近年来，“区块链”似乎横空出世，引起广泛关注。区块链来自哪里？是什么样的技术？是否意味着新一波的技术？它将如何改变世界？带着这些问题，让我们一起探索区块链科技的前世。
作者：周冰方云山
来源：华章科技
2010年5月的一天，一位名叫拉斯洛的年轻美国程序员用一万个比特币买了两张披萨的优惠券。根据2017年12月17日比特币最高价格约为2万美元的估算，当时每个披萨的价格约为1亿美元，应该是史上最贵的披萨。
从2010年到2017年短短八年间，比特币的价格从几分钱涨到两万多美元，最高涨幅达到数万倍。
根据CoinMarketCap网站的数据，2018年1月7日，数字货币的整体市值达到8357亿美元的峰值。这个数据很惊人，因为根据国际货币基金组织(IMF)的数据，2017年，全球只有十几个国家的GDP超过8000亿美元。虚拟货币价格的剧烈波动引起了全世界的关注。图1-1显示了比特币的增长曲线。
图1-1比特币价格快速上涨。
隐藏在虚拟货币背后的是一种被称为“区块链”的神秘技术。到底是什么？它从哪里来的？
区块链来自哪里？“区块链”来自英语区块链。一般的观点认为，区块链技术起源的标志性事件是中本聪在2008年提出了比特币系统的设计。
在中本聪最初发表的《比特币白皮书》中，“Block”和“Chain”这两个词是分开出现的，但在后来的讨论中，人们逐渐将这两个词联系起来，并将这种技术称为“区块链”。区块链这个术语后来被传播开来。
中本聪提出的比特币系统是一种电子货币系统，可以实现完全点对点的电子货币转移，无需第三方背书。虽然很多人主要把比特币看作是一种虚拟的“币”，但从技术角度来说，比特币系统中最重要的其实是分布式账本。
在中本聪的设计理念中，分布在世界各地的分布式节点共同维护着这个不断扩大的链式账本，所有关于“货币”归属的数据在分布式账本中保持完整，不会被篡改或删除。
到目前为止，比特币系统仍然是区块链技术最具代表性的应用案例。但时至今日，区块链技术的范围已经远远超出了虚拟货币账本本身，逐渐发展成为可以应用于多个行业和领域的综合信息技术。
什么是区块链？从信息的组织形式来看，区块链是一个不断增长的数据链表，数据链表的基本单元是一系列的“账本”(通常也叫“块”)，这些账本通过密码技术连接在一起。
从网络结构来看，区块链中的所有数据都是由一系列分布的、独立的“节点”共同维护的。这些特殊的数据和网络结构规则保证了区块链上的数据不能被随意篡改，不会出现故障或丢失。
区块链是几个学科的交叉综合，涵盖了分布式计算机系统、密码学，甚至商业和经济。区块链系统的设计包括分布式系统的网络结构、数据结构、密码算法、一致性算法(即区块链共识机制)等技术问题。
在本文的以下部分，我们将继续了解区块链技术的演变和区块链技术的意义。
区块链科技的演变首先，区块链科技在发展过程中衍生了很多品类。最常见的是根据节点间的组织形式和决策机制将区块链系统分为三类：公有链、私有链和联盟链，如表1-1所示。
表1-1区块链系统分类
公链也简称“公链”。它对分布式节点没有具体要求，完全由算法、数据结构和节点共识机制来组织。在这种系统中，节点之间没有信任约束。私有链一般适用于企业或组织，由内部管理者授权管理。在这种系统中，因为节点完全由系统的发起者控制，所以节点之间有很强的信任。在联盟链中，一般是几个独立的实体共同组成一个联盟，每个实体运行一个或多个节点。只有受信任的联盟成员才能加入节点网络。该系统中的节点面临特定的网络访问和监控机制。在实践中，联盟链通常是由行业内的企业和监管机构发起和维护的。区块链技术的演变过程大致可以分为三个阶段，如图1-2所示。
图1-2区块链技术的演进过程
第一阶段以中本聪2008年提出的比特币区块链为代表。比特币区块链的本质是利用区块链技术实现分布式记账机制，并在此基础上实现比特币虚拟货币的交易。其核心技术点包括UTXO事务模型、链接账本数据结构、加密技术、基于“工作量证明”的共识机制。
比特币区块链是一个公共链，由分布在世界各地的节点共同维护。当代区块链的应用包括命名硬币、彩色硬币和元硬币。
比特币区块链有一些局限性。例如，UTXO模型缺乏对状态的支持，只适用于简单的一次性交易契约。这些限制使其难以应对金融领域的各种复杂场景。也有一些专家认为比特币区块链中的“工作量证明”共识机制计算量太大，平均时间10分钟，效率非常低。
区块链科技二期的主要特点是引入了“智能合约”的概念，成为可编程的区块链系统，从而支持简单的金融合约业务场景。与第一阶段的区块链技术相比，这一阶段的区块链技术允许开发者通过图灵的完整编程语言创建契约，实现去中心化的应用。以太坊和织物是这个阶段的主要代表。
其中以太坊是继比特币之后影响力较大的公链协议，采用契约账户的概念，通过执行智能契约，可以实现两个账户之间的价值和状态转换。Fabric是IBM主导的联盟链，支持使用容器技术运行智能合约代码，对高级语言开发有很好的开放性。现阶段的区块链技术在共识算法上也有很多创新。
第三阶段是区块链在应用领域、效率、安全方面的拓展，也就是现在的发展阶段。
可能的技术发展方向包括：
利用分片、跨链等技术提高区块链的记录效率，接近高并发场景下的需求；使用新的密码技术提高区块链系统的安全性，如密钥管理技术和抗量子攻击密码；提高智能合约的开放性，增加适用的行业场景。据笔者观察，这个阶段还处于探索阶段，还没有一个标志性的系统被大规模使用。
区块链能“改变世界”吗加拿大学者、数字经济领域知名专家唐塔斯考特曾将区块链称为一场“革命”，认为区块链的底层技术可以改变货币、商业和世界。
真的是这样吗？区块链真的能像工业化、互联网化一样改变世界，从而成为新的科技浪潮吗？如图1-3所示，我们需要从多个维度寻找这些问题的答案。
图1-3从多个维度看区块链的价值。
首先，在谈论区块链的影响力时，我们不能回避数字货币的话题。如前所述，整个虚拟货币市场的市值在2018年初达到一个峰值，但随后一路下跌。例如，比特币的总市值已经从之前的峰值下降了80%以上。
此外，由于比特币等虚拟货币的价格波动较大，结算便利性较差，在全球范围内的结算支付场景中尚未得到广泛应用，我国法定数字货币DCEP仍在研究中。
其次，从区块链科技的商业模式来看，ICO和STO更受关注。在这些模式中，区块链技术主要用于生成和记录某种虚拟股权证书，有时称为令牌。投资者可以投资这些股票，并通过区块链系统进行查询和交易。
目前上述模式还没有得到有效推广，主要是各个国家和地区的监管和标准化手段还不完备。比如2017年，美国证券监管部门发布公告，宣布每个ICO项目根据其实际情况考虑纳入监管范围。在国内，2017年央行等部委也明确将ICO定义为非法融资行为。
目前，基于区块链技术的商业模式创新没有重大突破，人们需要结合各个国家和地区的法律法规探索创新的区块链商业模式。
最后，从行业应用的角度来看，由于区块链技术可以实现数据隐私、防篡改、可追溯等基本功能，因此无疑会在金融、物流、制造、消费等行业得到应用。
世界上许多国家和地区都在积极探索和支持区块链技术的研究和产业落地。以中国为例，国务院和工业和信息化部近年来出台了一系列指导意见和发展建议，鼓励区块链技术的研发。
2016年10月，工信部发布《中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）》，介绍了区块链技术在中国的发展和未来方向。同年，区块链作为重要的驱动技术之一，被国务院列入《“十三五”国家信息化规划》。2017年8月，国务院发布的《关于进一步扩大和升级信息消费持续释放内需潜力的指导意见》提出开展基于区块链、人工智能等新技术的应用试点。在银行业，成立于2015年的R3区块链联盟，目前拥有数十家来自世界各地的国际银行组织，致力于为银行提供探索区块链的适用技术和产品。2016年，国内部分金融企业和机构在深圳联合发起“金融区块链联盟”，探索区块链技术在金融领域的技术和应用。
在行业标准化方面，2018年底，欧洲电信标准化协会(ETSI)宣布成立一个新的行业标准化小组(ISGPDL)，研究批准的分布式账本。中国通信标准化协会CCSA也于2017年成立了物联网区块链集团。
在这种背景下，区块链技术的应用日益丰富。2018年8月，首张区块链电子发票在中国深圳开出。同年，中国杭州诞生了首例利用区块链存单判定互联网信息传播侵权案。
简而言之，现在说区块链是否会带来一个新时代还为时过早，但毫无疑问，区块链已经受到了极高的关注。各界的持续投入将推动其技术不断完善，应用不断丰富。随着时间的推移，它的影响力会被更多的人认识和发现。
作者简介：周冰，赫尔辛基工业大学计算机科学硕士，清华大学MBA，天智星链科技联合创始人，曾在阿里巴巴、汤森路透、微软、诺基亚、Symbian等公司担任高级工程师和产品研发总监。他也是区块链技术的传播者。他是几个平台的区块链讲师。他在区块链产品开发方面拥有丰富的经验，并且热衷于开源项目。他是LinuxHIPL开源项目的早期贡献者。
本文摘自《深入理解企业级区块链Quorum和IPFS》，经出版社授权发布。
延伸阅读《深入理解企业级区块链Quorum和IPFS》
建议：阐述Quorum和IPFS的架构设计、系统配置和编程实践。
