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區塊鏈筆記
廣義和狹義的區塊鏈
廣義來講，區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分佈式節點共識算法來生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分佈式基礎架構與計算範式。
狹義來講，區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數據結構，並以密碼學方式保證的不可篡改和不可僞造的分佈式賬本（分佈式數據庫）。
區塊鏈結構與特徵
- 一個分佈式的鏈接賬本，每個賬本就是一個“區塊”；
- 基於分佈式的共識算法來決定記賬者；
- 賬本內交易由密碼學簽名和哈希算法保證不可篡改；
- 賬本按產生的時間順序鏈接，當前賬本含有上一個賬本的哈希值，賬本間的鏈接保證不可篡改；
- 所有交易在賬本中可追溯。
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那麼區塊鏈有什麼特徵呢？
區塊鏈是一種共享的分佈式數據庫技術。主要有以下4個特徵：
- 去中心化（Decentralization）：區塊鏈由衆多節點組成一個端到端的網絡，不存 在中心化的設備和管理機構，任一節點停止工作都會不影響系統整體的運作。
- 去信任（Trustless）：系統中所有節點之間通過數字簽名技術進行驗證，無需信任也可以進行交易，只要按照系統既定的規則進行，節點之間不能也無法欺騙其它節點；
- 集體維護（CollectivelyMaintain）：系統是由其中所有具有維護功能的節點共同維護的，系統中所有人共同參與維護工作；
- 可靠數據庫（ReliableDatabase）：系統中每一個節點都擁有最新的完整數據庫拷貝，單個甚至多個節點對數據庫的修改無法影響其他節點的數據庫，除非能控制整個網絡中超過51%的節點同時修改，這幾乎不可能發生。
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區塊鏈分類
以參與方分類，區塊鏈可以分爲公有鏈、聯盟鏈和私有鏈；從鏈與鏈的關係來分，可以分爲主鏈和側鏈。
公有鏈
公有鏈通常也稱爲非許可鏈（Permissionless Blockchain），無官方組織及管理機構，無中心服務器，參與的借點按照系統規格自由接入網路、不受控制，節點間基於共識機制開展工作。
公有鏈一般適合於虛擬貨幣、面向大衆的電子商務、互聯網金融等B2C、C2C或C2B等應用場景，比特幣和以太坊等就是典型的公有鏈。
聯盟鏈（Consortium Blockchain）
聯盟鏈是一種需要註冊許可的區塊鏈，這種區塊鏈也稱爲許可鏈（Permissioned Blockchain）。聯盟鏈僅限於聯盟成員參與，區塊鏈上的讀寫權限、參與記賬權限按聯盟規則來制定。整個網絡由成員機構共同維護，網絡接入一般通過成員機構的網關節點接入，共識過程由預先選好的節點控制。
一般來說，聯盟鏈適合於機構間的交易、結算或清算等B2B場景。例如在銀行間進行支付、結算、清算的系統就可以採用聯盟鏈的形式，將各家銀行的網關節點作爲記賬節點，當網絡上有超過2/3的節點確認一個區塊，該區塊記錄的交易將得到全網確認。
由40多家銀行參與的區塊鏈聯盟R3和Linux基金會支持的超級賬本（Hyperleder）項目都屬於聯盟鏈架構。
私有鏈（Private Blockchain）
私有鏈建立在某個企業內部，系統的運作規則根據企業要求進行設定。私有鏈的應用場景一般是企業內部的應用，如數據庫管理、審計等；
側鏈（Side chain）
側鏈是用於確認來自於其它區塊鏈的數據的區塊鏈，通過雙向掛鉤（TwoWay Peg）機制使比特幣、Ripple幣等多種資產在不同區塊鏈上以一定的匯率實現轉移。
側鏈進一步擴展了區塊鏈技術的應用範圍和創新空間，使區塊鏈支持包括股票、債券、金融衍生品等在內的多種資產類型，以及小微支付、智能合約、安全處理機制、真實世界財產註冊等；側鏈還可以增強區塊鏈的隱私保護。
區塊鏈產業鏈
區塊鏈產業鏈主要包括基礎網絡層、中間協議層及應用服務層。
基礎網絡層
基礎網絡層由數據層、網絡層組成，其中數據層包括了底層數據區塊以及相關的數據加密和時間戳等技術；網絡層則包括分佈式組網機制、數據傳播機制和數據驗證機制等。
中間協議層
中間協議層由共識層、激勵層、合約層組成，其中共識層主要包括網絡節點的各類共識算法；激勵層將經濟因素集成到區塊鏈技術體系中來，主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等；合約層主要包括各類腳本、算法和智能合約，是區塊鏈可編程特性的基礎。
應用服務層
應用服務層作爲區塊鏈產業鏈中最重要的環節，則包括區塊鏈的各種應用場景和案例，包括可編程貨幣、可編程金融和可編程社會。
核心技術
從數據層開始：
區塊+鏈
從技術上來講，區塊是一種記錄交易的數據結構，反映了一筆交易的資金流向。系統中已經達成的交易的區塊連接在一起形成了一條主鏈，所有參與計算的節點都記錄了主鏈或主鏈的一部分。
每個區塊由區塊頭和區塊體組成，區塊體只負責記錄前一段時間內的所有交易信息，主要包括交易數量和交易詳情；區塊頭則封裝了當前的版本號、前一區塊地址、時間戳（記錄該區塊產生的時間，精確到秒）、隨機數（記錄解密該區塊相關數學題的答案的值）、當前區塊的目標哈希值、Merkle數的根值等信息。從結構來看，區塊鏈的大部分功能都由區塊頭實現。
概括來看，一個區塊包含以下三部分：交易信息、前一個區塊形成的哈希散列、隨機數。
交易信息是區塊所承載的任務數據，具體包括交易雙方的私鑰、交易的數量、電子貨幣的數字簽名等；前一個區塊形成的哈希散列用來將區塊連接起來，實現過往交易的順序排列；隨機數是交易達成的核心，所有礦工節點競爭計算隨機數的答案，最快得到答案的節點生成一個新的區塊，並廣播到所有節點進行更新，如此完成一筆交易。
哈希函數
哈希函數可將任意長度的資料經由Hash算法轉換爲一組固定長度的代碼，原理是基於一種密碼學上的單向哈希函數，這種函數很容易被驗證，但是卻很難破解。通常業界使用y =hash(x)的方式進行表示，該哈希函數實現對x進行運算計算出一個哈希值y。
常使用的哈希算法包括MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384及SHA-512等。
Merkle樹
Merkle樹是一種哈希二叉樹，使用它可以快速校驗大規模數據的完整性。在區塊鏈網絡中，Merkle 樹被用來歸納一個區塊中的所有交易信息，最終生成這個區塊所有交易信息的一個統一的哈希值，區塊中任何一筆交易信息的改變都會使得Merkle 樹改變。
非對稱加密
非對稱加密算法是一種密鑰的保密方法，需要兩個密鑰：公鑰和私鑰。
公鑰與私鑰是一對，如果用公鑰對數據進行加密，只有用對應的私鑰才能解密，從而獲取對應的數據價值；如果用私鑰對數據進行簽名，那麼只有用對應的公鑰才能驗證簽名，驗證信息的發出者是私鑰持有者。
因爲加密和解密使用的是兩個不同的密鑰，所以這種算法叫做非對稱加密算法，而對稱加密在加密與解密的過程中使用的是同一把密鑰。
然後來看網絡層
P2P網絡
P2P網絡（對等網絡），又稱點對點技術，是沒有中心服務器、依靠用戶羣交換信息的互聯網體系。與有中心服務器的中央網絡系統不同，對等網絡的每個用戶端既是一個節點，也有服務器的功能。
P2P網絡其具有去中心化與健壯性等特點。
然後是共識層
共識機制
共識機制，就是所有記賬節點之間如何達成共識，去認定一個記錄的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。目前主要有四大類共識機制：PoW、PoS、DPoS和分佈式一致性算法。
重點看一下POW
PoW機制，也就是像比特幣的挖礦機制，礦工通過把網絡尚未記錄的現有交易打包到一個區塊，然後不斷遍歷嘗試來尋找一個隨機數，使得新區塊加上隨機數的哈希值滿足一定的難度條件。找到滿足條件的隨機數，就相當於確定了區塊鏈最新的一個區塊，也相當於獲得了區塊鏈的本輪記賬權。礦工把滿足挖礦難度條件的區塊在網絡中廣播出去，全網其他節點在驗證該區塊滿足挖礦難度條件，同時區塊裏的交易數據符合協議規範後，將各自把該區塊鏈接到自己版本的區塊鏈上，從而在全網形成對當前網絡狀態的共識。
優點：完全去中心化，節點自由進出，避免了建立和維護中心化信用機構的成本。只要網絡破壞者的算力不超過網絡總算力的50%，網絡的交易狀態就能達成一致。
缺點：目前比特幣挖礦造成大量的資源浪費；另外挖礦的激勵機制也造成礦池算力的高度集中，背離了當初去中心化設計的初衷。更大的問題是PoW機制的共識達成的週期較長，每秒只能最多做7筆交易，不適合商業應用。
最後是激勵層
發行機制和激勵機制
以比特幣爲例。
賦予賬本可編程的特性
智能合約是一組情景應對型的程序化規則和邏輯，是通過部署在區塊鏈上的去中心化、可信共享的腳本代碼實現的。通常情況下，智能合約經各方簽署後，以程序代碼的形式附着在區塊鏈數據上，經P2P網絡傳播和節點驗證後記入區塊鏈的特定區塊中。智能合約封裝了預定義的若干狀態及轉換規則、觸發合約執行的情景、特定情景下的應對行動等。區塊鏈可實時監控智能合約的狀態，並通過覈查外部數據源、確認滿足特定觸發條件後激活並執行合約。
區塊鏈應用
在《區塊鏈：新經濟藍圖及導讀》一書中，作者MelanieSwan按照應用範圍和發展階段將區塊鏈應用劃分爲區塊鏈1.0、2.0、3.0。
區塊鏈1.0支撐虛擬貨幣應用，也就是與轉賬、匯款和數字化支付相關的密碼學貨幣應用，比特幣是區塊鏈1.0的典型應用；
區塊鏈2.0支撐智能合約應用，合約是經濟和金融領域區塊鏈應用的基礎，區塊鏈2.0應用包括了股票、債券、期貨、貸款、抵押、產權、智能財產和智能合約，以太坊、超級賬本等是區塊鏈2.0的典型應用；
區塊鏈3.0應用是超越貨幣和金融範圍的泛行業去中心化應用，特別是在政府、醫療、科學、文化和藝術等領域的應用。
泛金融應用
區塊鏈應用於金融領域有着天生的絕對優勢，用互聯網語言來說，這是區塊鏈的基因決定的。主觀來看，金融機構在區塊鏈應用的探索上意願最強，需要新的技術來提高運營效率，降低成本來應對整個全球經濟當前現狀。客觀來看，金融行業市場空間巨大，些許的進步就能帶來巨大收益。金融行業是對安全性、穩定性要求極高的行業，如果區塊鏈在金融領域應用得以驗證，那麼將會產生巨大的示範效應，迅速在其他行業推廣。
在金融領域，除去數字貨幣應用，區塊鏈也逐漸在跨境支付、供應鏈金融、保險、數字票據、資產證券化、銀行徵信等領域開始了應用。
跨境支付
該領域的痛點在於到賬週期長、費用高、交易透明度低。以第三方支付公司爲中心，完成支付流程中的記賬、結算和清算，到賬週期長，比如跨境支付到賬週期在三天以上，費用較高。
區塊鏈去中介化、交易公開透明和不可篡改的特點，沒有第三方支付機構加入，縮短了支付週期、降低費用、增加了交易透明度。
數字票據
該領域痛點在於三個風險問題。操作風險：由於系統中心化，一旦中心服務器出問題，整個市場癱瘓；市場風險：根據數據統計，在2016年，涉及金額達到數億以上的風險事件就有七件，涉及多家銀行；道德風險：市場上存在"一票多賣"、虛假商業匯票等事件。
區塊鏈去中介化、系統穩定性、共識機制、不可篡改的特點，減少傳統中心化系統中的操作風險、市場風險和道德風險。
徵信管理
該領域的痛點在於：數據缺乏共享，徵信機構與用戶信息不對稱；正規市場化數據採集渠道有限，數據源爭奪戰耗費大量成本；數據隱私保護問題突出，傳統技術架構難以滿足新要求等。
在徵信領域，區塊鏈具有去中心化、去信任、時間戳、非對稱加密和智能合約等特徵，在技術層面保證了可以在有效保護數據隱私的基礎上實現有限度、可管控的信用數據共享和驗證。
資產證券化
這一領域業務痛點在於底層資產真假無法保證；參與主體多、操作環節多交易透明度低出現信息不對稱等問題，造成風險難以把控。數據痛點在於各參與方之間流轉效率不高、各方交易系統間資金清算和對賬往往需要大量人力物力、資產回款方式有線上線下多種渠道，無法監控資產的真實情況，
區塊鏈去中介化、共識機制、不可篡改的特點，增加數據流轉效率，減少成本，實時監控資產的真實情況，保證交易鏈條各方機構對底層資產的信任問題。
供應鏈金融
這一領域的痛點在於融資週期長、費用高。以供應鏈核心企業系統爲中心，第三方增信機構很難鑑定供應鏈上各種相關憑證的真僞，造成人工審覈的時間長、融資費用高。
區塊鏈去中介化、共識機制、不可篡改的特點，不需要第三方增信機構鑑定供應鏈上各種相關憑證的真實性，降低融資成本、減少融資的週期。
保險業務
隨着區塊鏈技術的發展，未來關於個人的健康狀況、事故記錄等信息可能會上傳至區塊鏈中，使保險公司在客戶投保時可以更加及時、準確地獲得風險信息，從而降低覈保成本、提升效率。區塊鏈的共享透明特點降低了信息不對稱，還可降低逆向選擇風險；而其歷史可追蹤的特點，則有利於減少道德風險，進而降低保險的管理難度和管理成本。
區塊鏈 + 醫療
醫療領域，區塊鏈能利用自己的匿名性、去中心化等特徵保護病人隱私。電子健康病例（EHR）、DNA錢包、藥品防僞等都是區塊鏈技術可能的應用領域。
區塊鏈 + 物聯網
物聯網是一個非常寬泛的概念，如果將通信、能源管理、供應鏈管理、共享經濟等涵蓋在內，區塊鏈技術的物聯網應用將成爲一個非常重要的應用領域。
現代企業的供應鏈不斷延長，出現零碎化、複雜化、地理分散化等特點，給供應鏈管理帶來了很大的挑戰。核心企業對於供應鏈的掌控能力有限，同時對假冒商品的追溯和防範也存在很大的難度。作爲一種分佈式賬本技術，區塊鏈能夠確保透明度和安全性，也顯示出瞭解決當前供應鏈所存在問題的潛力。
共享經濟是“去中心化”的典型例子。如Airbnb對接了有閒置房屋或者牀位的房東和租房者，Uber、滴滴對接了閒置的汽車和乘客，摩拜、ofo提供的共享單車，等等。但共享經濟始終面臨的一大問題便是信用缺失。區塊鏈技術可以很好的解決這個問題，區塊鏈去中介化、共識機制、不可篡改的特點能有效解決人與人之間信任基礎薄弱、個人信用體系不健全等阻礙共享經濟發展的因素。
分佈式能源的發展帶來的一個問題是微電網的管理以及與現有的中央電網之間如何平衡。區塊鏈具有分佈式賬本和智能化的合約體系功能，能夠將能源流、資金流和信息流有效地銜接，成爲能源互聯網落地的技術保障。
除了上述提到的三大應用場景，區塊鏈技術在物聯網領域還可應用於充電樁共享、工業互聯網、智能家居等領域。
區塊鏈 + IP版權&文化娛樂
互聯網流行以來，數字音樂、數字圖書、數字視頻、數字遊戲等逐漸成爲了主流。知識經濟的興起使得知識產權成爲市場競爭的核心要素。但當下的互聯網生態裏知識產權侵權現象嚴重，數字資產的版權保護成爲了行業痛點。
區塊鏈去中介化、共識機制、不可篡改的特點，利用區塊鏈技術，能將文化娛樂價值鏈的各個環節進行有效整合、加速流通，縮短價值創造週期；同時，可實現數字內容的價值轉移，並保證轉移過程的可信、可審計和透明，有效預防盜版等行爲。
區塊鏈 + 公共服務&教育
在公共服務、教育、慈善公益等領域，檔案管理、身份（資質）認證、公衆信任等問題都是客觀存在的，傳統方式是依靠具備公信力的第三方作信用背書，但造假、缺失等問題依然存在。區塊鏈技術能夠保證所有數據的完整性、永久性和不可更改性，因而可以有效解決這些行業在存證、追蹤、關聯、回溯等方面的難點和痛點。
不適合的行業
第一，一個好的區塊鏈技術應用場景一定會涉及到多個信任主體，大家需要有去信任中介的方式來合作。
第二，一定是主體之間有比較強的合作關係，這是商業的需要。
第三，目前的區塊鏈技術還只能用於中低頻交易，是否可以滿足交易需求。
第四，商業模式一定要完備、可持續。
智能合約
智能合約是由事件驅動的、具有狀態的、運行在一個複製的、分享的賬本之上的、且能夠保管賬本上資產的程序。
在區塊鏈社會裏，大家共同維護一個區塊鏈賬本，所有交易數據無法篡改、不可僞造，還能減少人工對賬的出錯概率和人力成本；隨着智能合約普及，我們也會變得更加佛系。面對潛在的糾紛，無需自己出馬，一切代碼說了算。
假設你借了一大筆錢給親戚，雖然打了白紙黑字的借條，但催款的時候，如果對方有一種堅持不要臉的精神，而你也沒有撕破臉、或者把對方告上法庭的勇氣，你就拿不回本屬於自己的錢。智能合約也許是解決辦法之一，當然前提是雙方把借款金額、還款時間、對方綁定銀行卡信息等打包進合約中。到了約定還款日，借款自動劃到你的賬戶裏。
總結
最後就是對區塊鏈的總結，作爲一種新興的技術模型，我們應該保持冷靜的態度來應對，目前，除了比特幣之外，其它的落地應用還不是非常的多，但是，風險和機會都是相對的，所以，辯證的看待纔是最佳的方式。
目前區塊鏈底層協議的成熟度和穩定性都還有很大欠缺，這也給優秀的技術團隊提供了更大的發展空間。長期來看，掌握底層核心技術研發及優化能力的團隊更有機會成長爲底層技術和協議開發的平臺公司，基於對性能和安全性及應用場景的不同需求開發公有鏈或聯盟鏈，然後上面生長嫁接出很多不同行業的應用。