式的。

區塊鏈有兩個含義：

1、區塊鏈(Blockchain)是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密演算法等計算機技術的新型應用模式。所謂共識機制是區塊鏈系統中實現不同節點之間建立信任、獲取權益的數學演算法。

2、區塊鏈是比特幣的底層技術，像一個資料庫賬本，記載所有的交易記錄。這項技術也因其安全、便捷的特性逐漸得到了銀行與金融業的關注。

狹義來講，區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數據結構，並以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。

廣義來講，區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識演算法來生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分布式基礎架構與計算方式。

概念：區塊鏈是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密演算法等計算機技術的新型應用模式。

區塊鏈的本質是一個分布式的公共賬本，任何人都可以對這個賬本進行核查，但不存在的單一用戶可以對它進行控制。在區塊鏈系統中的參與者共同維護賬本的封信：它只能按照嚴格的規則和共識進行修改。

區塊鏈發展經歷了三個階段：

1、醞釀期：2009-2012年，經濟形態以比特幣及其產業生態為主。

2、萌芽期：時期為2012-2015年，區塊鏈隨著比特幣進入公眾視野，新生的錢包支付和匯款公司出現，區塊鏈經濟擴散到金融領域。區塊鏈底層技術創新不斷。區塊鏈技術從比特幣系統中剝離出來。

3、發展期：2016年開始探索行業應用，出現了大量區塊鏈創業公司。2017年ICO的火熱讓區塊鏈受到前所未有的關注。

(8)區塊鏈的系統思想擴展閱讀：

三區塊鏈的三個特點：

1、區塊鏈的核心思想是去中心化：在區塊鏈系統中，任意節點之間的權利和義務都是均等的，所有的節點都有能力去用計算能力投票，從而保證了得到承認的結果是過半數節點公認的結果。即使遭受嚴重的黑客攻擊，只要黑客控制的節點數不超過全球節點總數的一半，系統就依然能正常運行，數據也不會被篡改。

2、區塊鏈最大的顛覆性在於信用的建立：理論上說，區塊鏈技術可以讓微信支付和支付寶不再有存在價值。《經濟學人》對區塊鏈做了一個形象的比喻:簡單地說，它是「一台創造信任的機器」。區塊鏈讓人們在互不信任並沒有中立中央機構的情況下，能夠做到互相協作。打擊假幣和金融詐騙未來都不需要了。

3、區塊鏈的集體維護可以降低成本：在中心化網路體系下，系統的維護和經營依賴於數據中心等平台的運維和經營，成本不可省略。區塊鏈的節點是任何人都可以參與的，每一個節點在參與記錄的同時也來驗證其他節點記錄結果的正確性，維護效率提高，成本降低。

一句話概括，區塊鏈觸動的是錢、信任和權力，這些人類賴以生存的根本性基礎。

⑨ 區塊鏈的六個思維是什麼,區塊鏈的六個思維是什麼內容

1、區塊鏈技術涉及的關鍵點包括：去中心化（Decentralized）、去信任（Trustless）、集體維護（Collectivelymaintain）、可靠資料庫（ReliableDatabase）、時間戳（Timestamp）、非對稱加密（AsymmetricCryptography）等。

2、區塊鏈是一種分布式共享記賬的技術，它要做的事情就是讓參與的各方能夠在技術層面建立信任關系。區塊鏈可以大致分成兩個層面，一是做區塊鏈底層技術；二是做區塊鏈上層應用，即基於區塊鏈的改造、優化或者創新應用。

3、第二個核心技術是分布式結構，區塊鏈結構設計精妙就是讓每一個參與數據交易的節點都記錄並存儲下所有的數據。第三個核心技術就是非對稱加密演算法，第四個核心技術就是腳本，腳本可以理解為一種可編程的智能合約。

4、區塊鏈本質上是一個分布式賬本技術。如果以數學函數來類比的話，我們可以將分布式網路、共識機制、去中心化、加密算祛、智能合約、許可權許可、價值和資產等要素理解為函數中的變數或因子。

5、區塊鏈系統由數據層、網路層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成。

6、工作原理區塊鏈系統由數據層、網路層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成。