区块链素养、起源、应用和技术效用

区块链介绍 独立架构师目录 比特币的价格从诞生之时的1美元到1300个比特币，再到巅峰时期的2万多美元，而一个比特币本身没有任何价值 你听说过的区块链——比特币挖矿A mine是参与比特币网络维护的节点，通过协助新区块的产生获得一定数量的新增比特币。 当用户发布交易时，需要有人确认交易并将其写入区块链以形成新的区块。 通过挖矿，每10分钟左右产生一个不超过MB大小的区块（记录这10分钟内发生的经过验证的交易内容），连接到最长链的末端。 每个区块奖励初始为50个比特币，每21个区块自动减半，当前阶段为12.5。 比特币最终总量稳定。 比特币使用工作量证明ProofWork（PoW）机制来达成共识。 比特币挖矿ICO，全称InitialCoinOffering，意为“初始代币发行”。 货币或以太币进行兑换。 你听说过blockchain-ICO，但ICO本质上是：一种通过尚未落地产品的项目计划出售项目代币来筹集资金的金融行为。 基本流程是：项目方写几页白皮书，发行新的代币，卖出一部分换取几千万甚至上亿的比特币或以太币。 互联网（信息去中心化）颠覆了世界，但区块链（信用去中心化）要颠覆互联网。 区块链时代一旦到来，将颠覆我们目前所有的认知，我们将进入一个新的时代，一个不再有信任危机的时代你听说过的区块链——颠覆传统产品溯源跨境交易企业信任现实问题-信任问题 系统化、特征化、流程化抗风险能力更强 规则简单现实 存在问题-中心问题 传输不可靠 TCP/IP协议 刻意破解拜占庭通用问题 信息泄露和篡改 加密证书概要现实存在的问题——安全性和可靠性问题 货币的形式从实物货币、金属货币、替代货币、信用货币、电子货币到数字货币。

货币本身的价值也是基于实物价值和发行者的信用价值。 货币（信用卡、纸币等）需要额外的系统（如银行）来完成生产、流通、管理等操作，带来极大的额外成本和使用风险，如伪造、信用卡诈骗、盗刷、转账等实现一种数字货币，保持现有货币的这些特性，消除纸币的缺陷，提高携带、防伪、防伪、匿名、交易、资源、发行等能力。 区块链起源——数字货币集中管控 下面的数字货币需要中央管控系统。 但在很多情况下，并没有安全可靠的第三方记账机构充当中控的一角。 交易双方互不信任，无法找到双方认可的第三方担保； 汇率变动； 可能无法连接到第三方系统； 区块链的起源——数字货币的起源：2008年，中本聪提出比特币的设计白皮书，2009年公布了最初的实现代码。 区块链起源——比特币解决的问题：被控制在发行者手中； 其自身价值无法得到保证，也无法匿名交易。 2014年以来，比特币背后的区块链技术受到大家的关注，正式引发了分布式账本技术的创新浪潮。 人们开始意识到，与账本相关的技术对于资产（包括有形资产和无形资产）的管理（包括所有权和流通）至关重要； 而去中心化的分布式账本技术至关重要，对于当前开放的多维商业网络具有重要意义。

区块链是实现去中心化账本系统的一种非常有前途和可行的技术。 目前，区块链技术已经从比特币中分离出来，在金融、贸易、征信、物联网、共享经济等诸多领域崭露头角。 现在人们提到“区块链”时，往往与比特币网络没有直接联系，除非特别指出是承载比特币交易系统的“比特币区块链”。 区块链起源-比特币到区块链 区块链起源-比特币背后的技术 比特币是区块链的第一个应用 区块链是支撑比特币的底层技术 狭义和广义本质是一种分布式记账和同步更新账本技术去中心化去中心化集体维护的技术方案以去信任的方式建立可靠的数据库。 一种创新颠覆性的思维理念，去中介化区块链起源于比特币?，构建信任社会，实现共享区块链; 区块（Block）：记录一段时间内发生的交易和状态结果，是对当前账本状态的共识； 链（Chain）：由区块按发生顺序串联而成，是整个状态变化的链。 记录。 中心记账需要中介做信任共享分布式共享记账实现去中介信任分布式账本结构共识机制Peer-to-Peer模式去中心化架构信任交易公开透明，数据不可篡改。 全网共识机制及智能合约区块链简介-创新区块链 最大的创新：在于去中介化和建立信任 维护功能的节点完成，每个节点的地位是平等的。 一个节点甚至几个节点的损坏不会影响整个系统的运行，网络具有很强的鲁棒性。

去中心化网络中节点之间的数据传输是匿名的，节点之间不需要相互信任。 整个系统通过公开透明的数学算法运行。 节点之间共享数据，相互信任，没有办法欺骗其他节点。 中介信系统中的每个节点都可以获得一份完整的“账本”。 除非能同时控制整个系统中超过51%的节点，否则单个节点上的数据修改是无效的，不能影响其他节点上的数据内容。 数据可靠。 公共区块链网络中的节点可以任意访问，网络中的数据读写权限不受限制。 任何人都可以参与共识过程。 比特币是典型的公链。 私有区块链网络中的节点由一个组织控制，写入权限仅限于一个组织，读取权限有限且对外开放。 由全球42家银行组成的区块链联盟R3CEV是私有区块链。 联盟链介于公有链和私有链之间。 公共节点：网络中可以任意访问的节点，授权节点：必须被授权才能访问的区块链。 比如清算。 区块链概论-分类区块链概论-货币和交易的发展，即加密数字货币与兑现相关的应用，货币、转账、汇款等智能合约以及股票、债券、期货、贷款等数字支付系统、智能合约 对资产和智能合约等非货币应用程序进行更广泛的自治和管理，在政府、卫生、科学、文化和艺术领域都有应用。 甚至最终达到去中心化自治社会的最终效果 区块链1.0 区块链2.0 区块链3.0 可编程商品区块链应用-商业价值 区块链应用-银行金融领域 区块链技术可以提供金融服务 有效可靠的所有权证明和相当强大的中介保障机制加拿大银行基于区块链技术开发了数字版加元（命名为CAD货币），允许用户用加元兑换数字货币。

经过验证的交易对手将处理交易，银行保留在需要时销毁 CAD 代币的权利。 英格兰银行实施了基于分布式账本平台的数字货币系统。 RSCoin的目标是提供一种由中央银行控制的数字货币，采用双层链架构，2PC提交的改进版本，以及多条链之间的交叉验证机制。 由于主要用于中央银行与其下属银行之间，通过事先建立一定的信任基础，可以提供更好的处理性能。 中国邮政储蓄银行与IBM联合推出基于区块链技术的资产托管系统，这是中国银行业首次将区块链技术成功应用于核心业务系统。 区块链应用-区块链在支付领域的应用-区块链在证券领域的应用-区块链应用-所有权管理房地产中介房管理，物品的所有权写在数字链上，任何人都无法修改，智能合约，保证合约的准确执行 区块链应用-物联网 区块链应用-其他区块链技术-关键技术与挑战 区块链技术-核心技术分解 区块链技术-分布式系统：一致性存在以下问题： 、节点间网络通信不可靠，包括任意延迟和内容失败； ，节点的处理可能会出错，甚至节点本身随时都可能宕机； , 同步调用会使系统的可扩展性不理想 分布式系统的一致性应该满足： , 终止：一致的结果可以在限定的时间内完成； , 共识：不同节点的最终决策结果应该是相同的； , Validity : 一个决定的结果必须是另一个过程的提议。

Blockchain Technology - Distributed Systems: Consensus Algorithms Blockchain Technology - Distributed Systems: Paxos Paxos 是第一个经过验证的共识算法，其原理基于带有扩展的两阶段提交。 proposer：提出一个提案，等待大家同意后结案。 通常客户承担这个角色； acceptor：负责对提案进行投票。 通常服务器承担这个角色； 学习者：获知案件结果并与之统一，不参与表决过程。 可能是客户端或服务器。 区块链技术——分布式系统：Raft Raft算法是Paxos算法的简化实现。 Leader（领导者）：负责日志同步管理，处理来自客户端的请求，并与Follower保持心跳联系Request, forward the transaction requested to Follower to Leader Candidate (candidate): responsible for election voting, when Raft is just started, a node is converted from Follower to Candidate to initiate an election, and the Leader Candidate is elected to the Leader state; 区块链技术-分布式系统：拜占庭故障 对于拜占庭问题，如果节点总数为 则只能解决问题，即拜占庭容错（BFT）算法。

1999 年提出的 Practical Byzantine Fault Tolerant (PBFT) 是第一个广泛使用的拜占庭容错算法。 只要系统中2/3的节点正常工作，就可以保证一致性。 PBFT算法包括三个阶段达成共识：Pre-Prepare，Prepare方法是限制一段时间内全网出现的提案数量（增加提案成本），放宽对最终一致性的要求confirmation，同意大家确认并沿着已知最长的链条加宽。 系统的最终确认存在于概率意义上。 这样，即使有人试图恶意破坏它，它也会付出很大的经济代价（付出系统一半以上的代价）。 区块链技术-分布式系统：FLP Impossible principle FLP Impossibility Principle：在具有可靠网络和节点故障（即使只有一个）的最小异步模型系统中，不存在可以解决一致性问题的确定性算法 Fischer, Lynch Patterson ，三位作者在1985年发表了一篇论文，不要浪费时间为异步分布式系统设计一个可以在任何场景下达成共识的算法。 科学告诉你什么是不可能的； 工程学告诉你，我可以付出一些代价使之成为可能。 区块链技术-分布式系统：CAP原理 分布式领域CAP理论 一致性（consistency），一致的数据更新，所有数据变化都是同步的 可用性（availability），良好的响应性能 分区容错（partition fault tolerance）定理：任何分布式系统只有两点可以同时满足，没办法兼顾三者。

忠告：架构师不应该把精力浪费在如何设计一个能够满足三者的完美分布式系统上，而应该做出取舍。 区块链技术-分布式系统：ACID和BASE ACID：Atomicity（原子性）Consistency（一致性）Isolation（隔离）Durability（持久性）BASE模型反ACID模型，完全不同的ACID模型，牺牲高一致性，获得可用性或可靠性：Basically Available基本可用。 支持分区失败（如sharding分片数据库） 软态 软态状态可以在一段时间内不同步，异步。 Eventually consistent，最终的数据是一致的，并不总是高度一致的。 BASE思想的主要实现是按功能划分数据库。 2. Sharding 分片区块链技术-分布式系统：如何提高可靠性指标的可靠性，解决方案有两个：一是让系统中的单点更加可靠； 另一种是消除单点。 区块链技术-密码学与安全：HASH和Abstract Hash（散列或散列）算法可以将任意长度的二进制值（明文）映射到较短的固定长度二进制值（Hash值），而不同的明文很难映射到相同的哈希。 目前流行的Hash算法有MD5和SHA-1。 数字摘要是Hash算法最重要的用途，解决保证内容不被篡改的问题（利用Hash函数的防冲突特性）区块链技术-密码学与安全：加解密算法区块链技术-密码学与安全：数字签名 数字签名用于验证一个数字内容的完整性（完整性首先对文件进行消化，然后用自己的私钥加密，将文件和加密后的字符串都发送到密钥中去对加密后的字符串进行解密，得到原始的数字摘要，并与文件摘要的结果进行比较。

区块链技术-密码学与安全：PKI PKI是一个基于公钥和私钥实现安全可靠的消息传递和身份确认的通用框架CA（Certification Authority）：负责证书的颁发和吊销，接收RA的请求，是核心部分； RA（Registration Authority）：验证用户身份，验证数据合法性，负责注册，审核通过后发送给CA。 证书数据库：存放证书，一般使用LDAP目录服务，标准格式为X.500系列。 数字证书用于证明谁拥有某个公钥且内容正确。 数字证书就像证明信息和合法性的证书。 由证书认证机构（CA）颁发，数字证书内容可能包括版本、序列号、签名算法类型、颁发者信息、有效期、颁发者、颁发的公钥、CA数字签名等信息。 链技术-以太坊以太坊（英文：Ethereum）是一个具有智能合约功能的开源公共区块链平台。 通过其专用的加密货币以太币（也称为“以太币”）区块链起源于比特币?，它提供了一个去中心化的虚拟机（称为“以太坊虚拟机”）来处理点对点合约。 以太坊的目标是建立一个运行智能合约的去中心化平台（Platform SmartContract）。 平台上的应用程序按照程序设置运行，不存在宕机、审核、欺诈、第三方人为干预的可能。

以太坊区块链的主要特点包括： 1. 单独指定智能合约的编程语言 Solidity 2. 使用对内存要求高的哈希函数：避免计算矿机； 3、叔块激励机制：减少矿池 4、难度调整算法：一定的自动反馈机制； 5.gas limit调整算法：限制代码执行指令数，避免循环攻击； 6. 记录当前状态的哈希树的根节点哈希值到块：在某些情况下实现轻量级访客 7. 为执行智能合约而设计的简化虚拟机 EVM。 区块链技术-Fabric引入Hyperledger（超级账本项目是企业开放区块链技术的第一个重要探索，在Linux基金会的支持下，吸引了包括IBM、英特尔、摩根等在内的众多科技和科技公司的参与金融巨头，Fabric是其核心项目 Fabric是领先的开源、通用区块链结构，为企业打造的区块链技术——Fabric Application 谢谢！