由瘋狂比特幣引發的區塊鏈技術熱潮

瘋狂比特幣讓人們認識區塊鏈技術

2008年 11 月 11 日，中本聰發表了《比特幣白皮書——一種點對點的電子現金系統》的文章，在文中描述了一個在線支付能夠從一方直接到另一方， 中間不需要經過第三方機構的電子交易方案，而這個方案正式建立在基于區塊鏈的技術上。

隨著比特幣 7 年近140?萬倍的瘋狂過后， 比特幣背后的去中心化系統——區塊鏈技術表現出了顛覆行業的潛力， 并且帶來全球范圍內的關注。

區塊鏈本質上是一個去中心化的分布式賬本系統，通過將該賬本的數據儲存于整個參與的網絡節點中實現賬本系統的去中心化。

去中心化式系統示意圖

其中區塊按照時間順序先后生成且每一個區塊都記錄著生成時間段內的信息， 而由整個區塊連接起來的鏈條代表了信息合集，在關于區塊之間的連接上， 每一個區塊分為區塊頭與區塊體， 區塊頭記錄前一區塊信息、 時間戳、 隨機數和目標哈希從而將前后區塊鏈連接在一起，區塊體則記錄交易信息， 形成一個完整的區塊結構。

在有關于進行交易的機制與流程上， 參與者有一份公私鑰， 公鑰公開，私鑰視為密碼， 通過對交易對手的公鑰簽署一個數字簽名， 并將簽名附加到電子貨幣的末尾， 參與者的電子貨幣即發送給交易對手， 交易對手通過對數字簽名進行檢驗就能夠驗證所有者。

區塊鏈貨幣交易示意圖

新的交易將會向全網廣播， 每個節點都會將收到的交易納入區塊中但此時還沒有通過驗證，之后每一個參與者需要獨自去解出一個足夠難度的工作量證明來證明其合法性，一旦找到這樣一個工作量證明且該區塊中的所有交易都是有效且之前從未存在過的， 其他節點則會認同其有效性，此時新的區塊將會加在該區塊的末端以延長鏈條。

區塊鏈的四大特性

區塊鏈技術與傳統相比具備有去中心化、信息不可篡改、匿名性和開放性的特點，現實中的應用都是圍繞其特性進行拓展：

1、去中心化：

?傳統行業中數據往往存儲在一個集中的大型數據庫中，這不可避免帶來安全性與隱私性問題，而區塊鏈技術采用的分布式賬本結構使得每個參與節點都能夠存儲所有的交易信息，避免了單一數據庫損壞丟失帶來的巨大代價。

2、信息不可篡改性：

在區塊鏈下一筆交易只有通過全網廣播認證才能夠寫入賬本并存儲于每個參與節點中，因此如果要篡改某類信息意味至少要控制 51%的節點才能完成，而在現實中幾乎是不可能的。

3、匿名性：?

區塊鏈的匿名性主要表現在非實名上，鏈上的交易通過公鑰地址進行，而公私鑰完全可以與現實身份信息無關。

4、開放性：

在以比特幣為代表的公有鏈上，整個分布式賬本系統對任何人都是公開透明的，除了個人的私鑰信息以外，任何人都可以查詢區塊數據信息和開發相關應用；而私有鏈則可以通過設定不同權級針對性的開發。

區塊鏈的架構設計

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從架構設計上來說，區塊鏈可以簡單的分為三個層次，協議層、擴展層和應用層。其中，協議層又可以分為存儲層和網絡層，它們相互獨立但又不可分割。

協議層

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所謂的協議層，就是指代最底層的技術。這個層次通常是一個完整的區塊鏈產品，類似于我們電腦的操作系統，它維護著網絡節點，僅提供Api供調用。通常官方會提供簡單的客戶端（通稱為錢包），這個客戶端錢包功能也很簡單，只能建立地址、驗證簽名、轉賬支付、查看余額等。這個層次是一切的基礎，構建了網絡環境、搭建了交易通道、制定了節點獎勵規則，至于你要交易什么，想干什么，它一概不過問，也過問不了。典型的例子，自然是比特幣，還有各種二代幣，比如萊特幣等，本書介紹的億書幣也是。這個層次，是現階段開發者聚集的地方，這說明加密貨幣仍在起步當中。

從用到的技術來說，協議層主要包括網絡編程、分布式算法、加密簽名、數據存儲技術等4個方面，其中網絡編程能力是大家選擇編程語言的主要考慮因素，因為分布式算法基本上屬于業務邏輯上的實現，什么語言都可以做到，加密簽名技術是直接簡單的使用（請看書中相關的加密解密文章，不建議自由發揮，沒有過多的編碼邏輯），數據庫技術也主要在使用層面，只有點對點網絡的實現和并發處理才是開發的難點，所以對于那些網絡編程能力強，對并發處理簡單的語言，人們就特別偏愛。也因此，Nodejs開發區塊鏈應用，逐漸變得更加流行，Go語言也在逐漸興起。

上面的架構設計圖里，我把這個層面進一步分成了存儲層和網絡層。數據存儲可以相對獨立，選擇自由度大一些，可以單獨來討論。選擇的原則無非是性能和易用性。我們知道，系統的整體性能，主要取決于網絡或數據存儲的I/O性能，網絡I/O優化空間不大，但是本地數據存儲的I/O是可以優化的。比如，比特幣選擇的是谷歌的LevelDB，據說這個數據庫讀寫性能很好，但是很多功能需要開發者自己實現。目前，困擾業界的一個重大問題是，加密貨幣交易處理量遠不如現在中心化的支付系統（銀行等），除了I/O，需要全方位的突破。

分布式算法、加密簽名等都要在實現點對點網絡的過程中加以使用，所以自然是網絡層的事情，也是編碼的重點和難點，《Nodejs開發加密貨幣》全書分享的基本上就是這部分的內容。當然，也有把點對點網絡的實現單獨分開的，把節點查找、數據傳輸和驗證等邏輯獨立出來，而把共識算法、加密簽名、數據存儲等操作放在一起組成核心層。無論怎么組合，這兩個部分都是最核心、最底層的部分，都是協議層的內容。

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擴展層

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這個層面類似于電腦的驅動程序，是為了讓區塊鏈產品更加實用。目前有兩類，一是各類交易市場，是法幣兌換加密貨幣的重要渠道，實現簡單，來錢快，成本低，但風險也大。二是針對某個方向的擴展實現，比如基于億書側鏈，可為第三方出版機構、論壇網站等內容生產商提供定制服務等。特別值得一提的就是大家聽得最多的“智能合約”的概念，這是典型的擴展層面的應用開發。所謂“智能合約”就是“可編程合約”，或者叫做“合約智能化”，其中的“智能”是執行上的智能，也就是說達到某個條件，合約自動執行，比如自動轉移證券、自動付款等，目前還沒有比較成型的產品，但不可否認，這將是區塊鏈技術重要的發展方向。

擴展層使用的技術就沒有什么限制了，可以包括很多，上面提到的分布式存儲、機器學習、VR、物聯網、大數據等等，都可以使用。編程語言的選擇上，可以更加自由，因為可以與協議層完全分離，編程語言也可以與協議層使用的開發語言不相同。在開發上，除了在交易時與協議層進行交互之外，其他時候盡量不要與協議層的開發混在一起。這個層面與應用層更加接近，也可以理解為B/S架構的產品中的服務端（Server）。這樣不僅在架構設計上更加科學，讓區塊鏈數據更小，網絡更獨立，同時也可以保證擴展層開發不受約束。

從這個層面來看，區塊鏈可以架構開發任何類型的產品，不僅僅是用在金融行業。在未來，隨著底層協議的更加完善，任何需要第三方支付的產品都可以方便的使用區塊鏈技術；任何需要確權、征信和追溯的信息，都可以借助區塊鏈來實現。我個人覺得，這個目標應該很快就能實現。

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應用層

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這個層面類似于電腦中的各種軟件程序，是普通人可以真正直接使用的產品，也可以理解為B/S架構的產品中的瀏覽器端（Browser）。這個層面的應用，目前幾乎是空白。市場亟待出現這樣的應用，引爆市場，形成真正的擴張之勢，讓區塊鏈技術快速走進尋常百姓，服務于大眾。大家使用的各類輕錢包（客戶端），應該算作應用層最簡單、最典型的應用。很快，億書將基于億書網絡推出文檔協作工具，這個就是典型的應用層的產品。

限于當前區塊鏈技術的發展，億書只能從協議層出發，把目標指向應用層，同時為第三方開發者提供擴展層的強大支持。這樣做既可以避免貪多，又可以避免無法落地，是真正理性的開發路線。因為純粹的開發協議層或擴展層，無法真正理解和驗證應用層，會脫離實際，讓第三方開發者很難使用。如果僅僅考慮應用層，市面上又找不到真正牢固、易用的協議層或擴展層的產品。所以，我們只好全面發力，采取完全開源開放的態度，通過社區的力量，共同去做一件有意義的事情，也算為中國區塊鏈技術發展做點技術積累和微薄貢獻。

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區塊鏈技術的發展階段

迄今為止，區塊鏈技術發展過程大致經歷了 3 個階段：

區塊鏈 1.0——數字貨幣時代：

在比特幣提出初期，人們重點關注于所提出的貨幣去中心化和點對點支付的特點，隨后世界逐步開始重視比特幣的底層技術——區塊鏈，其背后隱藏的分布式賬本技術能夠巧妙的解決現實中的一些問題。

區塊鏈 2.0——以智能合約代表：

隨后對區塊鏈技術的進一步認識，出現將合約代碼化，利用程序自動執行的智能合約（以太坊），并隨后展開了以分布式為特點的分布式應用（DAPP），開始將區塊鏈與現實環境結合展開探索。

區塊鏈?3.0——未來區塊鏈的大規模應用

在基于 2.0?的認識上，區塊鏈將進一步應用于除貨幣和金融以外，包括不限于政府、能源、健康、文化和藝術上。

區塊鏈技術的應用

隨著對區塊鏈技術的學習與認識過程的不斷發展， 針對區塊鏈在現實中的應用實質上是圍繞區塊鏈特性與行業“痛點”結合來展開探索，在解決第三方信任、提高商業效率、 增強網絡安全、提高信息透明等方面有著十分廣泛的應用空間，并由此提出了區塊鏈+的概念。

1、金融應用不斷成熟，跨境支付與資產證券化最先受益

區塊鏈基于去中心化、點對點傳輸的分布式賬本技術避免了記錄丟失問題， 以及有工作量證明機制和基于時間戳的回溯機制維護了數據傳輸過程中的安全性問題， 使得區塊鏈天然在第三方參與頻繁且信息安全性要求高的金融行業有著很強的適應性， 能夠幫助貨幣金融行業簡化流程、降低成本、提高效率甚至于極大改變現有金融行業的交易模式。具體而言，區塊鏈技術可應用于跨境支付、資產證券化和保險方面。

2、區塊鏈+版權&文娛——行業“痛點”與特性的絕配

在對知識版權日益尊重但互聯網版權難以受到保護的今天，如何方便快捷的注冊版權去維護自身權益成為這一行業的痛點，傳統的紙質版權文件有花費時間長、紙質保管難的問題，而利用區塊鏈技術進行在線申請，即時申請即時存證，難以偽造與篡改，還可通過賦予給注冊者唯一的數字 ID 可以隨時提取版權信息。

在文娛與金融的交叉應用方面，由于文娛產業特殊性，個人或中小型制作團隊很難去對接投資機構或資產交易方，而在法律許可的范圍下，利用區塊鏈技術通過資產上鏈整合進區塊鏈平臺，一方面可以在相關機構監管下發行數字貨幣進行融資；另一方面，通過分布式賬本技術完成在線的資產交易過程，公開透明的賬本能夠記錄每一次交易情況。

3、區塊鏈+供應鏈——市場潛力巨大， 防偽溯源落地可期

對于現代企業而言，隨著供應鏈條的不斷延伸，企業很難去掌握全部的供應鏈信息以及自身所處的供應鏈地位，大多數企業僅僅能夠了解自身上下游最近企業的情況。因此如何做到權責清晰，如何做到信息透明可追溯成為行業的“痛點”問題，而如果考慮區塊鏈公開透明和時間可追溯的分布式賬本技術，供應鏈條上的任何一方都能夠了解產品狀況，那么能夠很方便的跟蹤和管理各個環節。

以復雜的全球食品供應鏈為例，該供應鏈上涉及到了原產地、倉儲、運輸、制造、分銷最終到商店， 供應鏈長、不同環節往往屬于不同地區，其所用的記錄與系統也不盡相同， 因此一旦涉及食品安全很難追索到底是哪個環節出了問題， 也無法理清楚權責問題。

4、區塊鏈+物聯網——技術準備基本成熟，靜待物聯網未來發展

“十三五”期間，工信部發布《物聯網發展規劃(2016-2020?年)》并于 2017 年 6 月下發《全面推進移動物聯網(NB-IoT)建設發展的通知》要求到 2020?年我國 NB-IoT 網絡的基站規模要達到 150?萬個， NB-IoT 連接總數超過 6 億，在國家政策的支持下，物聯網市場有望迎來爆發。有數據顯示，在 2017 年大約有 84 億臺接入了互聯網的智能設備，麥肯錫預測這一數字在 2025 年將達到 250?億臺，經濟規模高達 6 萬億，尤其是 5G 商用加速落地與車聯網、無人駕駛的火熱，物聯網的未來發展值得期待。

由于物聯網“物物互聯”的屬性天然與分布式網絡聯系在一起，尤其是物聯網的安全性日益凸顯的未來，區塊鏈技術去中心化的特點為防止物聯網傳輸數據被篡改提供了一種內部的解決方案。

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