区块链（Blockchain）

区块链是一种分布式账本，由一系列按时间顺序排列的区块组成，这些区块通过加密哈希链接在一起。每个区块包含前一个区块的哈希值、时间戳和交易数据（通常以默克尔树的形式表示）。由于每个区块都包含有关前一个区块的信息，它们实际上形成了一个链（类似于链表数据结构），每个新区块都链接到之前的区块。因此，区块链交易是不可逆的，一旦记录下来，任何给定区块中的数据都无法在不改变后续所有区块的情况下进行追溯性修改。

区块链通常由对等（P2P）计算机网络管理，用作公共分布式账本。节点共同遵守共识算法协议来添加和验证新的交易区块。尽管区块链记录并非不可更改，因为可能存在区块链分叉，但区块链在设计上被认为是安全的，并体现了具有高拜占庭容错性的分布式计算系统。

2008年，中本聪 创造了区块链，作为比特币加密货币交易的公共分布式账本，基于斯图尔特·哈伯、W·斯科特·斯托内塔和大卫·拜尔之前的研究。比特币中区块链的实现使其成为第一个无需可信权威或中央服务器即可解决双重支付问题的数字货币。比特币的设计启发了其他应用程序和区块链，这些区块链可供公众读取，并被广泛用于加密货币。区块链可被视为一种支付轨道。

私有区块链已被提议用于商业用途。很多人认为，如果精心设计，许可型区块链可能比无许可型区块链更去中心化，因此在实践中更安全。

发展历程

• 1982年，David Chaum 首次提出了一种类似区块链的协议，用于建立、维护和信任由相互怀疑的群体组成的计算机系统。
• 1991年，Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 进一步研究了加密安全区块链，旨在实现无法篡改文档时间戳的系统。
• 1992年，Haber、Stornetta 和 Dave Bayer 引入了默克尔树，提高了效率，允许将多个文档证书收集到一个区块中。自1995年以来，他们的公司 Surety 每周都在《纽约时报》上发布文档证书哈希。

• 2008年，中本聪 提出了一种去中心化的区块链概念，通过类似 Hashcash 的方法对区块进行时间戳，无需可信第三方签名，并引入难度参数来稳定区块添加速率。
• 2009年，中本聪 将这一设计应用于比特币，使其成为第一个解决双重支付问题的数字货币，并成为网络上所有交易的公共账本。

• 2014年，比特币区块链文件大小达到20GB，包含了网络上发生的所有交易记录。
• 2015年，大小增长到近30GB。
• 2016年， "区块链"一词逐渐普及，尽管中本聪最初的论文中使用了 "区块" 和 "链" 分开。
• 2016年， 据 Accenture 预测，区块链在金融服务行业达到了 13.5% 的采用率，进入早期采用者阶段。行业贸易集团联合成立了全球区块链论坛。
• 2016年至2017年，比特币区块链从50GB增长到100GB。

• 2018年， Gartner 发现，只有 1% 的 CIO 表示在其组织中采用某种形式的区块链，只有 8% 的 CIO 处于短期 "计划或积极试验区块链" 阶段。
• 2019年， Gartner 报告称，5% 的 CIO 认为区块链技术是改变其业务的游戏规则。
• 截至2019年中华人民共和国的相关公司占有全球区块链专利权的八成以上。在2016年公布的《十三五国家信息化规划》，就已将区块链技术列为战略性前沿技术。反超点在2017年当年度专利申请量超过1200件超越美国，之后一路上升，并诞生了比特大陆等以挖矿业务为切入点累积资本最终做大的企业。其官方立场是不承认比特币的货币流通地位并禁止任何商家收付，但认为区块链技术可以为国家所用，2019年中国人民银行第三季消息，支付结算司副司长穆长春8月10日在金融四十人伊春论坛上介绍央行法定数字货币的实践DC/EP（DC，digital currency，数字货币；EP，electronic payment，电子支付）时揭露央行DC/EP研究已进行五年，表明可能存在被称为“央行数字货币”的制度。早在2016年有新闻显示平安集团、招商银行、微众银行等40多家金融机构共同成立首个中国深圳FinTech数字货币联盟。同年10月，中共中央总书记习近平公开表示“区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用”，对特定技术发表谈话表达重视，引发相关类股上涨以及媒体议论。
• 2020年初：账本大小超过200GB。

设计和结构

区块链是一种去中心化的、分布式的、通常是公开的数字账本，由称为区块的记录组成，用于记录许多计算机之间的交易。这些区块以一种方式链接在一起，使得任何涉及的区块都无法在不改变所有后续区块的情况下进行追溯性更改。这使得参与者能够独立且相对廉价地验证和审计交易。

区块链数据库通过对等网络和分布式时间戳服务器进行自主管理。它们通过集体自我利益驱动的广泛协作进行认证。这种设计有助于建立一个稳健的工作流程，其中参与者对数据安全的担忧降到最低。

通过使用区块链，可以消除数字资产无限复制的特性。它可以确认每个价值单位只被转移一次，从而解决了长期存在的双重支付问题。区块链可以被视为一种价值交换协议。当区块链被正确设置以详细记录交换协议时，它可以提供强制执行要约和接受的记录，从而维护所有权。

从逻辑上讲，区块链可以分为几个层：

• 基础设施层（硬件）
• 网络层（节点发现、信息传播、验证）
• 共识层（工作量证明、权益证明）
• 数据层（区块、交易）
• 应用层（智能合约/去中心化应用，如适用）

区块

区块是区块链的基本单位，它包含了一批有效的交易，并通过哈希算法和 Merkle 树进行编码。每个区块都包含了前一个区块的加密哈希值，从而形成一条链式结构。这种链式结构确保了区块的完整性，因为任何对区块的篡改都会导致后续区块的哈希值失效。

为了保证区块和其中包含的数据的完整性，通常会对区块进行数字签名。有时，可能会同时产生多个区块，形成一个临时性的分叉。为了解决这种分叉问题，区块链系统会根据特定的算法对不同的历史版本进行评分，选择得分最高的版本作为主链。未被选中的区块被称为孤块。

参与区块链网络的节点可能会拥有不同的历史版本。它们只保留已知得分最高的版本。当一个节点接收到一个得分更高的版本（通常是旧版本加上一个新区块）时，它会扩展或覆盖自己的数据库，并将改进后的版本重新传输给其他节点。随着越来越多的区块被添加到链上，某个区块被取代的概率会指数级下降，最终变得非常低。

比特币使用工作量证明（PoW）系统，即拥有最多累积工作量证明的链被网络视为有效链。通过冗余计算，而不是传统的隔离和并行方式，确保了区块链的安全性。

区块时间

区块时间是指网络平均生成一个新的区块所需的时间。当区块完成时，其中包含的数据就变得可验证了。在加密货币中，这实际上就是交易发生的时间，因此更短的区块时间意味着更快的交易速度。

以太坊的区块时间设置为 14 到 15 秒，而比特币的平均区块时间为 10 分钟。

硬分叉

主条目：分叉

硬分叉是一种对区块链协议的更改，不向后兼容，要求所有用户升级软件才能继续参与网络。在硬分叉中，网络分裂成两个独立的版本：一个遵循新规则，另一个遵循旧规则。

例如，以太坊在2016年进行了一次硬分叉，以补偿 DAO 攻击事件中的投资者损失。这次硬分叉导致了以太坊和以太坊经典（Ethereum Classic）两条链的分裂。2014年，NXT 社区曾考虑进行一次硬分叉，以回滚区块链记录，以减轻从一个主要的加密货币交易所盗取 5000 万 NXT 的影响。但硬分叉提案被拒绝，部分资金通过谈判和赎金支付的方式被追回。

另一个较近的硬分叉例子是2017年的比特币硬分叉，导致了比特币和比特币现金的分裂。网络分裂的主要原因是对如何增加每秒交易量以满足需求存在分歧。

去中心化

通过将数据分散存储在对等网络中，区块链减少了集中式数据存储带来的风险。这种分布式架构，结合了临时消息传递和分布式网络，使得数据更加安全可靠。

尽管区块链具有高度的安全性，但仍存在一些潜在的威胁。其中之一是 51%攻击，即一个实体控制了网络中超过一半的算力，从而可以操纵区块链记录。然而，这种攻击需要巨大的计算资源，通常难以实施。

区块链使用公钥加密技术来确保数据的安全性。公钥是一个长串的随机数字，作为区块链上的地址。发送到网络的价值代币被记录为属于该地址。私钥就像密码一样，赋予其所有者访问数字资产或与区块链支持的各种功能进行交互的权限。

区块链上的数据被认为是不可篡改的。每个节点都拥有区块链的副本，通过大量的数据库复制和计算信任来维护数据质量。不存在中央权威，也没有任何用户被信任度更高。交易通过软件广播到网络，消息以尽力交付的方式传递。早期的区块链依赖于高能耗的挖矿节点来验证交易，将它们添加到正在构建的区块中，然后将完成的区块广播给其他节点。区块链使用各种时间戳方案，如工作量证明，来序列化更改。随着区块链的增长，处理大量数据所需的计算资源也变得越来越昂贵，这可能导致中心化的风险。因此，一些新的共识机制，如权益证明，被引入以解决这一问题。

终结性

终结性是指对最近添加到区块链的格式良好的区块的信任程度，即该区块在未来不会被撤销（被“终结”）的可能性。大多数分布式区块链协议，无论是工作量证明（PoW）还是权益证明（PoS)，都不能保证新添加的区块的绝对终结性，而是依赖于“概率终结性”：随着区块在区块链中越深，它被更改或回滚的可能性就越小。

拜占庭容错的权益证明协议声称可以提供所谓的“绝对终结性”：一个随机选中的验证者提议一个区块，其余验证者对其进行投票，如果大多数验证者同意，则该区块将不可逆地添加到区块链中。经济终结性是一种对该方法的修改，在实际协议中使用，例如以太坊中的 Casper 协议。验证者如果在区块链的同一位置签署两个不同的区块，就会受到“削减”惩罚，即他们的质押权益会被没收。

应用项目

国家货币

1. e-Dinar是突尼斯共和国政府用区块链技术发行的数字货币。也是第一个国家数位货币。
2. eCFA是塞内加尔共和国政府用区块链技术发行的数位货币。
3. 数字人民币（E-CNY）是中华人民共和国政府用区块链技术发行的数字货币。
4. Sand Dollar是巴哈马国政府用区块链技术发行的数字货币。

社区货币

1. 空卢（英文：Colu）公司在英国伦敦用区块链发行了东伦敦社区英镑（Local Pound, East London），主要为中小企业提供支付平台。2017年6月止，空卢在全球发行了多款社区货币，共有50,000用户。

私有链、公有链和联盟链的区别

	公有链	联盟链	私有链
参与者	不限	联盟成员	链的所有者
共识机制	PoW/PoS	分布式一致性算法	solo/pbft等
验证者	自愿提供算力或质押加密货币者	联盟成员协商确定	链的所有者
激励机制	需要	可选	无
去中心化程度	较高	偏低	极低
如初特点	解决双重支付	效率和成本优化	安全性高、效率高
吞吐量	7笔/秒至数千笔/秒（TPS）	<10万笔/秒（TPS）	视配置决定
应用领域	区块链游戏、非同质化代币、去中心化金融等	供应链管理、金融服务、医疗保健等	大型组织或私人企业之业务等
代表项目	比特币、以太坊	R3、Hyperledger

公有链

公有链可称为公共区块链，指所有人都可以参与的区块链。换言之它是公平公开，所有人可自由访问，发送、接收、认证交易。另外公有链亦被认为是“完全去中心化”的区块链。公有链的代表有BTC区块链，ETH、EOS 等，它们之间有存在不同架构。举个例子说，以太坊（ETH）是一条公有链，在以太坊链上运作的每一项应用都会消耗这条链的总体资源；EOS只是一个区块链的基础架构，开发人员可以自由地在EOS上创建公链，每条链与链之间都不会影响彼此拥有的资源，换言之不会出现因个别应用资源消耗过多而造成网络拥挤。

私有链

商业组织正在为各种应用开发分布式分类账和其他区块链启发的软件。由于这些软件被中心化机构控制，不具有区块链去中心化的属性，被称为私有链（private blockchains）、区域链、或者联盟链。私有链上的资料，可由建立私有链的机构任意操控改写，所以连确保资料难以篡改的功能也没有。  至2017年6月止，没有任何私有链得到认可和使用，而且国际银行界纷纷退出所参与的项目；加拿大中央银行也在2017年5月放弃了国家私有链的开发，主要原因是与中央银行体系格格不入。相反，用现有区块链进行ICO众筹，来开发新型去中心化社区的项目，如雨后春笋般地涌现，得到不同凡响的结果。以下是部分私有链及联盟链开发项目：

• 德勤和ConsenSys2016年宣布计划创建一个数位银行ConsenSys计划
• R3计划连接42家银行分布式分类帐，主要由以太坊，Chain.com，英特尔和IBM牵头
• Microsoft Visual Studio正在使Ethereum Solidity语言可供应用程序开发人员使用。
• SafeShare保险提供一项区域链为基础的主打共享经济的保险，由英国保险巨头劳合社承保。
• 一家瑞士工业联盟，包括瑞士电信，苏黎世州银行和瑞士股票交易所，以柜台买卖为原型的资产交易，基于以太坊科技的区域链。
• Context Labs a 2013 company developing blockchain enabled platforms
• R3区域链联盟
• Digital Asset Holdings
• Satoshi Citadel Industries
• 美国期货和期权交易所CME集团于2017年4月11日宣布，正在测试基于区域链的黄金期货平台的正处于最后测试阶段，该区块链是为比特币提供认证的对等网络。
• 台湾林产品生产追溯系统
• 私有链的弊端也很明显，Nikolai Hampton 曾在《Computerworld》中指出，“私有区块链也没有必要受到‘51%’攻击，因为私有区块链（很可能）已经控制了所有区块创建资源的 100%。如果你可以攻击或破坏私人公司服务器上的区块链创建工具，你就可以有效地控制他们 100% 的网络，并随心所欲地更改交易。” 这在金融危机或债务危机（如2007-08 年的金融危机）期间会产生一系列特别深远的不利影响，因为政治上有权势的参与者可能会做出有利于某些群体而损害其他群体的决策，并且“比特币区块链受到大规模集体挖矿的保护，任何私有区块链都不太可能尝试使用千兆瓦的计算能力来保护记录——这既耗时又昂贵。”他还表示，“在私有区块链中，不存在‘竞争’；没有动机去使用更多的算力或比竞争对手更快地发现区块。这意味着许多内部区块链解决方案只不过是繁琐的数据库。”

侧链

区块链中的侧链（sidechains）实质上不是特指某个区块链，而是指遵守侧链协议的所有区块链，该名词是相对与比特币主链来说的。侧链协议是指：可以让比特币安全地从比特币主链转移到其他区块链，又可以从其他区块链安全地返回比特币主链的一种协议。

ICO代币

首次代币发行（英语：Initial Coin Offering，简称ICO），也称为ICO众筹，是用区块链筹集资金，以便开发新型区块链社区的项目。

非营利组织

• 比尔及梅琳达·盖茨基金会《基层项目／Level One Project》旨在利用区块链技术帮助世界各地20亿缺乏银行账户的民众。
• 联合国世界粮食计划署的《区块建设／Building Blocks》旨在使粮食计划署越来越多的现金扶贫业务更快，更便宜，更安全。“区块建设”于2017年1月在巴基斯坦开展了现场试点工作，将在整个春季继续进行。2017年6月，该项目已经扩大到叙利亚等国，计划在2030年前在全球实现零饥饿。

去中心化的社会网络

1. 回馈项目（Backfeed project）正在基于区块链分布式自治系统，开发共识主动性创建和分配价值的社会网络。
2. 亚历山大项目（The Alexandria project）是一个基于区块链开发的去中心化图书馆网络。
3. 它自主（Tezos）是一个根据它代币（token）持有者们的投票结果，让电脑程序自我演变，来实现区块链自主的开发项目。比特币区块链是一个去中心化的加密货币和支付的金融自主体系。以太坊区块链在前者的基础上增加了去中心化的智能合约的法律自主体系。它自主将在前两者的基础上增加去中心化的电脑程序开发功能，以便建立社会管理自主权体系。

区块链数据库

甲骨文公司在Oracle Database 21c中，首次引入了区块链资料表功能。不过，Oracle Database的区块链不是去中心化。甲骨文称，中央化的区块链数据库较去中心化更高吞吐量及更少延迟交易问题。

黑客事故

区块链目前多用于民间自定义的各种虚拟货币领域，众多黑客事件也发生在这些场景，区块链本身可以确保记账内容万无一失但目前几乎都是不记名设计，所以谁能夺取账号文本就能声称为所有者，而民间公司保存账号的服务器防骇条件不一使此类“抢劫”行为提供可能性。

2018年

• 1月，日本数字货币交易所Coincheck遭黑客攻击，约价值超过5.34亿美元的NEM于平台上被非法转移。
• 2月11日，意大利加密货币交易所BitGrail遭黑客攻击，约价值1.7亿美元的NANO被盗。
• 4月22日，BeautyChain智能合约出现重大漏洞，黑客通过此漏洞无限生成代币，导致BEC的价值接近归零。
• 4月25日，SmartMesh出现疑似重大安全漏洞，宣布暂停所有SMT交易和转账直至另行通知，导致损失约1.4亿美金。
• 7月10日，以色列数字货币交易所Bancor遭黑客攻击，约价值超过23.5亿美元的ETH，NPXS，和BNT于平台上被非法转移。
• 7月25日，EOS Fomo 3D狼人游戏的游戏合约遭受溢出攻击，60686个EOS从奖励池中被盗取，导致部分奖励没有按照游戏规则奖励用户。EOS核心仲裁论坛（ECAF）对黑客进行仲裁后，冻结黑客EOS账户：eosfomoplay1。
• 9月20日，日本数字货币交易所Zaif遭黑客攻击，导致损失67亿日元（约6000万美元加密货币），其中包括5,966比特币。根据CNN报道指出，被盗金额约4000万美元属客户资金，另外2000万则属于交易所。
• 12月3日，EOS Dice3D黑客攻击，损失10569个EOS。黑客将被盗的EOS转至火币，Dice3D官方决定自费拿出部分EOS给予玩家作补偿。

2019年

• 2月22日，EOS42被黑客攻击，黑客利用EOS节点没有更新黑名单的漏洞去攻击系统，使EOS42损失二百万个EOS。这个安全事件发生后，EOS社群开始作防备措施，避免类似情况再出现。
• 3月30日，韩国加密货币交易所Bithumb遭到黑客入侵，超过300万EOS（约1270万美元）和2000万XRP（约620万美元）的资产被盗。
• 5月8日，全球最大加密货币交易所Binance发布公告表示，遭到黑客攻击，共计7000枚比特币遭窃，损失估计超过4000万美元。
• 7月12日，日本金融厅认证的合法加密货币交易所币宝（BitPoint），遭窃取上千颗比特币，各类加密货币合计损失高达35亿日元。而币宝台湾分公司从7月23日开始也全面暂停服务，所有用户不能交易加密货币外，连台币账户都无法提领。