区块链技术发展现状与展望

424Vol.42，No.420164ACTAAUTOMATICASINICAApril，20161，21，3，.，.，，，，，.，，，，，..，2016，42（4）:481¡494DOI10.16383/j.aas.2016.c160158Blockchain:TheStateoftheArtandFutureTrendsYUANYong1，2WANGFei-Yue1，3AbstractBlockchainisanemergingdecentralizedarchitectureanddistributedcomputingparadigmunderlyingBitcoinandothercryptocurrencies，andhasrecentlyattractedintensiveattentionfromgovernments，financialinstitutions，high-techenterprises，andthecapitalmarkets.Blockchain'skeyadvantagesincludedecentralization，time-seriesdata，collectivemaintenance，programmabilityandsecurity，andthusisparticularlysuitableforconstructingaprogrammablemonetarysystem，financialsystem，andeventhemacroscopicsocietalsystem.Inthispaper，weproposedabasicmodeloftheblockchainsystem，discussedtheprinciples，technologies，methodsandapplicationsofblockchainandtherelatedBitcoinsystems.Wealsodiscussedthesmartcontractanditsapplications，andpresentedthefuturetrendsofblockchain-enabledparalleledsocieties.Thispaperisaimedatprovidinghelpfulguidanceandreferenceforfutureresearchefforts.KeywordsBlockchain，Bitcoin，consensusmechanism，smartcontract，paralleledsocietyCitationYuanYong，WangFei-Yue.Blockchain:thestateoftheartandfuturetrends.ActaAutomaticaSinica，2016，42（4）:481¡494.，，，.，2016-02-222016-03-02ManuscriptreceivedFebruary22，2016；acceptedMarch2，2016（71472174，71102117，61533019，71232006，61233001）SupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina（71472174，71102117，61533019，71232006，61233001）RecommendedbyAssociateEditorLINZong-Li1.1001902.2661093.4100731.TheStateKeyLaboratoryofManagementandControlforComplexSystems，InstituteofAutomation，ChineseAcademyofSciences，Beijing1001902.QingdaoAcademyofIntelli-gentIndustries，Qingdao2661093.ResearchCenterofMili-taryComputationalExperimentsandParallelSystem，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，/，［1］.，，..20161，［2］，；，.201512Linq，；，.2016，10ChaoXing48242.R3CEVAzureBaaS（Blockchainasaservice，），40，.2008“”（Satoshinakamoto）：［3］，.，，（Decentral-izedsharedledger），.（）..：，，；：，，；：（“”），；：，.，（Ethereum）［4］；：，，.，.，1.02.03.0［1］.，2.0，P2P.，，1.0，.，，.20162，WebofScienceEIVillage，“/blockchain”2［5¡6］9［6¡14］.，.：1；2；34；5；6；7.1.Blockchain.info，7500120000，40［15］.coinmarketcap.com，20162，675，67，86％，［16］.（）1500，389.5059，2015GDP144（）.，，.2027，10％GDP［17］.（）200914，.，10，；20105，125，.，，2013111242，1241.98.CoinDesk，6，ChaoXing4:483［18］.，，（Proofofwork，PoW）.PoW（，），，.，..，（）.，，.，［19］.“”，“”.，（），；（）.，，.，，［20］.，.（），，.，（1），.；（），PoW（）.，，.，（），；，.，.“”，.，，.1Fig.1TheBitcoinecosystemChaoXing48442，，.，.2，，.，.2.，.，；；；，；，；.，.2.1.Merkle，，，.Merkle.：3，（Header）（Body）.（Version）（Prev-block）（Bits）PoW（Nonce）Merkle（Merkle-root）（Timestamp）［21］.PoW，Nonce..MerkleMerkle.2Fig.2Abasicframeworkofblockchain3Fig.3Thestructureofblocks：，.，，，，.，“”，“”，ChaoXing4:485.，，，，，［19］.：，.，.，.（Proofofexistence），，.，，.：，，.（），.，（），（）（），（）.SHA256，SHA256256（32）.，SHA256（2256）（），.Merkle：Merkle，.3，Merkle（），（Merkle）.Merkle，Merkle，Merkle.MerkleMerkle，［22］，Merklepatriciatree［4］.Merkle：，，；Merkle“”，，（）［3］.，36，6Merkle（6，5，56，78，5678，1234）.，Nlog2N.，.：，RSAElgamalRabinD-HECC（）.，.，（），；，.，（A）（B）B，B.；AB，BAA；，.，4：256.2256，，.，256SHA256Base58，50；Secp256k165.，SHA256RIPEMD16020（hash160），SHA256Base5833［19］.，.ChaoXing486424Fig.4TheasymmetriccryptographyoftheBitcoinsystem，..，，.2.2.，，，，.：，（Peer-to-peernetwork，P2P）.P2P，，.，.，.，；，20162，60GB.，，2.1.：，.，“”［4］.，［3］：1）；2）；3）；4），；5），；6），，.，，“”，.，，，.［19］.：P2P.，.，，；，，.，P2P，，，；，ChaoXing4:487“”，，；，，.，.，，，.，，“”；“”，.2.3.“”“”，；，..（Proofofwork，PoW）.，，（Proofofstake，PoS）［23］（Delegatedproofofstake，DPOS）［24］..PoW：PoW，.，（）SHA256（），.：，（Nonce）3SHA256.10.，PoW（3）［19］：1.，Coinbase，；2.Merkle，，Nonce；3.Nonce1；SHA256，，；3；4.，Merkle.，，，“”.Blockchain.info，20162，17，398346“0000000000000000077f754f22f21629a7975cf¢¢¢”.，16，171617.，PoW，SHA256，，.，20161，800000000Gh/s，8£1018，Top500.PoW，，；PoW，（），10.PoS：PoSPoW.，PoSPoW.PoSPoW，.，（Coindays）.，ChaoXing48842.，1010，100；5，50.，PoS，，PoS.，PoW，PoS，.PoW，，.，PoS，PoW，，PoS.DPoS：DPoS“”，，101“”，（）.，.“”，，100.，，“”.，99％［24］.，PoWPoS，DPoS，，.，PoW+PoS（Proofofac-tivity）.，PoW，，PoSDPoS，.2.4，.，.，，.，.，PoW，PoW.，，.，PoW，.：.50，4（21），，2100［19］.，，.（Coinbase）.（1），，.，“”，.：，，“”，.Bitcoinmining.com，13［25］.PPLNS（PayperlastNshares）PPS（Paypershare）PROP（PROPortionately）.（Share），PPLNS，N；PPS，ChaoXing4:489；PROP.，.2.5.“”，，.，；，，.，；5.，.，，.，“”，；，.，，P2PKH（Paytopublickeyhash），［19］..，（），；，；，；NM，M¡N，NM..，.，，，，.，，.，，［4］.3，，，.，，.：（），.，Merkle，.，53.，（），（）［7］.：，.，，.；FactomChaoXing49042［26］.：.，，“”，；，P2P；，，，，，；，SWIFT；R3CEV.：，.，，；，，“”，.，，，Airbnb；，.：.，；，.，，［27］；，“”.，，（Publicblockchain）（Consortiumblockchain）（Privateblockchain）.，，PoWPoS..（），，，105；，，，.，，2，.4，..4.1.，PoW51％，51％.，60％，51％，［1］.51％，51％.PoS51％，N@S（Nothingatstake）.PoW51％［4］，..，，SHA256248，，，..，（）.，，，ChaoXing4:491.4.2.：，.，60GB，，［28］.：7，（VISA10000）［1］；：10，10，.4.3PoW，SHA256，，“”，.，，，.，，.，Primecoin（）（）SHA256［29］.，.4.4，，.，.，（Blockwithholdingattacks），.，.，“”［30］.，.，，，，，，.51994NickSz-abo，，，.，..（），，，，.，，.，.，-，.，，.，，，..5：，，（），P2P.（）.，.ChaoXing492425Fig.5Therationaleofsmartcontracts.，P2P.P2P，.，.，，.，，，（），..，；，；，［1］..，，，2.03.0；，，，，（Decentralizedapplica-tion，Dapp）（Decentralizedau-tonomousorganization，DAO）（Decentralizedautonomousco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