区块链技术分析报告.docx

1、区块链技术分析报告2016年区块链技术分析报告2016年3月区块链本质上是一个去中心化的巨大分布式账本数据库。作为比特币的底层技术，区块链是一串使用密码学相关联所产生的数据块，每一个数据块中包含了多次比特币网络交易有效确认的信息。随着加密交易不断产生，矿工不断解密验证交易，创造新的区块来记录最新的交易，这个账本就会一直增长和延长。新的区块按照时间顺序线性地被补充到原有的区块末端，就构成了区块链。区块链上保留有每个节点比特币的余额信息，并随着自身的延长向各个节点进行自动更新。区块链技术具有多重优点，各种形式演变为其赋予颠覆式创新可能。区块链具有分布式去中心化、去信任化、不可篡改、数码加密安全等特

2、点，从而可解决“双花”和“拜占庭将军”问题。目前最大区块链比特币链存在费用增加、容量限制、确认时间变长、能耗走高的缺点。但例如Ripple、以太坊等另类区块链，以及公共、私有、联盟链等多种形式的涌现将区块链在多领域造成颠覆式创新变成可能。区块链技术在支付、智能合约、金融交易、物联网等多领域存在广大应用潜力。支付方面，不同于传统“拉式”模式，区块链技术采用“推式”模式，大幅改善安全性，自动化强降低支付成本并缩短处理时间，去中心化开放特点有助于平台内创新。智能合约作为区块链延伸核心技术打开区块链各种领域互联智能的应用空间。金融交易领域，区块链技术可将结算审核时间从小时级降低至秒级，自动化强大幅降低

3、中间成本，结合智能合约将数字证券自动发行交易变为可能。对于物联网，区块链技术在数量呈指数级增长的智能设备之间建立了低成本的互相直接沟通桥梁，同时又通过去中心化的共识机制提高系统的安全私密性。区块链叠加智能合约技术可将智能设备变成可以自我维护调节的独立个体，这些个体可在事先规定或植入的规则合约基础上执行类似和其他个体交换信息或核实身份等功能。发达国家积极布局区块链，支付、金融交易、数据安全、物联网多点开花。随着比特币的局限性开始显露，区块链技术结合智能合约的应用空间打开、优点开始展现，产业内投资重点已从比特币挖掘硬件转向区块链技术相关应用。目前最高估值区块链公司已超过1 亿美元，且众多初创公司雄

4、心勃勃正进行支付、交易、风控等多领域布局。金融机构例如高盛、花旗、纳斯达克等积极探索区块链在金融领域的应用，并大力布局金融交易清算相关区块链技术公司，先行者纳斯达克已开始利用区块链技术进行私有股权发行交易；物联网和网络安全相关公司则得到政府和大型机构投资者青睐；支付领域得到银行和电商的垂青。中国相关机构产业内投资力度较小，后期有望突破。我国过往相关投资较重视挖矿，以及报价等信息提供业务和咨询。有深入研究并有一定规模的应用项目比较匮乏。目前行业内开始呈现向区块链多元化应用和深度发展的发展投资趋势，但体量较小且缺乏大型金融机构政府支持。万向集团下的区块链实验室是少有的大型机构支撑的研发项目。随着央

5、行对区块链重视加深以及来自国外最新科技进展的溢出效应，伴以区块链应用的更加成熟和可投资投标的增加，区块链有望成为“互联网+”后的下一个热捧对象。这将激发创业者和应用者的热情，从而形成我国区块链发展的良性循环。一、区块链：去中心化时代的新兴技术1、区块链技术的工作原理区块链本质上是一个去中心化的巨大账本数据库，作为比特币的底层技术，区块链是由一串使用密码学相关联所产生的数据块组成，每一个数据块中包含了多次比特币网络有效确认（一次有效交易检验被称为一次确认）的信息。随着交易不断产生，矿工不断验证交易创造新的区块来记录最新的交易，这个帐本会一直增长延长。这些区块按照时间顺序线性补充到原有的区块链上。

6、每一个节点（每台通过钱包的客户端口连接到区块链网络上的电脑）都有一份完整的已有区块链备份记录，而这些都是通过进行数据验证算法解密的矿工网络自动完成。区块链上保留有所有关于每个节点和节点上比特币余额的信息，这些信息也被记录在完整的区块链上。公共式区块链帐本完全对外公开，这意味着区块链信息可以通过特定地址在区块链浏览器上进行查询。与其千言万语解释区块链的工作原理，不如几张流程图来的简单直接。下图用一个比特币交易的例子，系统性地说明了区块链技术的工作原理：2、区块链的技术特点自2009 年中本聪提出比特币概念，比特币起初因为其高度的隐蔽性和不可追踪性受到了“黑市丝绸之路”用户的青睐，后期又频繁被当作

7、赎金来使用。虽然博得了眼球，但比特币至今仍没有成为一种主流货币，过高的波动性和各国监管层对其复杂的态度抑制了比特币的发展。但其背后的数据结构区块链却得到了快速的的发展。作为一种基于开源软件和建构上的P2P网络，在和货币相关的例如交易支付等领域，相比传统网络的支持方式，区块链可以为这些领域带来多种优秀特点。这些优点包括：去中心化、无须信任系统、去中介化、不可篡改、加密安全性。这些优点的叠加可以解决两个长期存在于加密数字货币行业的问题：“双花”问题和“拜占庭”将军问题。去中心化：区块链是一个由各矿工节点记账维持，并储存在全球范围内各个去中心化节点的公开账本，因为每个节点和矿工都必须遵循同一记账交易

8、规则，而该规则基于密码算法而非信用，同时每笔交易需要网络内其他用户的批准，所以不需要一套第三方中介结构（比如说银行）或信任机构背书。在传统的中心化网络中，对一个中心节点（例如支付中介第三方）实行有效攻击即可破坏整个系统，而在一个去中心化的例如区块链的网络中，攻击单个节点无法控制或破坏整个网络，掌握网内50%的节点只是获得控制权的开始而已。无须信任系统：区块链网络中，通过算法的自我约束，任何恶意欺骗系统的行为都会遭到其他节点的排斥和抑制，因此其不依赖中央权威机构支撑和信用背书。传统的信用背书网络系统中，参与人需要对于中央机构足够信任，随着参与网络人数增加，系统的安全性下降。与之相反，区块链网络中

9、，参与人不需要对任何人信任，但随着参与节点增加，系统的安全性反而增加，同时数据内容可以做到完全公开。不可篡改和加密安全性：区块链采取单向哈希算法，同时每个新产生的区块严格按照时间线形顺序推进，时间的不可逆性导致任何试图入侵篡改区块链内数据信息的行为很容易被追溯，导致被其他节点的排斥，从而限制了相关不法行为的产生和施行。“双花”问题：加密数字货币和其他数字资产一样，如同可以将一个文件以附件形式保存并发送任意多次，具有无限可复制性的缺陷。如果没有一个中心化的机构，我们无法确认一笔数字现金或资产是否已经被花掉或提取。为了解决“双花”问题，可以信赖的第三方需要保留交易总帐从而保证每笔现金或资产只被花费

10、或提取过一次。在区块链中，每一个区块都包含了上一个区块的哈希值，从创始区块开始连接到当前区块从而形成块链。每一个区块都要确保按照时间顺序在上个区块之后产生，否则前一个区块的哈希值是未知的。同时，由于区块链中所有交易都要进行对外广播，所以只有当包含在最新区块中的所有交易都是独一无二且之前从未发生过，其他节点才会认可该区块。因此在区块链中，“双花”变的非常困难。“拜占庭将军”问题：拜占庭问题的核心问题是当战场上多个将军互相并不信任彼此（存在叛徒）时，互相相隔甚远无法碰头，但却要保证进攻时间一致，所以某种分布式远程协调沟通机制尤为重要。如果每个将军向其他九个将军派出一名信使，也就是10 个将军每个派

11、出了9 名信使，即为总计90 次的传输，每个将军会分别收到9 条信息，可能每一封都附着不同的进攻时间。此外，部分将军会答应超过一个的攻击时间，故意背叛发起人，所以他们将重新广播超过一条的信息链。这个系统迅速变成不可靠信息和攻击时间相互矛盾的混合体。区块链通过为发送信息加入了成本，也就是基于计算一个随机哈希算法得到遗传64 位的随机数字和字母组成的字符串的“工作量证明”，并加入了一个随机元素以保证在一个时间只有一个将军可以进行广播，解决了这个问题。在历经5 年以上的发展后，目前比特币区块链为应用最广泛的数字货币区块链。截止至2016 年3 月，比特币区块链的市值已经达到了62.9 亿美元并仍处于

12、稳步增长的趋势中，较大的市值确保了其较充沛的流动性。但是如同各种新兴技术一样，比特币也面临着诸如挖矿费用不断增加、容量需不断膨胀但面临限制、更长的确认时间、越发高企的能量消耗等限制。1费用增加：虽然目前用户可以将信息保存到最小额的比特币交易中，但用户仍需向进行确认工作和交易打包进区块链的矿工交付交易费用。目前最少的交易费用是0.0001BTC大约0.04 美元，其将随比特币价格上涨而增加，高频率的记录会大幅提高成本。2容量限制：比特币区块链设计之初人为将一个区块的容量设置为1MB，而后期随着比特币发行量的增加和相关应用类型的增多，比特币区块链网络开始逐渐达到1MB 的上限，交易开始时不时被迫推

13、迟，扩容成为迫切的需求。近期，比特币核心开发者Gavin Andresen 提出了最新的从Bitcoin Core 切换至硬分叉链Bitcoin XT的区块扩容方案，将区块从1MB 扩容至8MB，之后每两年翻倍，而若要变动生效，需要1000 个连续区块中的750 个区块包含矿工的变更批准信息。比特币社区开始分裂。Andresen 提出，因为容量的限制，比特币的处理量太小，这样的限制会严重削弱比特币的未来扩展。目前，作为中国比特币社区中的代表性声音，中国三大比特币矿池F2Pool、BTCChina Pool 和Huobi Pool 针对Andresen 的新方案采取等待跟随的策略。“关于Gavi

14、n 的提议，我们将等待其他核心开发人员的看法。但我们肯定是不会切换到Bitcoin XT 这种竞争币上的。如果我们这样做了，它会开启一个极坏的先例，无论你是谁，你不能制造一个新的币，并宣称它就是比特币，因为你还没有得到其他核心开发者的同意” F2Pool 的管理员如是说。后续事件如何发展，我们拭目以待。3确认时间长：目前比特币需要平均10 分钟才能确认交易并将交易记录到区块链中。比特币网络每个区块只能容纳4,096 笔交易，无法处理超过每秒7 次的交易，相比于类似Visa 这样每秒能够处理2,000 笔交易、最多可以允许10,000 笔每秒峰值交易的支付系统，显得力不从心。根本原因在于比特币区

15、块链是通过工作量证明（Proof of Work）系统（POW）来确保系统的安全性和运作，而工作量证明的形式一般是让计算机来解决一个数学问题，当工作量达到峰值、计算机的极限又较固定时，运算时间会放缓。有时为了安全性，对于大额交易甚至要花费更长时间来处理，以抵御例如“双花”攻击带来的风险，而VISA 只需要1 秒。4能量消耗高：算力在比特币区块链的挖矿中尤其重要，早期估计全球比特币区块链网络每天在挖矿中花费150 万美元，一年将近5.3 亿美元。目前随着矿机算力的提高，消耗的能量和金额水涨船高，根据Coindesk 的测算，在全网算力达到110,000,000GH/S 的今天,目前整个网络每日需

16、要耗电80,666 千瓦，相当于707,120,500 千瓦时/年。按照每兆瓦100 美元计算，这些电力一年需要消耗7,071.2万美元，而为了达到110,000,000GH/S 的算力，大约需要36,670 台海王星矿机(每台售价9,995 美元)，如果一年需要更新支出2 次，一年内算力投资的费用就需要7.33亿美元，所以一年下来总消耗将近8 亿美元，同时整个网络会释放42 万吨的二氧化碳。虽然相比黄金币制比特币能量消耗更低，相比信用纸币制更加安全，但如果比特币区块链希望得到更广普及达到更大规模，能量消耗是必须要克服的瓶颈。3、区块链技术目前已有多种策略演变为了弥补比特币区块链存在的缺陷并在

17、其基础上进行改进，多种另类区块链模式应运而生。这些区块链模式几乎完全独立于比特币区块链，并在诸如更快的交易时间、更大的交易容量、不同的节点共识机制、多等级匿名性和假名使用、更复杂的授权特征等方面有着一定的改善。目前行业内最重要的三个子区块链分别为另类区块链(Alternative Blockchain)、彩色币区块链(Colored Coin Blockchain)、以及侧链（Sidechain）。（1）另类区块链（竞争币）另类区块链旨在利用区块链技术提供比特币以外的数字货币应用，例如瑞波（Ripple）币、狗币等等。这些另类区块链旨在改进比特币区块链所存在的问题或拓展比特币区块链的应用范围。

18、例如，作为世界上第一个开放的支付网络，Ripple 技术基于比特币区块链，但其体系目的又和比特币区块链有很大不同。如果说比特币试图挑战的是国家的铸币权或各大央行的货币发行权，那么Ripple 技术挑战的则是全球银行汇款和支付系统。Ripple 系统中的核心是基于比特币区块链去中心化思想基础之上的Ripple 支付协议，从而挑战传统的银行间SWIFT 系统，造成颠覆。在Ripple 系统中，比特币等虚拟货币、以及美元、欧元、人民币等实体货币皆可流通并受到系统支持。Ripple 币作为Ripple 系统的载体，主要在两方面起到作用：（1）通过引入网关（Gateway）系统，Ripple 在自身网络

19、中建造了资金进出的大门。类似于传统货币的存取和兑换机构，网关允许人们把法定货币或虚拟货币注入或抽离Ripple 网络，并可以充当支付双方的桥梁。网关相当于SWIFT 协议中的银行，使Ripple 币之外的转帐可以在陌生人之间进行。由于Ripple 协议的开源性，恶意攻击者可以制造大量的垃圾账目，导致网络速度严重下滑或瘫痪。为了防止此种类型状况的发生，Ripple Lab 要求每个Ripple网络上的账户都要至少有20 个Ripple 币，每进行一次交易即会销毁十万分之一个Ripple 币。对于正常交易者来说，销毁额度非常小可以忽略不计，但对于制造大量虚假交易信息的恶意交易者来说，Ripple

20、币销毁量会呈指数性上升，同时成本将随之急速上升。（2）Ripple 币作为中介桥梁货币，可以成为各种货币兑换中的中间物，加快货币流通速度，降低流通难度。以目前的情况来看，另类区块链目前的货币使用比较小众，其面临的最大问题是无法战胜比特币区块链自身强大的网络效应。鉴于比特币已成为了最大的区块链数字货币，众多区块链衍伸创新会倾向将比特币作为载体。同时，比特币区块链自身也存在后续变革，以吸收新兴另类区块链优点，同时改进自己的不足的可能。直至今日，尚未有一种另类区块链可以在规模、成交量等货币市场重要指标上和比特币区块链所抗衡。但是，例如Ripple 和Ethereum（以太坊）的创新性体系，将金融支付

21、、汇率兑付、去中心化智能合约应用基于区块链上的改善变成了可能。其中以太坊作为后起之秀，其运营模式本文会在智能合约部分中做具体的描述。（2）彩色币彩色币区块连旨在利用比特币区块链提供除数字货币以外其他类型资产的应用。这些其他类型的资产包括公司股权、债券、商品证书、智能财产、彩票等。彩色币的优点在于直接利用比特币区块链目前较佳的网络规模效应，在网络中可以直接完成存储、发行、或交易等行为，同时彩色币可以在未来直接受益于比特币区块链技术发展带来的各种技术突破。目前关于彩色币最大的质疑在于其会加大目前已承重负的比特币区块链的负担。（3）侧链侧链旨在实现比特币和其他数字资产在多个区块链间的转移。由于目前比

22、特币区块链的区块容量和传送运算速度都面临较大的挑战，侧链提供的双向挂钩如同一座桥梁，将比特币区块链以及其它区块链相互连接在一起，从而实现比特币的快速扩展。形象地说，比特币区块链和侧链之间的关系就如同黄金和和黄金挂钩的金本位货币之间的联系。同时，侧链为创新提供了更好的环境和更多的可能，创新者可以在侧链内进行基于比特币上的智能合约、智能商业模式等方面的创新，但不会影响到核心比特币区块链的关键代码和运营。如果侧链得到了快速的发展，其势必会对众多另类区块链（竞争币）造成较大的冲击。但是侧链若想取得和比特币区块链双向挂钩的联系，其必须要获得核心比特币区块链内超过50%节点的认可。除去另类区块链、彩色币、

23、以及侧链，区块链领域同时还发生了部署方式上的革新。和完全开放、无许可必要的的比特币公共链（Public Blockchain）不同，联盟链和私有链在信息公开程度和中心控制力度方面有所限制，这些限制可以帮助区块链满足不同类型的应用需求。公共链：公共链是真正意义上的去中心化分布式区块链，系统安全性由工作量证明或权益证明机制来保证，容易进行应用程序部署，全球范围可以访问，不依赖于单个公司或者辖区。公共链参与者往往匿名性强，任何参与者都可以在其中写入、读取、并参与交易验证，比特币区块链即是公共链最好代表。联盟链：联盟链采取多中心式，参与成员为预先根据一定特征所设定（例如纳斯达克内的市场参与者，各券商的

24、策略分析师等）。系统内交易确认的节点一般也是事先所设定，并通过共识机制确认。取决于联盟链内部的信任程度和相关需求程度，虚拟数字货币可以选择匿名或非匿名。联盟链容易进行控制权限设定，拥有更高的应用可扩展性，对于跨产业或跨国家的清算、结算、审计等有很大应用价值。联盟链可以大幅降低异地结算成本和时间，比现有的系统更简单，效率更高，同时继承去中心化的优点，减轻垄断压力。私有链：私有链没有去中心，但具有分布式特点。中心控制者指定可以参与和进行交易验证成员的范围。对于私有链内的成员，系统不需虚拟货币提供奖励。私有链对公司政府内部的审计测试、以及同联盟内银行机构的交易结算有很大价值。二、区块链在多个领域存在

25、颠覆式应用价值经历多年的发展，区块链技术发展日新月异，区块链已经超越了数字货币领域，在多个方面都拓展出了其独特的应用价值，并且已经表现出了可以重塑社会各个方面及运作方式的潜力。根据区块链科学研究所(Institute for Blockchain Studies)创始人Melanie Swan（梅兰妮.斯万）的观点，目前由区块链技术所带来的已有和将有的革新主要分为三类：区块链1.0、2.0、以及3.0。1.0 对应的是数字货币，这方面的应用和现金有关，包含例如货币转移、汇兑和支付系统等。2.0 对应的是智能合约，这方面的应用主要在经济、市场、金融领域等，但其可延伸范围比简单的现金转移要宽广，可

26、以涵盖例如股票、债券、期货、贷款、按揭、产权、智能合约和智能合约等。3.0 则对应的是超越货币、金融、市场以外的应用，主要在政府、健康、科学、文化和艺术方面。比特币所需颠覆的是央行的货币发行权和主权国家对货币的控制权，我们认为货币发行替代官方货币方面，比特币区块链会面临不可逾越的限制。同时因为隐蔽性强、不可追踪的特点，比特币往往和外汇转移、恐怖组织融资、逃税等有紧密联系。这种联系也让各国监管层对其颇为警惕。从创立初至今比特币持续的高波动性也不利于其成为一种稳定的储蓄性货币。但我们认为，基于比特币区块链上衍生出的货币转移、汇兑和支付等1.0 技术，因为可以解决目前很多现有相关运营模式的痛点，会在

27、政府监管下获得持续发展，甚至被政府所采用以提升效率。同时，各大咨询公司的分析和产业内投资的趋势表明，近年来产业内已经将区块链技术和比特币分离，投入了更加独立的关注、分析、发展、和推广。智能合约相关技术的发展更是迅速，成为了业内公认区块链通往未来颠覆性创新的钥匙。区块链2.0 应用的核心在于智能合约，随着智能合约的发展加快，区块链技术在物联网、金融市场交易、网络安全、公共记录、金融市场等多个领域会大显身手，改进目前各个领域的服务流程，甚至颠覆这些行业内的传统商业模式。每一个领域区块链的应用方式和产业趋势都值得一篇深度分析的研报，在此我们先就支付、智能合约、金融市场交易、物联网四大重要应用做一下简

28、短的介绍。1、基于区块链的支付系统更快、更安全、性价比更高根据波士顿咨询(BCG)的统计，在2013 年，支付业务收入达到4,250 亿美元，而到2023 年，全球支付业务收入预计将会达到8,070 亿美元。基于区块链技术的汇兑和支付属于区块链的1.0 应用版。区块链技术可以在安全性、交易时间、消耗费用上对传统支付业务进行颠覆式改进。自从区块链技术推出以来，平均每日的交易数量、金额总量、以及平均每笔金额皆稳步大幅上升，从运营能力上证明了其替代现有传统支付业务的能力。安全性上，基于区块链技术的支付系统采用的是分布式“推式（Push）”支付，而非传统的集中式“拉式（Pull）”支付。“推式”支付中

29、，用户将付款金额发送至商家，过程中不用提供自己的私人银行帐户信息。而传统“拉式”支付中，用户将私人银行帐号等信息提供给商家，商家在过程中保存用户的私人银行帐号信息并使用信息完成提款。“拉式”支付中商家积累的用户银行帐号和交易信息极易成为黑客和不法分子供给窃取的目标。因此，对于用户，基于区块链技术的支付系统可以大大改善网络商业环境的安全性。近期宣布进入中国市场的Apple Pay 和海外得到广泛应用的Google Pay 以及PayPal 在安全性上无疑走在了电子支付系统的前列。和区块链系统类似，Apple Pay和Google Pay 并未采用传统“拉式”支付方式，用户不用将个人银行帐号信息等

30、提供给商家，但和区块链技术不同的是，Apple Pay、Google Pay、Paypal 是将用户金融信息保存在自身系统内，每个用户的信息对应了一个加密的令牌，而该令牌在每次交易后自动作废，新令牌重新被系统加密。虽然这种支付方式避免了交易方卖家存储个人金融信息的可能性，并大幅降低了信息被盗窃的可能性，但相比区块链系统，核心风险仍存也就是Apple，Google，以及PayPal 这些第三方其本身，一旦对于这些第三方的信息窃取攻击成功，后果将会更加不可设想。对于商家来说，基于区块链技术的支付系统可以大幅帮助他们降低交易成本。相比传统的信用卡/借记卡，区块链技术可以帮助商家节省约80%到90%的

31、交易费用。目前的信用卡/借记卡每笔交易商家手续费通常是3%，远高于几乎可以忽略不计的区块链技术支付系统手续费。例如，使用Coinbase 提供区块链技术的美国的新兴急速上升支付公司Stripe 对于常规付费方式一般会向商家在30 美分的固定费用基础上另收交易额的2.9%作为手续费，但是对于使用比特币的交易，100 万美元交易额之内不收取手续费，100 万美元交易额作为门槛多出的部分收取1%作为手续费。Stripe之所以有降低费率的本钱，根本原因还是在于区块链技术中分布式算法不依赖第三中心方所带来的自动化成本优势。相比传统支付方式，基于区块链技术的支付方式可以大大缩短支付时间。对于传统信用/借记

32、卡交易来说，一天以上的处理时间非常常见，跨境支付更是需要两三天的时间。而区块链支付短则几秒，长也不过几个小时的速度对于交易双方的吸引力明显。处理时间的缩短对于某些特殊交易类型有着不一般的意义。对于大笔跨境支付来说，传统交易中所需要的两三天处理时间，实际上是让交易金额在一段时间内被迫处于了冷冻的状态。对于公司之间的大宗交易来说，两三天的投资机会成本是巨大的，区块链技术因为其更短的处理时间，可以将机会成本大大降低。同时，更快的处理也降低了交易时间拉长存在的风险。此外，处理速度的提升还可以造成跨境支付的竞争局面，将现有的传统技术中交易成本降低，造成正面外部效应。区块链技术可以让支付交易变的更加“碎片化”，从而达到满足用户日益灵活的付费需求。传统的支付（尤其是跨境支付）因为一般所需的手续成本较固定，支付金额降低时，边际平均成本迅速上升。基于区块链技术的支付方式固定手续成本低，可以满足更低、更碎片化的支付金额。同时，区块链和网络可以紧密结合的特点，或会颠覆现有众多网络商业的模式。例如，未来视频网站或会打破“试看-订阅”的模式，而利用区块链支付技术根据用户实际观看流量进行实时推进式收费。用户在观影的过程中，所需付金额直接挂钩流量。通过这种方式，视频公司可以捕捉到处于初