【报告】区块链发展的动态和趋势（上篇）
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目录
一、区块链概念及其优势
二、区块链的发展及应用领域
三、政府关于区块链的政策
四、区块链发展趋势
区块链以去中心化为重要特征，为金融以及其他方面带来了重要改变。区块链能够通过运用数据加密、时间戳、分布式共识和经济激励等手段,在节点无需互相信任的分布式系统中实现基于去中心化信用的点对点交易、协调与协作。
整篇内容分为上下两篇，上篇将介绍第一和第二部分：区块链概念及其优势、区块链的发展及应用领域；下篇将介绍政府关于区块链的政策、区块链发展趋势。
一、区块链概念及其优势
区块链以去中心化为重要特征，为金融以及其他方面带来了重要改变。区块链能够通过运用数据加密、时间戳、分布式共识和经济激励等手段,在节点无需互相信任的分布式系统中实现基于去中心化信用的点对点交易、协调与协作。本章重点介绍区块的概念及其特点。第一节给出区块链的定义，第二节介绍区块链的基础架构，第三节介绍区块链的分类，第四节介绍区块链的特点和优势。
（一）区块链的定义
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，是一种去中心化、去信任的基础构架与分布式计算范式[1]。区块链是实现分布式账本（DLT）的一种方法，分布式账本由网络节点维护、验证、加密以及审核后的共识记录组成，区块链在分布式账本的基础上包含了储存信息的区块，并通过在原有链条上产生新的区块来验证交易的有效性，从而可以用去中心化的方式集体维护一个可信的数据库，具有公开透明、安全可靠、开放共识等特点。
区块链并不是突然出现的，区块链所需的三项关键技术的创新，即非对称加密、点对点网络技术、哈希（hash）算法，最早可以追溯到1976年（长铗等，2016）。此外，区块链并非单一的技术，而是融合了密码学、数学、计算机科学、网络科学等多门学科在内的产物。从创新角度看，区块链是多项现有技术的融合升级，是工程学意义上而非科学理论上的创新（马晨等，2016）。
区块链得到大众的关注得益于比特币的出现。以比特币为代表的数字加密货币体系的核心支撑技术就是区块链。然而，数字货币仅仅区块链应用的第一阶段，随着区块链落地场景的不断增多，越来越多的领域开始使用区块链技术。因为区块链的基本思想是建立一个基于网络的公共账本（数据区块），每一个区块包含了一次网络交易的信息。由网络中所有参与的用户共同在账本上记账与核账，所有的数据都是公开透明的，且可用于验证信息的有效性。这样，不需要中心服务器作为信任中介，就能在技术层面保证信息的真实性和不可篡改性。如图1所示，传统的账本都是只有一个副本的，例如私人银行账户。如果是银行类的清算结算则需要很多副本，同时由授权的机构进行维护和修改，但是在区块链技术出现之后，一方面可以通过联盟链的方式让部分人维护副本（例如瑞波联盟链），也以可以让所有使用者来维护（例如比特币）。因此，凡是需要用到该基本思想的领域，我们都可以预测将会出现区块链的应用与创新。
图1：分布式账本分类
资料来源：UK for , : block chain, 2016,p19. 作者整理、翻译。
（二）区块链的基础架构
本小节简单介绍区块链的基础架构。一般来说，区块链基础架构由六个层次组成——数据层、网络层、共识层、激励层、合约层、应用层，具体如图2 所示[3]。数据层包含数据区块、链式结构、哈希函数、树、非对称加密和时间戳等技术（袁勇和王飞跃，2016）。
数据区块一般包含区块头（）和区块体（Body）部分。区块头封装了当前版本号()、前一区块地址（Prev-block）、当前区块的目标哈希值（Bits）、当前区块PoW共识过程的解随机数（Nonce）、根（-root）以及时间戳（）等信息[4]。链式结构则是把当前区块链接到前一区块，形成最新的区块主链。由于各个区块依次链接，所以该区块链继续了从创世区块到当前区块的完整历史，能够提供区块链数据的溯源和定位功能。时间戳即区块数据的写入时间，其意义在于可以作为区块数据的存在性证明，有助于形成不可篡改和不可伪造的区块链数据库，从而为区块链应用于公证、知识产权注册等时间敏感的领域奠定了基础。哈希函数可以把原始数据编码为特定长度的有数字和字母组成的字符串后记入区块链。树的作用在于快速归纳和校验区块数据的存在性和完整性。非对称加密在加密和解密的过程中使用两个非对称密码，分别称为公钥和私钥。上述技术的共同作用达到数据的去中心分布式储存、校验区块数据的存在性和完整性、保证数据的可追溯以及不可篡改性。
网络层封装了区块链系统的组网方式、消息传播协议和数据验证机制等要素。组网方式一般采用P2P网络，其每个节点均地位相等且以扁平式拓扑结构相互连通和交互，不存在任何中心化的特殊节点和层级结构。数据传播协议一般根据实际应用需求设计。数据验证机制即验证一个节点从临近节点接受的数据，并将有效数据整合到当前区块中。网络层的主要作用在于构建了网络环境、搭建了交易通道、制定了节点奖励规则。
图2：区块链基础架构模型
资料来源：袁勇，王飞跃，区块链技术发展现状与展望，自动化学报，2016年第4期。作者整理。
共识层的目的是针对区块数据的有效性达成共识，目前的机制有工作量证明机制( PoW 共识机制) 、权益证明机制( PoS 共识机制)、授权股份证明机制( DPoS 共识机制) 等。这些机制以及这些机制基础上的创新机制确保了在决策权高度分散的去中心化系统中使得各个节点高效达成共识。
激励层必须设计激励相容的合理众包机制解决共识过程中数据验证和记账工作。去中心化系统的共识点本身是自利的，最大化自身收益使参与数据验证和记账的根本目标，激励机制是否合理决定了区块链的共识稳定性。例如比特币中的区块链采用了“挖矿”机制，激励参与者不断提供算力来获得奖励。
合约层封装了区块链的各类脚本代码、算法以及智能合约，可以看作构建在上述三层“虚拟机”基础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，这正是区块链能够为金融以及其他领域应用的支撑。
应用层则是区块链的各种应用场景和案例，主要包括可编程货币、可编程金融和可编程社会，在该架构中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约区块链技术最具代表性的创新点。
为了更好的展示区块链的运作机制，我们这里给出一个详细的案例，说明区块链为支撑的比特币交易过程是怎样的，如果交易对象不是比特币而是其它相关信息，例如票据等，其交易的基本原理是一致的。
案例研究：区块链交易流程（Lee，2016）
假设爱丽丝用比特币向鲍勃买一个披萨。
第一步：比特币钱包
首先，爱丽丝必须拥有自己的比特币钱包，该钱包可以位于本地计算机或者线上，它存储爱丽丝的所有比特币。
第二步：信息
爱丽丝需要创建一个信息“我想向鲍勃支付一个比特币”。这条信息将会包含该比特币之前所有的“哈希”值。例如，假设该比特币是爱丽丝的父亲给她的生日礼物，那么爱丽丝和他父亲之间的交易就会有一个交易的哈希值。该条哈希值将作为爱丽丝和鲍勃之间交易的一部分信息。当爱丽丝和鲍勃之间的交易完成之后，将会创建一条新的哈希值，该哈希值将会被用到鲍勃和其他人之间的比特币交易上。这也是为什么能够追踪每个比特币的来源。
第三步：钥匙和比特币地址
比特币使用密钥系统和密码，即公钥密码，让使用者可以在不提供任何敏感信息的情况下安全交易。首先，爱丽丝和鲍勃都需要创造一个私钥，类似银行借记卡的取款密码。该密码仅有私钥的持有人知道并且需要好好保存，不然丢失之后无法找回。私钥后面将会用来为交易签名。比特币钱包软件将会创造一个随机私钥数字，由256比特二进制数字组成，即256个0或1的随机数字。这一串长数字将会被压缩成16进制（包括字母表前6个字母和数字0-9）的64个数字，每一个数字代表4个比特。例如 。
爱丽丝和鲍勃用自己的私钥再创造一个相应的公钥。私钥到公钥的转换由椭圆曲线加密算法完成，数学上而言它与安全散列算法（ Hash ，SHA-256）不同，但是对于我们的目的来说是类似的，它们都是单边加密法，因而任何人都可能从公钥推出私钥，但是如有私钥的话，则一定会得到同样的公钥。
此时，公钥将会再次通过加密变形（这次采用SHA-256加密法）产生比特币地址。该地址是一串字母数字符号，即爱丽丝把比特币发送给鲍勃的地方。比特币地址从1开始，例如：。比特币地址类似于商家给客户的凭证。鲍勃的每次交易都需要创造一个新的比特币地址，相当于商家要给每个客户一个新的凭证。比特币使用者可以随意创造钥匙和比特币地址。爱丽丝需要知道确切的地址从而才能把比特币发给鲍勃，或者更可能是鲍勃有一个二维码让爱丽丝可以发送比特币。
第四步：交易签名
当爱丽丝准备好了信息（“我想发给鲍勃一个比特币+上一个交易哈希值”）以及鲍勃的比特币地址，她就可以用它的数字签名签署这次交易。和公钥以及比特币地址是由私钥衍生的一样，数字签名也是由私钥和信息衍生出来的。这个过程类似于信用卡收据签名，只是数字签名很难伪造。需要注意的是信息的任何改变都会改变数字签名，因为数字签名是由信息和私钥共同得到的。
第五步：向全网广播
到这一步为止，所有事情都可以在线下完成。当所有部分都已经就绪，爱丽丝就需要连接到比特币的网络。此时，爱丽丝要把和鲍勃交易比特币的请求上传，几乎同时比特币网络的所有人都能够看到这个请求，包括鲍勃的比特币地址和爱丽丝的公钥。这正是矿工进场的时候。矿工本质上就是连接比特币网络的电脑，一方面见证个人交易，另一方面把交易置于区块链上的区块中。
矿工能够仅通过公钥数字确定爱丽丝签名的真实性。他们不需要知道爱丽丝的私钥。他们会得到信息、数字签名以及爱丽丝的公钥，这些将会创造出本次特定交易的哈希值数字。鲍勃的新比特币将会受到限制，直到他能够通过他的签名证明他曾经告诉爱丽丝比特币地址。
第六步：交易费
上述为了简便起见，这里才讨论交易费。一个误区在于人们认为交易是免费的。事实上，矿工在每次成功挖矿的每次交易之后都会得到交易费。他们有两种方式可以得到交易费，一是任何时候爱丽丝想要和鲍勃交易，她必须支付交易额的一定比例作为交易费给矿工；二是任何时候一个新的区块被成功的加入区块链尚，将会由新的比特币释放出来作为奖励给矿工。这里我们关注个人的交易费。
比特币交易由输入和输出组成。输入包括之前的交易信息，即数量、交易的哈希值（父亲——爱丽丝的交易）。输出一般等价于输入，类似于资产负债表。输出包括给鲍勃的比特币数量，爱丽丝交易之后剩余的比特币数量以及交易费用。有时需要很多输入才能得到一个较大的输出（例如，如果母亲、父亲、祖父每个人都给了爱丽丝一个很小比例的比特币加起来刚好是1个比特币），或者爱丽丝可以用一个输入得到很多输出（例如，爱丽丝想要一个披萨，而查利想要苏打水）。下面就是上述例子的一个修正，假设爱丽丝的父亲一开始给了她20个比特币，此时的输入和输出变为：
2、把交易写入区块链
一旦交易被证实，它会在网络上处于未被证实的状态，直到和很多其他的交易一起被打包变成区块。这个过程需要10分钟（现在时间更短），它主要就是矿工的工作。需要做的第一步工作就是把最近的交易打包成一个交易区块。可以想象一下记账本中的每一条录入，区块就是账本的一页。
所有最新的交易被组织成新的区块之后，矿工将会把所有交易的一系列安全散列算法-256加密哈希值变为一个哈希值。矿工通过把所有交易两两配对给出哈希值。然后再把得到的哈希值配对得到新的哈希值，反复迭代直到得出一个哈希值。
然后矿工把所有哈希值区块与之前的区块在进行加密得到新的哈希值区块。从最新的区块溯源到创始区块（区块链上第一个区块），每一个区块都包含了前一个区块的哈希值。正如每一笔交易都包含上一次交易的信息一样，可以追踪每个比特币的来源。矿工可以通过新的安全散列算法-256把两个区块哈希值进行加密得到一个哈希值，用到工作证明方程式中。这个称为质疑串。矿工采用质疑串帮助他们解决被称为工作证明的数学谜题，并且一旦谜题被解决，区块将被正式的加入区块链。
3、证明工作
工作证据系统某种程度上类似于谜语，要求矿工完成许多计算证明交易是合法的。一旦初始的计算工作完成，谜底被解开，很容易证明答案就是正确的答案。
首先，矿工从质疑串开始寻找“证据”，即回复质疑的答案。“证据”也被称为“nonce”，矿工知道质疑串和正确的“证据”被放在一起并且通过哈希算法加密，最终结果将会是具有特定数学性质的数字，它的初始数字必须是0开头的。
例如，如果矿工把包含爱丽丝和鲍勃交易的加入区块链，他们直到结果开头40位都为0，那么为了从质疑串得到证明，那么矿工面对的差不多是万亿级别的可能性。当一个矿工完成证明之后，其他矿工将会从解决谜题转向证明交易的有效性以及该证明确实解决了谜题。
比特币对于困难度的设定主要和数字初始的0 的个数有关，0越多越困难，同时比特币的产生和上一个比特币产生的难度相关，如果上一个较为困难，那么下一个就会减少0的个数，反之则反是。最终把比特币的难度控制在一定水平。在其它区块链的应用方面，这一点并不必然需要。
上述就是一个采用比特币交易的全部流程，如果不以比特币为交易对象，而是其它的票据、合同或者ABS等时，基本的逻辑和步骤不会有变化。
（三）区块链的分类
区块链本质上的去中心化并不意味着它不能用在私有社群内。实际上，如果区块链的一些特性，例如时间戳、不可更改等特点，将企业内部或者某些组织内部的一些需要该特点的资料用区块链技术进行保存和通讯，那么就可以大大降低现有的成本，提升效率。
我们可以把区块链按照使用对象分为三类，即公有链、联盟链和私有链。在公有链上，所有人都可以读取、发送交易并且能够确认共识区块链，这是去中心化的应用场景，但是它需要一些基本的共识机制和激励机制完成链的维护。
联盟链则是若干个机构共同参与管理的区块链，并且只对参与的机构开放读写和发送交易请求，这实际上是多中心的，它主要是利用区块链来降低运行成本，提交效率。例如的交易平台可以让跨境转账非常便捷，清算和交易可以真正意义上同时进行。
而私有链则是某个个人和组织才有权力进行写入的链，仍然是中心化的。私有链可以很好的保护个人的隐私，同时由于历史可追溯，不可更改，对于企业管理等方面的应用具有非常大的优势。
表1：区块链的分类
公有链
联盟链
私有链
定义
链上的所有人都可读取、发送交易且能获得有效确认的共识区块链。通过密码学技术和PoW、PoS等共识机制来维护整个链的安全。
联盟链是指有若干个机构共同参与管理的区块链，每个机构都运行着一个或多个节点，其中的数据只允许系统内不同的机构进行读写和发送交易，并且共同来记录交易数据。
私有链是指其写入权限仅在一个组织手里的区块链。读取权限或者对外开放，或者被任意程度地进行了限制。
参与
任何人
预先设定或满足条件后进成员
中心控制者决定参与成员
中心化程度
去中心化
多中心化
中心化
是否需要激励
需要
可选
不需要
特点
1. 保护用户免受开发者的影响
2. 所有数据默认公开
3. 低交易速度
1. 低成本运行和维护
2. 高交易速度及良好的扩展性
3. 可更好的保护隐私
1. 交易速度非常快
2. 给隐私更好的保障
3. 交易成本大幅降低甚至为零
代表
比特币、以太坊、NEO、量子链
、R3
企业中心化系统上链
资料来源：鲸准研究院，《2018年中国区块链行业分析报告》，P9。作者整理。
（四）区块链的特点与优势
由于区块链本身就是分布式账本（DLT），其自身就决定了它的特点与优势。一般认为区块链具有四个特点与优势。
（1）去中心化。在区块链系统中，整个网络没有中心化的硬件或者管理机构，任意节点之间的权利和义务都是均等的，所有的节点都有能力去用计算能力投票，从而保证了得到承认的结果是过半数节点公认的结果。
（2）安全可靠，信息不可篡改。一旦信息经过验证并添加至区块链，就会永久的存储起来，即使遭受严重的黑客攻击，只要黑客控制的节点数不超过全球节点总数的一半，系统就依然能正常运行，数据也不会被篡改。
（3）匿名性与去信任化。整个系统的运作规则是透明的，所有的数据内容也是公开的，算法固定，因此区块链系统的每个节点之间进行数据交换无需互相信任，即无须通过公开身份让对方对自己产生信任。同样的，由于上述的基础设定，节点之间不能也无法相互欺骗。
（4）可追溯性。区块+链的形式保存了从第一个区块开始的所有历史数据，连接的形式是后一个区块拥有前一个区块的哈希值（Hash），区块链上任意一条记录都可通过链式结构追溯本源。
二、区块链的发展及应用领域
自2009年比特币出现以来，区块链在不同的领域取得了长足进步，越来越多的机构认识到区块链带来的冲击，并且积极拥抱技术进步，改变传统的业务内核，提高了整体的效率。
（一）区块链的发展动态
以比特币为代表的公有链，由于其使用对象不明确性，所以反而限制了其应用的场景，因此出现了越来越多的联盟链，即各个行业内部不断出现为了解决自身行业问题的区块链。
这里简单的介绍一些类似的区块链合作组织，如表2所示。目前全球应用较多的行业的区块链平台有三个，一是超级账本，它主要是建立分布式账本的标准化；二是R3区块链联盟，主要是银行类的金融机构构建的金融服务领域的行业标准，方便银行的清算结算交易；三是平台，是现有金融机构跨境交易支付结算的区块链平台，可以有效提升结算效率，降低跨境支付的成本。
中国目前主要有三个重要联盟，一是中关村区块链产业联盟，二是中国分布式总账基础协议联盟（联盟），三是金融区块链合作联盟，参见表2。
表2：部分区块链合作组织。
地区
项目
项目介绍
参与方
全球
超级账本
（）
共建开放平台，满足来自多个不同行业各种用户案例，并简化业务流程，通过创建分布式账本的公开标准，实现虚拟和数字形式的价值交换。
埃森哲，澳新银行，第一信贷，德意志交易所，富士通，英特尔，摩根大通，伦敦证券交易所，富国银行等192 家机构
全球
R3区块链联盟
建立金融服务领域的区块链行业标准
其中包括富国银行、美国银行、纽约梅隆银行、花旗银行、德国商业银行、德意志银行、汇丰银行、三菱UFJ金融集团、摩根士丹利、澳大利亚国民银行、加拿大皇家银行、瑞典北欧斯安银行（SEB）、法国兴业银行等
在内的100 余家金融机构。
全球
瑞波（）
一个开放的支付网络，主要用于货币兑换和汇款；网络内使用的XRP币是一种内的原生货币。通过瑞波网关连接银行、支付系统、数字货币交易所和企业，为全球汇款提供一个低成本、快捷的支付体验。
包括汇丰银行在内的众多国际银行。
日本
区块链协作联盟
（BCCC）
联盟的发行愿景是为“信息系统在每个行业的演变”推动区块链创新，同时为公众提供有关区块链技术的研发和投资的教育。
微软、三井住友、普华永道、 等187家各行业公司、金融机构和技术服务公司
俄罗斯
俄罗斯区块链联盟
主要目标是发展区块链概念验证；进行合作研究和政策宣传；创建区块链技术的共同标准。
包括支付公司QIWI、B&N 银行、汉特-曼西斯克银行、盛宝银行、莫斯科商业世界银行以及埃森哲咨询公司等
中国
中关村区块链产业联盟
专注网络空间基础设施创新
清华大学、北京邮电大学等高校、中国通信学会、中国联通研究院等运营商，及集佳、布比网络等67 家机构
中国
中国分布式总账基础协议联盟
（联盟）
致力于开发研究分布式总账系统及其衍生技术，其基础代码将用于开源共享。4 个目标：1.聚焦区块链资产端应用，兼顾资金端探索；2.构建满足共性需求的基础分布式账本；3.精选落地场景，开发针对性解决方案；4.基础代码开源，解决方案在成员间共享。
中证机构间报价系统股份有限公司、浙江股权交易中心、深圳招银前海金融资产交易中心、乐视金融、万向区块链实验室等
中国
金融区块链合作联盟
旨在整合及协调金融区块链技术研究资源，形成金融区块链技术研究和应用研究的合力与协调机制，提高成员在区块链技术领域的研发能力，探索、研发、实现适用于金融机构的金融联盟区块链，以及在此基础之上的应用场景
华安财险、华为、前海股转、前海人寿、腾讯、山东城商行合作联盟等90 余家机构。
资料来源：中金公司，2018，《区块链：颠覆者还是乌托邦》，P7图表5。作者整理添加相关资料。
（二）区块链的应用领域
王元地等人（2018，86页）在现有文献的基础上概括归纳了区块链应用的七大领域，如表3所示。鲸准研究院（2018，18页）的划分标准是按照三层产业，即底层技术及基础设施层，通用应用及技术扩展层和垂直行业应用层。他们把基础协议、匿名技术和区块链硬件归于第一层，智能合约、信息服务、数据服务、防伪溯源等归于第二层，第三层中列举了近十余个行业，包括金融、数字货币、娱乐等。
表3：区块链的应用领域
应用范围
项目
金融领域
数字货币、征信系统、支付与清算、证券、私募、众筹等
教育领域
档案管理、学生征信、学历证明、成绩证明、产学合作等
医疗领域
数字病历、隐私保护、健康管理、药品溯源等
物联网领域
物品溯源、物品防伪、物品认证、网络安全、网络效率、网络可靠性
物流供应链领域
信证信息安全、收寄件人的隐私、物品的溯源防伪问题
通信领域
社交、信息系统、确保信息安全
社会公益领域
增加公益透明度和公信力；智能合约技术（定向捐赠、分批捐赠、有条件捐赠）
政务领域
户口身份登记、投票选举、公正信用、档案管理、工商注册、产权登记
法律领域
