【报告】区块链发展动态与趋势（上）

内容

一、区块链概念及其优势

二、区块链的开发与应用

三、区块链政府政策

四、区块链发展趋势

去中心化是区块链的一个重要特征，它给金融等方面带来了重要变化。区块链可以通过数据加密、时间戳、分布式共识和经济激励，在一个节点不需要相互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。

整个内容分为两部分，第一部分将介绍第一部分和第二部分：区块链的概念及其优势，区块链的发展与应用；第二部分将介绍政府对区块链的政策、区域区块链的发展趋势。

一、区块链概念及其优势

去中心化是区块链的一个重要特征，它给金融等方面带来了重要变化。区块链可以通过数据加密、时间戳、分布式共识和经济激励，在一个节点不需要相互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。本章重点介绍块的概念及其特征。第一部分给出了区块链的定义，第二部分介绍了区块链的基础设施，第三部分介绍了区块链的分类，第四部分介绍了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应用模式，是一种去中心化、去信任的基础设施和分布式计算范式[1]。区块链是一种实现分布式账本（DLT）的方法。分布式账本由网络节点维护、验证、加密和经审计的共识记录组成。区块链包括基于分布式账本的信息存储。块，并通过在原链上生成新的块来验证交易的有效性，从而以去中心化的方式共同维护一个可信的数据库，具有公开透明、安全可靠、公开共识的特点。

区块链不是突然出现的。区块链所需的三大关键技术，即非对称加密、点对点网络技术和哈希算法的创新，可以追溯到1976年（Chang Kui et al., 201 6）。另外，区块链不是单一的技术，而是融合密码学、数学、计算机科学、网络科学等多个学科的产品，从创新的角度来看，区块链是多学科现有技术的融合升级，是一种创新工程意识而不是科学理论（Ma Chen et al., 2016）.

由于比特币的出现，区块链受到了公众的关注。以比特币为代表的数字加密货币系统的核心支撑技术是区块链。然而，数字货币只是区块链应用的第一阶段。随着区块链落地场景越来越多，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（数据块），每个区块都包含了一个网络交易的信息。网络中的所有参与用户共同在账本上记录和验证账户。所有数据都是公开透明的，可用于验证信息的有效性。这样，信息的真实性和不变性可以在技术层面得到保证，而不需要中央服务器作为信任中介。如图 1 所示，传统分类账只有一份副本，例如私人银行账户。如果是银行类清算交收，需要多份副本，需要授权机构进行维护和修改。但是，在区块链技术出现之后，一方面，一部分人可以通过联盟链（如瑞波联盟链）的方式维护副本，也可以由所有用户（如比特币）维护。因此，我们可以预见，区块链的应用和创新将会出现在任何需要用到这个基本思想的领域。比如私人银行账户。如果是银行类清算交收，需要多份副本，需要授权机构进行维护和修改。但是，在区块链技术出现之后，一方面，一部分人可以通过联盟链（如瑞波联盟链）的方式维护副本，也可以由所有用户（如比特币）维护。因此，我们可以预见，区块链的应用和创新将会出现在任何需要用到这个基本思想的领域。比如私人银行账户。如果是银行类清算交收，需要多份副本，需要授权机构进行维护和修改。但是，在区块链技术出现之后，一方面，一部分人可以通过联盟链（如瑞波联盟链）的方式维护副本，也可以由所有用户（如比特币）维护。因此，我们可以预见，区块链的应用和创新将会出现在任何需要用到这个基本思想的领域。有些人可以通过联盟链（如瑞波联盟链）的方式维护副本，也可以由所有用户维护（如比特币）。因此，我们可以预见，区块链的应用和创新将会出现在任何需要用到这个基本思想的领域。有些人可以通过联盟链（如瑞波联盟链）的方式维护副本，也可以由所有用户维护（如比特币）。因此，我们可以预见，区块链的应用和创新将会出现在任何需要用到这个基本思想的领域。

图 1：分布式账本分类

资料来源：英国政府科学办公室，分布式账本技术：超越区块链，2016，p19. 由作者整理翻译。

(二）区块链基础设施

本节简要介绍区块链的基础设施。一般来说，区块链基础设施由六层组成——数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层，如图2[3]所示。数据层包括数据块、链式结构、哈希函数、默克尔树、非对称加密、时间戳等技术（袁勇和王飞跃，2016）.

数据块一般包括块头（Header）和块体（Body）部分。区块头封装了当前版本号（Version）、前一个区块的地址（Prev-block）、当前区块的目标哈希值（Bits）、PoW共识过程的解随机数（Nonce）当前区块和 Merkle 根。（Merkle-root）和时间戳（Timestamp）等信息[4]。链式结构是将当前区块链接到前一个区块，形成最新的区块链。由于每个区块都是按顺序链接的，区块链延续了从创世区块到当前区块的完整历史，可以提供区块链数据的溯源和定位功能。时间戳是块数据的写入时间，其意义在于可以作为区块数据存在的证明，有助于形成不可篡改、不可伪造的区块链数据库，使区块链能够应用于公证和知识产权。注册等时间敏感领域奠定了基础。哈希函数可以将原始数据编码成一串一定长度的数字和字母，并记录到区块链中。Merkle 树的作用是快速总结和验证区块数据的存在性和完整性。非对称加密在加密和解密过程中使用了两种非对称密码区块链个人账户地址，称为公钥和私钥。上述技术的综合效果实现了数据的去中心化分布式存储，区块数据的存在性和完整性的验证，

网络层封装了区块链系统的组网方式、消息传播协议、数据验证机制等要素。组网方式一般采用P2P网络，各节点状态相同，以扁平拓扑相互连接交互，没有任何集中的特殊节点和层次结构。数据分发协议一般根据实际应用需求进行设计。数据验证机制对节点从相邻节点接收到的数据进行验证，并将有效数据整合到当前区块中。网络层的主要作用是搭建网络环境，搭建交易通道，制定节点奖励规则。

图 2：区块链基础设施模型

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。

共识层的目的是就区块数据的有效性达成共识。目前的机制包括工作量证明机制（PoW共识机制）、权益证明机制（PoS共识机制）、授权份额证明机制（DPoS共识机制）等。这些机制以及基于这些机制的创新机制，保证了每个节点能够在具有高度去中心化决策权的去中心化系统中高效达成共识。

激励层必须设计一个激励兼容、合理的众包机制来解决共识过程中的数据验证和记账工作。去中心化系统本身的共识点是自利的，最大化自身利益使得参与数据验证和记账的根本目标成为可能。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“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种脚本代码、算法和智能合约，可以看作是建立在上述三层“虚拟机”基础上的业务逻辑和算法。这是区块链可以支撑金融等领域应用的基础。

应用层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和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是区块链技术最具代表性的创新。

为了更好地展示区块链的运行机制，我们在这里给出一个详细的案例来说明区块链支持的比特币交易流程是怎样的。如果交易对象不是比特币而是其他相关信息，如票据等，其交易的基本原理是相同的。

案例研究：区块链交易流程 (Lee, 2016）

假设爱丽丝用比特币从鲍勃那里买了一个披萨。

第 1 步：比特币钱包

首先，Alice 必须拥有自己的比特币钱包，无论是在本地计算机上还是在线上，都可以存储 Alice 的所有比特币。

第 2 步：信息

Alice 需要创建一条消息“我想向 Bob 支付一个比特币”。此消息将包含该比特币的所有先前“哈希”。例如，假设比特币是爱丽丝父亲的生日礼物，那么爱丽丝和他父亲之间的交易就会有交易的哈希值。该哈希将成为 Alice 和 Bob 之间交易的一部分。当 Alice 和 Bob 之间的交易完成时，会创建一个新的哈希，用于 Bob 和其他人之间的比特币交易。这也是为什么可以追踪每个比特币的来源的原因。

第 3 步：密钥和比特币地址

比特币使用密钥系统和密码学，称为公钥密码学，允许用户在不提供任何敏感信息的情况下安全地进行交易。首先，Alice 和 Bob 都需要创建一个私钥，类似于银行借记卡的取款密码。密码只有私钥持有者知道，需要妥善保管，否则丢失无法找回。私钥稍后将用于签署交易。比特币钱包软件会创建一个随机的私钥数字，由256个二进制数字组成，即0或1的256个随机数字。这串长数字会被压缩成十六进制（包括字母表的前6个字母和数字 0-9） 64 位，每个数字代表 4 位。

Alice 和 Bob 使用他们的私钥创建相应的公钥。私钥到公钥的转换是由椭圆曲线密码学完成的，这在数学上与安全哈希算法（SHA-256），但对于我们的目的类似，它们都是单面加密方法，所以任何人可以从公钥推导出私钥，但如果有私钥，则必须得到相同的公钥。

此时，公钥将再次被加密变形（这次使用 SHA-256 加密）以生成比特币地址。地址是一串字母数字符号，爱丽丝将她的比特币发送给鲍勃。比特币地址从 1 开始，例如：1J7mdg5rbQyUHENYdx39WVWK7fsLpEoXZy。比特币地址类似于商家给客户的凭证。Bob 需要为每笔交易创建一个新的比特币地址，这相当于商家给每个客户一个新的证书。比特币用户可以随意创建密钥和比特币地址。Alice 需要知道确切的地址才能将比特币发送给 Bob，或者 Bob 更有可能拥有 Alice 可以发送比特币的 QR 码。

第四步：交易签名

当 Alice 准备好消息（“我想向 Bob 发送一个比特币 + 最后交易哈希”）和 Bob 的比特币地址时，她可以用他的数字签名对交易进行签名。正如公钥和比特币地址源自私钥一样，数字签名也源自私钥和信息。该过程类似于签署信用卡收据，只是数字签名更难伪造。需要注意的是，信息的任何变化都会改变数字签名，因为数字签名是通过信息和私钥获得的。

第五步：向全网广播

至此，一切都可以离线完成。当所有部分都到位后，Alice 需要连接到比特币网络。此时，Alice 想要上传一个与 Bob 交易比特币的请求，而比特币网络中几乎每个人都可以看到该请求，包括 Bob 的比特币地址和 Alice 的公钥。这是矿工进来的时候。矿工本质上是连接到比特币网络的计算机，一方面见证个人交易，另一方面将交易放在区块链上。

矿工能够仅通过公钥以数字方式确定 Alice 签名的真实性。他们不需要知道 Alice 的私钥。他们将获得消息、数字签名和 Alice 的公钥，这将为该特定交易创建散列号。鲍勃的新比特币将受到限制，直到他可以通过签名证明他曾经告诉爱丽丝比特币地址。

第 6 步：交易费用

为简洁起见，这里只讨论交易费用。一种误解是人们认为交易是免费的。事实上，矿工在每笔交易成功后都会获得一笔交易费。他们可以通过两种方式获得交易费用，一是任何时候 Alice 想和 Bob 交易，她必须向矿工支付交易金额的一定比例作为交易费用；另一个是任何时候成功添加一个新区块，区块链是静止的，新的比特币将作为奖励释放给矿工。在这里，我们关注个人交易费用。

比特币交易由输入和输出组成。输入包括以前的交易信息，即交易的数量、哈希（父亲-Alice 的交易）。输出通常等同于输入，类似于资产负债表。输出包括给予 Bob 的比特币数量、Alice 交易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获得更大的输出（例如，如果母亲、父亲、祖父每人给了 Alice 一小部分比特币，加起来正好是 1 个比特币），或者 Alice 可以使用一个 Inputs 获得很多输出（例如爱丽丝想要披萨，查理想要苏打水）。下面是对上面例子的修改，假设一开始 Alice 的父亲给了她 20 个比特币，此时的输入输出变为：

2、将交易写入区块链

一旦交易被确认，它就会在网络上保持未确认状态，直到它与许多其他交易一起打包成一个块。这个过程需要 10 分钟（现在要短得多），而且主要是矿工的工作。需要做的第一步是将最近的交易打包成一个交易块。你可以想象账本中的每一个条目，一个区块就是账本的一页。

在所有最新的交易被组织成新的区块后，矿工将一系列安全的哈希算法——所有交易的 256 个加密哈希值转换为一个哈希值。矿工通过成对配对所有交易来给出哈希值。然后将得到的哈希值配对，得到一个新的哈希值，反复迭代，直到得到一个哈希值。

然后矿工用之前的区块对所有哈希值块进行加密，得到一个新的哈希值块。从最新区块的来源到创世区块（区块链上的第一个区块），每个区块都包含前一个区块的哈希值。正如每笔交易都包含有关前一笔交易的信息，每个比特币的来源都可以被追踪。矿工可以使用新的安全散列算法 -256 加密两个块散列以获得一个散列，该散列可用于工作量证明方程。这称为询问字符串。矿工使用挑战字符串来帮助他们解决称为工作量证明的数学难题，一旦解决了难题，该区块就会正式添加到区块链中。

3、工作证明

工作量证明系统有点像一个谜，需要矿工完成许多计算来证明交易是合法的。一旦完成初始计算工作并解决了答案，就很容易证明答案是正确的答案。

首先区块链个人账户地址，矿工开始从问题字符串中寻找“证据”，即回答问题。“证明”也称为“随机数”，矿工知道挑战字符串和正确的“证明”放在一起并通过哈希算法加密，最终结果将是一个具有一定数学性质的数字，其初始数字必须be从0开始。

例如，如果矿工将包含 Alice 和 Bob 的交易添加到区块链中，并且他们的结果的前 40 位都是零，那么为了从挑战字符串中获得证明，矿工将面临近万亿的可能性。在一名矿工完成证明后，其他矿工将从解决难题转移到证明交易有效并且证明确实解决了难题。

比特币的难度设置主要与数字中初始0的数量有关。0 越多，难度越大。同时，比特币的产生与之前比特币的难度有关。如果上一个更难，那么下一个更难。将减少 0 的数量，反之亦然。最后，比特币的难度被控制在一定的水平。在其他区块链应用程序中，这不是必需的。

以上就是使用比特币的全过程。如果交易对象不是比特币，而是其他票据、合约或ABS等，基本逻辑和步骤不会改变。

(三）区块链分类

区块链的去中心化性质并不意味着它不能在私人社区内使用。事实上，如果利用区块链的一些特性，比如时间戳、不可篡改等，在企业或一些需要这种特性的组织内部，利用区块链技术来保存和交流一些数据，可以大大降低现有成本，提高效率。

我们可以根据使用对象将区块链分为三类，即公有链、联盟链和私有链。在公链上，每个人都可以读取、发送交易和确认共识区块链。这是一个去中心化的应用场景，但需要一些基本的共识机制和激励机制来维护链。

联盟链是由多个机构管理的区块链，只对参与机构开放读写和发送交易请求。这实际上是多中心。它主要使用区块链来降低运营成本和提交效率。比如瑞波的交易平台可以让跨境转账非常方便，真正意义上的清算和交易可以同时进行。

另一方面，私有链是只有个人或组织才有权力写入的链，它仍然是中心化的。私有链可以很好地保护个人隐私，同时由于历史可追溯、不可更改，对于企业管理等应用具有很大优势。

表 1：区块链的分类

公链

联盟链

私链

定义

一个共识区块链，链上的每个人都可以阅读、发送交易并获得有效的确认。整条链的安全性通过密码学和PoW、PoS等共识机制来维护。

联盟链是指多个机构参与管理的区块链，每个机构运行一个或多个节点，其中的数据只允许系统内不同机构读写和发送交易，并共同记录交易数据。

私有链是指其写入权限仅掌握在一个组织手中的区块链。读取权限要么对外界开放，要么受到任何程度的限制。

参加

任何人

预先设定或满足后期会员条件

中央控制器决定参与成员

集中度

权力下放

多中心

集中

你需要激励吗

需要

选修的

不必要

特征

1. 保护用户免受开发人员的侵害

2. 默认暴露的所有数据

3. 交易速度低

1. 低成本运维

2. 交易速度快，可扩展性好

3. 以获得更好的隐私

1. 交易非常快

2. 更好的隐私保护

3. 交易成本大大降低到零

代表

比特币、以太坊、NEO、量子链

波纹，R3

企业上链中心化系统

资料来源：鲸鱼研究院，《2018中国区块链行业分析报告》，P9。由作者整理。

(四）区块链的特点和优势

由于区块链本身就是一个分布式账本（DLT），它本身决定了它的特点和优势。人们普遍认为，区块链有四个特点和优势。

(1）去中心化。在区块链系统中，全网没有中心化的硬件或管理机构，任何节点之间的权利和义务都是平等的，所有节点都有使用计算能力投票的能力，从而保证了识别结果是半数以上节点识别的结果。

(2）安全可靠，信息不可篡改。一旦信息经过验证并加入区块链，将永久保存，即使遭受严重黑客攻击，只要节点数量不超过黑客控制的节点总数不超过全球节点总数中途，系统仍能正常运行，数据不会被篡改。

(3）匿名和去信任。整个系统的运行规则是透明的，所有数据内容公开，算法是固定的，因此区块链系统的每个节点不需要相互信任数据交换，即不需要通过公开身份让对方信任自己，同样，由于上述基本设置，节点不能也不能相互欺骗。

(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，连接的形式是下一个区块有上一个区块的哈希值(Hash)。，任何记录在区块链可以通过链式结构追溯其起源。

二、区块链的开发与应用

自 2009 年比特币出现以来，区块链在不同领域取得了长足的进步。越来越多的机构认识到区块链带来的影响，积极拥抱技术进步，改变传统业务核心，提升整体效率。

(一）区块链的发展

以比特币为代表的公链由于其使用对象的模糊性，限制了其应用场景。因此，越来越多的联盟链应运而生，即各个行业内的领域不断涌现，以解决各自的行业问题。区块链。

这里简单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有3个区块链平台。一是Hyperledger，主要是建立分布式账本的标准化；三是瑞波平台，是现有金融机构跨境交易支付结算的区块链平台，可以有效提高结算效率，降低跨境支付成本。

目前国内有三大联盟，一是中关村区块链产业联盟，二是中国分布式账本基础协议联盟（ChinaLedger Alliance），三是金融区块链合作联盟，见表2。

表 2：一些区块链合作伙伴关系。

区域

项目

项目介绍

参与者

全世界

超级账本

（超级账本）

构建开放平台，通过为分布式账本创建开放标准，满足来自不同行业的各种用户案例，简化业务流程，实现虚拟和数字价值交换。

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

全世界

R3 区块链联盟

建立金融服务区块链行业标准

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、三菱日联金融集团、摩根士丹利、澳大利亚国民银行、加拿大皇家银行、瑞典斯堪的纳维亚银行 (SEB)、法国兴业银行将军等

100多家金融机构，包括

全世界

波纹

主要用于货币兑换和汇款的开放支付网络；网络中使用的 XRP 代币是 Ripple 中的本地货币。瑞波通过瑞波网关连接银行、支付系统、数字货币交易所和企业，为全球汇款提供低成本、快捷的支付体验。

包括汇丰在内的众多国际银行。

日本

区块链合作联盟

(BCCC)

联盟的发布愿景是为“各行各业信息系统的演进”推动区块链创新，同时向公众宣传区块链技术的研发和投资。

微软、三井住友、普华永道、Bitbank等187家各行业企业、金融机构和技术服务公司

俄罗斯

俄罗斯区块链联盟

主要目标是开发区块链概念验证；开展合作研究和政策宣传；并为区块链技术创建一个通用标准。

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和埃森哲咨询等。

中国

中关村区块链产业联盟

聚焦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，集嘉、布比网络等67家机构

中国

中国分布式账本基础协议联盟

（中国账本联盟）

致力于分布式总账系统及其衍生技术的开发和研究，其基础代码将用于开源共享。4个目标：1.专注于区块链资产应用，兼顾资本方的探索；2.构建满足共同需求的基础分布式账本；3.选择落地场景，制定针对性解决方案；4.底层代码开源，解决方案成员共享。

中证联交所、浙江股权交易中心、深圳招银前海金融资产交易中心、乐视财经、万向区块链实验室等。

中国

金融区块链合作联盟

旨在整合协调金融区块链技术研究资源，形成金融区块链技术研究与应用研究的协同协同机制，提升会员在区块链技术领域的研发能力，探索、开发和实现适合的应用。对于金融机构。金融联盟的区块链，以及基于它的应用场景

华安财险、华为、前海证券交易所、前海人寿、腾讯、山东城市商业银行合作联盟等90多家机构。

资料来源：中金公司，2018，《区块链：颠覆者还是乌托邦》，P7 Exhibit 5。作者整理并补充了相关资料。

(二）区块链的应用领域

王元迪等。(2018, p. 86) 在现有文献的基础上总结了区块链应用的七个领域，如表 3 所示。鲸鱼研究院 (2018, p. 18) 的划分标准是基于三层产业，即底层技术和基础设施层、通用应用和技术扩展层、垂直行业应用层。他们将基础协议、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，第三层列出了近十几个行业，包括金融、数字货币、娱乐等

表 3：区块链的应用领域

适用范围

项目

金融业

数字货币、征信系统、支付结算、证券、私募、众筹等。

教育领域

档案管理、学生学分、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

物品追溯、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

信件信息安全、收件人隐私、物品溯源及防伪问题

通讯领域

社会、信息系统，确保信息安全

社会福利领域

提高公益透明度和公信力；智能合约技术（定向捐赠、批量捐赠、有条件捐赠）

政务

户籍登记、投票、公平信用、档案管理、工商登记、产权登记

法律领域