区块链技术及其发展.docx
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SHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY
论文题目:
“区块链“技术及其发展
小组成员:
目录
摘要4
1区块链技术简介 5
1.1区块链兴起背景 5
1.1.1以银行为信任中心的货币体系 5
1.1.2以第三方机构为信任中心的网络交易 5
1.1.3基于区块链技术的比特币网络 6
1.2区块链基础技术 8
1.2.1区块链技术框架 8
1.2.2数据区块 8
1.2.3区块链的形式 9
1.2.4区块链数据交换方式 9
1.2.5完整的区块链数据流 10
1.3区块链的特点 11
1.3.1去中心化与去信任 11
1.3.2安全性与匿名性 11
1.3.3集体维护 12
1.4区块链应用领域 12
1.4.1数字货币 12
1.4.2公证审计 12
1.4.3数据存储 13
1.4.4金融交易 13
2区块链背后的信任问题讨论 14
2.1信任问题 14
2.1.1信任问题的定义 14
2.1.2中心化信任问题 14
2.1.3中心化信任产生的问题 16
2.2区块链技术解决信任问题的方法 17
2.2.1信任问题解决方法的探讨 17
2.2.2区块链也需要信任 18
2.3区块链技术解决信任问题的施行困难 19
2.4展望 20
3如何看待区块链的发展 21
3.1如何看待区块链的发展 21
3.1.1业内相关人士的态度 21
3.1.2银行对待区块链的态度 21
3.1.3政府对待区块链的态度 22
3.2如何对待类似“区块链”之类的新技术的兴起 23
参考文献 24
小组分工 25
摘要
区块链作为一种数字货币的底层技术,近几年来引发了全球的广泛关注,特别是在今年达到了一个关注的高潮,本文作为中国特色社会主义理论与实践课程课堂展示的课程报告,主要从区块链的技术简介,区块链背后的信任问题及如何看待区块链的发展三个部分对区块链技术及其背后的经济与社会问题进行了较全面的讨论。
关键词:
区块链数字货币去中心化信任问题
1区块链技术简介
1.1区块链兴起背景
1.1.1以银行为信任中心的货币体系
如果生活中没有银行的存在,那么我们人一人之间如何才能进行可靠、公平的交易呢?
在熟人之间可能会进行熟人之间的交易,但是如果要在陌生人之间呢?
在没有互信基础的团体之间呢?
很多时候,这种交易是很难完成的。
陌生人之间完全缺少必要的互信,双方之间都对对方保持不信任。
那么扩展到整个社会的交易关系,每个人形成了一个信任孤岛,整个社会形成了如下松散、无联系的关系图,社会经济也必然会衰败。
这也是所有的拜占庭将军问题,军队虽大,但是将军之间没有互信,最终也无法攻占一个小城池。
当银行的出现后,经济交易关系就不同了。
银行作为一个充分稳定、可信的第三方权威机构坐落于两两交易双方,此时银行就充当了陌生人交易之间的信任中介。
交易双方都是认同银行不可动摇的信用度,并将自己的资金流和银行交互,而银行作为一个中间人沟通陌生人之间的资金流,从而完成陌生人之间的可靠交易。
此时银行成了整个社会交易关系的中心点,每个人都和银行产生联系,进而间接的和其他人发生可靠的交易。
而至于银行发行的货币其实就是银行可靠信任度的代表,是银行信任的凭证。
1.1.2以第三方机构为信任中心的网络交易
当前互联网高速发展下,网络交易频繁、交易额巨大,这已经成为国家GDP重要组成部分。
保证网络交易的可靠就显得格外的重要。
当前的网络交易都需要依赖于第三方可信机构。
网络环境和现实环境下的交易关系是很相似的,卖家和买家之间缺少必要的可靠信任,那么设计到各自利益的交易就不是那么容易完成。
买卖双方的互信依赖于第三方机构的保证和维持。
买家将所需资金存储第三方可信机构,卖家在这个事件驱动下为买家提供商品、服务。
当双方都确定得到了双方开始的承诺,第三方机构完成资金流的转移,交易完成。
而这些第三方机构有:
微信、支付宝、网银、亚马逊美团、Uber等提供各种特定交易服务的平台。
1.1.3基于区块链技术的比特币网络
当前的共享经济严重依赖于第三方信任中心,这种高度集中的交易关系网络必然有自己的劣势:
1)过于集中。
集中式机构的安全性是比较弱的。
当外界对机构产生严重冲击,就容易崩溃,无法对外提供稳定的可用服务,容灾能力较差。
2)信任中心不是总是可靠的。
信任中心是有团体维护的,必然会内部人员出于自身利益而偷偷在机构内部发生攻击,损害用户利益。
同时信任中心可能会考虑自身整体利益采取极端措施。
3)增加交易成本。
基于第三方信任中心的交易为了提高信任度,必然要付出额外的信任代价,从而增加交易成本。
为了克服信任中心的劣势,学者中本聪在2009年发表文章《比特币:
一种点对点电子现金系统》,旨在发展一种去信任中心的完全分布式的点对点电子货币系统,比特币。
而区块链技术是比特币的底层基础技术,从此区块链和比特币走入大众视野。
从google搜索趋势看,在最近五年内,区块链技术的关注度迅速上升,在今年达到巅峰。
当前在各大互联网公司、证券交易所、银行等都开始发力区块链技术,抢占新技术的话语权。
另外从关注的区域看,欧美国家和俄罗斯对区块链技术的关注度很好,而中国的关注度较少,因此本小组决定介绍关于区块链的一些知识和看法。
1.2区块链基础技术
1.2.1区块链技术框架
区块链技术其实不是什么新技术。
就像乐高积木一样,形状不同的积木通过创造性的组合可以产生非常有艺术性的作品。
区块链是对现有成熟技术上的巧妙组合,从而构造出适合于分布式对等电子货币系统。
如下图所示是区块链技术的核心技术组成。
下面分别介绍。
1.2.2数据区块
区块链与书本起始是类似的。
区块链的区块对应于书本的一页纸。
页眉的标题对应于区块的区块头,描述了区块的整体信息;纸的具体内容对应于区块的去块体,描述了区块的具体交易信息;而页码对应于区块的数字签名,说明了区块在区块链中的相对位置。
下图是具体的区块的具体数据结构。
区块头包含了前区块数字签名,描述区块的相对位置;时间戳描述了本区块的产生时间,保证时序性;其他用于区块体数据的描述。
而区块体就是经过SHA256加密后的交易信息,其中第一个基础交易对应的资金流是对产生本区块的节点的奖励。
对整个区块进行SHA256加密得到区块的数字签名,用于区块链的链条构造。
1.2.3区块链的形式
书本通过页码将描述具体内容的页面串联起来,达到有意义的描述事物的意图。
区块链使用了相同的思想:
不同的区块内包含了不同的交易信息,将这些区块通过数字签名连接起来,完整描述了随着时间以来的交易记录。
区块链的本质是一串有序的、有具体意义的、可追溯的交易数据的集合。
1.2.4区块链数据交换方式
传统的互联网应用大部分是基于客户端/服务器(Client/Server)的模式进行设计的。
服务器存储所有必要的数据,客户端通过网络从服务器上存取所需数据。
但是区块链技术不采用这样的模式。
Utorrent,Bittorrent等文件共享软件使用对等网络(PeerToPeer)实现各个节点用户之间无中心节点的数据共享功能。
区块链也是基于这样的对等网络来时间数据交换的。
在对等网络中,没有中心节点,每个节点都可以充当服务器和客户端,区块链中所需要的数据部分或者全部存储到对等网络的各个节点,整个网络包含完整区块链的多个副本,达到了高度的数据冗余性,那么相对于传统的中心化C/S模式,就不太需要考虑数据损坏或者丢失带来的潜在风险。
1.2.5完整的区块链数据流
如下过程是区块链数据的完整流程:
1)用户产生交易信息后,将加密后的交易信息广播到对等网络中。
2)对等网络中的节点将交易信息保存到本地,验证数据有效性后,添加到自己创建的区块。
3)节点不断的产生随机数解决特定的数学问题(双SHA256),直到得到满足要求的随机数。
4)节点将自己计算得到的满足要求的区块数据广播到对等网络中,其他节点进行区块的验证。
5)在所有产生的区块中,选择工作量最大(ProofofWork)的区块数据链入到主区块链中,网络中其他节点同步主链数据。
1.3区块链的特点
1.3.1去中心化与去信任
区块链技术是基于对等网络的,网络中没有中心化节点,所有节点都可以直接进行通讯而不需要经过某个中心节点。
这样就克服了中心化节点的过度集中带来的不安全性;另外,通信的双方的互信是基于一个整个网络都认同的共识算法,因此所谓的去信任不是完全的去信任,而是去信任中心而转变为信任通用的、集体认同的共识算法
1.3.2安全性与匿名性
1)密码学的SHA256算法保证交易信息的匿名性,不可逆推。
2)时间戳保证数据的时序性,可以有效的得到从特定时间到现在的详细交易信息,保证可追溯性。
3)奖励机制:
每生成一个区块,整个对等网络会产生一个包含特定比特币的交易来奖励生成该区块的节点,后期比特币达到饱和后,则通过奖励交易税收来进行奖励,保证了对等网络节点积极参与数据的验证和区块的产生。
4)计算能力(PoW):
通过奖励机制,对等网络会包含成千上万的分布式节点,总的计算能力是非常强大。
就目前的比特币网络来说,网络的的整体计算能力远远超过了Top500超级计算机的计算能力总和。
为了达到伪造或者篡改数据,攻击者至少要超过整体网络一半的计算能力,优先在网络产生若干个新的区块链入到主链才能起到攻击的效果。
但是这样的攻击需要非常大的代价的。
1.3.3集体维护
新产生的区块需要经过对等网络大部分节点验证数据有效性,保证区块链数据的冗余性和一致性,这种集体维护防止了集权式的管理可能带来的专政。
大大提高了数据的透明度和可靠性。
1.4区块链应用领域
1.4.1数字货币
当前全球数字加密货币超过300多种,而这些大都是在区块链技术基础上的。
比较出名的是比特币、以太币、瑞波币等。
排名第一的比特币目前市场占有率就超过100多亿美元,可见区块链技术的潜在市场价值非常庞大。
1.4.2公证审计
区块链数据带有时间戳、由共识节点共同验证和记录、不可篡改和伪造,这些特点使得区块链可广泛应用于各类数据公证和审计场景。
例如区块链可以永久地安全存储由政府机构核发的各类许可证、登记表、执照、证明、认证和记录等,并可在任意时间点方便地证明某项数据的存在性和一定程度上的真实性。
1.4.3数据存储
区块链的高冗余存储(每个节点存储一份数据)、去中心化、高安全性和隐私保护等特点使其特别适合存储和保护重要隐私数据,以避免因中心化机构遭受攻击或权限管理不当而造成的大规模数据丢失或泄露。
目前,利用区块链来存储个人健康数据(如电子病历、基因数据等)是极具前景的应用领域。
1.4.4金融交易
区块链技术与金融市场应用有非常高的契合度。
区块链可以在去中心化系统中自发地产生信用,能够建立无中心机构信用背书的金融市场,从而在很大程度上实现了金融脱媒,这对第三方支付、资金托管等存在中介机构的商业模式来说是颠覆性的变革;在互联网金融领域,区块链特别适合或者已经应用于股权众筹、P2P网络借贷和互联网保险等商业模式;证券和银行业务也是区块链的重要应用领域,传统证券交易需要经过中央结算机构、银行、证券公司和交易所等中心机构的多重协调,而利用区块链自动化智能合约和可编程的特点,能够极大地降低成本和提高效率,避免繁琐的中心化清算交割过程,实现方便快捷的金融产品交易。
2区块链背后的信任问题讨论
2.1信任问题
2.1.1信任问题的定义
信任是相信对方是诚实、可信赖、正直的。
由于信任概念过于抽象,然而本文是基于区块链上讨论的信任问题,同时,由于区块链现多应用于金融活动方面,故本文着重在金融活动上讨论信任问题。
2.1.2中心化信任问题
现代金融领域的中心化信任问题主要体现在以下三个方面:
货币交换过程、金融监管领域、新兴互联网经济领域。
(1)货币交换
货币交换是金融活动中基本的组成单元。
在货币交换中,对于账本或者交易的共同信任实现了货币交换的过程。
图2-1现代货币交换过程
如图2-1所示,现代货币交换中,交换双方需要借助第三方公信机构(例如:
银行、支付宝等),转账人申请转账给被转账人,公信机构向被转帐人确认后,将储存于本地的账单进行改写即完成货币交换过程。
将上述过程扩展成多个个体之间的交易即得到了如下图2-2中所示的基于中心化信任的货币交换过程。
图2-2基于中心化信任的货币交换示意图
(2)金融监管领域
金融活动中的监管,包括产品登记、信息披露、资金托管,都是解决信任问题,实际上都是通过第三方公信机构来完成,均是一种中心化的信任建立。
当代中国金融领域的监管绝大部分通过以下四个机构进行:
中国人民银行、中国银监会、中国证监会、中国保监会。
中国人民银行(ThePeople'sBankOfChina,英文简称PBOC),简称央行,是中华人民共和国的中央银行,中华人民共和国国务院组成部门。
在国务院领导下,制定和执行货币政策,防范和化解金融风险,维护金融稳定。
中国银行业监督管理委员会(ChinaBankingRegulatoryCommission,英文简称CBRC)成立于2003年4月25日,是国务院直属正部级事业单位。
根据国务院授权,统一监督管理银行、金融资产管理公司、信托投资公司及其他存款类金融机构,维护银行业的合法、稳健运行。
中国证监会为国务院直属正部级事业单位,依照法律、法规和国务院授权,统一监督管理全国证券期货市场,维护证券期货市场秩序,保障其合法运行。
中国保险监督管理委员会成立于1998年11月18日,其基本目的是为了深化金融体制改革,进一步防范和化解金融风险,根据国务院授权履行行政管理职能,依照法律、法规统一监督和管理保险市场。
上述四个金融监管领域的机构通过国家权力的授予得到社会所有成员的信任,以中心化信任的方式对货币交换和金融活动进行监管。
(3)新兴互联网经济
新兴的互联网金融活动也正是基于互联网解决了交易双方的信任问题才得以发展。
图2-3列出了一些新兴互联网金融代表公司、机构,例如:
阿里巴巴,解决了卖家与买家之间的信任问题,使得电子商务得以发展;共享经济(uber、airbnb、滴滴等)作为一个第三方机构,解决了交易双方的信任问题,使得自身在相应领域取得近乎垄断式发展。
图2-3新兴互联网金融代表公司
2.1.3中心化信任产生的问题
(1)安全性问题:
如图2-4所示,第三方公信系统的记录一旦被篡改,将无法被纠正,即使有备份记录,交易双方也会由于无法完全相信其中的一方而无法达成一致。
图2-4账单不一致的安全性问题
(2)费用成本问题:
如图2-5所示,通过第三方公信系统会产生额外的费用,成本过高。
这些成本最终将以各种形式由每个用户进行承担。
图2-5中心化信任机构产生的费用成本问题
(3)时间成本问题:
如图2-6所示,在跨境交易时,交易的清算和结算都需要经过第三方,而不是直接由交易双方完成,时间成本较高。
图2-6跨境交易产生的时间成本问题
2.2区块链技术解决信任问题的方法
2.2.1信任问题解决方法的探讨
(1)安全性问题:
分布式账本存储
如图2-7所示,每个用户的计算机都被视作一个账本记录区块,如果某些区块的某条记录被篡改,但是与其他区块的记录相矛盾,该条记录会被更正。
进一步,如果需要篡改某条信息,则至少需要篡改50%以上区块的该条信息,显然这样的代价几乎是不可能实现的。
图2-7分布式账本存储示意图
(2)费用成本问题:
共识算法共同管理
如图2-8所示,将每个存储账本的用户的计算机当作存储设备,此设备由用户自身进行维护,这样相比于中心化信任过程机房设备和维护的费用都能几乎降为0。
(a)
(b)
图2-8费用成本问题解决方法
(3)时间成本问题:
互联网直接对接交易双方
如图2-9所示,所有交易直接通过互联网进行,无需经过清算、结算中心,既避免了错误产生后人工更正的时间,又将交易双方直接相连接,节省了交易时间。
例如:
加拿大最大的银行之一ATBFinancial,在2016年7月14日宣布成功利用SAP和Ripple公司的技术,用20秒的时间将1000加元发送给了德国,而这样的支付一般需要6个工作日来完成。
图2-9互联网直接对接跨境交易双方
2.2.2区块链也需要信任
我们经常会看到一些文章观点认为区块链是要“去信用”,其实,区块链是通过共识算法建立信任,通过各个节点之间的共识保证交易的正确性。
通过数学、算法以低成本建立信任,而不是“去信用”。
只不过人与人之间的数字资产交易不需要两个人相互认识,或者是相互有信任关系,也不需要第三方信用机构,只需要大家信任区块链这个可信网络即可。
它的实质不是不受监管无需信用,而是让社会共同监管,即社会共治,以代替某一个机构单发证书,不是由某一个个别机构去证明你是谁,而是社会共同的认证你是谁。
“社会共同认证”实质上也正是信任的来源,区块链让信任回归了它原来应该有的状态。
2.3区块链技术解决信任问题的施行困难
(1)在基于区块链技术的比特币系统中限制的每秒交易量为7次,这一限制目前还无法更改,如图2-10所示,这与VISA和支付宝每秒数万次的交易负荷是无法比拟的。
图2-10比特币、VISA、双十一支付宝单位时间交易量对比
(2)区块链技术本身决定了每一笔交易的信息都会传递给所有人,所有人都在使用大量带宽来传递可能与他完全不相关的信息,产生了网络资源浪费。
这一浪费在目前的互联网和带宽条件下虽然是可以承受的,但随着区块链体量的逐步扩大,浪费会以几何倍数增长。
如图2-11所示,随着区块(节点)数的增加,传递的相关信息在传递的所有信息中占比急剧减小。
图2-11相关信息传递比例与区块节点数增加的关系
(3)区块链技术中,账簿会随着交易逐步扩大,节点(用户)需要用越来越庞大的存储空间来记录账簿。
如图2-12所示,随着账簿的逐步扩大,会给新节点(用户)的加入和整体账簿的更新换代造成影响。
图2-12加入区块示意图
2.4展望
(1)类比计算机技术的发展过程,区块链的发展必然有一个迭代演变的过程。
(2)市场的成熟、用户习惯的培养还需要时间。
(3)亟待有关区块链相关标准的出台,以对新技术的应用进行监管。
3如何看待区块链的发展
3.1如何看待区块链的发展
3.1.1业内相关人士的态度
从市场反映来看,国内资本市场对区块链技术企业表现出浓厚兴趣。
龚鸣是国内最早一批的区块链投资人,曾参与创作了《数字货币》,《区块链:
新经济蓝图及导读》等多部区块链作品,并创办了区块链信息门户网站——“区块链铅笔”。
龚鸣表示,“在比特币泡沫破裂之后,作为比特币底层技术的区块链却意外成为“明星”。
传统金融机构希望借助区块链技术赶超互联网企业,创业公司更是将其当作一个新的风口。
“2000年互联网泡沫造就了谷歌、雅虎等一批伟大的互联网企业,这也说明只有资本的进驻,才能带来技术的快速增长;从这个角度而言,我希望区块链能有这样一场泡沫。
”万向集团副董事长肖风表示。
在应用层面,从BAT这样的互联网巨头到银行再到创业公司,区块链的应用场景也在不断丰富。
蚂蚁金服以公益为突破口,童玲告诉记者,以往捐款进入公益项目账户之后就无法追踪。
利用区块链技术,每一笔款项的生命周期都可以记录在区块链上,让捐款人可以持续追溯。
“我们正在构建的区块链平台,在蚂蚁多年的分布式架构能力基础上,增加可信网络能力,预计支持大规模交易的区块链平台将于年内推出。
”
可见,业内人士认为区块链是金融行业发展的新的突破口,认为其发展空间可以与互联网媲美。
只要把握好时机,选择合适的切入方向,区块链带来的将是新一代的经济技术革命。
任何新兴事物的发展都离不开资本的大量进驻,经济促进新技术的发展,同时新技术的发展壮大又对经济起到了促进作用,两者是相辅相成的。
大家都期待着有更多资金政策的支持促进区块链的发展。
3.1.2银行对待区块链的态度
区块链技术,已成为各国政策制定者们关注的焦点。
今年9月,美联储主席耶伦透露美国央行正在研究区块链技术。
10月,欧洲议会智库发布了关于区块链基础的讨论文件。
在亚洲,印度储备银行正在推动银行开发数字货币和分布式分类账的应用程序;新加坡金管局11月宣布,将与新加坡证券交易所和8家本土及外资银行启动试点项目,运用区块链技术进行包括跨境外币交易在内的银行间支付。
在中国,近日,民生银行正式宣布加入R3区块链联盟,成为继中国平安、招商银行、中国外汇交易中心之后,第4家也加入R3的内地金融机构。
11月9日央行官网的一则招聘信息显示,希望找到若干数字货币开发专家,“最好能拥有与区块链科技相关的研发经验”。
央行科技司副司长兼数字货币研究所筹备组组长姚前表示:
“央行发行法定数字货币的原型方案已完成两轮修订,未来有望在票据市场等相对封闭的应用场景先行先试。
作为最早为支持比特币形成和流通而推出的一项技术,区块链已被视为下一代价值互联网的基本协议之一。
各大银行都争先制定相应的政策支持区块链的发展,并希望抓住这次机遇,带来新一轮的技术创新。
但是由于还处于初期的起步阶段,区块链技术在大规模运用方面目前仍存在诸多问题,应用仍在探索阶段,还存在发展和完善的空间。
3.1.3政府对待区块链的态度
在前比特币时期,德国,英国,美国,法国,日本,加拿大等国家对比特币持肯定积极的态度,而泰国,俄罗斯,中国,韩国,荷兰等国家则表示比特币不具有货币属性,会给经济带来不可挽回的动荡。
有的国家甚至下达法律规定禁止使用比特币。
可以看出,在发展初期,对比特币持积极态度的大多数是发达国家,而发展中国家大多不看好比特币。
有些国家视比特币为洪水猛兽,拒之门外;而有些国家则开门揖客;其余的大都持观望态度。
究其原因,需要从比特币自身出发,它最大的特点就是去中心化,这意味着它不能被某个国家或团体所掌控,这对于某些本国货币强势的国家来说是万万不能接受的。
有的国家虽然一向不看好比特币,但是对比特币所用的区块链技术的立场反差却很大。
韩国从2015年起自上而下地进行区块链创新;俄罗斯对区块链的态度由强硬趋于缓和;澳大利亚在多领域探索区块链技术,在身份识别,交易,政治方面均有涉及;美国国土安全部对6家致力于政府区块链应用开发的公司补贴发放补贴,以便让企业研究政府的数据分析,连接设备和区块链;中国央行行长周小川指出,数字货币必须由央行发行,区块链是可选的技术。
3.2如何对待类似“区块链”之类的新技术的兴起
众所周知,新技术的发展有助于实现经济高质量增长。
新技术的出现是社会经济发展和科学技术进步的必然结果,也将会随着经济科技的前进而不断地发展和完善,新技术本身与原有技术相比,更具有竞争力,而不同的新技术之间也存在着竞争。
然而,新技术的实施也同样具有风险性。
因此,政府在新技术的推广应用中的决策和推动作用显得尤为重要。
政府要给新技术的发展带来的空间让路,要给其提供一种政策支持,在和传统的利益主体进行冲突的时候,政府在制定战略的时候,应防止传统的立足体对新生事物利用传统的政策优势进行打压,完善相关的法律法规,提供新技术发展
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