1、项目四区块链基本原理 主讲人：xxx政治经济学家弗朗西斯福山先生曾经预言:在未来,社会资本将变得与有形资本一样重要,只有具有高度社会信任度的社会,才能够在新经济中创造出具有竞争力的大型组织。区块链技术最早的使用场景是记录发生在散布全世界的数据库中比特币交易的分类账簿,今天,区块链技术的应用远远超出了货币领域,可以在全球范围内解决涉及社会信任的交易问题。学习情境LOGO(1)分布式账本与中心式账本对比;(2)区块链的分类;(3)区块链实质、特点与结构;(4)区块链技术特性。重点(1)区块链商业领域应用模式;(2)区块链技术结构特征;(3)区块链技术存在的问题和未来展望;(4)区块链技术发展路径。
2、难点学习重难点目录任务10区块链的分类区块链作为比特币的一个重要概念,可分为多种类型。根据不同的环境所选择的区块链类型也各不相同,作为一个中心化的数据库,同时作为底层技术,它到底是怎样产生联动数据的?从本质上来说,区块链就是一个采用分布式一致性算法的数据库。区块链的应用十分广泛,前景也十分明朗。一 分布式账本与中心式账本对比(一)中心节点的特点中心节点掌握分布节点信息,分节点不掌握其他节点信息,即只有中心节点才具有记账权,节点之间的联系都需要通过中心节点。(二)每个节点特点每个节点都有一本一模一样的账本,每个节点都有记账权,由于区块链内每个节点掌握各个节点信息,信息可以采用匿名原则(交易公开)
3、,系统内交易批准取决于所有节点共识性原则,规则对于所有节点公平且具有强制性。分布式账本与中心式账本的对比如图4-1所示。二 区块链的分类(一)按开放程度,可划分为公有链、私有链、联盟链表4-1公有链、私有链、联盟链的对比公有链、私有链、联盟链的对比如表4-1所示。(二)按应用范围,可划分为基础链、行业链二 区块链的分类基础链基础链,即具有不依赖第三方、通过自身分布式节点进行网络数据存储、验证、传递和交流的区块链平台,具有去中心化、系统开放性、自治性、信息不可篡改、匿名性等特点。基础链发展经历了三个阶段:以BTC为代表的1.0时代,以ETH为代表的2.0时代,以ADA、EOS为代表的3.0时代。
4、特征:所谓基础链,在理解起来就是提供底层的且通用的各类开发协议和工具,方便开发者在上面快速开发出各种DAPP的一种区块链,一般以公有链为主。行业链行业链,类似我们日常生活中的某些行业标准,比如BTM就是资产类公链,GXS是数据公链,而SEER是预测类公链。特征:所谓行业链,业内似乎没有统一的定义,其在底层技术上一般不如基础链,且为某些行业特别定制的基础协议和工具。如果把基础链称为通用性公链,则可以把行业链理解为专用性公链(三)按原创程序,可划分为原链、分叉链二 区块链的分类原链原链主要致力于搭建企业级区块链SaaS平台,可以应用于供应链金融、票据、积分等行业。原链这种叫法可能不够准确,原链平台
5、结合了热交换智能合约,区块链跨链等多项创新技术。这里指的是原创的区块链,单独设计出整套区块链规则算法。分叉链区块链发生永久性分歧,在新共识规则发布后,部分没有升级的节点无法验证已经升级的节点生产的区块形成分叉,简单一句话讲,分叉就是指在升级的时候发生了冲突,从而导致区块链分叉。(四)按独立程度,可划分为主链、侧链二 区块链的分类主链“主链”一词源于“主网”(相对于测试网而言),即正式上线的、独立的区块链网络。目前,市值排名前50名的区块链项目中,有12个项目是“主链”(当下数据有变化),运行最成功的主链非以太坊莫属。侧链侧链(Side chain)是用于确认来自其他区块链的数据的区块链,通过双
6、向挂钩(TwoWay Peg)机制使比特币、Ripple币等多种资产在不同区块链上以一定的汇率实现转移。侧链本身也可以理解为一条主链。如果一条主链符合侧链协议,它也可以被叫作侧链。(五)按层级关系,可划分为母链、子链二 区块链的分类母链万链之母,能生链的链就叫作母链,可以说是底层的底层。子链构建在底层母链基础上的区块链,链上之链,即为子链。(六)从权限控制的角度分类二 区块链的分类无须许可型区块链无须许可型区块链是没有权限管理的区块链系统,所有参与者都拥有相同的完整权限,可以开展全部活动,比特币的区块链就属于此类型。限定许可型区块链限定许可型区块链是不同节点拥有不同权限的区块链系统。在此类系统
7、下,参与者活动受到一定限制,例如部分参与者仅能进行现有资产的交易,另一些参与者可以发行新资产;部分参与者仅能验证交易,另一些参与者可以将交易记录同步到账本中;部分参与者仅能读取账本数据,另一些参与者则可以写入数据。金融行业开发、应用的区块链多属于这一类型。可许可型区块链可许可型区块链不仅不同参加者的权限不同,而且还有一些高级节点能够进行权限管理,可以授予或剥夺其他节点的权限。三 区块链商业领域应用模式(一)区块链带来的价值(1)原生型的区块链应用:直接基于去中心化的区块链技术,实现价值传递和交易等应用,例如数字货币。(2)“区块链+”模式:将传统的场景和区块链底层协议相结合,以便提高效率,降低
8、成本。预计区块链在各行业的应用,将以第二种模式为主。第一,区块链的核心是解决了信用问题。第二,区块链解决了价值交换的问题。(二)区块链的商业模式分析区块链五大核心属性区块链在具体商业领域中的应用模式交易属性(价值属性)、存证属性、信任属性、智能属性、溯源属性账本模式、存储模式、平台模式和局部模式任务11区块链技术特征互联网发展至今,每一项新技术的诞生都在深刻改变着人们的生活方式。如今,一个冉冉升起的新技术区块链,来到社会舞台前沿,它让全世界范围内任何一笔比特币资产交易在短时间内就可以成功确认。不仅仅是信息的互联,区块链技术还可以帮助实现价值的互联,这使得越来越多的人关注到区块链技术,了解其原理
9、并应用于实践。一 区块链实质、特点与结构(一)区块链实质区块链就是通过标准算法,并且使用加密技术将数据压缩为一个64位字节的代码,称为“哈希”或者“散列”。这个数据可以代表一个记录、一笔资产、一项交易等,将其同真实世界联系起来。由于哈希值难以解密,同时区块链的数据记录都会盖上一个时间戳,这样就确保了记录数据与真实世界交易的完全对应。(二)区块链特点区块链技术具有弱中心化、可追溯性、开放性、防篡改性和匿名性技术特点。(三)区块链数据结构1.创世区块链。区块链以区块为单位组织数据。2.区块。区块是一种记录交易的数据结构。每个区块由区块头和区块主体组成。3.区块头。区块头数据结构示意图如图4-12所
10、示。4.区块形成过程。图4-12区块头数据结构示意图二 区块链技术特性区块链四大核心技术:分布式账本、非对称加密算法和授权技术、智能合约、共识机制。区块链技术诞生至今,其发展大体可以划分为三个阶段。主要作用就是为了解决多方参与下的多重信任问题,进而发展出了去中心化、自信任系统解决方案,大大降低了中间交易和支付费用。在效率上做了改善,改变了共识机制,提高了运行效率。例如DPOS共识机制中进行验证的节点都是经过选择的,因此在效率上能够提高很多,交易支付时间可以缩短到几秒。不再盲目追求绝对的去中心化是最大的一个特点,即区块链上的节点是受管理机构限制的,只有经过授权的合格节点才可以参与验证工作,享受同
11、样的权益。中心化在效率上占优势,因此第三代区块链技术权衡了去中心化与中心化的占比,使得效率更高、更实用,第三代区块链的主要代表有Ripple、R3,而这类基本上是以私有链和联盟链为主。共识机制提高运行效率有效去中心化第三代区块链技术第二代区块链技术第一代区块链技术比特币底层技术不管是完全去中心化还是有效去中心化,它们两者之间可以充分竞争,也可以各展所长、取长补短。区块链技术具有明显的特性:公开性、安全性和唯一性。二 区块链技术特性公开性主要指区块链中的存储信息对所有参与者是完全公开的。这一点主要由区块链点对点网络存储方式决定的,在区块链网络中,每一个节点都可以存储区块链的副本,而区块链的唯一性
12、可以保证这个副本在不同节点之间是完全一样的。安全性主要指区块链区块内存储的信息是经过数字加密技术处理之后保存的,只有私钥持有者才可以对信息进行解密以获得真实信息。其他成员只可以看到并且验证信息的完整性和唯一性,但无法看到真实的信息。唯一性这个特性主要是由于区块链上的信息一旦上链就无法篡改,因此具备唯一性。当然,这里说的唯一性还包括空间上的唯一性,即所有节点都只有一个相同版本的信息,也包括时间上的唯一性,即历史数据不可更改。区块链的诞生及发展来源于它所产生的土壤互联网技术的发展和云计算、大数据的兴起。区块链技术通过建立电子信息、加密、确认交易、实时广播、添加区块和网络复制记录等六个步骤完成工作。
13、三 区块链技术结构特征区块链通过分布式核算和存储,各个节点实现了信息自我验证、传递和管理。去中心化是区块链最突出、最本质的特征,区块链网络中的节点地位相同,并不依靠一个中心化机构进行信息的处理,从而实现点对点的通信。交易参与者可以自证并直接交易,不需要依赖第三方机构的信任背书,如图4-13所示。图4-13非中心化的系统示意图四 区块链技术前景展望010203(四)区块链打造新型平台经济,开启共享经济新时代040506l(一)区块链成为全球技术发展的前沿阵地,开辟国际竞争新赛道(二)区块链领域成为创新创业的新热土,技术融合将拓展应用新空间(三)区块链未来将在实体经济中广泛落地,成为数字中国(五)
14、区块链加速“可信数字化”进程,带动金融“脱虚向实”服务实体经济(六)区块链监管和标准体系将进一步完善,产业发展基础继续夯实任务12区块链技术模型与发展路径从区块链的本质出发,以发展的眼光看待区块链的架构和架构未来的发展,关注于主要业务和技术能力,可以给出一个全面而高度概括的区块链架构模型。区块链合约服务的高阶架构模型体现了未来基于区块链实现高度自动化、智能化、公平守约的虚拟社会生产关系的能力。比特币是区块链的一个最为成功的应用,区块链技术模型示意图如图4-14所示。从图4-14可以看出,区块链技术模型包括8个部分,其中包含6层基础技术层以及2个贯穿整个基础技术层的共用技术。8个部分分别为:数据
15、存储层、网络通信层、数据安全与隐私保护层、共识层、应用组件层、区块链应用层、区块链与现代技术融合以及区块链技术标准。一 区块链技术模型图4-14区块链技术模型示意图为比特币和其他虚拟货币的核心支持技术,区块链技术的基本原则示意图如图4-15所示。二 区块链技术基本原则为比特币和其他虚拟货币的核心支持技术,区块链技术的基本原则示意图如图4-15所示。(一)分布式数据库(二)点对点通信图4-15区块链技术基本原则示意图(三)有限透明(四)记录不可更改(五)计算逻辑三 未来区块链面临的技术发展问题区块链的身份问题1智能合约更强、降低开发难度问题2扩展区块链应用场景的专门技术问题3区块链上的密码学算法
16、的安全性问题4隐私和安全问题5技术中立性问题6区块链的发展性能扩展问题7人工智能加区块链问题8为比特币和其他虚拟货币的核心支持技术,区块链技术的基本原则示意图如图4-15所示。二 区块链技术基本原则(一)第一条架构的主要特点1.隐私保护技术2.真实性的监督机制3.区块链智能合约的技术4.密钥技术5.满足金融业务的规模化和可靠性(二)第二条架构的发展路径第二类区块链发展路径:分布式、去中心、去组织的公有链的架构。公有链的架构特点主要是分布式、去中心、去组织。两个关键问题：确保数学的真实性和正确性、确保数据的全流程的操作安全。两个问题主要解决方式：制度和计算。共识机制、智能合约等核心技术不断更新,学习成本高,人才培养和实践经验积累周期长03标准化建设和法规建设尚未形成统一的规划和标准,链上资产和智能合约的有效性未能得到法律保护,分布式架构下的责任主体不明确,监管的难度大04技术瓶颈的限制01底层技术的架构与现有的金融系统的集成协调的程度不够高,涉及的维度不够灵活02本节课程结束！
