区块链 密码共识原理、产业与应用

序言1
密码技术是密码货币和区块链的基石

朱嘉明  经济学家
从全球范围来看，比特币和区块链技术得以广泛传播的历史不足十年。在中国，探讨和实践密码货币和区块链的起步时间比国外晚了一两年，却很快形成了以“80后”，甚至“90后”为主体的，有区分也有交集的“币圈”和“链圈”。在中国的密码货币和区块链群体中，刘昌用算作“70后”，却是一位佼佼者。这本《区块链：密码共识原理、产业与应用》，凝结了昌用和他的合作者对密码货币和区块链原理的深入探索和独立思考。
正如书名所言，“密码共识”是这本书的核心所在。昌用认为，“区块链”实为一种新的经济组织模式，其精髓在于分布式共识，而分布式共识得以实现的关键在于非对称密码技术。为此，他将这种新的经济组织模式称为“密码共识机制”，简称为“密码共识”，并定义为：由密码技术和分布式共识实现的大规模、去中心化的经济组织模式。至于人们常说的“区块链技术”，只是实现分布式共识的技术之一。所以，作者在本书中多以“密码共识”代替“区块链”。
那么，密码共识机制是如何影响和派生出密码货币、通证，甚至无币区块链的呢？可以用昌用2018年在重庆的一次研讨会所使用的框架图阐明，如下图所示。
 
应该说，昌用的这个框架图是清晰的，是符合密码货币和区块链的历史演进过程的。不仅如此，根据这个框架图，可以清楚地看到密码技术至关重要和不可替代的地位：没有密码技术，自然就没有分布式共识，没有密码共识机制，没有密码共识平台，更没有包括BTC、BCH和ETH在内的密码货币。在这个框架下，对Token的理解应该是密码货币通过智能合约所演变的一种特定形态。
当下，人们普遍对密码技术缺乏足够的认知，这不仅无法推进密码货币和区块链的技术进步，而且会导致密码货币和区块链的异化和退化。
2008年11月1日，以中本聪匿名方式所问世的比特币篇论文《比特币：P2P电子现金系统》就是通过密码朋克主导的密码学邮件列表发布的。中本聪实现了密码学、网络技术和货币学的巧妙结合，基于区块链的设计，创造了在无中央控管的情况下，避免双重支付，实现可被信任价值交换机制的比特币。两个月后，2009年1月3日，首个实现了比特币算法的客户端程序进行了首次采矿，获得了批的50个比特币，标志着比特币代表的密码货币生态的诞生，成为21世纪以来经济领域的重大历史事件。而这个事件的初技术是密码技术，核心原理则来自密码学。
要理解和认知密码技术，知道以下三点是必要的：
，密码技术源于密码学，密码学源于数学。现代密码学以数学为基础，特别是数学分支之一的数论，它彻底突破了基于语言学的古典密码学的局限性。不仅如此，现代密码学还有效借助计算机的强大算力，通过不同的输入参数来进行加密和解密，这个参数就被称作密钥。密钥可以分为对称密钥和非对称密钥。讨论非对称密钥，就要肯定1977年问世的RSA非对称加密算法的历史地位。所谓RSA非对称加密算法，就是对极大整数做因子分解，其难度决定了RSA算法的可靠性。到目前为止，世界上还没有任何可靠的攻击RSA算法的方式。RSA在技术上的贡献集中在提出系统的“公钥”与“私钥”原理。RSA算法申请专利已经是6年之后的1983年。至于哈希函数，在密码学中的作用主要是对整个消息的完整性进行校验，包括消息摘要和签名。但是，哈希函数说到底是个数学问题，有着直接联系的是素数理论。Merkle树因为与哈希函数的内在联系，也是数学问题。所谓的拜占庭将军问题的本质，更是一个数学问题。在这样的意义上，可以试图用数学语言将区块链描述为以数论为基础，通过哈希函数实现的一种复合函数构造。总之，因为密码学源于数学，所以密码技术的本质是数学问题。
第二，密码朋克（Cypherpunk）：密码技术的普罗米修斯。直到1976年，密码技术为国家垄断，被限于军事和情报领域。1976年，在密码技术领域发生了两件大事，其一，美国国家标准局（NBS）公布《数据加密术标准》；其二，惠特菲尔德·迪菲和马丁·赫尔曼出版《新密码技术指南》，即部关于密码技术的公共出版物。从此，密码技术进入民间视野，成为被关注和争论的重大课题。密码技术无疑有双重作用：既可以用来保护个人的隐私、政府与企业的秘密，也可以被罪犯用来隐藏他们的方案或者利益。进入20世纪80年代，终于形成密码朋克群体，他们发布了著名的《密码朋克宣言》，从此，密码朋克围绕密码技术，讨论了诸如数学、计算机技术、政治、法律和哲学等相关课题。在比特币诞生之前，创造了基于密码技术，匿名和独立的密码货币，同时保护买家和卖家的隐私。中本聪或者“中本聪们”就是密码朋克成员，这似乎从来没有争议。可以看到，密码朋克从诉诸密码技术实现对个人隐私保护，后演变到追求基于密码技术的新型货币，存在着理念的一贯性。所以，密码技术是密码货币的基因。总之，密码朋克成了将密码技术全面转入民间的普罗米修斯。
第三，密码技术是重建人类经济体系的基石。人类经济体系的复杂化是不可逆转的。在复杂化的过程中，难以解决的是人与人之间的相互信任。在过去数十年间，人们做了持续的相关科学技术研究和创新，例如信用卡，但终究有这样那样的缺陷。密码技术，以及密码货币和区块链引用了公钥和私钥，是革命性的创新。其中，所谓的私钥就是不可更改的数码。从此，人与人之间的信任，不再是期望如何实现对方信任自己，而是基于私钥实现对自己利益的全面保护。从这个意义上说，密码技术通过区块链构建了新的信用体系。这正是比特币重要的原则：即比特币种体系不需要建立在交易双方相互信任的基础之上。密码技术对经济体系的贡献并没有到此为止，根据昌用的密码共识机制框架，“私钥是密码共识系统中个人重要的秘密，一旦失去私钥就是失去了权力。”这是相当重要的观点。私钥是未来从个体或者其他主体的身份，一直到这个个体或者其他主体对财富拥有权力的证明工具，甚至是的工具。
现在，可以重新讨论本书作者所诠释的密码技术、密码共识机制、区块链之间的关系了。在本书中，有这样一段比较重要的话，“非对称密码技术是把分布式账本这个数字系统跟现实的人结合起来的关键，让掌握私钥的个人或组织有了数字身份，并且能够通过签名和验证进行数字授权，这是分布式共识成为真正经济系统的关键。为此，我们不再将这项机制称为区块链，而是称为密码共识机制，或简称密码共识。区块链只是其中一个并非重要的环节而已。”从这段文字中，可以得到的结论是：其一，密码技术主要是指非对称密码技术，而非对称密码技术集中体现为私钥，所以，密码技术可以归纳为私钥；其二，私钥代表个人或组织有了数字身份和数字授权，所以，私钥是经济系统的关键所在；其三，区块链仅仅是密码共识机制的一个环节。

2018年8月24日
于山西盂县

作为一种近年来大热的技术，区块链在各行各业都得到了热烈的欢迎。本书是作者从事区块链技术科普以来，将众多学员的疑问、行业的技术转型问题以及他对该行业的认知汇集而成，在普及技术的同时，也对该技术对未来发展的影响做出了自己的判断。本书通过3篇10章来讲解区块链的技术与落地应用，其中第1篇区块链原理深入讲解了核心技术、技术演进和产品落地；第2篇区块链应用中中则讲解了区块链的基础设施、在信息、金融和供应链方面的应用；第3篇区块链实践重点讲解了区块链相关的产业结构和投资风险等，给行业从业人员和入门者深度普及该技术的过去、现在和未来的发展，以期纠正当前大众的不正确认知，为该技术的快速普及添砖加瓦。

刘昌用，重庆工商大学经济学院副教授，从2013开始从事区块链技术科普工作，2017参与创立区块链基金 ChainVC，2018创立重庆知链创新科技有限责任公司 主要从事区块链培训与咨询，对区块链技术有较深的了解。

目录

1 区块链与密码共识 1
1.1 区块链与密码共识 2
1.1.1 区块链是一种经济组织模式 3
1.1.2 区块链是一种去中心化的经济组织模式 4
1.1.3 区块链适用于大规模的经济活动组织 4
1.1.4 区块链是由一组技术实现的 5
1.2 对区块链的常见误解 5
1.2.1 把狭义的“区块链”技术等同于区块链这种经济组织模式 6
1.2.2 把区块链技术的局部运用等同于区块链这种经济组织模式 6
1.2.3 强调区块链的技术属性而忽视其经济、社会与文化属性 7
1.2.4 夸大区块链去中心化的作用和影响 8
1.3 “区块链”应称为“密码共识” 9
1.3.1 分布式共识才是区块链的基本特征 10
1.3.2 非对称密码是分布式共识实现的核心技术 11
1.4 密码共识的本质是市场机制的升级 13
1.4.1 非对称密码使产权更明晰 13
1.4.2 分布式共识使市场更有序 13
1.4.3 密码共识弱化了市场的中心节点 14
1.4.4 密码共识是更加有序竞争的市场机制 14
1.5 密码共识市场经济的两大基石 15
1.5.1 基石一：无边界价值流通体系 15
1.5.2 基石二：无中心公共信息平台 16
1.6 密码共识有利于完善政府的经济职能 17
1.6.1 政府与市场是互补共生的两种经济组织模式 18
1.6.2 密码共识机制对政府经济职能提出更高要求 18
1.6.3 密码共识能提高政府服务市场的效率 19
1.6.4 密码共识机制能提高政府行政机制的运行效率 19
1.6.5 密码共识机制能有效推进反腐倡廉 19
1.7 密码共识应用的前景 20
1.7.1 密码共识搭建市场基础设施 20
1.7.2 密码共识搭建行业基础设施 22
1.7.3 密码共识搭建企业商业生态 23
2 密码共识的核心技术 25
2.1 分布式账本 26
2.2 哈希函数 29
2.3 区块链 32
2.4 非对称密码 35
2.4.1 比特币的地址和私钥 36
2.4.2 比特币支付的实现过程 38
2.5 工作量证明 39
2.6 密码共识的基本逻辑 44
2.7 核心技术进阶 45
2.7.1 进阶1：私钥、公钥与地址 45
2.7.2 进阶2：组织区块内部交易的默克尔树（Merkle Tree） 47
2.7.3 进阶3：一个真实的区块 47
2.7.4 进阶4：比特币的交易模式UTXO 48
2.7.5 进阶5：一个真实的交易 49
2.7.6 进阶6：分叉与长链原则 51
3 密码共识的重要技术演进 54
3.1 POS（权益证明） 55
3.1.1 设计思路 55
3.1.2 设计理念的优势 56
3.1.3 POS机制的主要问题 58
3.2 DPOS（委托权益证明） 59
3.2.1 设计思路 59
3.2.2 设计理念的优势 60
3.2.3 DPOS的具体应用 61
3.3 智能合约 62
3.3.1 什么是智能合约 63
3.3.2 智能合约的本质 64
3.3.3 智能合约的工作原理 66
3.3.4 智能合约面临的挑战 68
3.3.5 智能合约应用案例 69
3.4 侧链 74
3.4.1 什么是侧链技术 74
3.4.2 技术原理 75
3.4.3 侧链典型应用案例 79
3.5 DAG链 81
3.5.1 DAG的性质 81
3.5.2 DAG链的工作原理 82
3.5.3 DAG链的共识机制 84
3.5.4 DAG链的应用 86
4 密码共识资产谱系 88
4.1 密码货币相关概念 89
4.2 参数修改币 91
4.3 共识改进币 92
4.3.1 POS（权益证明）共识——点点币PPCoin 93
4.3.2 DPOS（委托权益证明）——比特股Bitshare 93
4.4 功能拓展币 94
4.4.1 交易功能：BTS 94
4.4.2 匿名功能：Dash、Zcash、Monero 95
4.4.3 多层协议：ColoredCoins与MasterCoin 97
4.5 开发平台 98
4.5.1 以太坊（Ethereum，ETH） 98
4.5.2 量子链QTUM 101
4.5.3 EOS 102
4.6 分叉币 105
4.6.1 比特币分叉的缘由 105
4.6.2 历史性分叉：比特币现金（BCH） 107
4.6.3 分叉币的兴起 109
4.7 中心化密码货币 110
4.7.1 央行密码货币 111
4.7.2 瑞波币 113
4.8 无币区块链应用 114
4.8.1 比特信（Bitmessage） 114
4.8.2 超级账本 115
4.8.3 金链盟 115
4.8.4 无币对密码共识机制的影响 116
5 密码共识产业生态 119
5.1 基础产业 120
5.1.1 技术开发 120
5.1.2 矿业 121
5.1.3 公链与开发平台 123
5.2 流通产业 124
5.2.1 钱包 124
5.2.2 交易所 127
5.2.3 汇兑商 131
5.2.4 商户与电商平台 133
5.3 应用产业 134
5.3.1 金融应用 135
5.3.2 物联物流 136
5.3.3 信息存证 136
5.3.4 数字市场 137
5.3.5 公共服务 138
5.4 服务产业 138
5.4.1 资讯 139
5.4.2 教育 140
5.4.3 社群 142
5.4.4 投资（针对区块链的创投基金） 143
6 密码共识基础设施 146
6.1 货币 147
6.1.1 实物货币 147
6.1.2 铸币 148
6.1.3 信用创造货币 148
6.1.4 纸币 148
6.1.5 法币 149
6.1.6 密码货币 150
6.2 开发平台：以太坊 151
6.2.1 以太坊基础入门 151
6.2.2 数据存储 152
6.2.3 智能合约 153
6.2.4 以太坊虚拟机 154
6.2.5 以太坊工作原理 156
6.2.6 智能合约范例：收益共享 158
6.3 操作系统EOS 159
6.3.1 EOS基础入门 160
6.3.2 EOS的共识算法 160
6.3.3 EOS与以太坊对比 161
6.4 文件系统IPFS 162
6.4.1 IPFS基础入门 163
6.4.2 IPFS解决方案 164
6.4.3 IPFS的技术架构 165
6.4.4 IPFS与区块链 168
6.4.5 Filecoin 169
6.4.6 IPFS的应用 170
6.5 Hyperledger 171
6.5.1 Hyperledger项目 172
6.5.2 体系结构 173
6.5.3 超级账本的典型需求 174
6.6 BaaS 176
6.6.1 腾讯云区块链服务 176
6.6.2 亚马逊AWS区块链服务 177
6.6.3 R3 Corda区块链服务 178
6.6.4 IBM-BaaS 178
6.6.5 微软Azure区块链服务与Coco平台 180
7 密码共识在金融保险领域的应用 182
7.1 跨境支付与结算 183
7.1.1 当前银行国际结算业务痛点 183
7.1.2 基于去中心化密码货币的跨境汇兑方案 184
7.1.3 基于联盟链的跨境结算方案 186
7.1.4 基于中心化密码货币的跨境结算方案 188
7.2 保险 189
7.2.1 密码共识机制解决保险业难题 189
7.2.2 阳光保险的“飞常惠航空意外险” 191
7.2.3 泰康保险基于超级账本的积分管理平台 192
7.2.4 安盛保险基于以太坊的自动理赔航空意外险Fizzy 193
7.2.5 中国人寿等7家保险公司区块链应用 193
7.3 供应链金融 195
7.3.1 供应链金融的产业特征 196
7.3.2 供应链金融的商业痛点 196
7.3.3 密码共识解决供应链金融痛点的逻辑 198
7.3.4 密码共识在供应链金融中的应用案例 199
8 密码共识在信息存证领域的应用 202
8.1 身份认证 203
8.1.1 生物识别技术＋区块链：提高身份识别准确度 204
8.1.2 大数据＋区块链：扩大身份认证范围 204
8.1.3 区块链＋新社会架构：提高身份认证效率 205
8.1.4 区块链＋身份认证接口：有效保护个人隐私所有权 205
8.2 资格认证 206
8.2.1 HIberton学校的学历认证 206
8.2.2 伊利诺伊州医疗服务提供商资格认证 207
8.2.3 麻省理工大学的学术认证 207
8.2.4 深圳沃通的电子认证服务 208
8.3 个人征信 208
8.3.1 密码共识机制 个人征信 209
8.3.2 信链：去中心化征信平台 210
8.4 版权保护 211
8.4.1 版权保护面临的主要问题 211
8.4.2 密码共识加强版权保护 213
8.4.3 案例：纸贵 215
8.4.4 案例：Blinded 216
8.4.5 Primas 216
8.4.6 INK 217
8.4.7 UIP 218
8.4.8 Monegraph 218
8.4.9 “我想我享”与中国平安的10亿元保额计划 219
8.5 信息交易 219
8.5.1 信息交易领域的痛点 219
8.5.2 密码共识重构信息交易体系 221
8.5.3 公信宝的基本功能 221
8.5.4 公信链（GXChain）的共识机制 223
8.5.5 GXS的经济模型 224
8.6 会计审计 224
8.6.1 区块链重建财务会计信息系统 224
8.6.2 管理会计应用区块链 225
8.6.3 区块链审计 227
9 密码共识在物流、物联领域的应用 233
9.1 物流系统与物联网应用密码共识的逻辑 234
9.1.1 密码共识在物流领域的应用逻辑 234
9.1.2 密码共识在物联网领域的应用逻辑 236
9.1.3 物联、物流与密码共识的协同 237
9.2 物联网 239
9.2.1 华为智能硬件 239
9.2.2 中兴移动智能井盖 239
9.2.3 MTC 240
9.3 共享云存储 240
9.3.1 链克与玩客云 241
9.3.2 链克的产生 242
9.3.3 链克的功能 242
9.4 防伪溯源 242
9.4.1 案例：品质溯源防伪联盟 243
9.4.2 案例：众安科技的区块链步步鸡 244
9.4.2 案例：蚂蚁金服做茅台酒的区块链防伪溯源 245
9.5 物流运输 245
9.5.1 案例：天猫区块链跨境物流 246
9.5.2 案例：沙师弟区块链物流 246
参考文献 248

作为一种近年来大热的技术，区块链在各行各业都得到了热烈的欢迎。本书是作者从事区块链技术科普以来，将众多学员的疑问、行业的技术转型问题以及他对该行业的认知汇集而成，在普及技术的同时，也对该技术对未来发展的影响做出了自己的判断。本书通过3篇10章来讲解区块链的技术与落地应用，其中第1篇区块链原理深入讲解了核心技术、技术演进和产品落地；第2篇区块链应用中中则讲解了区块链的基础设施、在信息、金融和供应链方面的应用；第3篇区块链实践重点讲解了区块链相关的产业结构和投资风险等，给行业从业人员和入门者深度普及该技术的过去、现在和未来的发展，以期纠正当前大众的不正确认知，为该技术的快速普及添砖加瓦。

刘昌用，重庆工商大学经济学院副教授，从2013开始从事区块链技术科普工作，2017参与创立区块链基金 ChainVC，2018创立重庆知链创新科技有限责任公司 主要从事区块链培训与咨询，对区块链技术有较深的了解。