区块链概述和应用发展

,区块链及其核心技术,2022,Blockchain and its core technology,前 言,区,块链是随着比特币等数字加密货币的日益普及而逐渐兴起的一种全新的去中心化基础架构与分布式计算范式，目前已经引起政府部门、金融机构、科技企业和资本市场的高度重视与广泛关注。区块链技术具有去中心化、时序数据、集体维护、可编程和安全可信等特点，特别适合构建可编程的货币系统、金融系统乃至宏观社会系统。,目录,/,Contents,01,区块链概述,02,去中心化,03,hash,函数,04,POW,和,POS,共识机制,05,区块链的优劣,06,区块链的发展,、,应用,和展望,01,区块链概述,区,块链本质,上是一个去中介化,的数据库，是,一串,使用密码学方法,相关联产生,的数据块，,每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的,有效性和,生成下一个区块。,1,区块链的定义,/,The definition of blockchain,区块链是一种几乎不可能被更改的分布式数据库。这里的“分布式”不仅体现为数据的分布式存储，也体现为数据的分布式记录（即有系统参与者共同维护）,数据角度,区块链并不是一种单一的技术，而是多种技术整合的结果。这些技术以新的结构组合在一起，形成了一种新的数据记录、存储和表达的方式。,技术角度,区块链是分布式数据存储、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，一种通过去中心化、去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案,。,2,什么是区,块链,/,What is blockchain,区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据,块,每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息,数据,块,用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块,区块链的核心思想是去中心化,.,3,区,块链的,颠覆,性,/,The subversion of blockchain,理论上说，区块链技术可以让微信支付和支付宝不再有存在价值。区块链让人们在互不信任并没有中立中央机构的情况下，能够做到互相协作。打击假币和金融诈骗未来都不需要了。,区块链最大的颠覆性在于信用的建立,4,区块链的优势,/,Advantages of blockchain,系统维护,系统经营,参与度高,依赖于数据中心的运维和经营,成本不可忽略,.,任何人都可以参与,.,在中心化网络体系下，系统的维护和经营依赖于数据中心等平台的运维和经营，成本不可省略。区块链的节点是任何人都可以参与的，每一个节点在参与记录的同时也来验证其他节点记录结果的正确性，维护效率提高，成本降低。,区块链的集体维护可以降低成本,02,去中心化,区块链的核心思想是去,中心化,，是互联网发展,过程中形成,的社会关系形态,和内容产生形态,去中心化,/,D,ecentralization,什么是去中心化,为什么要去中心化,中心化和去中心化,的关系,1,什么是去,中心化,/,What is decentralization,在一个分布有众多节点的系统中，每个节点都具有高度自治的特征。节点之间彼此可以自由连接，形成新的连接单元。任何一个节点都可能成为阶段性的中心，但不具备强制性的中心控制功能,。这种,开放式、扁平化、平等性的系统现象或结构，我们称之为去中心化。,简单地说，中心化的意思，是中心决定节点。节点必须依赖中心，节点离开了中心就无法生存。在去中心化系统中，任何人都是一个节点，任何人也都可以成为一个中心。任何中心都不是永久的，而是阶段性的，任何中心对节点都不具有强制性。,中心化,去中心化,寡头,&,垄断,平等,&,互联,2,为什么要去中心化,/,Why decentralization,.,.,去中心化的原因在于某些制度和系统的中心化趋势趋于严重，而且没有制衡和监管。人们被强迫屈服于中心化的制度设计。例如，现代金融体系是非常中心化的，而现代金融体系的部分弊端就源自其中心化的制度结构。,各国政府和央行控制了货币发行权。每次超发货币制造通货膨胀,使人们,手中的财富缩水。最终受益的都是政府，而受害的都是社会大众。,而这种,状况的出现并非出自人们的自愿，而是政府通过,法律维持,法定垄断而出现的。,人们的金融行为严重依赖银行。但储蓄在银行的存款并不绝对安全。这是,因为银行将,存款,中大部,分用于,放贷。,当,超过,20%,的储户,同时取款,时，银行将无法偿付。所以人们将钱存,于银行,时,，面临,着潜在的违约风险。而历史上，这种风险多次成为真实的危机。,比特,币在,技术上成功实现了数字货币的去中心化,。比特币展示了一种不,为任何中心机构所控制的，无法恶意制造通货膨胀的数字货币的可能性,。对,现代金融货币体系进行改革的技术上的可能性。,1,2,3,4,3,中心化和去,中心化,关系,/,The relationship between centralization and decentralization,区块链的去中心化概念并不是独特的。我们现有的技术和社会制度就有某些去中心概念。,再如，市场经济可以认为是一个去中心化的经济制度。价格，生产，消费由各个市场主体博弈决定。而计划经济则是一种中心化的经济制度。国家计划委员会负责确定各类商品的价格和产量,。,我国,逐步减少计划经济这一中心化经济制度在我国经济中的比重，到现在我国已成为了一个相当市场化的经济体，而这期间我们实现了三十多年的高速经济发展,。,还有相当多的例子可以说明，中心化和去中心化既不绝对是谁优谁劣，也不是完全对立的。在一些特定的场景中，中心化有其优势，在另外一些例子中去中心化有更高的效率。在更多的例子中，一个庞大的系统既有中心化的部分，又有去中心化的部分,。,03,Hash,函数,非对称加密和授权技术，存储在区块链上的交易信息是公开的，但是账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问,到。,1,Hash,函数,/,The Hash function,hash,函数，是将任意长度的数据映射到有限长度的域上。直观解释起来，就是对一串数据,m,进行杂糅，输出另一段固定长度的数据,h,，作为这段数据的特征。,也就是说，无论数据块,m,有多大，其输出值,h,为固定长度,。将,m,分成固定长度（如,128,位），依次进行,hash,运算，然后用不同的方法迭代即可。如果不够,128,位则用,0,补全或者用,1,补全随意，算法中约定即可。,为保证,存储于区块链中的信息的安全与完整，区,块链使用,了包含密码,hash,函数在内的,大量现代,密码学技术,Hash,函数,任意长度的输入,固定长度的输出,2,性,能要求,/,The performance requirements,对于任意两个不同的数据块，其,hash,值相同的可能性极小；对于一个给定的数据块，找到和它,hash,值相同的数据块极为困难。,抗碰撞能力,对于一个数据块，哪怕只改动其一个比特位，其,hash,值的改动也会非常大,抗篡改能力,算法,的,set,性能，直接与,hash,值产生的速度有关，所以这时候的,hash,值的产生速度就尤为重要,。,hash,值的产生速度,3,抗碰撞能力,/,Collision resistance,一个设计良好的,hash,算法，其抗碰撞能力是很高的。,以,MD5,为例，其输出长度为,128,位，设计预期碰撞概率,为,1/2,64,，,这是一个极小极小的数字,而即便是在,MD5,被王小云教授破解之后，其碰撞概率上限也高,达,1/2,41,，,也就是说，至少需要,找,2,41,次找到,一个与目标文件相同的,hash,值。,可以看到,仅两,个比特位,(char(1),和,char(2),的改变，二者的,MD5,值就天差地别了。,MD5,加密结果,：,MD5,(version1) =,966634ebf2fc135707d6753692bf4b1e,;,MD5(version2) =,2e0e95285f08a07dea17e7ee111b21c8;,4,举个例子,我们,登陆账户的,时候需要,输入密码,，如果,系统,明文保存密码,，那么黑客就很容易窃取大家的密码,。,于是,设计者就想到了一个方法，使用,hash,算法生成一个密码的签名，后台只保存这个签名值,。,由于,hash,算法是不可逆的，那么黑客即便得到这个签名，也丝毫没有用处；而当用户在网站登陆界面上输入你的密码，那么后台就会重新计算一下这个,hash,值，与网站中储存的原,hash,值进行比对，如果相同，就会允许用户登陆,。,银行,也是如此，银行是万万不敢保存用户密码的原文的，只会保存密码的,hash,值而而已。,04,共识机制,所有记账节点之间怎么达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止,篡改,的手段,。,1,POW,共识机制,/,POW consensus mechanism,哈希,函数是密码学上计算难度经过反复验证的东西，所以用它来做证明是最有效不过的。,首先被提出的是,POW,方法,每,发一条消息（上传一个区块）的时候，你要证明你付出了一定的算力，你的证据就是某串你加在区块里的无意义字符串，而加上这个字符串之后，你的区块的哈希值正好小于某个数,。,哈希,函数的特性告诉我们，你没有任何取巧的方法可以做到这一点。所以，我们知道你确实付出了很多的代价才能给出这么一个字符串。,POW,工作量证明,然而，,POW,不是没有缺陷，除了大量消耗能源之外，,POW,的另外一个问题是它的价值回路必须要通过外部输入。,2,POS,共识,机制,/,POS,consensus mechanism,POS,权益证明,采用,POS,的货币的安全性直接与使用者相关，省去了矿工这个媒介。,POS,简单说就是，每当发表一条消息的时候，不用证明你付出了什么代价，而要证明你拥有一定数量的钱。而拥有钱代表着，如果你作弊损害了这个系统的安全性，你的钱会贬值，这变相地让你付出了代价。,于是,POS,就被提出来了,需要注意的是，,POW,基本上原理都类似，而且，说到,POW,基本上就指的是比特币那种,。,可是,POS,是一类共识算法，或者说是一类共识算法的设计思想，而不是一个,。,POS,是有漏洞的，漏洞简单说就是,越有钱的人，作弊付出的代价就越大，所以,51%,攻击在,POS,里面更不可行。然而，对于没钱的人而言，他们没代价可付，所以一些恶意行为对于他们是有益的，这就会导致著名的公地悲剧。这种叫,Nothing-at-stake attack,（无利益攻击），所有,POS,算法，必须有对付这种攻击的机制，否则就不能用,。,05,区块链的优劣,关于区块链安全性的讨论,1,优点,/,Characteristics,区块链的所有的数据信息是公开的，每一笔交易都对所有节点可见。由于节点与节点之间是去信任的，因此节点之间无需公开身份，每个参与的节点都是匿名的,。,交易透明，双方匿名,任何人都可以参与到区块链网络，每一台设备都能作为一个节点，每个节点都允许获得一份完整的数据库拷贝，任一节点失效，其余节点仍能正常工作。,开放，共识,单个甚至多个节点对数据库的修改无法影响其他节点的数据库。区块链中的每一笔交易都通过密码学方法与相邻两个区块串联，因此可以追溯到任何一笔交易的前世今生,。,不可篡改，可追溯,区块链由众多节点共同组成一个端到端的网络，不存在中心化的设备和管理机构。节点之间数据交换通过数字签名技术进行验证，无需互相信任,，节点,之间不能也无法欺骗其它节点。,去中心，去信任,1,劣势,/,Disadvantage,博弈问题,在,区块链公有链中，每一个参与者都能够获得完整的数据备份，所有交易数据都是公开和透明的。如果想知道一些商业机构的帐户和交易信息，就能知道他的所有财富还有重要资产和商业机密等，隐私保障难。,区,块链的去中心、自治化的特点淡化了国家监管的概念。在监管无法触达的情况下一些，市场的逐利等特性会导致区块链技术应用于非法领域，为黑色产业提供了庇护所。,隐私保护,06,区块链,(Block chain),技术的发展和应用,关于区块链应用和发展的讨论,区块链是做什么的,从数字货币到信用社会,区块链技术给陌生人之间架起一座平等可信的桥梁，方便快捷，对整个信用体系产生了巨大的推动作用,以物流协会为例,物流协会的五十名同事在这一单位的环境下，是相互信任的，这种信任的基础是我们有共同的领导和平台。,时光倒流，五十人分布在全国各地，完全独立无联系的个体，没有了共同的领导和平台，怎么提供一个让这五十人相互信任的环境，这就是区块链解决的问题,如何实现？,1.,每两人出现的交集不可被篡改,2.每,人,的,情况以数据形式,同步到,最新,3.基于少数服从多数的原则,区,块链是一种分布式多节点“共识”实现技术，通过区块链可以完整、“不可篡改”地记录价值转移（交易）的全过程。区块链的形成按照时间先后顺序进行连接，每一个参与共识形成的节点都有一份区块链信息的完整副本。,交易对手记录,银行方记录,C,方记录,监管方记录,B,方记录,A,方记录,API,集成,事故,账本,账本,账本,账本,账本,账本,交易对手记录,银行方记录,C,方记录,监管方记录,B,方记录,A,方记录,账本,账本,账本,账本,账本,账本,参与方有多方共享账本,传统方法很难监视跨机构合同的完整执行过程,区,块链：共享的，复制的，授权的账本,传统商业网络面临的挑战：,每个参与方都有自己的账本，在交易发生时各自更改,“合同”重复分散在各个参与方造成整体业务流程的不有效性,整个业务网络依赖于一个或几个中心系统，一旦发生问题包括欺诈、网络攻击或错误致使整个商业网络是脆弱的,因此产生为了协同各参与方而带来额外的工作及中介等附加成本,区,块链带来的改变：,共享帐本，跨商业网络共享的,不可更改的,分布式交易记录系统,智能合约：交易条款和交易状态内嵌在区块链系统中,驱动交易执行,隐私保护：保证共享账本适当的可见性；保证交易是真实和可验证,共识机制：所有参与者一致同意才意味着交易在网络中通过验证,区,块链的核心技术带来的商业模式的改变,特点：减少成本及复杂度、,去中心化,、开放性、可信记录保存、共享可信流程,区,块链的核心技术特征,智能合约,隐私保护,共享账本,共识机制,1,、账本是共享的，但是参与者要求其,具有各自的隐私保护,2,、参与者需要做到交易信息保密；身份不和交易绑定；,3,、交易必须是真实的,4,、最终密码学是隐私保护的核心技术,1,、合约,中的商业规则内嵌在,区块链,系统中，在交易时被执行,2,、可,验证的、被签署,的合约,由编程语言,实现,1,、共识,是交易验证与确认的过程,2,、当,参与方是匿名,时交易时确认,代价,高昂，例如比特币的,挖,矿过程需,巨大计算成本（工作证明,）,3,、当,参与者都是已知且可信,时,交易,确认的成本,降低,4,、其次包含,多种,替代,方案包括权益证明和多个签名方案,1,、记录,商业网络中的所有交易,2,、在,参与者之间共享,3,、参与者,通过同步获取自己的备份,4,、授权,许可的，参与者只能,看到,适当的交易记录信息,5,、共享,的记录系统,更广泛的参与，更低的沟通或集成成本，更高的效率,区块链典型运用场景,目前，区块链的应用已从单一的数字货币应用延伸到经济社会的各个领域，除了金融服务业的应用相对成熟外，其他行业还处于探索起步阶段。,区块链应用,-,跨境贸易信用证,业务,跨境贸易（由于缺乏信任），需要买方在银行（双方认可）开具信用证，表示授权银行满足单证条件即付款，卖方往往在发货后凭票证（发货单）立即提款,由于传统贸易的复杂性，双方往往为单证的地点条件（离岸,/,到岸）时间条件（发货单,/,收货单）支付条件（全款,/,分次）而协商,挑战,如何管理物流风险（途中物损）？,如何管理监控风险（海关禁行）？,如何管理信用风险（商业欺诈）？,区块链方案（银行开设区块链信用证业务）,信用证：支付条件电子化,单证电子化（,EDI,）,付款流程自动化,价值,过程透明，可降低交易门槛,减少过度保险费用,大大加快支付过程,业务,客户希望知道购买的商品的供应链信息,比如车主希望知道每个零件是否是原厂生产，是否正牌渠道供货,比如供应链贷款机构希望知道所有产业链里企业的合约详细内容及详细生产数据和物流数据,挑战,商品供应链权属关系（原厂、总代、分销、零售）和上下游关系（生产、总装、维修、保养）都比较长，每个企业各管一段,商品形态也会出现很大的变化（小麦、面粉、饼干）,区块链方案,区块链可以解决每一个供应链的上下游商家所提供的货物数量和品质又或者每一件商品的出处（比如：一箱饼干来自一批面粉）,价值,把分段的输入输出关系串接起来,全局一本账，杜绝凭空生出和凭空消失的零件,对原厂渠道管理和政府市场监管有帮助,区块链应用-开放式供应链金融,区块链应用-代销企业债券,企业把部分资产（或信用）打包，以债券形式向市场发行,多家银行代销债券（或一家银行主承销，再派发给多个机构分销）,业务,1,各家银行（或机构）用区块链记录代销交易,全局账簿同时受企业、政府、银行、渠道监管,区块链方案,3,如何保证代销过程公开透明，企业和监管机构能实时查阅？,如何保证银行代销款能尽快支付企业，无法隐匿或拖欠代销款？,挑战,2,对分销机构，根据销售业绩动态打折,降低交易风险，加快决策调整的速度,价值,4,区块链应用-智能物联网,业务,智能设备能主式连接后台订购商品和服务,比如：汽车为自己在下一个加油站订购汽油和清洁服务,比如：冰箱为自己定购一批食品，代替过期食品,挑战,能否相信智能设备的指令？,能否相信智能设备会支付？,区块链方案,工作量证明智能设备是一台“诚实可信”的设备,账簿记录证明订购商品的合理性,指令与支付合一，保证支付,价值,唤起物联设备自主性,基于物联网的经济生态圈和供应链,区块链应用-B2B、B2C跨境电子商务智能合约,业务,采购方希望通过电商平台订立一个自动化的供货流程，追踪合同执行过程，并根据条件（时间、地点、质量、数量）由银行自动完成全额支付、部分支付、奖励、罚款,在此过程中会牵涉多个采购方、供货方、物流、银行等，需要对每一批次商品的供货过程有完整记录,挑战,如何让各方认可规则，完全按供货记录计算盈收？,区块链方案,跨境电子商务平台增加区块链多智能合约技术，多方共同记账，共同监管,价值,对各方提高效率和透明度,近实时状态更新，提高风险管理能力,区块链的趋势展望,应用将快速增长,监管框架即将搭建,区块链发展最具挑战性的一面就是监管的缺乏以及标准化制定的缺失，确定某些类型的监管及标准化流程将增加区块链的采用。,区块链的有关规则将在未来几年内被制定，目前许多政府机构在规则制定方面纷纷投石问路，这也为区块链制定标准化监管框架打下了基础。,将成为管理未来智能城市的解决方案,将提供更高级别的安全性和隐私保护,全球都将参与到区块链发展的进程当中,目前，我国在区块链领域与国外基本上处于同步水平，这对于区块链在我国的发展来说是个好兆头。今年，世界各国必然会继续你追我赶、大力研发，区块链将在这股势头下成为更加主流的技术。,THANK YOU,When a cigarette falls in love with a match,it is destined to be hurt.When a cigarette falls in love with a match,it is destined to be hurt.,