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1、2019区块链技术学习资料汇编一、区块链技术简介2二、区块链十大机会？11三、区块链技术的应用14四、区块链研究报告16一、区块链技术简介狭义来说，区块链是一种将数据区块以时间顺序相连的方式组合成的、并以密码学方式保证不可篡改和不可伪造的分布式数据库（或者叫分布式账本技术，Distributed Ledger Technology，DLT）。分布式包含两层意思：一是数据由系统的所有节点共同记录，所有节点既不需要属于同一组织，也不需要彼此相互信任；二是数据由所有节点共同存储，每个参与的节点均可复制获得一份完整记录的拷贝。区块链可以视作一个账本，每个区块可以视作一页账，其通过记录时间的先后顺序链接
2、起来就形成了“账本”。一般来说，系统会设定每隔一个时间间隔就进行一次交易记录的更新和广播，这段时间内系统全部的数据信息、交易记录被放在一个新产生的区块中。如果所有收到广播的节点都认可了这个区块的合法性，这个区块将以链状的形式被各节点加到自己原先的链中，就像给旧账本里添加新一页。区块可以大体分为块头（header）和块身（body）两部分。块头一般包括前一个区块的哈希值（父哈希）、时间戳以及其他信息。哈希是一类密码算法，将任意一段信息都可以通过某种加密算法表现为一串“乱码”，也就是哈希值。父哈希指向上一个区块的地址（头哈希），如此递推可以帮我们一直回溯到区块链的第一个头部区块，也就是创世区块（g
3、enesis block）。每个特定区块的块头都具有唯一的识别符，即头哈希值。任何节点都可以简单地对区块头进行哈希计算独立地获取该区块的哈希值。区块高度是区块的另一个标识符，作用与区块头哈希类似。创世区块高度为0，然后依次类推。块身包含经过验证的、块在创建过程中发生的所有价值交换的数据记录,通过一种特殊的数据结构存储起来，通常组织为树形式比如默克尔树（Merkle Tree）。所有数据记录在这棵树的“叶子”节点里，一级一级往上追溯，最后归结到一个树根，反之通过树根就追溯到每一笔交易详情。共识机制共识机制是区块链网络最核心的秘密。简单来说，共识机制是区块链节点就区块信息达成全网一致共识的机制，可
4、以保证最新区块被准确添加至区块链、节点存储的区块链信息一致不分叉甚至可以抵御恶意攻击。实践中要达到这样的效果需要满足两方面条件：一是选择一个独特的节点来产生一个区块，二是使分布式数据记录不可逆。工作量证明/POW工作量证明机制的基本步骤如下：1)节点监听全网数据记录，通过基本合法性验证的数据记录将进行暂存；2)节点消耗自身算力尝试不同的随机数（nonce），进行指定的哈希计算，并不断重复该过程直到找到合理的随机数，这一过程也被称为“挖矿”；3)找到合理的随机数后，生成区块信息（块头+块身）；4)节点对外部广播出新产生的区块，其他节点验证通过后，连接至区块链中，主链高度加一，然后所有节点切换至新
5、区块后继续进行下一轮挖矿。比特币区块链就是通过足够大的工作量来求解数学难题来就“谁有权记账”达成共识。“矿工”在挖矿过程中会得到两种类型的奖励：创建新区块的新币奖励，以及区块中所包含交易的交易费用（交易双方为了交易被区块链尽早记录会提供给矿工一笔交易费用作为激励）。这种算法的竞争机制以及获胜者有权在区块链上进行交易记录的机制实际上分别解决了分布式记账以及记账权归属的问题。在比特币区块链中，这一过程还起到了货币发行的作用目前每隔10分钟，就会有挖到新区块的矿工收到12.5个比特币的奖励。尽管工作量证明机制解决了记账权归属问题，那么获得记账权的矿工有没有可能“作弊”，在构造的新区块中添加一些并不存
6、在的交易呢？实际上，比特币区块链共识机制的重要环节是网络中的每个节点都会独立校验新区块，其中最重要的就是校验新区块中每一笔交易是否合法。如果没有通过验证，那么这个新区块将被拒绝，该矿工也就白白浪费了所有的电力和努力。权益证明在工作量证明/POW机制中，所有参与POW竞赛的节点都将付出不小的经济成本（硬件、电力、维护等），而且每次只有一个节点“胜出”，也意味着其他节点的大量资源将被浪费。为了解决资源浪费问题，权益证明机制/POS在2013年被提出并最早在Peercoin系统中被实现。权益证明类似现实生活中的股东机制，其出发点是：如果共识机制主要是用来证明谁在挖矿这件事情上投入最多，为何不简单直接
7、地把挖矿“算力”按比例分配给当前所有的持币者？在工作量证明中，有更多算力的矿工会得到更多的投票权；在权益证明中，持有更多币（以及相应的时间）的矿工将获得更多的投票权。股份授权证明/DPOS在这种系统中，每个币就等于一张选票，持有币的人可以根据自己持有币的数量来投出自己信任的受托人，而受托人不一定需要拥有最多的系统资源。股份授权证明机制模仿了公司的董事会制度，能够让数字货币持有者将维护系统记账和安全的工作交给有能力有时间的人来专职从事该项工作。受托人也可以通过记账来获得新币的奖励。相对于权益证明机制，股份授权证明的优势在于记账人数量大大缩小，并且轮流记账，可以提高系统的整体效率，理想环境下，DP
8、OS能够实现每秒数十万笔的交易数量。共识机制的选择对区块链性能（资源占用、处理速度等）有着较大的影响，同时也会决定区块链“去中心化”的程度。一般来说，区块链去中心化程度越高，其性能越弱。去中心化程度和效率在多数情况下难以兼顾。区块链两大核心性质：分布式、不可篡改分布式记账与存储在记账方面，区块链不需要依赖一个中心机构来负责记账，节点之间通过算力或者权益公平地争夺记账权，这种竞争机制实际上是区块链与传统数据库最大的主要区别之一。通过“全网见证”，所有交易信息会被“如实地记录”，而且这个账本将是唯一的。在传统复式记账中，每个机构仅保存与自己相关的账目，但往往花费大量的中后台成本进行对账与清算，这种
9、低效的方式将被区块链彻底变革。在存储方面，由于网络中的每一个节点都有一份区块链的完整副本，即使部分节点被攻击或者出错，也不会影响整个网络的正常运转。这使得区块链相比传统数据库具有更高的容错性和更低的服务器崩溃风险，同时由于每个节点都有一份副本也意味着所有的账目和信息都是公开透明、可以追溯的。所有参与者都可以查看历史账本、追溯每一笔交易，也有权公平竞争下一个区块的记账权，这是传统数据库无法做到的。不可篡改在区块链中伪造、篡改账目基本是不可能的，不可篡改也意味着数据的高度一致性和安全性，这是区块链与传统数据库的另一主要区别。为什么区块链中的交易无法被伪造？首先，合法的交易需要私钥签名，否则无法被其
10、他节点验证；其次，每一笔交易都是可回溯的，也就杜绝了无中生有的可能。为什么区块链是不可篡改的？假如我们要篡改区块链中第k个区块的数据，那么当前区块的头哈希就会发生改变，由于哈希函数具有碰撞阻力，改变后的头哈希将无法与k+1区块的父哈希相匹配，篡改者需要继续修改k+1区块的父哈希，并一直修改之后每个区块。这要求篡改者在同一时间同时入侵全球所有参与记录的节点并篡改数据，只有重新计算被更改区块后续的所有区块，并且追上网络中合法区块链的进度后，并把这个长的区块链分叉提交给网络中的其他节点，才有可能被认可。在很多情况下，产生一个新区块的难度不小，要连续产生多个区块组成新分叉的计算难度更是惊人。在全网巨大
11、算力的背景下，一个恶意节点要做到这点需要拥有至少全网51%的算力基础，由于区块链是一个分布式系统，大部分节点都是相互独立的，“51%攻击”在现实中很难发生。 经济学人曾在2015年10月刊的封面文章信任的机器中这样介绍区块链“比特币背后的技术有可能改变经济运行的方式”。在我们看来，分布式与不可篡改正是区块链被称为“信任机器”的原因所在不可篡改意味着区块链总是“诚实”的，分布式意味着区块链总是“透明”的。而不论人与人之间的交往，抑或商业机构之间的交易，诚实和透明都是双方或多方互信的基石。区块链的“诚实”与“透明”，也让它被人们寄予厚望成为互联网的“信任机器”。区块链前景展望1. 技术、商业与监管
12、挑战尽管区块链技术能够广泛应用于多样化的场景，然而目前对于大型公链来说由于技术性能、安全性隐患、政策监管等问题仍然无法大范围落地。这些局限在不同区块链技术体系中也或多或少存在，只是程度差别。1）交易性能偏低、资源消耗过大：像比特币之类基于工作证明机制的区块链技术目前平均每10分钟才能有一个新区块、1个小时后才能确认交易，很难满足高频小额金融交易每秒万笔以上的交易要求。以工作量证明机制为代表的共识机制需要消耗大量的算力来产生新区块，英国电力资费对比公司PowerCompare的研究表明，比特币挖矿年平均耗电量已经超过159个国家的年均用电量。2）安全性隐患：对于大型公链来说，越来越多的矿工为了平
13、滑收益曲线选择加入矿池，从而导致算力的进一步集中。目前比特币的前四大矿池算力之和占比已经超过50%，使得网络受到“51%攻击”的威胁日益加大。对于联盟链和私有链而言，弱中心化架构的安全性尚未得到时间的验证。此外，业内已经发生若干起黑客攻击事故，给用户造成了很大损失。例如，2016年6月，基于以太坊建立的、创造了众筹世界记录的区块链项目The DAO遭遇了黑客攻击，黑客利用其上智能合约的一个漏洞偷走了360万以太币（当时市值约5亿人民币），造成市场大面积被抛压，引发整个区块链产业的最大危机。3）合适场景仍有限：与传统商业基础设施相比，区块链技术的优点在于凭借去中心化获得的高效稳健、数据记录的高度
14、可靠、引入智能合约后的灵活和自动化。但是，许多传统商业基础设施在效率、稳定性、可靠性、自动化等方面目前显示出难以克服的缺陷与故障。例如国家的支付和清结算系统、证券交易所、商业银行等关键金融基础设施的运转稳定、良好、安全，也具有异地灾备方案来保障系统的稳健性，那么相比于要付出的改造成本，进化为区块链技术系统所能提升的效益究竟有多大，即“成本-效益”分析是区块链在场景落地时必须要考虑的重要因素，区块链必须要找到真正具有显著成本收益的场景。4）标准尚未统一、监管政策不够完备：目前国内外在区块链领域还没有通用、统一的标准，将产生后续的各种应用兼容性和互联互通问题，不利于整体效益的提高。国内外的重要联盟
15、如Hyperledger、R3、ChinaLedger、BCOS等等都致力于开发统一的标准，我国工信部在2016年10月制定了国家区块链技术标准技术路线图，国际标准化组织也正在努力协调制定有关标准。这项工作的推进还有待时日。区块链技术对现有法律法规和监管框架带来挑战。形形色色的数字货币创造了一个触角遍及全球每个角落的、史无前例的人造市场，遭遇了广泛质疑。数字货币体系中服务提供商和用户均为匿名，使得不法分子易于掩盖其资金来源和投向，这为洗钱、恐怖融资及逃避制裁提供了便利。需加强国际监管协调，形成一致的监管政策。区块链应用到其他商业场景上也有一系列法律和监管问题，例如如何界定智能合约的法律主体性质
16、、如何解决金融交易的最终确认时点（finality）等等。前景展望：技术融合、智能合约将是未来趋势区块链作为对传统信息技术的升级与补充，其发展将与其他新兴信息技术相互融合、相互促进。当前区块链仍处于发展初期，不仅需要政府、行业联盟、企业合作制定技术标准和共识机制，更离不开5G、物联网、人工智能、大数据等技术的支持。5G：大型公链的每秒交易吞吐量有限、交易确认时间长（比特币目前仅支持每秒7笔交易，一笔交易一般需要1个小时后确认），除了以太坊、Blockstream主导的侧链和闪电网络技术外，未来5G网络大范围商业化应用后可以大幅提升数据传输速度、减少网络拥堵，大型公链的性能将得以提升并逐渐适用于每秒上万笔交易的商业应用场景。物联网：当前区块链技术仅能解决链上的信任问题，但对于链下数据的真实性与准确性几乎无能为力。物联网技术进一步发
