区块链技术原理与应用

一、区块链的起源

1.比特币

比特币（Bitcoin，BTC）的概念最初由中本聪在2008年11月提出，并于2009年1月3日正式诞生。比特币是一种点对点（Peer-to-Peer，P2P)形式的数字货币。与大多数货币不同，比特币不依靠特定货币机构发行，而采用特定算法通过大量的计算产生。在区块链中，为了激励各节点共同参与记账和维护账本，每生成一个区块，都会产生一定数量的比特币奖励，获得记账权的节点就可以得到该区块的出块奖励和交易手续费。目前每10分钟能够产生一个区块，区块中记录了多笔交易信息。比特币是通过整个P2P网络中众多节点构成的分布式数据库来确认并记录所有的交易行为，并使用密码学的设计来确保货币流通中各个环节的安全性的。

P2P的去中心化特性与算法本身可以确保无法通过大量制造比特币来人为操控币值。基于密码学的设计可以使比特币只能被实际拥有者转移或支付，这同样确保了货币所有权与流通交易的匿名性。比特币的总数量非常有限，具有稀缺性。该货币系统的货币数量曾在4年内不超过1050万个，之后的总数量将被永久限制在2100万个。比特币的交易无需第三方机构参与，而是通过一个去中心化的支付系统进行支付和转移，然后通过全网节点对区块中的交易信息进行比对，对正确的交易进行确认，对错误的交易进行拒绝，如果一笔交易被超过51%的节点确认，就认为该笔交易合法。这种无需中心权威机构参与的支付方式，降低了支付成本，对传统的金融市场造成了强烈冲击。

2013年，我国出现了众多ASIC(专用集成电路）机，标志着比特币正式进入中国。需要注意的是，比特币作为一种虚拟货币，存在不可预测的炒作风险，因此国家及时出台政策，中国人民银行等五部委发布《关于防范比特币风险的通知》，明令禁止比特币交易。尽管比特币在不同国家的待遇不同，但支撑比特币交易的最核心的区块链技术却脱颖而出，超越了比特币的范畴，逐步应用于其他各种领域，受到了全世界的广泛关注。2016年年末，央行将区块链加入“十三五”规划，我国将区块链（Blockchain)上升为国家战略，至此，区块链技术重新出现在公众视野中，各大企业纷纷加入区块链的发展中。

2.区块链

第一代区块链技术源于比特币开源项目。在比特币发展过程中，为了实现交易可信、透明，比特币项目创始团队结合数学、密码学、互联网和计算机编程等多种学科技术，建立了一个去中心化、去第三方的“信任机器”，而区块链技术就是这个“信任机器”的核心。从某种意义上来说，比特币是区块链技术的第一个成熟的应用。

区块链本质上是一个去中心化的分布式数据库，包括数据生成机制、数据传输机制和数据存储结构。区块链通过分布式、区块化的存储，记录全部账户的余额与交易流水，从而使得每个节点都有记录了全部交易数据的完整的账本数据库，并且每个节点都有唯一的一对公、私钥，可确保数据的完整性、安全性以及准确性。每一笔交易数据都存储在某一个区块上，每个区块都有唯一的ID和Hash值，区块之间彼此连接形成链条，产生了区块链。

区块链作为一种集分布式数据存储、点对点传输、共识机制和加密算法等计算机技术于一身的新型应用模式，在全球得到广泛的关注。我国于2015年由华为开始了区块链的探索，启动了对区块链的研究，阿里、腾讯、百度等大公司纷纷加入，广东辰宜信息科技有限公司也开始了国产区块链操作系统的研发之路。2018年各大公司先后推出了华为链、蚂蚁链和超级链等，辰宜也推出了第一代自主知识产权的纯国产区块链操作系统。中国信息通信研究院发布了区块链白皮书，主要论述了区块链的概念和特征、区块链关键技术架构和发展趋势、区块链发展现状及区块链面临的挑战、发展措施和建议。

我国在2019年提出将区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，大力推动区块链技术和产业创新发展。当前区块链技术在各行业的应用正全面场景化，对实体经济的赋能作用不断凸显。

本书介绍了开源区块链与新一代国产区块链的建链、管链、用链的方法及过程，较为全面、系统地阐述了区块链的相关知识。全书共分为上、中、下三篇，分别介绍区块链技术原理、区块链技术应用和区块链场景应用。其中，上篇包括初识区块链1.0、认识区块链2.0、认识区块链3.0、新一代区块链系统概述；中篇包括中文智能合约编程语言基础、新一代区块链的安全技术、共识机制、构建联盟链、智能合约与DAPP开发、通信与人工智能技术、国产加密链式数据库；下篇包括新一代区块链技术助力光伏新能源行业发展、新一代区块链技术在政务上的应用。