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哈希研究院 区块链行业应用概述 1 区块链的行业应用概述 哈希研究院 2018 年 3 月 哈希研究院 区块链行业应用概述 2 目录 一、区块链的概念 . 3 1.1 区块链的基本介绍 . 3 1.2区块链的核心技术 . 3 （ 1）区块和链 . 3 （ 2）数字加密 . 4 （ 3）共识机制 . 4 （ 4）分布式结构 . 5 1.3区块链的优势 . 6 1.4区块链的分类 . 6 二、区块链的行业应用 . 7 2.1 区块链的应用现状 . 7 2.2 区块链 +泛金融行业 . 7 2.3 区块链 +其他行业 . 8 （ 1）内容版权 . 8 （ 2）社交娱乐 . 9 （ 3）公益类 . 10 （ 4）供应链 . 10 （ 5）公证防伪 . 11 （ 6）数 字身份 . 11 （ 7）房地产 . 12 （ 8）法律 . 12 （ 9）医疗 . 13 （ 10）能源管理 . 13 2.4 行业区块链化需要具有的特征 . 14 三：区块链应用的挑战和趋势 . 14 3.1 区块链应用的挑战 . 14 （ 1）技术挑战 . 14 （ 2）商业化问题 . 15 （ 3）政策监管问题 . 15 （ 4）量子计算机的威胁 . 16 3.2区块链应用的展望 . 16 哈希研究院 区块链行业应用概述 3 一、区块链的概念 1.1 区块链的基本介绍 区块链是 一种去中心化的记录技术，形象地说，是一个存储在所有相关的计算机并且可以由任何人进行查阅的大账本。 比特币是区块链技术的第一个应用，是一种可全球范围内可交易的数字货币。随着比特币价格的疯狂增长，区块链技术也快速的进入到大众的视野，并且被不断的应用起来。 比特币重要的发展历史阶段 ： 2008 年 11 月 1日，中本聪发布比特币白皮书 2009 年 1月 3日，创世区块，挖出第一批 50 个比特币 2010 年 5月 21 日，“比特币披萨日”程序员用 1万个 BTC 购买 25 美元披萨 2013 年 4月 13 日，比特币价格 266 美元 2013 年，德国 、美国德州、印度、加拿大支持比特币 2013 年 12 月 5日，中国五部委发布通知 2016 年初，央行明确将发行“数字货币” 2017 年 12 月，比特币价格达到 2万美元顶峰，逐渐回落 图 1： 2009 年 1 月到 2018 年 1 月的比特币价格走势 1.2 区块链的核心技术 （ 1）区块和链 为了使得 账本不可篡改，交易信息的相关数据被存放在区块中。当新的交易数据形成后，这些数据和上一个区块的相关数据被打包进下一个区块中， 每个区块的块头包含前一个区哈希研究院 区块链行业应用概述 4 块的交易信息的压缩值，前后 形成链式结构 ，通过区块头的哈希校验，使得每个区块受 下一个区块的保护防止篡改。 图 2：区块链结构示意图 区块 +链的形式保存了从第一个区块开始的所有历史数据，连接的形式是后一个区块拥有前一个区块的 HASH 值，区块链上任何 一条记录都可通过链式结构追溯本源。 （ 2）数字加密 数字货币的所有权通过数字密钥、比特币地址和数字签名来确定的。 为了解决信息的安全性问题， 一般使用非对称加密算法来保证个人数字资产不被盗取 。 非对称加密使用一对秘钥，一个用来加密，一个用来解密，而且公钥是公开的，秘钥是自己保存的，在通讯前不需要先同步秘钥，避免了在同步私钥 过程中被黑客盗取信息的风险。 公钥和私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密。 图 3： 数字加密的过程 私钥是随机选出的数字 ，然后 通过非对称加密（椭圆曲线函数）产生一个公钥 ，最后 公钥再通过哈希函数转化成比特币地址 。 比特币地址是由数字与字母构成，可以与任何人分享。 （ 3） 共识 机制 区 块链上的共识机制主要解决如下两个问题： 如何在去中心化的网络中建立时间先后的概念，以及当多个计算机（节点）都想参与记账的时候，应该选择谁来记账的问题， 解决方案包括 工作量证明机制 Proof of work（ Pow） ， 权益证明机制 Proof of stake（ Pos）、 股份授权证明机制 Delegated Proof of stake（ Dpos） 以及拜占庭容错（ PBEF） 。 哈希研究院 区块链行业应用概述 5 POW POS DPOS PBEF 简介 这一机制主要应用在比特币中 ，即通过计算出一个满足规则的哈希值，即可获得本次记账权 PoS 为 PoW 的一种升级，将全网公平竞争记账权变为等比例（根据每个节点所占代币的比例和时间）分配记账难度，从而加快寻找哈希值的速度。 持币者 对整个系统当代表的人进行投票 ，选出一定数量的人作为代表进行交易打包计算 实用拜占庭容错，一种基于消息传递的一致性算法，能在失效节点数量不超过（ n-1)/3的情况下同时保证安全性和活性。 优点 1. 算法简单，系统可靠； 2. 节点间无需交换额外的信息即可达成共识，去中心化 3. 破坏系统需要投入极大的成本 缩短了达成共识的时间 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 系统运转脱离币的存在，共识效率高，最大限度的确保了最终性，使区块链能够适用于真正的金融应用场景。已在央行数字货币， IBM hyperledger上运用。 缺点 1. 浪费能源，慢 2. 区块确认时间难以缩短 3. 容易产生分叉，需要等待多个确认 1. 没有专业化，拥有权益的参与者未必希望参与记账； 2. 容易产生分叉，需要等待多个确认； 3. 永远没有最终性，需要检查点机制来弥补最终性； 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 适用于联盟链，可扩展性差 表 1： 四 种共识机制的对比 （ 4） 分布式结构 区块链设计最精妙的地方是，它并不赞同把数据记录并存储在中心化的一台或几台电脑上，而是让每一个参与的节点来完成这些工作，也就是具有分布式结构。 为此，区块链系统采用开源的、去中心化的协议来保证数据的完备记录和存储 。 这也意味着，在区块链网络中分布着众多的节点，节点与节点之间可以自由连接进行数据、资产、信息等的交换，而无需通过第三方中心机构。 图 4：分布式结构图 哈希研究院 区块链行业应用概述 6 1.3 区块链的优势 去中心化： 由于大家共同记账来保证账本准确性和安全性，整个过程不需要一个中心化的平台；同时甲和乙之间的交易无需两人互相了解，就可以在区块链内有保障地进行。 信息完备且公开透明： 决定记账权的共识算法是公开的，除了交易各方的私有信息被加密以外，任何人都可以通过公开的接口查询区 块链数据并开发相关应用。 不可篡改： 区块链使用了密码学技术来保证区块链上的信息不被篡改，主要用到的是密码学中的哈希函数以及非对称加密。 可追溯 ： 区块链中每一笔交易可以通过链式结构追本溯源，一笔一笔进行验证。 隐私信息匿名化： 在区块链上交易的过程是透明的，但是用户的隐私信息却可以得到保护，具有匿名性。 自治性： 在没有人类干预的前提下，通过预先设定的业务规则自动运行。 1.4 区块链的分类 区块链分为公有链、私有链和联盟链。公有链是指全世界任何人都可以参与共识 过程、读取信息、发送交易的区块链，通常被认为是“完全去中心化”的。而私有链的写入权限仅仅掌握在一个组织手里，读取权限可以被任意程度地限制。联盟链是指共识过程受到预选节点控制的区块链，可被视为“部分去中心化”。 公有链 联盟链 私有链 定义 链上的所有人都可读取、发送交易且能获得有效确认的共识区块链。 由某个群体内部指定多个预选的节点为记账人，每个块的生成由所有的预选节点共同决定，其他接入节点可以参与交易，但不过问记账过程 存在一定的中心化控制的区块链， 仅仅使用区块链的总账技术 进行记账，可以是一个公司，也可以是个人，独享该区块链的写入权限 。 参与者 任何人 满足条件的成员 中心控制者的成员 中心化程度 去中心化 多中心化 中心化 特点 1. 完全公开 2. 不受控制 3. 依靠加密技术来保证安全 1. 提供迅速的交易处理和低廉的交易费用 2. 很好的扩展性 3. 数据可以有一定的隐私 1. 数据没有无法更改的特性，对于第三方也没有多大的保障 ； 2. 交易速度更快，效率更高 表 2：区块链的分类 哈希研究院 区块链行业应用概述 7 二、区块链的行业应用 2.1 区块链的应用现状 从 2008年的比特币开始， 区块链技术的应用 主要分为以下 三个阶段： 1. 以 可编程数字加密货币体系 为主要特征的区块链 1.0 模式，代表性应用是比特币，主要解决了货币支付手段的去中心化。 2. 以 可编程金融体系 为主要特征的区块链 2.0 模式， 这阶段主要加入了“智能合约”的概念，试图 把任何资产变成数字化形态进行交易 ， 使得区块链从最初的货币体系拓展到证券交易、股权转让等金融领域 。 3. 以 可编程社会 为 主要 特征的区块链 3.0模式，该 阶段 的应用场景 将不仅仅局限于 货币、金融 等领域 ， 而 是 扩展到社会生活的方方面面 。 从 行业 来看，金融、 版权、医疗、公证防伪、供应链 等领域都开始意识到区块链的重要性并开始尝试将技术与现 实社会对接。区块链 技术能成为一种全新的工具， 帮助社会削减平台成本，让中间机构成为过去 ，可以 促使公司现有业务模式重心的转移，有望加速公司的发展。 与此同时 ，区块链 的数据上链 有望促进 传统的 数据记录、 传播以及存储管理方式的转型 。从社会 角度来看 ， 区块链技术有望将法律与经济融为一体，彻底颠覆原有社会的监管模式，组织形态会因其而发生改变， 区块链也许最终会带领人们走向分布式自治的社会 。 图 5：区块链应用场景 2.2 区块链 +泛金融 行业 金融的起源来自于解决信息 不对 称带来的不信任性，传统的金融秩序几乎是建立在以哈希研究院 区块链行业应用概述 8 银行、交易所、清算所、第三方支付等机构为中心化的基础上。 当前， 全球金融业面临巨大的成本压力 ，因此，借助金融科技压低成本迫在眉睫。 金融自身中心化的特征一方面可以解决信息不对称问题，节约信息传递的成本，但是随着金融系统规模的扩大，整个系统脆弱性逐渐突出，由此产生的道德风险也逐步约束了中心化的发展。 区块链的特质是去中心化，是一个由所有参与方共同维护的去中心化公共账本记录技术，是一种几乎不可能被更改的分布式数据库和账簿记录技术，能够实现数据的分布式记录和存储。 区块链技术在满足去中心化的同时还解决了系统内交易双方的 信任问题 ， 金融机构不需要再为上述 信息验证成本而担忧。 根据西班牙桑坦德银行研究，在减少跨境支付、证券交易及合规中的成本开支等方面，区块链技术每年能为银行业节省约 150亿至 200 亿美元。 区块链项目在金融领域的探索主要集中在支付、房地产金融、 资产证券化 、资产管理、票据金融等领域。在国内，不仅是新兴区块链创业企业，如中国银联、招商 银行 、民生 银行等 传统 银行 机构 以及蚂蚁金服 、 百度金融、 众安科技 等 在内的 金融 科技巨头已经开始布局并落地了相应的平台与项目。利用区块链的去中心化、不可篡改的特性对于金融各个环节的风险有了更好的把控，从而降低了金融流程中的成本。 图 6：金融领域部分场景及部分相关公司图谱 2.3 区块链 +其他行业 金融业仅仅是开始，随着区块链技术的不断发展，更多的行业应用正在开启，未来可以应用到生活的方方面面。 （ 1）内容版权 现在是 知识变现的黄金时代 ，任何人都可以通过自己的原创作品获取一定的收益，然而哈希研究院 区块链行业应用概述 9 目前的 原创环境 及其恶劣，盗图、抄袭的案例不胜枚举。 传统版权登记方式不仅耗时长而且费用高 ，并且即使被 抄袭了，作者们也存在举证难、维权费用高等痛点。 利用区块链去中心化的技术特征，为原创作品嵌入 16 进制的密码，这个密码会同时储存在区块链的所有电脑上，即相当于为原创作品登记了一张“电子身份证”，且永久有效，无法篡改。 区块链的分布式存证让在法律层面主要体现在版权保护、证据保全和电子智能合同 等 方面。对于版权保护，区块链让版权交易标准化成为可能；而对于电子证据来说，区块链实现了保真和验真。 图 7： 内容版权 部分场景及部分相关公司图谱 （ 2）社交娱乐 传统 的社交网络是中心化 的结构，由用户创造内容，由社交网站设定规则、存储内容、分发内容。用户之间的交互通过中心化的社交 网络实现，而作为服务提供方的社交网络则掌握了用户产生的数据，并通过分析这些数据，进行精准的广告推荐，从而获益。通过 区块链方式， 可以把用户资料和信息的控制权归还给个人，并为有贡献的用户提供激励。这样的模式一方面保证了个人数据安全，其次通过系统机制刺激大家做更多的贡献。 网络在这个时候，不再是中央枢纽，而是单纯的平台，一个用户完全可以点对点进行交互的平台。 除此之外， 区块链应用较为早期的 2C 类业务 还有娱乐类的应用， 基于区块 链做的虚拟偶像、游戏、直播等项目让虚拟财产交易和保护更加透明。 图 8： 社交娱乐 部分场景及部分相关公司图谱 哈希研究院 区块链行业应用概述 10 （ 3）公益类 慈善最令人 不满意 的就是善款去向不明、信息不公开，然而公益项目都是大家自发捐款的，每一笔捐款都是大家对需要帮助的人的爱心，群众是有权利知道自己的善款的始终。区块链技术的出现完美的解决了这些问题，对于慈善来说， 区块链技术带来的公开透明性，可以确保捐款人对自己资金的流向清楚明白可查询；不可篡改的特性也能确保财务信息不会被篡改；可匿名性还能保护捐款者的隐私， 让捐赠者安心。 图 9： 公益类 部分场景及部分相关公司图谱 （ 4）供应链 区块链技术最具普遍应用性的方面之一就是它 使得交易更加安全，监管更加透明 。简单来说，供应链就是一系列交易节点，它连接着产品从供应端到销售端或终端的全过程。从生产到销售，产品历经了供应链的多个环节， 有了区块链技术，交易就会被永久性、去中心化地记录，这降低了时间延误、成本和人工错误。 基于区块链技术，供应链可以通过确保产品的有效性， 降低产品伪造或低质量的风险性 ，并且 将使供应链成员变得更加诚实 。 图 9： 供应链 部分场景及部分相关公司图谱