《迅雷链精品课》第一课：认识区块链

    区块链究竟是什么？共识算法、智能合约又是什么？为帮助广大开发者快速入门，助力区块链开发人才进阶，让区块链不再是遥不可及的技术概念。迅雷链给开发者免费献上《迅雷链精品课：从入门到实践》的区块链系列课程。



    迅雷链精品课由迅雷链研发团队倾力打造，结合多年的技术沉淀和丰富的实战经验，以丰富的内容形式涵盖不同技术难度的区块链知识。用最通俗易懂的案例来诠释最深奥的技术原理，让你迅速读懂区块链！

*以下为第一课的内容~



第一课 认识区块链



区块链的起源



文字符号作为人类最主要的记录和通信手段，在很早期的时候人们就开始了对安全的通信手段的探索，我国最早出现了对文字进行加密传输的记载：公元前1000年左右，周朝兵书《六韬·龙韬》就记载了姜子牙为战时通信制定的两种军事通信密码：阴符和阴书。阴符可算是密码学中的替代法，是双方事先制造的一套尺寸不等、面刻花纹的铜版或竹木版，每种花纹或尺寸长短都代表一定的意义，只有通信双方知道。阴书由阴符演变而来，能比阴符传递更具体的消息，将一份完整的军事文书一分为三，分三人传递，必须要把三份文书重新合并后才能获得完整的军事信息。



公元前100年，罗马帝国的凯撒大帝(Caesar)使用以自己的名字命名的密码——凯撒密码，对重要的军事信息进行加密，这是一种简单的单字母替代密码，也属于替代法。凯撒把移位加密方法写进《高卢战记》后，这种方法很容易就被破解。此后加密方法不断发展，出现了维热纳尔密码等加密方法。



进入无线电时代，希特勒的纳粹德国发明了恩格玛密码机。借助恩格玛密码机强大的密码编撰能力以及无线电传输能力，希特勒拥有了当时世界上最安全的通讯系统。恩格玛密码机的密文无法用人力进行破解，这时候人们就意识到：人打败不了机器，只能设计另一台机器去打败它。包括图灵在内的无数科学家经历了呕心沥血的工作，最终研发出了另外一台密码破译机。



随着世界大战的结束，人类迎来了和平发展的时期。加密技术也从国家情报部门和军队走向了社会和商业。越来越多的公司采购计算机进行工作，公司内部、公司之间的交流也愈加频繁，这也对密码学和技术发展提出了新的要求。其中非对称加密技术的发明，堪称是密码学的最伟大成就，也是今天区块链和比特币的最重要基础技术之一。



密码学的历史可谓源远流长，互联网出现后，科学家们自然就尝试用密码学去解决互联网的隐私性和安全性的问题。早在1990年，数学家大卫·乔姆（David Chaum）就提出了一个数字化支付系统eCash，让人们在互联网上安全地进行支付成为可能。在那段时间里，大卫·乔姆的一个同事尼克·绍博写了一篇题为“上帝协议”的简短论文，文中设想了一种无所不能、可以取代所有中间机构的技术协议，即让“上帝协议”在一切的交易中扮演可信的第三方；在交易过程中，没有人能窥视与自己无关的信息，“一切涉及隐私的信息都归上帝所有”。



2008年，金融危机爆发。凑巧的是，也就是在那段时间里，一个（或一群）化名为中本聪的人发布了比特币白皮书。他意图打造一个点对点的、“去中介化”的加密货币系统，中本聪为这个系统设计了一个不可篡改的存储机制，即后来被称为”区块链”的技术。



比特币协议规则



根据比特币白皮书所述，加密货币（数字货币）与传统的法币有所不同，它们不是由国家所创建的，也不是由国家所控制的。这个协议以分布式计算技术为基础设定了一系列的规则，包括：



1）匿名：通过数字签名验证电子货币和交易的所有者。

2）防双重支付：采用工作量证明机制的点对点网络来记录交易的公开信息，只要诚实的节点能够控制绝大多数的CPU计算能力，就能使得攻击者事实上难以改变交易记录。

3）防篡改：交易被打包进一个区块，区块加上时间戳，对区块的内容计算哈希值，构成一个不断延伸的链条，除非重新完成全部的工作量证明，形成的交易记录将不可更改。

4）点对点协议：任何人都可成为参与者和见证者， 每个节点都不需要明确自己的身份，由于交易信息的流动路径并无任何要求，所以只需要尽其最大努力传播即可。

5）激励措施：记账节点能获得数字货币，在没有中央集权机构发行货币的情况下，提供了一种将电子货币分配到流通领域的一种方法。



如何理解区块链？



区块链，可看作是分布式账本技术，它是保存账本数据的一种数据结构，是由区块组成的链条，如下图所示：





区块链数据结构示意图



一个区块分为区块头部和区块体：

1）区块头部包括当前区块编号、区块摘要（哈希值）、上个区块摘要、时间戳等字段。

2）区块体保存账本内容，主要包含交易数据。同一个区块内的交易记录组成一棵Merkle树。这些交易记录即是账本内容。一个一个的区块构成的链，即构成账本的状态变化。

3）交易是对账本的一次记录添加操作，例如一次转账交易对应添加一条转账记录。

4）区块的链条随着时间不断增长，新的交易被增加到新的区块中。



由于每个区块数据不一样，每个区块的哈希值都是不一样的，因此可以使用哈希值标识区块。后一个区块里保存了前一个区块的hash值，就组成了一个链条。若篡改了某个区块的某个交易，则计算出来区块的哈希会变化，链条就会断开，就会被见证节点发现。



区块链技术整合了P2P网络、共识算法、密码学等一系列技术，构造了一个去中介化的价值互联网，打造了一个人人平等的、加密的、可互信的分布式公共账本。这个账本，按照严格的规则和公开的协议进行信息记录和修订，每个人都可以对它进行检查，但是没有任何个人可以随意篡改。



区块链的关键特性



1）P2P网络：P2P网络是去中心化的，任何人都可参与；网络中的所有节点权限对等、数据公开、高度冗余存储以保证去中心化和安全，任何节点故障都不会导致数据丢失。

2）共识机制：使用经过证明的共识算法保证一致性，防止作恶节点篡改数据。

3）激励机制：网络中的节点劳有所得，参与记账即能获得通证作为奖励，吸引更多的节点持续参与，保证了系统的持续稳定的演化，避免节点间的共谋，达成纳什均衡。

4）不可篡改：数据加密传输、交易有数字签名、区块加时间戳一起计算哈希值、由区块哈希值组成链式结构，区块内容全网传播，记账节点负责检查有效性，防止双重支付。



区块链技术的价值



正是上述区块链技术的特性，让区块链技术成为一个人们一直在追寻的可信的协议，必然会引发一系列值得关注的变革。就像是当年加密技术在军事和商业中的应用，让人们得以高效通信、占得先机；就像计算机技术在密码学上的应用，让密码学技术取得了伟大的成就；就像互联网技术的落地应用，使得信息可以在全球范围内以极低的成本自由传输，成为当今社会不可或缺的基础设施。而区块链技术则带来了可信协议，让人们可以信任机器，让人们从信息互联网进入到价值互联网时代，必然会孕育出一系列新的商业模式，甚至带来去中介化的全新的社会组织架构。



1）机器信任

区块链出现前，人们只能信任第三方机构。而区块链从技术上保证了机器信任的实现。人类从制度信任过渡到机器信任，很多事务可以因此提升效率，降低成本，例如：

a. 所有权确认问题：从第三方组织机构的担保或保证，转为通过算法为人们创造信用；

b. 安全信任问题：从监管机构负责安全管理，转为由技术基础架构层负责安全管理；

c. 信任执行问题：由第三方机构监督执行，转为通过智能合约代码自动执行；

d. 数据不可篡改：由信任机构，转为信任算法。



2）价值互联网

区块链让人们从信息互联网时代进入到价值互联网时代：

a. 传统的依赖第三方机构的价值转移，可被区块链的点对点的价值转移代替；

b. 传统的中心化账本，可被区块链的分布式账本代替；

c. 传统的依赖第三方机构的审计，可被区块链实时而准确的记录和呈现；

d. 区块链的智能合约能实现自动化的、带交易规则的价值传递。



3）去中心化

从中心化到去中心化、去中介化，带来的积极意义有：

a. 降低交易成本、协调成本与监管成本，提升商业效率；

b. 低成本实现信息同步与共享，促进共享经济的实现；

c. 建立有效的约束和激励机制，增强资源配置的效率。



区块链技术的现状



虽然，区块链技术最初诞生于十年前的比特币系统，但十年后的今天，它已经成为超越比特币的存在，正在逐渐落地应用于各行各业。它的技术在持续发展，形态也越来越多样，我们需要用发展的眼光看待区块链技术。



例如在共识机制上，除了最早的比特币PoW机制，陆续出现了PoS、DPoS、PBFT等改进算法类型。在应用场景上，最初的比特币几乎没有实际的应用价值，而以太坊引入了智能合约，使得DAPP开发成为可能，尽管仍然面临性能不足的问题。在以太坊为性能提升而努力时，其他区块链平台在性能上也在不断突破，比如迅雷链在同构多链架构基础上实现DPoA(Delegated Proof-of-Ability，授权能力证明)+PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance, 实用拜占庭容错)共识算法，能达到百万TPS的性能，实现交易的秒级确认，可以轻松支持大规模的商业应用。随着技术的不断进化，区块链已不再只是技术理想，而是能够产生实际价值了。



比特币的经济学目标



中本聪在比特币的白皮书中，首先讨论了互联网交易中依赖于第三方的机制所存在的问题，包括：

1) 无法实现完全不可逆的交易，因为金融机构总是不可避免地会出面协调争端。

2) 金融中介的存在，会增加交易的成本。

3) 如果缺乏不可逆的支付手段，互联网的贸易就大大受限。

4) 限制了实际可行的最小交易规模，也限制了日常的小额支付交易。

5) 缺乏信任机制。因为有潜在的退款的可能，就需要交易双方拥有信任。而商家也必须提防自己的客户，因此会向客户索取完全不必要的个人信息。



他总结道：“而交易双方在直接使用现金交易的情况下，这些销售费用和支付问题上的不确定性却是可以避免的，因为此时没有第三方信用中介的存在。”然后，中本聪提出了基于密码学的去中介化方案，他在白皮书中写道：



“所以，我们非常需要这样一种电子支付系统，它基于密码学原理而不基于信用，使得任何达成一致的双方，能够直接进行支付，从而不需要第三方中介的参与。”



可见，中本聪创建比特币系统的目的，就是为了提供一种去中介化的，完全通过点对点技术实现的电子现金系统，以代替当前的法定货币+权威的中间机构的支付机制。



为实现比特币的不依赖于中介机构的经济学目标，中本聪为比特币设计了一系列的技术机制，包括共识算法、防双花机制、防篡改机制、激励机制等，解决了电子货币的发行、流通、所有权验证、安全信任等问题。



尽管由于存在各种问题，加密货币目前仍无法代替法币成为日常支付手段，而是更多作为投机产品存在，但其经济学属性仍然值得探讨，其底层的区块链技术更是能在经济领域发挥更大作用。



分布式账本系统



区块链之所以重要，正是因为它是由技术保证的可信任的、去中心化的分布式账本系统。



账本是经济活动的数据记录，它是具有一定的格式，以会计凭证为依据，对所有经济业务按序分类记录的账册。随着技术的发展，账本的记录媒介从远古的绳子、羊皮到竹简、纸质记录，发展到会计电算化，由于账本规模的扩大，又出现了计算机的分布式系统来存储和处理账本。区块链技术的出现，为账本技术带来了去中心化的分布式账本系统。



区块链作为一种数字化的、去中心化的、分布式的账本， 它将为我们开启新的记账方式。



相对于传统账本技术，区块链的账本系统具有如下特点：

1) 难伪造，可追溯，易审计：每条记录都有一个时间戳和唯一的密码签名，这使得账本成为网络中所有交易的可审计历史记录。通过交易签名、共识算法保障分布式账本的一致性，可以保障财务报表信息的真实性和可靠性，而且能自动实时完成账证相符、账账相符、账实相符。

2) 防篡改：哈希函数、时间戳、默克尔树、密码学和共识算法等技术确保交易记录的难以篡改。例如哈希算法和默克尔树确保对交易输入的任何改动都会计算出一个不同的哈希值，表明交易输入可能被损坏；数字签名确保交易源自发送方（已使用私钥签名）而不是冒名顶替者；共识机制能确保共享账本是精确副本，并降低了发生交易欺诈的风险，因为篡改需要在许多地方同时执行。

3) 防数据损坏：区块链网络由分布在不同地理位置的大量节点组成，每个节点都保存了账本的所有数据，很多影视作品里出现的财务室着火，让证据消失的无影无踪等，这些问题是不可能出现的。

4) 将数据权利交还给个体：传统中心化的账本技术，个体无法访问，所有数据都被第三方机构所控制。随着数字经济的发展，个人数据隐私保护问题越来越突出。我国《网络安全法》和欧盟通用数据保护法案（GDPR）从法律角度规定了数据主体享有知情权、访问权、反对权、可携权、被遗忘权等多项权利，以加强个人隐私保护。而区块链则从技术层面着手，采用签名加密等技术手段，把数据权利真正交还给了个体。通过采用零知识证明、同态加密、安全多方计算、环签名、群签名、分级证书、混币等密码学原语与方案，还可实现交易身份及内容的隐私保护。

5) 提高账本信息的价值：区块链账本可以提高财务报表信息的及时性、相关性和全局性。传统上，会计处理、记录和对账需要成本，因此基于成本收益原则，传统会计惯例一般是按月度、季度、半年度或年度来编制披露会计报表，这种基于会计分期假设定期编制的财务报表具有严重滞后性，影响了财务信息的及时性。从技术可行性看，基于自动化执行、实时记账又能实现全局一致性的区块链系统，瞬时的资产负债表编制已成为可能，这或许将是财务会计的一次重大变革：由于区块链账本能做到及时性，使基于公允价值的计量变得更加可行，公允价值信息更具有相关性，从而更好地满足信息使用者的需求；区块链的应用不仅可以降低记账成本，提高效率，还可以让信息使用者穿透式获得企业运营的全局信息，提高决策效率。



基于区块链账本的以上特点，研究区块链技术在经济活动中的应用将具有更重大的现实意义。

2017年6月26日，中央全面深化改革领导小组第三十六次会议审议通过了《全国和地方资产负债表编制工作方案》。可以说，国家账本是摸清“家底”，揭示风险，服务国家治理的重要依托，但在实际编制过程中，面临着不少挑战和困难。其中，最基础的问题是数据采集。国家账本对基础数据需求量大，数据质量要求高，技术要求高、实施难度大，比如，数据资料不足，无法统计；涉及面广，跨机构跨部门跨行业跨地区的交易数据，难以统计。

对此，区块链账本或许可以发挥作用，让国家账本编制变得真正可行。比如，将自然资源、无形资产、金融资产、实物资产上链，并构建全局式的打破各种信息壁垒的数据互通共享平台，统一信息入口，避免大量重复工作，降低数据验证的差错率，使各机构、部门、行业和地区间的数据共享、验证和统计更加高效。



区块链作为信任工具与激励工具在经济活动中的应用



使用区块链作为信任工具，交易活动不再依赖于第三方机构，能大幅降低交易成本。





例如商品交易， 因为买家和卖家互不认识，无法信任对方，人们更愿意花更多的费用去找中介，如京东、淘宝等网购平台。也由于这一层的不信任，达成交易往往需要开具各种证明，或者经由第三方背书，比如房屋买卖、房屋租赁。这些都是当下为了解决信任问题增加的社会和经济成本。



但是，区块链上的信息不可篡改，交易是由全网进行见证的，并由加密算法保证安全，不需要第三方作为担保。例如A想要买B写的电子书，双方按照智能合约，B将电子书的阅读权限开放给A，A的款项就自动划给了B，这一条交易信息将永久记录在区块链账本上，不可篡改。如此，一笔交易就自主、简单的完成了，没有第三方介入，大大地降低了社会中的信任成本。



区块链有激励工具的作用，能吸引人们积极参与，增强资源配置的效率，促进共享经济的实现。



诺贝尔经济学奖得主罗伯特·奥曼曾经说过这样一句话：“一切悲剧都源于不当的激励。对于所有经济体，最根本的问题都出在激励机制上。”



比特币火爆的其中一个重要原因，就是中本聪为其设计了一套激励体系。那么多分布式的计算机凭什么加入到比特币的记账体系中？正是因为有奖励。当然，比特币的火爆有一定的投机属性，其对标法币的设想也很难获得承认。但它展示出了区块链作为激励工具的强大能量，而以太坊的出现，以及区块链大量实际应用场景的落地也印证了其可行性。



以今年5月，被工信部写入《2018中国区块链产业白皮书》的迅雷共享计算模式为例。区块链就在其中起到了信任工具和激励工具的作用，在激励的作用下，普通用户通过玩客云共享自己家中的闲置带宽、存储等带宽资源，而迅雷将这些资源收集起来转化为商业化的云计算服务。这个模式大大提高了用户的参与积极性，也为共享计算带来了百万级的个人节点，构成了一个庞大的共享经济系统。



总结



如果说，互联网是信息的纽带，它颠覆了我们互动和经商的方式，可以让我们更加流畅、快速、有效地交流和交换信息。那么，区块链就是商业的纽带，它将重构商业基础，构建一个去中介化的交易模式，让我们能以不同的方式、更低的成本完成交易。



*第二课，我们将带来区块链的技术架构分析，以整体架构为脉络，针对性的掌握区块链技术的基本知识，也可以此为框架来分析新出现的区块链项目，对其加以研究，识别其关键技术点，考察其是否存在技术创新欢迎关注。