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[新书]《区块链技术进阶指南》精华摘录

2020-05-12 14:33:56作者:ZIXUN来源:白话区块链
本文摘自于《区块链技术进阶指南》,经出版方授权发布

区块链简史

本文摘自于火币中国出品、火币区块链研究院一线技术专家撰写《区块链技术进阶指南》一书,火币集团董事长李林、新加坡国立大学教授黄铭均、北京大学教授陈钟、清华大学教授徐恪等领域顶级专家推荐。本文就区块链发展历史做出了详细梳理。

1、区块链的史前时代

1.1密码朋克社区

“财政大臣正处于第二次救助银行的边缘”——这则2009年1月3日的《泰晤士报》头版新闻被永久地记录在了比特币区块链的创世区块上,这意味着区块链的海啸巨浪已经完全就绪,即将席卷全球。

海啸一般是由海底地震引起的,在掀起区块链滔天大浪之前的16年,这次海底地震就已经在酝酿了。1992年,三位密码学极客Eric Hughes、Timothy C. May和John Gilmore共同发起了大名鼎鼎的密码朋克(Cypherpunk),并在随后的10多年中,持续地影响着密码社区的爱好者。

但是此时此刻,距离中本聪完成白皮书的时间还有十几年,在这个“区块链的史前时代”,又发生了哪些故事呢?还要从Hashcash说起。

Hashcash是一种依靠工作量证明的算法,它最初的用途是防止垃圾邮件的滥发。它的创造者是英国密码学家Adam Back—密码朋克邮件组中的一员。和此前提到的诸多相对陌生的名字不同,Adam Back在区块链行业至今仍大名鼎鼎,因为他创建了Blockstream。而Blockstream公司主导设计了比特币的Liquid侧链和闪电网络,并且是比特币隔离见证技术Segwit的重要推动者。

1.2、经济危机与比特币诞生前夜

2008年下半年是一个相当难熬的时间段。2008年9月15日,当时负债数千亿美元的美国顶级投行—雷曼兄弟正式宣布破产!而这次破产非但没有让美国的次贷危机画上句号,反而愈演愈烈。由房价持续上涨引出的垃圾债务,像连环炸弹一样在传统金融秩序下世界的每一个角落接连炸响。

金融危机从美国爆发,很快蔓延到全世界。英国也不例外,在2008年的这次金融危机中,英国几大银行损失惨重。在雷曼兄弟破产后的不到一个月时间里,拥有NatWest、Direct Line和Coutts的苏格兰皇家银行股价下跌近40%,跌至15年来的最低点。其股票市值在过去一年中下降了80%以上。其他银行的股价也全部急剧下跌,HBOS下跌41.54%,劳埃德TSB下跌12.93%,巴克莱银行下跌9.24%。

时任英国财政大臣的Alistair Darling不得不做出一个救助计划,那就是通过政府去救助这些银行,计划拿出500亿英镑去购买银行的优先股,然后拿出2500亿英镑去承销这些银行的中长期债务。但是,在当时来看,这第一轮救助并不足以将满身疮痍的银行业拉回健康线以上,全球危机还在继续发酵,这是全球传统银行秩序下的一个恶疾,任何单一地区和机构都无法阻挡滚滚的寒冬潮流。

2008年10月31日是值得永久铭记的一天,密码朋克邮件组中的很多成员收到了一封邮件,正是《比特币:一种点对点的电子现金系统》,和很多人猜想的不同,这封白皮书在当时并没有掀起轩然大波或者被顶礼膜拜,因为它只是站在巨人肩膀上的另一次尝试。

Hal Finney是最欣赏比特币的一位密码朋克成员,他给了中本聪很多建议。为此,后来中本聪还专门转给了Hal 10枚比特币,完成了比特币历史上第一笔转账。加密社区似乎欣欣向荣,但是传统世界就没那么好过了。

2009年的到来没能给寒冬带来温暖的气息,很快第一轮救助的支撑开始乏力,财政大臣Alistair Darling不得不考虑第二次财政救助。于是在2009年1月3日《泰晤士报》的头版头条上刊登了一篇文章,文章的标题正是本章开头提到的:财政大臣正处于第二次救助银行的边缘。

传统金融界的寡头和政客们此时正焦头烂额,但是中本聪却悠闲地把这则新闻记录在比特币的创世区块上。没错,有可能颠覆传统金融的新技术,即本书的主角—区块链正式睁开了双眼,即将席卷全球的滔天巨浪登场了!

2、公有链的澎湃浪潮

2.1 中本聪的星星之火

第一个点亮火焰的是中本聪,至今人们对他仍然一无所知,甚至不知道他是一个人,抑或是一个团体。中本聪(Satoshi Nakamoto)这个英文写出的日本名字,发音取自日本最常见的姓和名,对应到中文,中本聪这个名字类似于张伟、李强等。

就是这样一个完全匿名的、游离在现实世界之外的中本聪,在发布了《比特币白皮书》后,开始在黑暗中默默地摸索。2009年1月3日,比特币的软件客户端终于调试完毕,中本聪挖掘出了高度为0的比特币创世区块,在黑暗的雨林里点亮了第一束火光。

最开始的道路是昏暗的,很多推测都认为,在比特币的最开始阶段,只有中本聪的一台电脑在孤独地进行比特币挖矿,维持着比特币网络的运转。从很多途径都可以侧面印证这一点,比如比特币的挖矿难度直到2010年年初才出现第一次较大的增长,如图1-4所示。

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比特币全网难度示意图(来源:btc.com)

第一个认可并帮助中本聪的人,正是密码学学者、PGP加密的早期开发者Hal Finney。从2013年Hal Finney在Bitcointalk论坛撰写的回忆录[9]中可知,他推断自己可能是第二个运行比特币客户端的人,并在后面收到了中本聪发送来的10枚比特币,因此他也确定自己是第一个收到比特币的人。当然,这也是人类第一次尝试用去中介的方式给他人转账成功。中本聪的一小步,是区块链的一大步。

这一步是很关键的,在比特币诞生前,很多关于加密货币的想法都没有走到这一步。这一步意味着一个最基本的概念—点对点的电子现金系统实现了。资产在链上自由地转移,只受私钥掌控者的控制,不受其他任何干扰和审查,这件事自然意义非凡。

2.2 最早的加密货币和区块链社区

有了第一次链上交易,就会有第二次、第三次。为了能和更多人交流比特币,中本聪建立了一个SourceForge论坛,用于讨论比特币。随后于2009年11月迁移到了Bitcointalk.com。建立论坛是一个非常正确的决定,因为后来在Bitcointalk上诞生了无数天才的想法,并且时至今日,Bitcointalk仍然是全世界最活跃的加密货币论坛之一。

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在Bitcointalk上仍然可以搜到中本聪的账户(来源:Bitcointalk.org)

Bitcointalk是比特币通往成功的重要原因之一,它是最早的区块链和加密货币社区,也是迄今为止最大的加密货币社区。在Bitcointalk上,板块涉及很广,不仅包括对比特币技术的探讨,也讨论投机(Speculation)和经济(economics),除此之外,还有竞争币(俗称“山寨币”,英文为Altcoin)的专区。而且随着比特币的声名远扬,Bitcointalk还有各种语言的本地站,如Bitcointalk中文区就出现了很多著名帖子,影响着后来一批又一批极客。

时至今日,很多评论员认为一个新的区块链项目的成功一定要有三驾马车:底层技术过关;经济模型正确;庞大社区支持。比特币的第一驾和第二驾马车都来源于密码朋克的灵感,而第三驾马车就是从Bitcointalk开始的。

Bitcointalk论坛中诞生了无数可能,支持者和将信将疑者对比特币模型进行激烈的交锋,开发者和用户群体为技术改进做出不懈的尝试。这个看似小众圈子的讨论量和精彩程度,和传统世界的各大论坛相比也不遑多让。

3、联盟链的汹涌波涛

3.1 R3联盟:区块链金融应用领域的务实派

2015年9月15日,世界上最大的分布式账本联盟组织R3区块链联盟(以下简称R3)成立,其致力于研究和发现区块链技术在金融业中的应用。R3吸引了众多银行加入,截至2015年年底,陆续有42家世界顶级银行加入,包括巴克莱、瑞士信贷、摩根士丹利、高盛、汇丰、ING等。

R3为什么会吸引了这么多顶级银行纷纷加入呢?首先,创始人的背景和人脉是重要原因。R3背后的公司R3 CEV 早在2014年就已经成立,创始人都是传统金融行业的翘楚,拥有众多银行资源。创始人兼CEO David Rutter有30年华尔街顶级机构从业经验,曾经是电子经纪商ICAP Plc的CEO,旗下BrokerTec固定收益交易平台和EBS外汇交易平台是世界上最大的两个电子化OTC交易平台。联合创始人兼CFO Jesse Edwards曾是一位服务于多家大型国际金融机构和金融技术公司的投资银行家。联合创始人兼CMO Todd McDonald曾在渣打银行担任集团总经理14年,担任过全球电子外汇交易主管和美洲外汇主管等职务。

其次,对银行业进行区块链的探索是R3的主要愿景。我们知道金融行业(特别是银行业)的需求有特殊性,必须建立在现有的经济法律框架内,既要做到一定的保密性,又要满足复杂的金融监管标准。于是R3针对银行业需求,展开了对区块链技术的测试,探索适合银行的应用落地。

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R3的银行资源

R3联盟可谓区块链金融应用领域的务实派,成立仅半年,就已经组织进行了多次区块链交易测试,探究在金融业如何应用区块链,具体应用场景包括电子交易、商业票据签发和票据赎回等。

在这里跟大家分享两个比较有名的测试。

l2016年1月20日,R3联盟宣布进行了首个区块链实验。11家银行参加了此次测试,包括巴克莱银行、BMO金融集团、瑞士信贷银行、澳大利亚联邦银行、汇丰银行、法国外贸银行、苏格兰皇家银行、道明银行、UBS瑞银、意大利联合信贷银行以及富国银行。实验参与者用标记化的资产测试了以太坊的区块链技术系统,从而探索区块链技术在全球私有网络中实时执行金融交易的可能性。

l2016年3月3日,R3宣布联盟成员中已有40家银行成员参与测试了五种不同的区块链基础架构,包括以太坊、Chain、Eris Industries、IBM和Intel的产品,用于发行、交易和赎回固定收益产品。实验参与者评估每项技术如何运行智能合约执行金融交易,帮助发布、二次交易和赎回商业票据等。Microsoft Azure、IBM Cloud和Amazon AWS提供硬件方面的支持。

在不断的测试实践中,2016年4月5日,R3创建了一个名为Corda的分布式账本平台,该平台专门为金融机构设计,用于记录、管理、同步金融机构间的合约。

Corda的设计灵感与联盟成员的经历息息相关,包括Todd Boyle和Ian Grigg在其论文中关于三式会计(Triple Entry Accounting)的介绍;同时深受区块链系统的启发,包括已有分布式账本平台(例如比特币和以太坊)。在此基础之上Corda又有不少的改进,比如在Corda中数据并非完全公开,只有参与的主体才能看到数据的细节;为了方便监管层的介入,Corda专门预留了监管节点;Corda的系统还明确了自身计算机代码规律和人类法律的关系。总之,Corda摒弃了很多传统区块链设计,更加适用于当前的金融场景。

以往,每个金融机构都以自己的方式维护记录客户和合作方信息的账本,如图1-32所示但我们发现记录的角度不同会导致账本信息不一致,对同一笔交易双方认知存在偏差,若机构之间想进行对账、核算、纠错等操作,将面临巨大的花费。Corda的到来提供了一个新的机遇,下面将Corda在白皮书中表达的愿景翻译成中文:

“我们的愿景是希望构建机构间安全地共享记录的权威性系统。通过建立和完善一个记录金融事务和处理商业逻辑的共享平台,为金融组织间的经济往来创造条件:一个具有权威性可记录企业间所有协议的唯一全局逻辑账本。这种架构将会为业界建立全新的共享平台,在该平台上,新加入者和第三方可以竞相发布创新式的产品和服务。”正如R3的首席工程师詹姆斯·卡莱尔(James Carlyle)在接受路透社采访时所说:“我们希望其他银行和其他各方利用平台上的产品进行创新,但不希望每个人都创建自己的平台……因为我们最终会遇到许多无法沟通的障碍,如果在一个平台上有很多产品,那么我们会得到一些更像互联网的东西,可以继续创新,并且可以相互沟通。”

Corda的设计思路对后面讲到的Hyperledger Fabric有一定影响,它也参与了对后者的建设。

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世界上的参与者如何共享和管理自己的记录

3.2 Hyperledger Project:区块链金融应用领域的技术派

Hyperledger Project,即超级账本项目,以下简称Hyperledger,于2016年2月正式创立,是Linux基金会主导的推进区块链数字技术和交易验证的开源项目,旨在构建一个面向企业应用场景的开源分布式账本技术平台,成为跨行业的区块链技术标准,如图1-33所示。

Hyperledger的前身是开放式账本项目(Open Ledger Project),由Linux基金会组织于2015年12月发起,最初是想用来改善比特币的底层技术,同年年底,IBM宣布加入该项目,并为项目取了一个响亮的名字—超级账本。

一个项目的成功与否与项目领导者息息相关。2016年5月,为人所瞩目的布莱恩·贝伦多夫(Brian Behlendorf)加入Linux基金会并被指定为执行总监,主管开源区块链项目Hyperledger的开发和运作。

Linux基金会主管吉姆·泽姆林(Jim Zemlin)对他寄予厚望:“布莱恩对开源软件的贡献彻底改变了Web开发。而如今,他也将为近10年来最有前景的技术—区块链做出同样的贡献。布莱恩对开源软件的知识储备和技术敏锐度会使超级账本项目成长为超越任何独立社区的存在,成为分布式账本技术的行业标杆。”

这么厉害的人物,到底是什么来头呢?

布莱恩·贝伦多夫被人们尊称为Apache之父,是著名开源软件组织—Apache软件基金会的首任理事长及创始人之一,其工作成果被万维网上超过一半的网站使用,为早期的万维网打下了牢固的基础。

MIT媒体实验室的主管伊藤穰一(Joi Ito)对布莱恩赞誉有加,他们认识已有20多年,他说布莱恩在自己的专业领域从未失败过。

事实证明,布莱恩没有让人失望。他在接受任命后立即帮助社区制定战略。同年9月,他提出了Hyperledger伞形架构(The Hyperledger Umbrella St-rategy)的商业区块链愿景。在2016~2017年里,Hyperledger技术指导委员会新增了7个商业级区块链代码库。企业会员和准会员扩至200余名。在Linux基金会发起的超过70个开源组织中,Hyperledger是增长最快的项目。

在2017年11月的一封公开信中,布莱恩表达了他对Hyperledger项目的愿景,他希望该项目成为软件开发者社区构建开源区块链和相关技术的摇篮—类似早期的Apache Web服务器和Mozilla火狐浏览器。

布莱恩的愿景逐步被实现。他一直认为要由软件开发者社区构建区块链框架和平台,同时开放源代码、协作式软件开发方法将有助于区块链技术被主流商业采用。Hyperledger最早公开了自己的代码。随后众多企业陆续在HyperLedger平台上贡献、提交了自己的代码,行业覆盖金融、银行、物联网、供应链、制造、科技等,企业包括埃森哲、IBM、英特尔、R3、摩根大通、荷兰银行、巴黎银行、思科、三星等。目前有超过250个不同组织的合作平台,其中在中国已经超过50个,包括中信银行、招商银行、民生银行、百度等。

目前,Hyperledger平台上已拥有众多子项目,可以将其分为两大类,即Hyp-erledger基础设施(Framework)和Hyperledger工具(Tool)。

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Hyperledger架构图

该平台上最活跃、最被认可的当属基础设施项目Hyperledger Fabric。该项目在2016年3月21日的F2F黑客马拉松中脱颖而出,其团队来自Digital Asset、Blockstream的libconsensus、IBM的OpenBlockchain,旨在推出企业级区块链开源架构方案。和其他公有区块链平台最大的不同之处在于,Hyper-ledger Fabric是私有的并且需要授权才能接入。

Hyperledger Fabric是第一个支持以通用语言编写智能合约的区块链平台,可以使用Java、node.js和Go语言来编写智能合约。Hyperledger Fabric中的智能合约称为链码(chain code)。

在联盟链的业务需求中,至关重要的是对于数据隐私保护的要求。那么如何在保证“区块链同一个账本”的前提下,保护交易数据隐私呢?Hyperledger Fabric借鉴了前面介绍的Corda项目的思想,并提出了自己的解决方案。在Fabric的架构中,一方面是利用PKI技术来对交易方身份与交易数据进行加密,另一方面是利用节点对交易数据进行访问控制,实现交易数据的权限隔离。同时Fabric为参与者提供建立channel的功能,只有在同一个channel中的参与者才能看到账本,而其他不在channel中的参与者看不到账本。

3.3 国内知名区块链联盟

眼看着国外区块链发展如火如荼,国内各大金融机构、企业等相继组成区块链联盟,共同探究区块链技术的应用。早期的几家联盟组织包括:位于中国互联网核心腹地的中关村区块链产业联盟、由11家机构共同发起的中国分布式总账基础协议联盟(ChinaLedger联盟)、由20余家金融机构联合成立的金融区块链合作联盟(深圳)(金链盟)、寻求与微金融结合点的区块链微金融产业联盟、由深圳前海管理局主导的前海国际区块链生态圈联盟、位于陆家嘴的陆家嘴区块链金融发展联盟等。这里主要介绍两个知名的联盟。

中国分布式总账基础协议联盟(ChinaLedger联盟)

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一个声称要复制“R3模式”的联盟于2016年4月19日成立,全称为中国分布式总账基础协议联盟(ChinaLedger联盟)。ChinaLedger联盟的主要任务是结合中国政策法规和中国金融行业独特的业务逻辑,共同合作研究区块链技术,以使其符合中国的政策法规、国家标准、业务逻辑和使用习惯。ChinaLedger联盟的成员由中证机构间报价系统股份有限公司、浙江股权交易中心、乐视金融、万向区块链实验室等11家单位组成[40]。

金融区块链合作联盟(深圳)(金链盟)

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随后一个号称“中国的R3”的区块链联盟于2016年5月31日宣布成立,全称为金融区块链合作联盟(深圳),简称金链盟。金链盟聚焦于区块链在金融方面的应用,它是由深圳市金融科技协会、深圳前海微众银行、深证通、腾讯、华为、中科院等20余家金融机构、科技企业、学术机构等组成的非营利性组织。至今,金链盟成员已涵盖银行、基金、证券、保险、地方股权交易平台、科技公司六大类行业的100余家机构。

2017年,金链盟推出FISCO BCOS开源平台,旨在聚焦区块链应用场景的落地,覆盖范围包括以交易清结算、供应链金融、数据存证、征信、场外市场等为代表的金融应用领域,以及司法仲裁、文化版权、娱乐游戏、社会管理、政务服务等其他行业应用领域。

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FISCO BCOS首批成员

联盟链的出现为企业级的区块链提供了和公有链迥然不同的解决方案,与公有链相比,联盟链更加便宜、更加可控,而且没有合规风险,但它不够去中心化。

知史以鉴未来,我们从密码朋克社区写到公有链和联盟链最新一年的变化,从中能够看到人们对于区块链的诉求发生的变化,以及技术的升级,了解技术变迁的来龙去脉之后才能真正了解技术本身,希望本章内容能起到抛砖引玉的作用,帮助更多的人了解区块链技术。

本文摘自于《区块链技术进阶指南》,经出版方授权发布。

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