【假一罚四】区块链

马超

中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所业务发展部副主任，博士，高级工程师，国际电联ITU-TSG20物联网与智慧城市工作组Q3报告人；ISO/IECJTC1SC41物联网技术委员会注册专家。参与编写多项国家科技部物联网与智慧城市重点研发计划指南、国家发改委物联网项目指南、国家自然科学基金联合基金项目物联网方向指南；长期负责国家级工业互联网标识、区块链基础设施的建设和运营工作。

罗松

中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所副所长，教授级高级工程师，主要从事工业互联网政策和技术、物联网基础共性技术标准，区块链基础设施、产业发展等方面的研究，长期主持工业和信息化部、国家发改委等部委关于工业互联网、物联网产业政策制定、重大专项指南编制等工作，获广东省科学技术进步奖一等奖、中国通信标准化协会科学技术奖二等奖。负责国家级工业互联网标识解析基础设施、国家级区块链基础设施“星火·链网”的建设和运营。

杨璧竹

中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所业务主管。前期主要从事物联网标识、物联网开放体系架构研究、物联网基础设施及新型智慧城市顶层设计及运营工作；目前主要负责国家级区块链基础设施“星火·链网”骨干节点建设及公共服务能力建设。

魏翼飞

北京邮电大学电子工程学院副院长、教授、博士研究生导师。加拿大卡尔顿大学联合培养博士，爱尔兰都柏林城市大学博士后，美国休斯顿大学访问学者，爱尔兰DCU高级访问学者。主要研究深度学习、强化学习，以及区块链技术。作为负责人先后主持完成3项国家自然科学基金项目，参与完成3项国家科技重大专项等国家级项目。在国内外学术期刊发表30余篇SCI检索论文，获授权发明专利30余项。

第1章区块链简介

区块链是一种分布式账本数据库，以区块为存储单元、按链式结构存储了所有被网络认可的交易历史或数据日志信息。可以将区块链理解为记录交易信息或日志信息的巨大账本，这个大账本被网络中的所有节点备份和留存。也正是这个公共大账本的存在，使得区块链具有去中心化、高公信力、数据不可篡改、可追溯等特点。通过共识协议建立的分布式信任机制，保证了在没有专门运营管理机构的情况下，区块链网络中所有节点能够达成共识，并按照既定规则平稳运行。本章将介绍区块链的发展历程、类型、体系结构以及区块链的运行机制。

1.1区块链的发展历程

区块链发展经历了3个阶段：比特币为代表的货币区块链技术为1.0、以太坊为代表的合约区块链技术为2.0、以实现完备权限控制和安全保障的Hyperledger项目为代表的3.0。它们分别代表了区块链技术成长的各个阶段，每个后续版本都旨在改进前一阶段的不足。

1.1.1区块链1.0

区块链1.0时代见证了整个去中心化概念的迭代，它集中体现在加密货币的演进上。区块链的最初出现始于第一个加密货市比特币（BTC)的诞生和发展。它源于专家团队Cypherpunks，该团队对于互联网和金融系统的未来有担忧，认为互联网的未来将受到监控和审查。因此，他们试图开发一种电子货币系统，以确保隐私的安全，并从经济角度保护开放的互联网。

该系统基于20世纪80年代和90年代的ECash（电子现金）计划最先被提出。这一阶段，区块链聚焦于高安全性、匿名、点对点交易等完全去中心化属性。

区块链1.0技术包括用于加密货币的区块链核心、钱包软件、挖矿设备和挖矿软件等组件。每一台计算机都能够在这些区块链核心中建立节点。

显然，可以将区块链1.0定义为第一代区块链技术，其主要聚焦于去中心化和加密货币。

1.1.2区块链2.0

区块链2.0是以比特币为代表的区块链1.0的升级版，其特点主要体现在以太坊的崛起和智能合约的整合上。以太坊是为了构建去中心化应用而建立的，它为开发人员以开源和无须许可的方式将智能合约部署到以太坊区块链，提供了更宽的道路。

这项技术引发了去中心化金融（DeFi)、去中心化自治组织（DAO）、初始代币发行（ICO）和非同质化代币（NFT)的创新。总体来说，区块链2.0可以定义为专注于智能合约的第二代区块链技术。

1.1.3区块链3.0

区块链3.0可以追溯到Cardano(ADA)的入场，旨在提高可扩展性，同时允许区块链交互的进化阶段。目前，对于区块链3.0暂时没有一种明确的定义和期许，人们认为它应该采用权益证明（Proof of Stake，PoS)机制。区块链3.0的潜力集中在为加密货币之外的服务和行业提供解决方案，因此也被视为企业和机构的区块链。它旨在降低先前版本带来的高昂ga5费用，同时还增强了区块链的安全功能。

本书首先梳理了区块链的发展历史与现状，详细阐述了区块链的分类、结构以及运行机制；之后对区块链涉及到的相关技术如密码学、共识算法、智能合约等进行了分析；密码学方面主要分析了哈希算法、非对称加密算法、同态加密、零知识证明与国密算法等，共识算法方面分析了多种经典算法如工作量证明、权益证明、委托权益证明以及Paxos与Raft算法等，还列举了一些近几年国内外研究的新型共识算法。在介绍了区块链相关技术之后，本书介绍了现有的区块链平台，如国外的以太坊、超级账本等，国内的星火链网平台，分析了目前区块链基础设施建设的情况，列举了基于区块链基础设施的一些应用，分析了区块链如何赋能传统行业以及基于区块链的新型应用案例。全书的最后介绍了区块链发展的未来——Web3.0与元宇宙，阐述了相关概念、发展历史以及两者的关系。