区块链知识—区块链基础入门介绍课件.pptx

1、区块链基础入门目 录一区块链基础知识二区块链发展历程三区块链关键技术 四区块链产业现状 五区块链应用场景六区块链主流平台区块链基础知识区块链技术最初源自于中本聪（Satoshi Nakamoto）2008年提出的比特币（Bitcoin）。被认为是继大型机、个人电脑、互联网、移动/社交网络之后计算范式的第五次颠覆式创新。被誉为人类信用进化史上继血亲信用、贵金属信用、纸币信用之后的第四个信用里程 碑。区块链基础知识本小节脉络结构：比特币区块链技术基本概念区块链基础知识比特币1.1 从比特币到区块链从比特币到区块链什么是比特币？一种基于区块链底层框架技术的数字货币。早在20世纪80年代，人们就已经开

2、始了“数字货币”的探索。但是直到比特币出现，“数字加密货币”的想法才变成了现实。区块链基础知识比特币1.在2008年11月，一个化名为中本聪的人在一篇“比特币：一种点对点的电子现金系 统”论文中，描述了一种如何建立一套全新的、去中心化的点到点交易系统的方法，并将他在论文中提出的理念付诸实践，开始研发比特币相关的功能2.2009年1月3日，比特币系统正式开始运行，比特币的第一个区块（也称“创世区块”）诞生了。3.2009年1月12日，中本聪通过比特币系统发送了10个比特币给密码学家哈尔芬尼（Hal Finney），这是比特币系统自上线以来完成的第一笔交易。区块链基础知识比特币比特币解决了以往数字

3、比特币解决了以往数字货货币存币存在在的几的几个个问题：问题：发行机构控制货币的发行以及相关政策，可以决定一切；以前的“数字货币”都无法做到匿名化交易；货币自身的价值无法得到保证；所持货币对于持币人来说不具备完全的安全性。区块链基础知识区块链定义本质：是一个去中心化的数据库，它是比特币的核心技术与基础架构，是分布式数据 存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。狭义定义：区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改、不可伪造的分布式账本。广义定义：区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共 识

4、算法来生成和更新数据、利用密码学方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动 化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范 式。区块链基础知识区块链定义相比现有的数据库技术，区块链具有以下技术特征：1.形成块链式的数据结构2.分布式共识算法从技术层面杜绝了非法篡改数据的可能性，从而取代了传统应用中保证信任和交易安全的第三方中介机构，降低了为维护信用而造成的时间成本、人力成本和资源耗用。3.密码学方式区块链系统利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全。存储在区块链上的交易信息 是公开的，但账户的身份信息是高度加密的。区块链系统集成了对称加密、非对称加密 及哈希算法的优点

5、，并使用数字签名技术来保证交易的安全。区块链基础知识区块链定义多个机构在区块链网络中相互监督并实时对账1.多中心智能合约大大提高了经济活动与契约的自动化程度2.自动化记录不可篡改，无需第三方可信中介3.可信任4.开放性区块链的数据信息公开透明区块链基础知识区块链相关概念交易（Transaction）：区块链上每一次导致区块状态变化的操作都称为交易，每一次 交易对应唯一的交易哈希值，一段时间后便会对交易进行打包。区块（Block）：打包记录一段时间内发生的交易和状态结果，是对当前账本的一次共 识。每个区块以一个相对平稳的时间间隔加入到链上，在企业级区块链平台中，共识 时间可以动态设置。链（Cha

6、in）：区块按照时间顺序串联起来，通过每个区块记录上一个区块的哈希值 关联，是整个状态改变的日志记录。区块链基础知识区块链相关概念区块链主要结构区块链基础知识区块链相关概念主要技术创新：1.分布式账本2.加密技术和授权技术3.共识机制(PoW、PoS、DPoS、Paxos、RAFT、PBFT等)共识机制是区块链系统中各个节点达成一致的策略和方法。区块链的共识机制替代了传 统应用中保证信任和交易安全的第三方中心机构，能够降低由于各方不信任而产生的第 三方信用成本、时间成本和资本耗用。4.智能合约智能合约是可以自动化执行预先定义规则的一段计算机程序代码，它自己就是一个系统 参与者。它能够实现价值的

7、存储、传递、控制和管理，为基于区块链的应用提供了创新 性的解决方案。区块链基础知识区块链分类按节点参与方式公有链（Public Blockchain）联盟链（Consortium Blockchain）私有链（Private Blockchain）许可链（Permissioned Blockchain）按权限不同非许可链（Permissionless Blockchain）联盟链和私有链属于许可链，公有链属于非许可链。区块链基础知识区块链分类区块 链私有链联盟链公有链公有链联盟链私有链中心化中心化程程度度分布式去中心化多中心式单中心式参与主参与主体体控制控制任何节点可接入预先设定具有特定特 由

8、中心控制者制定参 征的参与主体与成员信息公信息公开开程度程度账本完全公开（可匿名）联盟内部公开公司内部公开（可匿名）（可匿名）区块链基础知识区块链分类1.公有链（比特币、以太坊（Ethereum）等）在公有链中，每个节点都可以自由加入或者退出网络，参与链上数据的读写、执行交 易，还可以参与网络中共识达成的过程，即决定哪个区块可以添加到主链上并记录当 前的网络状态。公有链是完全意义上的去中心化区块链，它借助密码学的加密算法保证链上交易安全。在采取共识算法达成共识时，公有链主要采取工作量证明（PoW，Proof of Work）机制、权益证明（PoS，Proof of Stake）机制和股份授权证

9、明（DPoS，Delegated Proof of Stake）机制等共识算法，将经济奖励和加密数字验证结合起来，来达到去 中心化和全网达成共识的目的。其完全去中心化和面向大众的特性，公有链通常适用于“虚拟加密货币”和面向大众的一些金融服务以及电子商务等。区块链基础知识区块链分类2.联盟链联盟链不是完全去中心化的，而是一种多中心化或者部分去中心化的区块链。在区块链系统运行时，它的共识过程可能会受某些指定节点的控制。联盟链账本上的数据与公有链的完全公开是不同的，只有联盟成员节点才可以访问，并且链上的读写权限、参与记账规则等操作也需要由联盟成员节点共同决定。由于联 盟链场景中的参与者组成一个联盟，

10、参与共识的节点相对公有链而言会少很多，并且 一般是针对某个商业场景，所以共识协议一般不采用与工作量证明类似的挖矿机制，同时也不一定需要代币作为激励机制，而是采用PBFT、RAFT这类适用于多中心化且 效率较高的共识算法。同时，联盟链对交易的时间、状态、每秒交易数等与公有链有很大区别，所以它比公有链有更高的安全和性能要求。区块链基础知识区块链分类联盟链属于一种许可链，意味着不是任何人都能自由加入网络中，而是需要一定的权限 许可，才可以作为一个新的节点加入。当前联盟链典型的代表有Linux基金会支持的超级 账本（Hyperledger）项目、R3区块链联盟开发的Corda，以及趣链科技推出的 Hy

11、perchain平台等。区块链基础知识区块链分类3.私有链私有链，是指整个区块链上的所有写入权限仅仅掌握在一个组织手里，而读取权限可 以根据情况对外开放或者任意进行限制。相比于公有链和联盟链，私有链的价值主要体现在它可以提供一个安全、可追溯、不可篡改的平台，并且可以同时防止来自内部和外部的安全攻击。与联盟链一样，私有链也属于一种许可链，不过它的许可权掌握在单一节点中，在有 些场景中，私有链还被称为专有链。当下私有链的应用不是很多，开创者都在努力探索之中。当前已经存在的应用主要有 英国币科学公司（Coin Sciences Ltd.）推出的多链（Multichain）平台，这个平台的 宗旨是希望

12、能帮助各企业快速地部署私链环境，提供良好的隐私保护和权限控制。目 录一区块链基础入门二区块链发展历程三区块链关键技术 四区块链产业现状 五区块链应用场景六区块链主流平台区块链发展历程区块链发展历程技术起源比特币是中本聪站在巨人的肩膀上，基于前人的各种相关技术和算法，结合自己独特的 创造性思维而设计出来的。相关基础技术发展历史：相关基础技术发展历史：区块链利用工作量证明区块链利用工作量证明（Proof of Work，PoW）这种共识机制来实现交易更新和共 享，解决了Leslie Lamport等人在1982年提出的拜占庭将军问题（Byzantine Generals Problem），这是一个

13、非常著名的、具有容错性的分布式计算领域问题，即 在一个存在故障节点和错误信息的分布式系统中保证正常节点达到共识，保证信息传 输的一致性。1990年，Leslie Lamport提出了 Paxos算法，Paxos共识算法能在分布 式系统中达成高容错性的全网一致性。但是Paxos共识算法不考虑拜占庭将军问题，Barbara Liskov在1999年提出的拜占庭容错算法（Practical Byzantine fault tolerance，PBFT），改进了Paxos算法，使其可以处理拜占庭将军问题。区块链发展历程技术起源PoW机制机制源于Cynthia Dwork在1993年提出的工作量证明思想

14、，最初被广泛应用于过滤垃圾邮件。1997年，Adam Back发明了Hashcash，一种工作量证明算法，利用成本函数的不可逆性，具有难于破解却易于验证的特点。其算法设计理念被中本聪改进之后，成为比特币区块链 节点达成共识的核心技术之一，达到防止伪造交易的目的，是比特币的基石。1998年，Wei Dai再一次使用PoW机制提出了匿名的分布式电子货币系统B-money，该系 统在没有第三发帮助下实现点对点交易，并且不可篡改，这也使得B-money成为第一个去 中心化的电子加密货币。比特币区块链的许多思想就是借鉴B-money。1999年，Markus Jakobsson和Ari Juels正式发

15、表了工作量证明这个概念。区块链发展历程技术起源2005年，Hal Finney提出可重复使用的工作量证明机制（Reusable Proofs of Work，RPOW），结合Wei Dai提出的B-money系统与Adam Back发明的Hashcash算法来创造数 字加密货币。2008年，中本聪在一个隐秘的密码学论坛组发表了一篇关于比特币的论文，提出了利用 PoW和时间戳机制构造出链式交易区块，实现了一种去中心化的匿名支付方式。而时间戳机 制最早由Stuart Haber与W.Scott Stornetta提出，用来确保电子文件安全，中本聪在比特 币中采用了这一技术，对账本中的交易进行追本溯

16、源。区块链发展历程技术起源为保证区块链中交易的安安全性全性区块链技术采用1992年Scott Vanstone等人提出的椭圆曲线数字签名算法（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm，ECDSA）。1985年，Neal Koblitz和Victor Miller两人最先将椭圆曲线用于密码学中，独立提出椭圆曲 线密码学（Elliptic Curve Cryptography，ECC）。ECDSA正是在ECC的基础上提出的。ECC与之前的RSA同为建立公开密钥加密算法，但是ECC可用简短且快速的密钥达到与RSA相 同的安全强度，且更加难以攻破。ECC逐渐

17、成为保障网络安全与隐私的首选之策。在安全隐私方面，比特币很多设计与创新借鉴了密码学匿名现金系统eCash，这是 David Chaum在1990年针对自己在1982提出的不可追踪密码学网络支付系统理念开创的。虽然 eCash不是一个去中心化的系统，但它足以成为数字货币历史上重要的里程碑。区块链发展历程1.0 数字货币在2009年比特币上线之后，由于比特币区块链解决了“双花问题”和“拜占庭将军问 题”，真正扫清了“数字货币”流通的障碍。比特币等数字货币的架构一般都可分为三层：区块链层、协议层和货币层。区块链层作为这些“数字货币”系统的底层技术，是最核心部分，系统的共识过程、消息传递等核心功能都是

18、通过区块链达成的。区块链发展历程2.0 智能合约因为比特币和其他山寨币存在资源消耗严重、无法处理复杂逻辑等严重问题，业界将 注意力逐渐转移到更有价值的区块链技术上，产生了运行在区块链上的模块化、可重 用、自动执行脚本，即智能合约。在这一阶段，区块链技术开始脱离“数字货币”领域的创新，其应用范围延伸到金融 交易、证券清算结算、身份认证等商业领域。以太坊是这一阶段的代表性平台，它是一个区块链基础开发平台，提供了图灵完备的 智能合约系统。通过以太坊，用户可以自己编写智能合约，构建去中心化的DAPP。基 于以太坊智能合约图灵完备的性质，开发者可以编程任何去中心化应用。在区块链2.0阶段，以智能合约为主

19、导，越来越多的金融机构、初创公司和研究团体加 入了区块链技术的探索队列，推动了区块链技术的迅猛发展。区块链发展历程3.0 超越货币、经济和市场随着区块链的继续发展，我们可以大胆构想，区块链技术或许将广泛而深刻地改变人 们的生活方式，并重构整个社会，重铸信用价值。将来当区块链技术发展到一定程度时，整个社会进入区块链时代，每一个个体都可作 为区块链网络中的一个节点。社会资源的分配使用去中心化技术，区块链或将成为一 个促进社会经济发展的理想框架。目 录一区块链基础入门二区块链发展历程三区块链关键技术 四区块链产业现状 五区块链应用场景六区块链主流平台区块链关键技术基础模型区块链基本架构可以分为数据层

20、、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层：数据层封装了区块链的链式结构、区块数据以及非对称加密等区块链核心技术；网络层提供点对点的数据通信传播以及验证机制；共识层主要是网络节点间达成共识的各种共识算法；激励层将经济因素引入到区块链技术体系之中，主要包括经济因素的发行机制和分配机制；合约层展示了区块链系统的可编程性，封装了各类脚本、智能合约和算法；应用层则封装了区块链技术的应用场景和案例。区块链关键技术基础模型区块链关键技术数据层数据层是区块链的核心部分，区块链本质上是一种数据库技术和分布式共享账本，是由包含交易信息的区块从后向前有序连接起来的一种数据结构。该层涉及的技术主要包括：区块结构、Me

21、rkle树、非对称加密、时间戳、数字签名和 哈希函数。时间戳和哈希函数相对比较简单，这里重点介绍一下区块结构、Merkle树、非对称加密和数字签名。区块链关键技术数据层1.区块结构每个区块一般都由区块头和区块体两部分 组成。区块头部分包含了父区块哈希值、时间戳、Merkle根等信息。区块体部分则包含着此区块中所有的交易信息。除此之外，每一个区块还对应着两 个值来识别区块：区块头哈希值（可唯一标识一个区块）和区块高度（不能唯一标识一个区块）。版本信息前一区块哈希值时间戳随机数Merkle根交易数据.区块头区块体前 一 区 块后 一 区 块区块链关键技术数据层字段大小（字节）描述版本4版本号，用于

22、跟踪软件/协议的更新父区块哈希值32引用区块链中父区块的哈希值Merkle根32该区块中交易的Merkle树根的哈希值时间戳4该区块产生的近似时间难度值4该区块工作量证明算法的难度目标Nonce4用于工作量证明算法的计数器表1.1区块头详细结构区块链关键技术数据层2.Merkle树Merkle树是一棵哈希二叉树，树的每个叶子节点都是一笔交易的哈希值。以比特币为例，在比特币网络中，Merkle树被用来归纳一个区块中的所有交易，同时 生成整个交易集合的数字指纹即Merkle树根，且提供了一种校验区块是否存在某交易 的高效途径。生成一棵Merkle树需要递归地对每两个哈希节点进行哈希得到一个新的哈希

23、值，并将 新的哈希值存入Merkle树中，直到两两结合最终只有一个哈希值时，这个哈希值就是 这一区块所有交易的Merkle根，存储到上面介绍的区块头结构中。区块链关键技术数据层图1.5Merkle树区块链关键技术数据层第一步，需要使用两次SHA256算法对每笔交易数据进行哈希运算，得到每笔交易的哈希 值，这里可以得到HA、HB、HC、HD这4个哈希值，也就是这棵Merkle树的叶子节点。HA=SHA256（SHA256（交易A）第二步，对两个叶子节点HA、HB的哈希值同样使用两次SHA256进行组合哈希运算，将 会得到一个新的哈希值HAB，对HC、HD进行同样的操作将获得另一个哈希值HCD。H

24、AB=SHA256（SHA256（HAHB）第三步，对现有的两个哈希值HAB、HCD进行第二步中的组合运算，最后将得到一个新的 哈希值HABCD，此时我们已经没有了其他同高度节点，所以最后的HABCD就是这一棵 Merkle树的Merkle根。之后将这个节点的32字节哈希值写入到区块头部Merkle根字段中。Merkle树的整个形成过程结束。HABCD=SHA256（SHA256（HABHCD）区块链关键技术数据层因为Merkle树是一棵二叉树，所以它需要偶数个叶子节点，也就是偶数笔交易。若出现奇数笔交易，Merkle树的解决方案是将最后一笔交易进行一次复制，以此构造成偶 数个叶子节点，这种偶

25、数个叶子节点的二叉树也称为平衡树。当需要证明交易列表中的某笔交易存在时，一个节点只需计算log2N个32字节的哈希值，就可以形成一条从Merkle树根到特定交易的路径，Merkle树的效率如表1.2所示。区块链关键技术数据层3.非对称加密与数字签名非对称加密是区块链技术中用于安全性需求和所有权认证时采用的加密技术，常见的非 对称加密算法有RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）和ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）等等，基于非对称加密算法可使通信双方在不安全 的媒体上交换信息，安全地达成信息的一致。与对称加密算法不同的是，非对称加密算法需要两个密钥：公开密

26、钥（public key）和 私有密钥（private key）。区块链关键技术数据层公开密钥是对外公开的，而私有密钥是保密的，其他人不能通过公钥推算出对应的私 钥。每一个公开密钥都有其相对应的私有密钥，如果我们使用公开密钥对信息进行了 加密，那么则必须有对应的私有密钥才能对加密后的信息进行解密；而如果是用私有密钥加密信息，则只有对应的公开密钥才可以进行解密。在区块链中，非对称加密主要用于信息加密、数字签名等场景。区块链关键技术数据层信息发送者A需要发送一个信息给信息接收者B，需要先使用B的公钥对信息进行加密，B 收到后，使用自己的私钥就可以对这一信息进行解密，而其他人没有私钥，是没办法对 这

27、个加密信息进行解密的。图1.7信息加密42/34图1.8 数字签名区块链关键技术数据层而在数字签名场景中，如图1.8所示，发送者A先用哈希函数对原文生成一个摘要（Digest），然后使用私钥对摘要进行加密，生成数字签名（Signature），之后将数字签名与原文一起发送给接收者B；B收到信息后使用A的公钥对数字签名进行解密得到摘 要，由此确保信息是A发出的，然后再对收到的原文使用哈希函数产生摘要，并与解密得 到的摘要进行对比，如果相同，则说明收到的信息在传输过程中没有被修改过。区块链关键技术网络层网络层是区块链平台信息传输的基础，通过P2P的组网方式、特定的信息传播协议和数据验证机制，使得区块

28、链网络中的每个节点都可以平等地参与共识与记账。本小节重点：P2P网络架构、信息传输机制和数据验证机制。1.P2P网络架构采用的是基于互联网的P2P（peer-to-peer）架构，在P2P网络中，每台计算机每个节点 都是对等的，每台主机都可以作为服务端响应请求，也可以作为客户端使用其他节点所 提供的服务。（去中心化、开放）P2P通信不需要从其他实体或CA获取地址验证，因此有效地消除了篡改的可能性和第三 方欺骗。区块链关键技术网络层2.传输机制在新的区块数据生成后，生成该数据的节点会将其广播到全网的其他节点以供验证。范例：以太坊区块链集成了所谓的“幽灵协议”，以解决因区块数据确认速度快而导致的高

29、区块作废率和随之而来的安全性风险。比特币系统传输协议步骤：(1)负责交易的节点将新的交易数据向全网络所有节点广播；(2)每个节点都将收集到的交易数据存储到一个区块中；(3)每个节点基于自身算力在区块中找到一个符合难度要求的工作量证明；区块链关键技术网络层(4)当节点找到区块的工作量证明后，就向全网所有节点广播此区块；(5)只有包含在区块中的所有交易都有效且之前未存在过，其他节点才认同该区块的有效性；(6)其他节点接收该数据区块，并在该区块的末尾制造新的区块以延长链，而将被接收的区块的随机哈希值视为新区块的前序区块哈希值。如果交易的相关节点是一个未与其他节点相连接的新节点，比特币系统通常会将一组

30、长期稳定运行 的“种子节点”推荐给新节点以建立连接，或者推荐至少一个节点连接新节点。此外，进行广播的交易数据并不需要全部节点都接收到，只要有足够多的节点做出响应，交易数据 便可整合到区块链账本中。而未接收到完整交易数据的节点可以向临近节点请求下载缺失的交易数 据。46/34区块链关键技术网络层3.验证机制在区块链网络中，所有的节点都会时刻监听网络中广播的交易数据和新产生的区块。验证交易数据：在接收到相邻节点发来的数据后，会首先验证该数据的有效性，若数据有效则按 接收顺序为新数据建立存储池来暂存这些数据，并且继续向临近节点转发；若数据无效则立即废 弃该数据，从而保证无效数据不会在区块链网络中继续

31、传播。验证新产生区块：某节点产生出新区块后，其他节点按照预定义的标准对新区块的工作量证明、时间戳等方面进行校验，若确认有效，则将该区块链接到主区块链上，并开始争取下一个区块的 记账权。47/34区块链关键技术共识层共识层作用是在不同的应用场景下通过使用不同的共识算法，在决策权高度分散的去中心化系统 中使得各个节点高效地达成共识。最初使用工作量证明共识（Proof of Work，PoW），但其有很大缺陷，即过度依赖节点算力。随着区块链技术的不断演进和改进，研究者陆续提出了一些不过度依赖算力而能达到全网一致的算法，比如权益证明共识（Proof of Stake，PoS）机制、授权股份证明共识（D

32、elegatedProof of Stake，DPoS）机制、实用拜占庭容错（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT）算法、Raft共识算法等等。48/34区块链关键技术共识层1.PoW（工作量证明机制）PoW机制诞生于1997年 Adam Back 设计的Hashcash系统，它最初被创造出来用于预防邮件系统中漫天遍地的垃圾邮件。2009年中本聪将PoW机制运用于比特币区块链网络中作为达成全网一致性的共识机制。在该机制中，网络上的每一个节点都在使用SHA256哈希算法运算一个不断变化的区块头的哈希 值。共识要求算出的值必须等于或者小于某个给定的值。在

33、分布式网络中，所有的参与者都需要 使用不同的随机数来持续计算该哈希值，直到达到目标为止。当一个节点得出了确切的值，其他 所有的节点必须相互确认该值的正确性。之后，新区块中的交易将被验证以防欺诈。然后，用于 计算的交易信息的集合会被确认为认证结果，用区块链中的新区块表示。在比特币中，运算哈希值的节点被称作“矿工”，而PoW的过程被称为“挖矿”。由于认证的计算是一个耗时的过程，所以也提出了相应的激励机制（例如向矿工授予一小部分比特币）。49/34区块链关键技术共识层PoW的优点是完全的去中心化和分布式账簿。缺点也很明显，即消耗资源：挖矿行为造成了大 量的资源浪费，同时PoW达成共识的周期也比 较长

34、，比特币网络会自动调整目标值来确保区块 生成过程大约需要10分钟，因此它不是很适合 商业运用。50/34“挖矿机挖矿机”区块链关键技术共识层2.PoS（股权证明机制）PoS的想法源于尼克萨博（Nick Szabo），是PoW的一种节能替代选择，它不需要用户在不受 限制的空间中找到一个随机数，而是要求人们证明货币数量的所有权，因为其相信拥有货币数量 多的人攻击网络的可能性更低。进一步发展：由于基于账户余额的选择是非常不公平的，因为单一最富有的人势必在网络中占主 导地位，所以提出了许多解决方案，结合股权来决定谁来创建下一个块。其中，Blackcoin使用 随机选择来预测下一个创建者，而Peerco

35、in则倾向于基于币龄来选择。Peercoin首次开创性地实 现了真正的股权证明，它采用工作量证明机制发行新币，采用股权证明机制维护网络安全，这也 是“虚拟货币”历史上的一次创举。同比特币网络要求证明人执行一定量的工作不同，该机制只 需要证明人提供一定数量“数字货币”的所有权即可。与PoW相比，PoS可以节省更多的能源，更有效率。但是，由于挖矿成本接近于零，因此可能会 遭受攻击。且PoS在本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算，所以它同样难以应用于商业领 域。51/34区块链关键技术共识层3.DPoS（股份授权证明机制）DPoS由比特股（Bitshares）项目组发明。股权拥有者选举他们的代表来

36、进行区块的生成和验证。DPoS类似于现代企业董事会制度，比特股系统将代币持有者称为股东，由股东投票选出101名代 表，然后由这些代表负责生成和验证区块。DPoS的优点在于大幅减少了参与区块验证和记账的节点数量，从而缩短了共识验证所需要的时间，大幅提高了交易效率。从某种角度来说，DPoS可以理解为多中心系统，兼具去中心化和中心化优 势。52/34区块链关键技术共识层4.PBFT（实用拜占庭容错算法）这个算法最初出现在MIT的Miguel和Barbara Liskov的学术论文中，初衷是为一个低延迟存储系 统所设计，降低算法的复杂度，该算法可以应用于吞吐量不大但需要处理大量事件的数字资产平 台。它

37、允许每个节点发布公钥，任何通过节点的消息都由节点签名，以验证其格式。验证过程分为三 个阶段：预备、准备、落实。如果已经收到超过1/3不同节点的批准，服务操作将是有效的。使 用PBFT，区块链网络N个节点中可以包含f个拜占庭恶意节点，其中f=(N-1)/3。换句话说，PBFT确保至少2 f+1个节点在将信息添加到分布式共享账簿之前达到共识。目前，HyperLedger联盟、中国ChinaLedger 联盟等诸多区块链联盟都在研究和验证这个算法 的实际部署和应用。53/34区块链关键技术共识层54/345.Raft（信道可信条件下的共识算法）Raft是由Stanford提出的一种更易理解的一致性算

38、法，基于没有作恶节点但网络节点可能宕机的前提条件下，达成所有节点的一致性共识。Raft节点一般分为三种角色：Follower、Candidate、Leader。一开始，所有的节点都是以 Follower角色启动，想当Leader的节点将会成为Candidate节点，并向其它Follower发出选举 投票请求，只要超过半数的节点选择自己即可成为Leader节点，之后该Leader节点每隔一段时 间就向 Follower节点发送“心跳”保活，否则其余节点可再次竞争Leader节点。写入数据时，Leader先将数据暂时写在本地日志，并向Follower发送添加数据请求。当有超过半数的添加成功信息返回

39、，Leader便可以写入本地并向客户端发回成功结果，否则写入失败。区块链关键技术激励层激励层作为将经济因素引入区块链技术的一个层次，其存在的必要性取决于建立在区块链技术上的具体应用需求。在去中心化系统中，共识节点本身是自利的，其参与数据验证和记账工作的根本目的是最大化自 身收益。所以，必须设计合理的激励机制。55/34区块链关键技术激励层激励层以比特币系统为例发行机制在比特币系统中，新区块产生发行比特币的数量是随着时间阶梯型递减的。从创世区块起，每 个新区块将发行50个比特币奖励给该区块的记账者，此后每隔约4年（21万个区块），每个新区块 发行的比特币数量减少一半，以此类推，一直到比特币的数量

40、稳定在上限2100万为止。给记账者的另一部分奖励来源于比特币交易过程中产生的手续费，目前默认的手续费是 1/10000个比特币。随着时间的逐渐推移，手续费便会成为共识节点记账的主要动力。此外，手续 费还可以起到保障安全性的作用，防止大量微额交易对比特币系统发起“粉尘攻击”。56/34区块链关键技术激励层激励层以比特币系统为例分配机制据B统计，目前已经存在13种不同的分配机制。现今主流矿池通常采用PPLNS（Pay Per Last N Shares）、PPS（Pay Per Share）和PROP（PRO Portionately）等机制。在矿池中，根据各个节点贡献的算力，按比例划分为不同的股

41、份。PPLNS机制在产生新的区块后，各合作节点根据其在最后N个股份内贡献的实际股份比例来分配奖 励；PPS则直接根据股份比例为各节点估算和支付一个固定的理论收益，采用此方式的矿池将会适 度收取手续费来弥补其为各个节点承担的收益不确定性风险；PROP机制则根据节点贡献的股份按 比例地分配奖励。57/34区块链关键技术合约层合约层封装了各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程性的体现。比特币本身就具有简单脚本的编写功能，而以太坊极大地强化了编程语言协议，理论上可以编写 实现任何功能的应用。如果说数据、网络和共识三个层次作为区块链底层“虚拟机”，分别承担数据表示、数据传播和 数据验证功能，合约层则是

42、建立在区块链虚拟机之上的商业逻辑和算法，是实现区块链系统灵活 编程和操作数据的基础。58/34区块链关键技术合约层智能合约的概念可以追溯到1995年，是由学者尼克萨博提 出并进行如下定义的：“一个智能合约是一套以数字形式定 义的承诺，包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协 议。”智能合约作为区块链技术的关键特性之一，是运行在区块链 上的模块化、可重用、自动执行的脚本，能够实现数据处理、价值转移、资产管理等一系列功能。合约部署的时候被虚拟机编译成操作码存储在区块链上，对 应地会有一个存储地址。当预定的条件发生时，就会发送一 笔交易（transaction）到该合约地址，全网节点都会执行 合约脚

43、本编译生成的操作码，最后将执行结果写入区块链。59/34nick szabo区块链关键技术合约层基于区块链技术的智能合约不仅可以发挥智能合约在成本效率方面的优势，还可以避免恶意行为对合约正常执行的干扰。智能合约与区块链的结合，丰富了区块链本身的价值内涵，其特性有以下3点：用程序逻辑中的丰富合约规则表达能力实现了不信任方之间的公平交换，避免了恶意方中断协议等可能性；最小化交易方之间的交互，避免了计划外的监控和跟踪的可能性；丰富了交易与外界状态的交互，比如可信数据源提供的股票信息、天气预报等。60/34目 录一区块链基础入门二区块链发展历程三区块链关键技术 四区块链产业现状 五区块链应用场景六区块

44、链主流平台区块链产业现状区块链发展态势区块链最早应用在“数字货币”方面，数字资产众筹经历了从萌芽到爆发的过程，但随之而来的 也是资产发行无序，市场上各类项目良莠不齐，大部分的功能型通证并无实际使用价值。进入 2018年，数字资产市场出现了合规化资产发行模式。2017-2018年数字货币热潮逐渐退却，转向多元化技术体系延伸，链上扩容、链下扩容、DAG、跨链、隐私币等技术方案热度不断攀升。从2019年开始的长时间阶段内，区块链的产业发展会从思维理论为重到实体应用为主，从跟风 发行虚拟币转向稳步造福实体产业。62/34区块链产业现状政府规划63/34区块链产业现状政府规划64/34区块链产业现状政府

45、规划65/34区块链产业现状区块链生态图谱区块链产业链的参与者可分为4个层次：应用层、中间服务层、基础平台层和辅助平台层。应用层主要为最终用户（个人、企业、政府）服务，开发者基于不同的用户需求开发不同的去中心化应用来为不同的行业服务；中间服务层主要帮助客户对各种基于区块链底层技术的应用进行二次开发，为其使用区块链技术改造业务流程提供便捷的工具和协议；基础平台层主要聚焦于区块链的基础协议和底层架构，为整个社会的区块链生态发展提供技术支 持；辅助平台层并不是区块链产业链的主要参与者，但其同样是区块链产业发展非常重要的外部辅助力量，包括基金、媒体和社区等。66/34区块链产业现状区块链生态图谱区块链

46、的应用可以分为两类：第一类，基于区块链分布式记账的特点开发的应用，包括身份验证、权益证明、资产鉴证等。第二类，利用区块链的去中心化体系开发的各种去中心化应用，从技术的可行性角度来看，目前所有涉及价值传递的行业皆可通过区块链技术进行底层重构。67/34区块链产业现状区块链生态图谱68/34目 录一区块链基础入门二区块链发展历程三区块链关键技术 四区块链产业现状 五区块链应用场景六区块链主流平台区块链应用场景数字票据传统的纸质票据存在着易丢失、易伪造和被篡改等风险。通过引入区块链技术，可以将票据信息、状态记录在区块链平台。一笔票据交易一旦生成，区块链上的各节点首先对交易进行验证，一旦各 节点达成“

47、共识”，便把该条交易记录于区块链上，且“不可篡改”。另外，传统的票据行业，各个机构之间的对账与清算相对比较复杂，而区块链技术通过各个节点共 同记账、相互验证的方式，可有效地提高资金清算的效率。同时，各个机构也保持了相对独立的业务自主性，有较高的灵活性。供应链金融传统的供应链金融平台一般由单个金融机构主导，难以实现同业间的扩展和推广。区块链技术让参 与方只需专注于业务系统对接区块链平台即可，可实现全行业的快速覆盖。供应链上企业之间的贸 易信息、授信融资信息，以及贸易过程中涉及的仓储、物流信息均登记在区块链上，且信息不可篡 改，保证了资产的真实有效，降低了企业融资成本和银行授信成本。跨机构信息通过

48、区块链的共识 机制和分布式账本保持同步，通过访问任意一个节点即可获取完整的交易数据，打破信息孤岛。70/34区块链应用场景应收账款传统的应收账款通过线下交易确认的方式完成，而伪造交易、篡改应收账款信息等风险的存在降低 了交易参与方的信任感。将应收账款的全流程操作通过区块链平台进行，实现了应收账款交易的全 程签名认证并且不可抵赖，同时使用智能合约实现权限和状态控制，使得应收账款更加安全可控，构建了高度可信的交易平台。数据交易数据作为特殊商品具有独特性，存在被复制、转存的风险，按照商品流通中介模式建立的数据中介 平台构成了对数据交易双方权益的潜在威胁，变成了数据交易的一个障碍。通过区块链技术对数据

49、 进行确权，能够有效保障数据所有方的权益，杜绝数据被多次复制转卖的风险，把数据变成受保护 的虚拟资产，对每笔交易和数据进行确权和记录。利用区块链的可追溯和不可篡改等特性，可以确 保数据交易的合规、有效，激发数据交易的积极性，促成数据市场的规模性增长。71/34区块链应用场景债券交易利用区块链技术，监管机构以节点的形式加入区块链，实时监控区块链上的交易。同时，智能合约 使得债券在整个生命周期中具备限制性和可控制性，也可以有效提高监管效能。由于区块链的数据 完整和不可篡改性，对任何价值交换历史记录都可以追踪和查询，能够清晰查看和控制债券的流转 过程，从而保证债券交易的安全性、有效性和真实性，有效防

50、范市场风险。同时，基于区块链技术 可避免第三方机构对账清算的工作，从而有效提升债券交易的清算效率。大宗交易智能合约控制大宗交易流程，减少人为交互，提升处理效率。无需中心平台审核确认，保证报价满 足撮合条件时，自动触发相关操作，减少操作失误。交易所和清算所可以互为主备，负责所有交易 数据定序广播，发起共识。实时灾备容错，发生重大故障可以秒级切换主节点。接入节点发生故障，通过内置算法快速恢复历史数据，避免交易数据丢失。会员和银行接入端独立处理查询，数据实时 同步，减轻主节点压力。监管节点实时获取相关交易数据，监管机构对大宗交易进行实时监管。72/34区块链应用场景73/34跨境支付传统跨境支付由于