区块链技术与应用

区块链技术与应用郑相涵，博士，副教授网络安全与信息工程系副主任IEEE区块链专委会理事教育背景与工作经历教育经历2001/09~2005/07本科计算机科学与技术武汉理工大学2005/08~2007/6硕士信息通信技术（ICT）挪威Agder大学(UIA)获奖：挪威国家奖学金全奖；导师：爱立信德国公司前亚太区总裁、挪威Agder大学现任校长Prof.FrankReichert；研究领域：移动分布式系统协议与通信。2007/8~2011/03博士信息通信技术（ICT）挪威Agder大学(UIA)获奖：挪威国家奖学金全奖；导师：爱立信公司前亚太区总裁、挪威Agder大学现任校长Prof.FrankReichert；研究领域：分布式系统安全框架。工作经历2006/06~2007/8网络设计师德国亚琛爱立信研究院2011/09~现副研究员福州大学目录一、区块链概念二、核心技术三、以太坊-区块链2.0四、区块链应用五、现存问题六、总结2017新兴技术成熟度曲线，Gartner区块链市场价值，Gartner我们应如何学习区块链知识？技术人员创业人员其他决策者区块链YOURSITEHERE1.Whyis区块链？2.Whatis区块链？3.ChallengersForward4.总结3.How区块链does？区块链概念从两个经典案例说起-津巴布韦货币贬值•津巴布韦一度是世界上通货膨胀率最高的国家，根据2008年7月官方公布的统计数据，当时该国通货膨胀率高达2.31亿％，2009年1月16日，津巴布韦储备银行发行了面值为100万亿的津元纸币，创下了人类历史的货币面值纪录。据报道，按照2009年1月15日自由市场的兑换价格，10万亿津元约合30美元。从两个经典案例说起-麦道夫世纪骗局•2008年12月，美国华尔街传奇人物伯纳德·麦道夫因涉嫌证券欺诈遭警方逮捕，检察人员指控他利用“庞氏”骗局给投资者造成损失约500亿美元。随后，麦道夫被叛150年监禁！（麦道夫当年70岁）•庞氏骗局是一种最古老和最常见的投资诈骗，是金字塔骗局的变体，很多非法的传销集团就是用这一招聚敛钱财的，庞氏骗局在中国又称“借新债还旧债，债债不还，拆东墙补西墙，墙墙不倒“。简言之就是利用新投资人的钱来向老投资者支付利息和短期回报，以制造赚钱的假象进而骗取更多的投资。•麦道夫的声望：麦道夫公司是美国最大的可独立从事证券交易的交易商。伯纳德·麦道夫是美国华尔街传奇人物，1991年成为纳斯达克董事会主席。在其带领下，纳斯达克成为足以和纽交所分庭抗礼的证券交易所，正因为这样，人们才如此的相信他，相信他的基金。•麦道夫的诈骗手段：•财务状况秘而不宣：所有账目、文件都被麦道夫“锁在保险箱里”•金字塔式骗局：用高额回报引诱投资者，同时用后来投资者资金偿付前期投资者。从两个经典案例说起-问题出在哪？信用破产•现代货币的本质是国家信用的背书，津巴布韦元的疯狂贬值其实就是津巴布韦国家信用的破产。•麦道夫凭借其营造的个人声势和地位，让各种社会名流达官显贵都对他的信用深信不疑，而不做任何查证。绝对中心化•津巴布韦元的发行，和大多数国家一样，只受津巴布韦央行的控制，所有的信用全部来自于央行这一个中心•麦道夫的信用，除了他自己，几乎无人知道。即使是普通人的信用，也是需要通过征信机构这样的中心才能获得。信用完全来自于中心。不透明，无监管•津巴布韦央行除了本国政府，不受其他任何监管，没人知道他们发了多少货币，为什么发行。•麦道夫的行为同样没有任何监管，谁也不知道麦道夫的钱花了多少，花到了什么地方。为什么出现了区块链-中心化的信用体系问题积重难返信用是什么？所谓信用，是指依附在人之间、单位之间和商品交易之间形成的一种相互信任的生产关系和社会关系。--来自百度百科信用的分类：商业信用、银行信用、国家信用(货币、国债)、消费信用、信托(麦道夫的基金)等。人类以往的信用都需要通过一个中心去建立和维护，例如货币基于央行这个中心，企业/个人信用基于若干个征信巨头这样的中心，甚至QQ币也要依赖腾讯这个中心。中心化信用体系存在着巨大的问题：最大问题在于，一旦这个中心出现问题，这个信用体系就彻底崩塌，无法挽救，就如同津巴布韦货币的破产。中心化信用体系有不透明、缺少监管的问题，麦道夫案是最典型的的例证。中心化信用体系还有成本高的问题，所有人之间的交易都要基于对方的信用，比如房产交易需要房产中介、房管所等众多组织和中介来介入。区块链的核心是建立去中心化的信用2008年爆发全球金融危机，当时有人用“中本聪”的化名发表了一篇论文，描述了基于区块链技术的比特币的模式。2009年，不受央行和任何金融机构控制的比特币诞生。中本聪生成了了世界上第一个区块，命名“创世区块”。比特币的底层采用了区块链技术。中本聪在创世区块上留下了一句永远不可能被修改的一句话：TheTimes03/Jan/2009Chancelloronbrinkofsecondbailoutforbanks，这句话来自当时的英国财政大臣达林：财政大臣正处于实施第二轮银行紧急援助的边缘区块链的出现建立了完全分布式的信用体系完全分布式•任一节点的损坏或者失去都不会影响整个系统的运作。可靠性和不可篡改性•破坏区块链系统需要攻击51%以上的节点。去信任性•参与整个系统中的每个节点之间进行数据交换是无需互相信任的，因为每个节点都有这个网络的所有数据。集体维护•系统中的数据块由整个系统中所有具有维护功能的节点来共同维护，而这些具有维护功能的节点是分布式的，任何人都可以参与。完全透明•整个系统的运作规则（算法）、数据（账本）都是公开透明的，可即时审计的。1.Whyis区块链？2.Whatis区块链？3.ChallengersForward4.总结3.How区块链does？区块链的工作原理区块简单地说，区块链就是不再依赖中心化的记账，而是通过一种密码学计算让全网节点随机争夺记账权，争夺到记账权的节点就会被奖励比特币，而记完后的账本发布给全网所有节点保存。区块链的重要概念概念解释公钥相当于账号，全网每个节点都有一个公钥，别人付钱时都是付给这个公钥私钥相当于你的账号的身份证明，私钥可以解开公钥加密的数据，说明付款方确实是你。私钥必须妥善保存，一旦丢失，就丢失了账户内的所有数据也就是所有财产。交易节点之间发生的支付就是交易区块一段时间内的所有交易会打包成一个区块这个区块还会记录上一个区块的hash值，使得上一个区块不可篡改。区块会包含时间戳，这个时间戳解决了“双花”问题，也就是一个货币不能被支付两次，区块链技术中承认时间戳在前的交易的有效性。区块链由于每个区块都有上一个区块的hash值，造成每生成一个新区快，就会造成老区块的不可篡改，从而形成全部数据的不可篡改。记账权/挖矿所谓记账权，也就是比特币中的挖矿，其实就是把从上次区块生成后到现在为止的所有交易打包再打上时间戳，向全网公示，51%的节点确认区块有效则该区块就加入到区块链的末端，成为账本的一部分。由于不存在中心，所以记账权是全网争夺的，大家通过计算一道密码学难题，谁先解出来，并获得全网共识，谁就争夺到记账权。因为要鼓励大家参与记账，所以争夺到记账权会有报酬，就是若干比特币。共识机制就是所有分布式节之间怎么达成共识，通过算法来生成和更新数据，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。以比特币为例，采用的是“工作量证明”（ProofOfWork，简称POW）。工作量是需要算力的，通过工作量证明，有效的防止了篡改和伪造，因为如果要达到伪造和篡改的工作量，大概需要上亿元成本跟的算力。原始社会的共识机制区块链的重要特性-分布式记账(1/2)中央电脑VS分布式节点分布式记账——会计责任的分散化分布式传播——每一次交换都传播到网络中的所有节点分布式存储——数据信息的可容错性极高区块链技术的本质是通过密码学建立了一个不依赖任何中心的、完全分布式的数据库区块链的重要特性-分布式记账(2/2)对一个分布式系统来说，存在CAP定理（CAPtheorem）又被称作布鲁尔定理（Brewer'stheorem），它指出一个分布式系统不可能同时满足以下三点：一致性（Consistence)：在分布式系统中的所有数据备份，在同一时刻是否同样的值。可用性（Availability）：在集群中一部分节点故障后，集群整体是否还能响应客户端的读写请求。分区容忍性（Partitiontolerance）：集群中的某些节点在无法联系后，集群整体是否还能继续进行服务。由于当前的网络硬件肯定会出现延迟丢包等问题，所以分区容忍性是我们必须需要实现的。换句话说，CAP定理表明我们必须在一致性（C）和可用性（A）之间进行权衡。具体到区块链和大数据来说，大数据是以牺牲一致性（C）来换取可用性（A）和分区容忍性（P）的，而区块链却优先保证了一致性（C）。区块链的网络架构公有区块链A网络中的节点可任意接入，网络中数据读写权限不受限制，任何人都能参与共识过程，比特币属于典型的公有链。私有区块链B共识机制、验证、读取等行为被限定在一个范围内，由一个实体控制，仅对实体内部开放。联盟区块链C介于公有链和私有链之间，更符合大部分行业场景，适度对外开放，受到了包括R3CEV在内的推崇。区块链的应用分类1.区块链1.0应用：数字货币2.区块链2.0应用：智能合约+数字货币，例如：跨境支付、反洗钱、证券发行与交易、数字化资产等。3.区块链3.0应用：扩展到金融行业以外其他行业1.隐私数据存储：区块链的高冗余存储、去中心化、高安全性和隐私保护等特点，使其特别适合存储和保护重要隐私数据。2.防伪溯源：善款进入系统后，整个生命周期都将记录在区块链上，没有人工拨付等环节，每一笔款项的去向很难人工更改。这样就可以促进公益捐款全过程的开放和透明。3.身份认证：区块链数字身份识别证书4.能源管理：去中心化网络，让网内用户在其屋顶太阳能发电超过需求时，可卖给社区的邻居，可以彼此互通有无，并以区块链虚拟货币来结算。5.投票：开源在线投票。区块链的优点完全分布式：任意节点宕机不会导致网络崩溃。去信任性：每一笔交易都由全网节点共同背书，所以不需要知道对方的身份，可以接受对方的交易。解决了数字货币的“双花”问题。大大降低交易成本：因为不需要查清对方的信用，也就不需要征信，所以大大降低交易成本大大提高了可靠性和不可篡改性：只有全网51%的节点被攻破才能篡改账本，作假成本极高，需要很大的算力，瞬间公证、清算、审计、财务公开：由于所有数据全网都有，所以随时随刻可以清算、审计，完全公开，这解决了人类财务体系的痛点。私密性：由于不需要对方的信用，所以可以匿名交易，交易的数据也可以加密，所以交易的私密性可以得到保障。私密性区块链的局限性性能与容量问题：去中心化程度与共识机制效率的矛盾：去中心化程度越高，共识机制效率越低，交易时延越长，交易吞吐越低，因此两者必须平衡。账本存储容量和处理性能的矛盾：账本规模的增长，会带来节点的硬件资源门槛的提高。安全性局限51%攻击：需要引入大量节点，如果节点太少，51%攻击很容易。私钥与终端安全：私钥存储在用户终端本地，如果私钥被窃取，就会出现资金损失。共识机制安全：PoW、PoS的共识机制是否真正安全，缺乏严格的证明和试验。区块链的国际联盟和重点关注公司1.区块链主要联盟1.R3联盟：全球最大的区块链联盟，2015年9月，甶9家银行创建成立，但现在有多家银行退出。2.Hyperleger联盟：Linux基金会发起，IBM捐献的源码，非盈利，目标是共同建立并维系一个跨产业的、透明公开、去中心化的超级账本项目。3.EEA：企业以太坊联盟，2017年2月28日，甶摩根大通等银行，intel、微软等30多家企业宣布成立，以开发相关的标准和技术，让企业更加便利使用新崛起的以太坊区块链技术。2.区块链重点关注公司：1.IBM：IBM把Blockchain的所有源代码（约44000行）捐给了Linux基金会的Hype