区块链应用专题分析报告.pdf

本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 1 页 / 共 32 页 分析师 :王哲 执业证书编号： S0730516120001 wangzheccnew 021-50588666-8136 研究助理 :赵志浩 zhaozhccnew 021-50588666-8033 区块链 前瞻之从基础到应用 区块链专题 证券研究报告 -策略专题 发布日期： 2018 年 03 月 29 日 联系人： 叶英刚 电话： 021-50588666-8135 传真： 021-50587779 地址： 上海浦东新区世纪大道 1600 号 18 楼 邮编： 200122 投资要点 : 什么是区块链？从 定义 上看 ：一种以某种共识信任机制存在的去中心化（低成本）、不可修改的、加密的分布式信息或者说账本存储。核心：（ 1）去中心化；（ 2）加密；（ 3）信息数据分布式存储；（ 4）以某种共识机制信任机制所存在。 从技术角度看，区块链 是无数区块连接起来形成的链，每一个区块上面都有前一信息、本区块信息、时间和交易信息等，以加密的形式映射出特定的哈希值（ Hash），以此来保存和连接信息形成链。 ICO 首次代币募集，以代币（ Token）取代股权为初创企业募集资金的形式。 ICO 的形式新颖，在区块链技术火热的带动下迅速发展，但ICO 利益链条复杂、项目失败率高、不透明、过度炒作等问题给投资者带来了极大的风险。 政府的监管态度对区块链技术和数字货币的发展至关重要， 各国政府 对于数字货币的监管主要在（ 1）数字货币交易所； （ 2） ICO融资的乱象；（ 3）资本市场区块链炒作。 国内央行在 2017 年 9 月联合七部委叫停 ICO 融资并关闭 境内虚拟数字货币交易所。 海 内 外区块链的应 用已经不断涌现， 探索 区块链技术的 不同 应用场景 。 海外 平台层 有以太坊、企业级 IBM 的多种解决方案等；在金融领域，有针对银行业的跨国支付清算 Ripple、银行间联盟 R3；供应链领域的产品的追踪溯源来保证食品的安全可靠；在医疗领域针对病人账单报销、处方药的购买等信息联通的医疗 API 区块链公司 Dokchain；国内 有 互联网巨头腾讯的 TrustSQL 企业级区块链平台，百度的 ABS 区块链等。 目前上市公司的区块链技术尚属初步阶段，并未对上市公司业绩产生实质影响。 从整理的公开信息来看，涉足区块链公司基本还都处于对区块链的应用的摸索阶段，如何盈利也还不清楚，商业化程度较 低，未来是否能有真正的爆炸级产品推出尚存疑问， 因而要警惕炒作的风险。建议投资者可以谨慎关注有实质进展和业绩基础的公司。 风险提示： 监管趋严；区块链技术推广低于预期；潜在的安全和性能风险 ； 新兴技术的不确定风险； 系统性风险 。 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 2 页 / 共 32 页 内容目录 1. 区块链的核心 . 4 1.1. 区块链的核心逻辑 . 4 1.1.1. 区块链的区块、链和 Hash . 4 1.1.2. 区块链的核心 共识机制 . 6 1.2. 区块链技术的开创：比特币 . 9 1.2.1. 比特币的“发行”：挖矿 . 9 1.2.2. 比特币的交易 . 11 1.3. 被禁止的 ICO . 12 1.3.1. ICO首次代币发行 . 12 1.3.2. ICO 利益环节复杂并存巨大风险 . 12 2. 数字货币的监管 . 13 2.1. 亚太国家的监管 . 13 2.2. 欧美国家的监管 . 15 3. 区块链的应用场景和相关公司 . 16 3.1. 区块链的商业优势 . 16 3.2. 区块链在国外的应用 场景 . 17 3.2.1. 智能合约平台：以太坊 . 18 3.2.2. IBM 区块链平台 . 21 3.2.3. 银行巨头的 R3 联盟 . 23 3.2.4. 跨国清算和支付： Ripple（瑞波） . 24 3.2.5. 医疗界的区块链： DokChain . 26 3.2.6. 游戏的重塑：火爆的 Cryptokitties . 27 3.3. 国内公司在区块链的布局 . 27 3.3.1. 腾讯企业级 TrustSQL 区块链平台 . 28 3.3.2. 国内上市公司的区块链布局 . 29 4. 风险提示 . 31 图表目录 图 1：中心化清算和去中心化 . 4 图 2：区块链中的区块头 . 5 图 3：区块链示意图 . 5 图 4：共识机制概览 . 6 图 5：大量 GPU 或 ASIC 矿机组成的“矿场” . 9 图 6：比特币价格走势和市场容量（以美元计） . 11 图 7：截止 2017 年十二月 ICO 月度融资额统计 /百万美元 . 12 图 8： ICO 发行流程和相关利益环节 . 12 图 9：区块链应用催生多样化技术空间 . 17 图 10：以太坊界面 . 18 图 11：区块链架构演变 . 18 图 12：以太坊众筹 . 19 图 13：基于智能合约的赌约 . 20 图 14： IBM 众多区块链解决方案 . 21 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 3 页 / 共 32 页 图 15： R3CEV . 24 图 16： Ripple 中 xRapid 的原理 . 25 图 17： Ripple 合作的金融机构 . 26 图 18： Dokchain 的模式 . 26 图 19：各种形态的猫 . 27 图 20：两只猫的基因组合繁殖下一代 . 27 图 21：腾讯区块链基础架构部 . 28 图 22： TrustSQL 基础服务层 . 29 表 1：国内监管态度 . 14 表 2：日韩对于数字货币的监管态度 . 14 表 3：欧美国家的监管态度 . 15 表 4：上市公司区块链技术进展公告 . 29 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 4 页 / 共 32 页 1. 区块链 的核心 写在前面， 区块链作为 大家所陌生的 新兴的技术， 本篇报告我们试图以基础的科普形式，了解到究竟什么是区块链，这些技术核心是什么， 有哪些 运用 ，监管的情况？ 唯有从基础 的逻辑 去 认识区块链，才能 去 有效理解对于区块链技术的应用 。 1.1. 区块链 的核心逻辑 区块链是 分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法 等计算机技术在互联网时代的创新应用模式，也有很多人 也 把它定义为分布式记账的一种技术。分布式存储数据库是很早就有的，但是区块链有一个最大的特点，即没有管理员，没有中心服务器，没有中心，放在金融领域，我们所有的汇款、支付等都要通过相应的人民银行系统或者其他支付和清算中心，而运用区块链，没有这样的支付和清算中心也能够安全的实现。 图 1： 中心化清算和去中心化 资料来源： 福布斯网站， 中原证券 1.1.1. 区块链的区块、链和 Hash 区块链（ BlockChain），顾名思义是一个个块（ Block）形成的链（ Chain）。 每次写入数据，就创造一个区块，区块中有表头和内容，区块头（ head）：记录当期区块的元信息，即连接信息。区块体（ Body）：记录实际数据（ Data）。 要理解区块和区块是如何链接 和 实现信息加密存储 的，必须理解 Hash 的概念，即哈希函数。所谓 Hash 就是计算机可以对任意内容，映射出或者简单说计算出一个长度相同的特征值，实现索引和对应的功能。区块链的 Hash 长度是 256 位，这就是说，不管原始内容是什么，最后都会计算出一个 256 位的二进制数字。而且可以保证，只要原始内容不同，对应 的 Hash 一 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 5 页 / 共 32 页 定是不同的。 其中区块头里面内容很多，有当前时间，上一个区块的 Hash，此区块的 Hash 等。在区块头里面包含了上个区块的 Hash，以此来连接区块，每个区块都连接上一个区块，因而得名“区块链”。 图 2：区块链中的区块头 资料来源：中原证券 图 3：区块链示意图 资料来源：中原证券 比如说 A 转账给 B 100 元 ，这个事情会转换为 Hash 值储存在区块头里面，即： Hash（ A 转账给 B 100 元 的交易记录，上一个 Hash 值，序号，转账时间） = 二进制数字（ e:456535BCD） 前文中讲到，区块头中还包含前一个区块的 Hash，意味着如果当期区块的内容变了，或上一个区块的内容变化了，一定会使当前区块的 Hash 变化，也就是说，如果有人修改了一个区块，该区块 Hash 变化，那么相应的就必须修改后面所有的区块，否则就是无效的，而 Hash计算修改很费时间，现今是没有计算能力能够做到，这种联动性保证了区块链的可靠性，是无法被篡改的。 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 6 页 / 共 32 页 总结来看 Hash 的特性 决定了区块链的特点 ： （ 1） 简化了信息，每个区块的 Hash 都不一样，并标识信息形成了信息的 ID （ 2） 隐匿了信息 ，即加密 （ 3） 区块内容变化， Hash 一定会变 （ 4） 区块的不可修改性，即信息的不可篡改 1.1.2. 区块链的核心 共识机制 区块链的核心是共识机制，共识机制决定了区块将如何增加，同时 决定了区块链的构成形式和应用场景。 区块链每个携带信息区块的增加，是要基于一定的机制和算法，不然在链上就会产生混乱。尤其像比特币这种 公有链，如果大家都能往上面加节点，就会出现分歧和错误的链。在此有一个问题：听谁的？计算机算法里面著名的拜占庭容错问题（ BFT），说的是拜占庭罗马帝国在军事行动中，采取将军投票的策略来决定是进攻还是撤退，但是军队中如果有奸细（比如将军已经反水故意乱投票，或者传令官叛变擅自修改军令），那怎么保证最后投票的结果真正反映了忠诚的将军的意愿呢？拜占庭将军问题反映到信息交换领域中来，可以理解为在一个去中心的系统中，有一些节点是坏掉的，它们可能向外界广播错误的信息或者不广播信息，在这种情况下如何验证数据传输的准确性。 Miguel Castro 和 Barbara Liskov 在 1999 年提出实用拜占庭容错算法（ PBFT），成为拜占庭容错 问题的解决方案。 PBFT 可以最小延迟处理大量的直接点对点（或分布式）信息。这意味着程序员可建立安全和适应性强的私人分布式网络。 但是基于 PBFT 共识对于节点或者说区块的可以说共识机制是区块链的核心问题。在没有中央机构的情况下，共识机制决定了区块链的形式，决定了信任的方式和规则，也就决定了区块链的不同应用场景。 图 4：共识机制 概览 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 7 页 / 共 32 页 资料来源： 毕马威区块链研究， 中原证券 简单介绍四种共识机制： Pow， Pos， DPos， Pool。（引用自布比 CTO 王 璟 在知乎上的论述） （ 1） Pow（ Proof of Work）工作量证明 ：就是大家熟悉的挖矿，通过与或运算，计算出一个满足规则的随机数，即获得本次记账权，发出本轮需要记录的数据，全网其它节点验证后一起存储；比特币的基于此共识模式，模型中有公认的“价值”即比特币。 优点：完全去中心化，节点自由进出； 缺点：目前 bitcoin 已经吸引全球大部分的算力，其它再用 Pow 共识机制的区块链应用很难获得相同的算力来保障自身的安全；挖矿造成大量的资源浪费；共识达成的周期较长，不适合商业应用。 （ 2） Pos（ Proof of Stake）权益证明 ： Pow 的一种升级共识机制；根据每个节点所占代币的比例和时间；等比例的降低挖矿难度，从而加快找随机数的速度。 优点：在一定程度上缩短了共识达成的时间 缺点：还是需要挖矿，本质上没有解决商业应用的痛点 （ 3） DPos（ Delegated Proof of Stake）股权授权证明 ： DPos 股份授权证明机制，类似于董事会投票，持币者投出一定数量的节点，代理他们进行验证和记账。 优点：大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证 缺点：整个共识机制还是依赖于代币，很多商业应用是不需要代币存在的 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 8 页 / 共 32 页 （ 4） Pool 验证池 ：基于传统的分布式一致性技术，加上数据验证机制；是目前行业链大范围在使用的共识机制 优点：不需要代币也可以工作，在成熟的分布式一致性算法（ Pasox、 Raft）基础上，实现秒级共识验证； 缺点：去中心化程度不如 bictoin；更适合多方参与的多中心商业模式 而区块链也因不 同的共识机制有区别（以下分类摘取 Vitalik Buterin（以太坊创始人）谈Private vs Public） 1、 公有链（ Public blockchains） 公共区块链是指全世界任何人都可读取的、任何人都能发送交易且交易能获得有效确认的、任何人都能参与其中共识过程的区块链 共识过程决定哪个区块可被添加到区块链中和明确当前状态。 作为中心化或者准中心化信任的替代物，公共区块链的安全由“加密数字经济”维护 “加密数字经济”采取工作量证明机制（ Pow）或权益证明机制（ Pos）等方式，将经济奖励和加密数字验证结合了起来，并遵循着一般原则：每个人从中可获得的经济奖励，与对共识过程作出的贡献成正比。 这些区块链通常被认为是“完全去中心化”的。 以比特币为代表的虚拟货币都是公有链。 2、 联盟链（ Consortium blockchains） 联盟区块链是指其共识过程受到预选节点控制的区块链 ；例如，不妨想象一个有 15 个金融机构组成的共同体，每个机构都运行着一个节点，而且为了使每个区块生效需要获得其中 10个机构的确认（ 2/3 确认）。区块链或许允许每个人都可读取，或者只受限于参与者，或走混合型路线，例如区块的根哈希及其 API（应用程序接口）对外公开， API 可允许外界用来作有限次数的查询和获取区块链状态的信息。 这些区块链可视为“部分去中心化” 或者称为“弱中心化” 。 以 IBM 的 Hyperledger（超级账本）、 R3 等为代表。 3、 私有链（ Fully private blockchains） 完全私有的区块链是指其写入权限仅在一个组织手里的区块链。读取权限或者对外开放，或者被任意程度地进行了限制。相关的应用囊括数据库管理、审计、甚至一个公司，尽管在有些情况下希望它能有公共的可审计性，但在很多的情形下 ，公共的可读性并非是必须的。 区块链最大的魅力就是共识逻辑，而最难实现的也是共识逻辑。 基于 Pos 和 Pow 的共识机制可以塑造完全的公平，而 DPos 就相对没有那么公平，基于多数投票或者说多数“股权”就可以达成共识，而在联盟链中用的较多的 PBFT 就只是节点间的公平。 公平程度的提高也降 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 9 页 / 共 32 页 低了效率， Pow 的模式需要挖矿靠算力来维护区块链，能耗极高且效率较低，因而就有了区块链技术中不可能的三角问题。 “效率 -公平 -能耗”是区块链技术不可能的三角。 公有链的公平程度最高，效率最低，能耗最大，这种形式在主要的商业模式中是无 法应用的。联盟链公平一般，其实是少量节点共识下的公平，能耗和效率都有大的提升，而私有链没有公平之说。 区块链的本质是完全的去中心化，但是完全的去中心化势必造成了效率降低，能耗增加。如比特币的交易一秒内只能处理七笔交易，效率不适合大规模商用，因而现在的多数公司采用的都是联盟链形式。 1.2. 区块链技术的开创： 比特币 比特币（ BitCoin）是一个自称为中本聪（ Satoshi Nakamoto）的人在 2009 年提出的，是一种去中心化的虚拟货币，中本聪创立 比特币是为了创造一个没有第三方制约或者说中央政府控制的货币，不会有货币超发和操控等。中本聪非常天才的将密码学、信息论等领域结合起来创造了比特币，比特币未来的价值我们无法去估测，但是比特币带给我们的区块链技术确实是很有价值的。 而由比特币引出了关于区块链的概念，我们在前文已经介绍了区块链的基本知识，下面进一步解释比特币的机制。 1.2.1. 比特币的 “发行” ： 挖 矿 我们接触比特币时，经常会听到挖矿，矿工这种词， 因为 区块链的底层是加密哈希函数的区块，而基于工作量证明共识机制的比特币就是 利用计算机的海量运算取 要寻找 哈希函数特解来得到比特币 ，利用计算机寻找特解的过程被称为挖矿 。 比特币是基于工作量证明（ Pow）的共识机制，利用计算机，现在都基本采用 GPU 或者ASIC 的组合成矿机进行海量运算，来找出一个相当于特解的 Hash，即为挖到的区块 一个区块内有 25 个 比特币 ，而那些使用这些设备挖矿的人被称为矿工 。 矿工完成 Bitcoin 客户端安装后 ，可以直接获得一个 Bitcoin 地址，将会分配一个私有秘钥和一个公有秘钥。需要备份你的包含私有秘钥的钱包数据，才能保证财产不丢失。 计算有效的 Hash 非常难，在设计之初，为了保证节点之间 的同步，新的区块增加的速度不能太快，所以中本聪故意让添加区块变得困难，平均每十分钟，全网生成一个区块。 图 5： 大量 GPU 或 ASIC 矿机组成的“矿场” 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 10 页 / 共 32页 资料来源： 网络， 中原证券 这里就有两个问题： 1、我们通常使用的都是 CPU，为何挖矿要用 GPU； 2、这个难度到底有多难，怎么定义？ 首先第一个问题 ： CPU 擅长的是复杂长命令的处理， GPU 作为我们所熟知的显卡，擅长通用大规模并行短处理 。 比特币挖掘器采用的是 SHA-256，这是由美国国家安全局发明的一种安全散列函数，一般用于密码加密与解密。这种算法会进行大量 32 位整数循环右移运算(Right-Rotate)，很适合擅长大规模并发计算，因而更适合用 GPU 来运算。 第二个问题： 这个特解有效 Hash 值需要小于某个目标值，但可能计算 10 亿次才会得到，所以很困难。 而且比特币还有一个很特殊的难度系数调节机制，随着挖矿的人越来越多，设备也越来越先进，得到有效 Hash 的效率会提高，从原来十分钟可能一分钟就得出了，所以中本聪还设计了难度系数的动态调节。每两周针对基准的十分钟自适应增加或者减 少难度系数，比如这两周平均就 5 分钟，快了 50%，那么难度系数之后就要提高 50%，所以挖矿的人越多就越难得到比特币。 挖矿造成大量的电力浪费 比特币的共识机制决定他存在的价值就是比特币价格高于挖矿所消耗的电能 ，否则就不会有人去参与挖矿 。 比特币存在的逻辑也是 很有意思的 ，在产生之初，挖矿的人数较少，比特币价格也低，但是很容易得到，而在挖矿这么难的今天，耗费大约 3000 到 7000 美元电费才能得到一个比特币，但是参与者众多，也将比特币价格抬升到 1 万美元以上 ，因而比特币就是“有 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 11 页 / 共 32页 价值”的 。 摩根士丹利在近期发布的一份研究报告中估计，去年一年，比特币的挖矿业务共消耗了 36太瓦时的能源，这与卡塔尔一年的能源消耗量相当。报告指出， 2018 年比特币的电力需求量将增至三倍以上，耗电量可能会超过 125 太瓦时，这与阿根廷整个国家一年的能源消耗量相同。 1.2.2. 比特币 的交