第一章区块链和比特币初体验

区块链是近年来最具革命性的新兴技术之一。 区块链技术起源于比特币（Bitcoin），具有以去中心化方式建立信任等突出特点。 对金融等众多行业极具颠覆性，应用前景十分广阔。 受到政府、金融机构的青睐，科技公司、爱好者和媒体的高度关注。

本章我们首先介绍区块链的定义和特点，然后通过比特币的购买、存储、交易等实际使用场景来体验区块链，最后讨论一些关于区块链的常见问题。

1.1 区块链简介

2016年1月20日，中国人民银行官网发布一则题为“中国人民银行数字货币研讨会在京召开”的消息[1]，此消息迅速在各大主流新闻媒体和比特币传播、区域性区块链爱好者社区之间的传播，成为推动区块链技术在中国迅速崛起的“导火索”。 这是中国人民银行、工信部、银监会、证监会、保监会联合发布《关于防范比特币风险的通知》以来的首次 [2] 2013年12月5日，区块链技术受到高度评价。

在开始我们的区块链体验之旅之前，让我们简单介绍一下区块链的定义和发展历史。

[1] 中国人民银行． 中国人民银行数字货币研讨会在京召开[J/OL]. 2016年，

[2] 中国人民银行． 中国人民银行等五部委发布《关于防范比特币风险的通知》

1.1.1 区块链的起源——比特币

区块链的英文是Blockchain，字面意思是（交易数据）块（Block）链（Chain）。 区块链技术最早应用于比特币，如图 1-1 所示。 比特币本身是第一个也是最大和最广泛使用的区块链。

图 1-1 比特币区块链简化示意图

1.1.2 区块链及区块链技术的含义

目前，区块链并没有统一的定义。 一般来说，区块链是基于区块链技术的公共数据库（或公共账本）。 其中，区块链技术是指基于现代密码学、分布式共识协议、点对点网络通信技术和智能合约编程语言，在多个参与者之间形成的数据交换、处理和存储的技术组合。 同时，区块链技术本身也在不断发展和演进。

1.1.3 区块链分类

按照参与者的分类，区块链可以分为：公有链、联盟链和私有链。 从链与链的关系来看，可以分为主链和侧链。 而且，不同的区块链也可以组成一个网络，网络中链条的互联产生了Interchain的概念。

1. 公链

公链对公众开放，用户无需注册即可匿名参与，无需授权即可访问网络和区块链。 节点可以自由选择进出网络。 公链上的区块任何人都可以查看，任何人也可以在公链上发送交易，并且可以随时参与网络上共识的形成过程，即决定哪个区块可以加入区块链并记录当前网络状态。 公链是真正意义上的完全去中心化的区块链。 它使用密码学来确保交易不能被篡改。 同时，它还利用密码学验证和经济激励在陌生的网络环境中建立共识，从而形成去中心化的信用机制。 公链中的共识机制一般是工作量证明（PoW）或权益证明（PoS）。 用户对共识形成的影响直接取决于他们在网络中拥有的资源比例。

公共链通常也称为无许可区块链。 比特币和以太坊都是公链。 公有链一般适用于虚拟货币、大众电子商务、互联网金融等B2C、C2C或C2B应用场景。

2.联盟链

联盟链（Consortium Blockchain）仅限于联盟成员的参与，对区块链的读写权限和参与记账权限根据联盟规则制定。 区块链联盟R3[1]和Linux基金会支持的40多家银行参与的Hyperleder[2]项目均属于联盟链架构。 联盟链是一种需要注册和许可的区块链，这种区块链也称为许可区块链（Permissioned Blockchain）。

联盟链的共识过程由预选节点控制。 一般而言，适用于机构间交易、结算或清算等B2B场景。 例如，银行间的支付、结算、清算系统可以采用联盟链的形式，以各银行的网关节点作为记账节点。 当全网超过 2/3 的节点确认一个区块时，该区块记录的交易将被全网确认。 联盟链可以根据应用场景确定对公众的开放程度。 由于参与共识的节点数量相对较少，联盟链一般不采用工作量证明的挖矿机制，而多采用权利证明或PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerant）、RAFT等共识算法. 联盟链在交易确认时间、每秒交易笔数等方面与公有链有较大区别，对安全性和性能的要求也高于公有链。

联盟链网络由成员机构共同维护，网络访问一般通过成员机构的网关节点接入。 联盟链平台应提供会员管理、认证、授权、监控、审计等安全管理功能。

R3联盟成立于2015年，旨在建立银行间联盟链，目前已吸引了40多家成员，包括全球知名银行（如摩根大通、高盛、瑞信、伯克利、汇丰等）、IT巨头（如 IBM、微软）。

银行间结算是一个非常分散的过程。 每家银行都有自己的一套分类账，很难对账。 有些交易有时需要几天的时间来验证和确认。 同时，其流动性风险非常高，监管报送非常繁琐，也容易出现人为错误，结算成本高。

针对这种情况，R3联盟构建了银行间联盟链来解决这些问题。 利用区块链技术，银行可以共享统一的账本，省去繁琐的对账工作，交易可以近乎实时地验证和确认，自动结算最先被应用与比特币的是，监管机构可以利用密码学的安全保障来审计不可篡改的日志记录。

R3 联盟将开发 Corda 分布式账本来实现未来的愿景。 Corda 的名字有两个来源。 名字的前半部分听起来像accord（协议），后半部分来自chord（弦，圆上两点之间的最短直线）的定义。 这个圆圈代表R3联盟中的银行机构。 从目前的公开信息来看，Corda具有以下特点：

数据不必全球共享，只有满足合法需求的一方才能在协议中访问数据；

· Corda 可以在没有集中控制的情况下协调联盟成员的工作流程；

· Corda为联盟成员之间的每笔交易形成共识，而不是在联盟机构的系统层面形成共识；

Corda 旨在直接支持监管机构监督和合规监控；

· 交易由参与交易的机构核实，不向与交易无关的机构报告；

支持不同的共识机制；

清楚地记录智能合约与书面语言书写的法律文件之间的联系；

使用行业标准工具构建 Corda 平台；

·没有虚拟货币。

Corda 平台注重互操作性和逐步部署，不会向第三方泄露机密信息。 一个机构可以看到与对手机构的一组协议，并且可以确保对手机构看到相同的内容，并同时报告给监管机构。 Corda 包括共识、验证、唯一性、永恒性和身份验证等功能。

3、私有链

私有链只在私有组织中使用，区块链上的读写权限和参与记账权限是按照私有组织的规则制定的。 私有链的应用场景一般是企业内部的应用，比如数据库管理、审计等，也有一些特殊的组织情况，比如政府行业的一些应用：政府预算和执行，或者政府行业统计，这一般由政府登记，但公众有监督权。 私有链的价值主要在于提供一个安全的、可追溯的、不可篡改的、自动化的计算平台，可以防止对数据的内部和外部安全攻击，这是传统系统难以实现的。 根据资料解读[1]，央行发行的数字货币可能是一种私有链。 与联盟链类似，私有链也是许可链。

Coin Science 推出了一个多链平台，供企业建立私有链。 它提供了一个保护隐私和权限控制的区块链平台，以克服区块链技术在金融行业推广中遇到的障碍。 多链的目标如下：

1) 确保区块链上的活动只能被选定的参与者看到；

2）引入一种机制来控制哪些交易是允许的交易；

3) 提供安全的挖矿机制，无需工作证明和与之相关的成本。

多链将挖矿权限制在一组实名矿工手中，解决了私有链方案中一方垄断挖矿过程的问题。 它的解决方案是限制同一​​矿工在同一时间窗口内可以生产的区块链数量。 与比特币只支持一条区块链不同，多链可以轻松配置多条区块链，允许用户同时使用多条链。 这样，机构用户可以让管理员配置区块链，而不需要专业的区块链开发人员来做。

多链允许用户在一个配置文件中配置区块链的所有参数，这些参数包括：

区块链的协议，比如私链或者公链，比如比特币；

· 目标区块生成时间，例如1分钟；

权限，比如每个人都可以连接，只有部分人可以发送或接收交易；

不同形式的挖矿（仅适用于私有链）；

建立和移除管理员和矿工所需的共识程度，以及建立期间不需要强制执行的期限（仅适用于私有链）；

· 矿工报酬，比如每个区块50个币，然后每210,000个区块减半支付；

邻居连接的IP端口和JSON RPC API，如8571、8570；

允许的交易类型，如paytoaddress、paytomultisig、paytoscripthash等；

·最大块大小，如1MB；

· 每个事务的最大元数据 (OP_RETURN)，例如 4KB。

多链节点的“握手”连接过程如下：

1）每个节点提供自己的公共地址，以便其他节点可以将其地址包含在允许连接列表中；

2）每个节点验证相邻节点的地址在其授权连接的节点列表中；

3）每个节点向其他节点发送Challenge消息；

4) 每个节点发回一个签名回复挑战消息，证明他们有自己的公钥对应的私钥；

5) 如果双方对对方的答复不满意，可以随时终止连接。

在多链中，所有权限的授予和撤销都是通过包含特殊元数据的网络交易来实现的。 找到创世块的矿工将自动获得所有权限，包括管理其他用户的管理员权限。 管理员通过向其他用户发送交易来授予其他用户相应的权限，并在交易的输出中包含授权用户的地址和授权信息的元数据。 当改变其他用户的管理和挖矿权限时，一个额外的约束是由现有管理员投票决定的。 这些管理员的投票需要在不同的交易中登记，只有形成足够的共识后才能通过变更。

多链设计在很多方面都是为了让用户能够在私有链和比特币区块链之间进行双向迁移。 多链基于比特币核心的一个分支。 对比特币的所有代码更改都是本地化更改。 未来比特币的升级功能可以纳入多条链的本地代码。 它基于比特币的协议、交易和区块链架构，只是握手协议有所变化。 其他功能通过元数据实现，同时改变交易和区块的验证规则。 在接口方面，它完全兼容比特币，所有新功能都通过新命令提供。 可以做成普通比特币网络的一个节点。

Multichain 提供了一种在企业内部快速部署私有链的解决方案。 可用于去中心化交易所、数据库同步、货币结算、债券发行和P2P交易、消费行业积分奖励机制等场景。

4. 侧链

比特币主要是根据其设计者中本聪的理念设计的一种虚拟货币系统。 虽然很成功，但是它的规则已经比较固定，比特币很难有大的改动，因为这些改动会造成分叉。 影响现有的比特币用户。 因此，在比特币平台上进行创新或扩展的难度更大。 一般来说，大多数代币系统都是以比特币平台为基础，重构一个区块链，然后用新的规则在上面发行新的虚拟货币。 这就是大多数代币现在所做的。 但是，这些通证系统要想从无到有地获得人们的价值认同是非常困难的。 通常的做法是与比特币挂钩，相当于用比特币作为储备来发行代币，从而完成代币的货币价值化。 批准的过程。 但随之而来的问题是，如何自动保证代币与比特币的挂钩？ 因为虚拟货币的特点之一就是价格波动大，所以大多数人不愿意持有波动大、流动性差的代币。 一个直接的思路是通过比特币平台和代币平台的融合实现实时挂钩。

2014年，Adam Back等作者发表了一篇题为“Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains”的论文，中文意思是“使用比特币连接的侧链来提供区块链创新”。 其核心是“比特币”区块链在概念上独立于作为资产的比特币。 他希望这项技术能够支持资产在不同区块链上的转移，让新系统可以重新使用原有的比特币。 他提出了侧链（Side Chains）的概念。 所谓侧链，就是可以与比特币区块链交互，与比特币挂钩的区块链。 Baker 列出了侧链的一些属性：

用户在一条链上的资产转移到另一条链后，应该可以转移回原链上的同一个用户名。

·资产转移应该没有交易对手跑路的风险，即不诚实的用户没有能力阻止资产转移的发生。

·资产的转移必须是原子操作，即要么all要么none。 不应出现资产丢失或欺诈增加资产的情况。

侧链之间应该有防火墙。 一条侧链上的软件错误导致一条链上资产的丢失或增加，不会影响另一条链上资产的丢失或增加。

· 即使在资产转移过程中发生区块链重组，也应该没有问题。 区块链重组造成的任何中断应仅限于本侧链，不应影响其他区块链。 通常侧链最好相互独立，用户可以提供其他链的数据。 只有当侧链有明确的共识规则时，才需要检查另一个侧链来验证它。

· 用户不需要跟踪不常使用的侧链。

比特币是公认的公链，也是很多代币的基础。 但是，比特币的设计规则决定了比特币有一定的局限性。 例如，平均每 10 分钟出一个块，每个块的大小限制在 1MB，这使得每秒可以确认 7 笔交易。 在很多场景下，无法满足业务需求。 因此，通过侧链来提高效率和扩展比特币功能是一种非常有效的方式。 比如闪电网络，很多交易都放在侧链上，只有清算的时候才用主链。 这样可以在不增加主链存储负担的情况下，大大提高交易率。

5. 跨链

如图1-2所示，特定领域的应用可能会在各自的垂直领域形成区块链，而这些区块链会有互联互通的需求，这样这些区块链也会通过某种互联互通协议连接起来。 就像互联网一样，这种在区块链上的互联互通构成了一条相互连接的链条，形成了一个全球性的区块链网络。

图 1-2 区块链网络示意图

[1] R3.2016,

[2] 超级账本.2016,

1.1.4 区块链价值与应用

根据各个区块链采用的不同技术组合，形成的区块链的特点也大不相同。 但需要指出的是，区块链技术是一揽子技术，可以根据业务需要进行组合和创新。

一般来说，去中心化的信用机制是区块链技术的核心价值之一，因此区块链本身也被称为“分布式账本技术”、“去中心化价值网络”等。 自古以来，信用和信任机制一直是金融和大多数经济活动的基础。 随着移动互联网、大数据、物联网等信息技术的广泛应用，以及工业4.0等新一代工业革命的开启，信用在网络空间中的基石作用数字社会更为重要。 传统上，信用机制是中心化的，中心化的信任信用机制必然导致中心化的组织成为价值链的核心，很容易出问题。 区块链技术在人类历史上率先实现了去中心化的大规模信用机制。 在消除中央机构“超级信用”的同时，保障信用机制安全高效运行。

具体来说，区块链的颠覆性价值至少包括以下五个方面。

1）简化流程，提高效率。 由于区块链技术是通过参与者之间共享共识建立的公共账本，对网络状态形成共识，因此区块链中的信息自然被参与者所认可，具有唯一性、可追溯性、不可篡改性。 因此最先被应用与比特币的是，许多原有的重复验证流程和操作可以被简化甚至取消，例如跨行对账、结算、清算等，从而大大提高操作效率。

2）降低交易对手的信用风险。 不同于传统交易需要对交易对方的信任，区块链技术可以通过智能合约等方式保证交易的多方自动完成相应的义务，保证交易安全，从而降低交易对方的信用风险。

3) 减少结算或清算时间。 由于参与者的去中心化信任机制，区块链技术可以实现实时交易结算和清算，实现金融“去中介化”，从而大大降低结算和清算成本，减少结算和清算时间，提高效率。

4）增加资金流动性，提高资产利用效率。 区块链的效率，以及更短的交易结算和清算时间，减少了交易中资金和资产被锁定的时间，从而加速资金和资产的流动，提高价值的流动性。

5) 提高透明度和监管效率以避免欺诈。 由于区块链技术可以更好地实时监控所有交易和智能合约，并以不可撤销、不可否认、不可篡改的方式保留，便于监管机构实现实时监控和监管，是也方便参与者实现自动化合规处理，从而提高透明度，避免舞弊行为，更有效地实施监管。

区块链最具创新性的特点不是单点技术，而是一揽子技术、系统创新、创新思维的结合。 而正是因为区块链是一种非常底层的、系统性的创新，区块链技术与云计算、大数据、人工智能、量子计算等新兴技术一起，被认为是最具变革性的新兴技术之一。 其中，金融服务领域是将被颠覆的重点领域之一。 此外，区块链还可以广泛应用于物联网、移动边缘计算等去中心化控制领域，以及智能资产和共享经济（如自动驾驶汽车、智能门锁+租赁）等领域。一系列潜在的适用领域。 下面我们重点介绍区块链改造金融服务的几个场景。

（一）金融领域的结算与清算

以金融领域的结算和清算为例，全球每年涉及各类金融交易高达18万亿美元。 如图1-3所示，由于交易双方互不信任，金融机构需要通过中央清算结构完成资产清算和账本确认。 这种涉及多个交易主体、相互不信任的应用场景，非常适合使用区块链技术。 原则上，金融机构之间可以直接搭建联盟链，机构只需共同维护同一个联盟链，即可实现资产的转移和交易。

图 1-3 区块链去中心化金融服务示意图

(2) 数字货币

货币是价值储存和交换的载体。 过去，它是由中央法定机构集中发布的。 以比特币为例，由于其去中心化的信任机制，比特币经受住了交易所倒闭、非法使用“虚拟货币”被没收、多国政府禁止使用等所有危机。 这些测试仍在稳定运行。 比特币的出现和稳定运行，可以说彻底颠覆了人们对货币的认识。 相信区块链技术或分布式账本技术将在数字货币技术体系中占据重要地位。

(3) 跨境支付

区块链可以颠覆的另一项金融服务是跨境支付。 跨境支付通常需要几天甚至一周的时间才能到账。 此外，跨境支付需要双方向当地银行提供大量的开户信息和证明，以满足银行的合规要求。 交易涉及的银行和中介金融机构还需要定期报告以实现反洗钱等额外合规要求。 这是一个典型的多方交易场景，区块链技术可以应用于多个环节。 区块链技术一方面可以减少用户重复提交证明材料，提高效率。 另一方面可以更好地实现合规性和实时性，大大提高金融机构的运营效率，提高监管效率。 此外，由于区块链技术可以通过区块链直接在银行和其他金融机构之间转移资金和资产，可以去除高昂的中间成本。 此外，还可以结合智能合约等技术，在合约中约定支付的实施条件，保证支付的同时履行义务，提高交易的安全性。

（四）财产保险

财产保险是除人寿保险之外最大的保险。 传统上，财产保险理赔是用户的痛点和成本瓶颈。 据估计，理赔成本至少占保险公司收入的11%。 并且由于用户在理赔过程中需要提供大量信息，客户体验往往非常不友好。 由于每次理赔都可能涉及大量的人工操作，处理理赔需要耗费大量的人力物力。 此外，财产险索赔还需要打击保险欺诈，因为保险公司各自为政。 区块链技术可以很好地缓解财产保险理赔的用户痛点，降低理赔成本。 首先，区块链可以减轻客户提供理赔信息和证明的负担。 如果资产能够智能嵌入智能合约，资产就可以具备自动启动理赔流程的能力，甚至实现自动理赔，大大加快理赔流程，提升客户体验。 ，甚至在联盟成员之间进行合理的数据共享，有效发现和杜绝保险欺诈。 此外，区块链技术的应用可以大大减少保险公司对中介代理服务人员的需求，从而大大降低运营成本。

此外，区块链还可以广泛应用于物联网、边缘计算、存在证明等诸多领域。 读者可参考《区块链：新经济蓝图》一书。 这里特别强调，区块链的应用可能会层出不穷。 关键是了解区块链技术的内涵和转化原理，深入理解区块链去中心化的系统思维，这样才能结合自己对相关行业的知识。 公司的理解和需求创造新的解决方案和新的价值。