什么是区块链？如何全面了解区块链技术？比特币和区块链有什么关系？

什么是区块链

“区块链”一词起源于中本聪[1]发明的点对点电子货币系统，称为比特币。作为比特币的底层技术，它本质上是一个去中心化的数据库。它是指以去中心化和去信任的方式共同维护可靠数据库的技术解决方案。

从技术的角度来看，区块链是一门涉及数学、密码学、互联网和计算机编程的综合性交叉学科。

从应用上看，区块链是一种新兴技术，它是一种分布式共享账本和数据库；该技术具有去中心化、不可篡改、全可追溯、可追溯、集体维护、公开透明等特点。

从计算机技术应用模式来看，有分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术模式。

区块链的广义解释

通俗地说，无论从任何角度来看，区块链都是一种技术，而区块链技术是指全民参与记账的一种方式。所有系统背后都有一个数据库，您可以将数据库视为一个大账本。那么谁来保存账本就变得非常重要。目前谁的系统负责记账，微信的账本是腾讯的，淘宝的账本是阿里的。但在区块链网络中，系统中的每个人都可以有机会参与记账。如果在一定时间内有任何数据变化，系统中的每个人都可以做记账。系统会在这段时间内判断出最快最好的记账员，将他记录的内容写入账本，记录下来。账本的内容在一段时间内发送给系统中的所有其他人进行备份。这样，系统中的每个人都有一个完整的账本。这样，我们称之为区块链技术。— 分布式账本的流行解释 [0]。

区块链技术被认为是自互联网发明以来最具颠覆性的技术创新。它依赖于密码学和数学的巧妙分布式算法。在无法建立信任关系的互联网上，无需任何第三方中心干预即可使用。参与者达成共识，以极低的成本解决了信任和价值的可靠传递问题。

比特币点对点网络将所有交易历史存储在“区块链”上。区块链继续加长，一旦新区块添加到区块链中，就无法移除。区块链实际上是一组去中心化的用户端节点和一个由所有参与者组成的分布式数据库，是所有比特币交易历史的记录。比特币交易数据被打包成“数据块”或“块”后，交易被初步确认。区块链接到前一个区块后，交易被进一步确认。连续6次区块确认后，交易基本不可逆确认。

区块链在网络上是公开的，可以在每个离线比特币钱包数据中查询。轻量级比特币钱包使用在线确认，即不将区块链数据下载到设备存储中。

谁首先提出了区块链

2008 年，中本聪在《比特币白皮书》[1] 中提出了“区块链”的概念，并于 2009 年创立了比特币网络并开发了第一个区块“创世区块”。

《比特币白皮书》中提到的点对点电子货币系统是数字货币，但实际上其底层技术的意义和价值远大于其货币属性。以比特币为例，它一般被认为是一种点对点的数字货币，但从技术角度来看，它实际上是一个点对点的去中心化网络平台。这样的网络平台依赖于区块链技术。

但实际上，最先催生“电子货币”概念的创意方案并不是中本聪第一个提出的。

加密货币前传：从 David Chaom 到 Satoshi Nakamoto

加密货币有很长的历史，这个琐事专栏介绍了密码学的简明前传，其中有几个主要人物及其创作。

《区块链：技术驱动的金融》一书前言[1.1]《通往比特币的漫漫长路》（Jeremy Clark/文）从技术和历史的角度对加密数字货币的历史进行了阐述，这里参考他的分析。

1) 1983 年，David Chaum 首次提出在数字现金中使用加密技术

在现实世界中，现金可以很简单，只需要防伪。现金是一张纸条，我可以在上面写下“拿到这张纸条的人可以来找我要一只羊”，然后签上我的名字。签名是一种防伪措施。我把纸条给你，当纸条在你手里时，我没有。

在数字世界里，事情开始变得复杂起来：纸条和上面的签名是一个数字文件，一个电子文件可以被完美地复制无数次。把这个电子文件给你之后，我也可以把这个电子文件给第三人。这就是所谓的双花问题。

David Chaum 为数字世界的这一困境提出了一个创造性的解决方案。他的方法是使用这个逻辑：在一张纸条上，你选择一个只有你知道的序列号，我在上面签名。由于我不知道序列号，因此我无法为其他人制作此便条的另一份副本。这就是密码学中所谓的盲签名。这个想法形成了“第一个真正的电子货币方案”。1989 年，David Chaum 还创立了 DigiCash 将他的想法商业化，但未能被大规模接受。这种方案的缺点是，为了使其工作，必须有一个所有参与者都信任的中心化服务器来验证这些“数字票据”。

2) 从 1997 年到 1998 年，Adam Back 和 HashCash、Wei Dai 和 B-Money、Nick Szabo 和 Bitcoin Gold（比特黄金）、Hal Finney 和工作证明（POW）

在比特币白皮书中，中本聪引用了前人的成就，例如亚当贝克在 1997 年设计的 Hash Cash 和中国密码学家戴伟在 1998 年设计的 B Coin。2010 年，随着维基百科试图删除比特币条目，中本聪讨论与人们如何修改条目描述以被维基百科接受，他建议写：“比特币是 1998 年密码朋克中的戴维。提到的 B 币概念和 Nick Szabo 提出的比特金的具体实现。” 他说这是一个具体的实现，因为 B Coin 和 Bit Gold 都只是在概念中。

这将我们带到了区块链领域的一位重要人物——计算机科学家 Nick Szabo。他在 1998 年提出了一个名为 Bit Gold 的方案。在当前的区块链世界中，Nick Szabo 有着更重要的地位：Szabo 是“智能合约”的倡导者，他在 1993 年撰写了“智能合约”论文。智能合约是区块链处理交易的核心方式，区块链应用的本质可以看作是智能合约的结合。

现阶段第四位重要人物是著名的密码学家哈尔芬尼，他是PGP加密界的大名鼎鼎的“G”，也是密码朋克圈的前辈。2004 年，他使用工作量证明 (POW) 机制推出了自己的电子货币版本。在比特币的开发过程中，哈尔芬尼与中本聪有过很多互动。第一次比特币转账是中本聪向 Hal Finney 转账了 10 个比特币。

他们四人的具体思路不同，但都有一个共同点，就是都让计算机进行计算，从而“创造”出电子现金，也就是比特币的工作量证明和“挖矿”。系统允许计算机执行加密计算。创意来源。这个非常重要。有了这个思路，中心化的服务器就可以被去中心化的网络取代，困扰数字货币的问题就迎刃而解了。

再往前，这个想法可以追溯到 1992 年密码学家 Cynthia Dwork 和 Moni Naor 提出的减少垃圾邮件的提议，Jerry Mi Clark 在“区块链：技术驱动的金融”中解释说：“想象一下，每次你发送电子邮件时，计算机必须花几秒钟解决一道数学题。如果不能附上答案，收件人的邮箱会自动忽略这封邮件”。

3) 2008 年 10 月，中本聪发表论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》

最终，中本聪结合前人的创新，实现了发行和交易都去中心化的电子现金。

至于之前的数字货币系统（比如Chom的系统）为什么会失败，中本聪曾写道：自1990年代以来所有的虚拟货币公司都失败了……我希望人们能看到这些系统失败，显然是因为它们的中心化控制. 我认为我们第一次尝试建立一个去中心化的、去信任的系统。

这里他提到了两个相关的词，一个是去中心化的，一个是非信任的。去中心化网络必须是不基于信任的。

区块链有哪些领域和技术

它由数学、密码学、互联网和计算机编程组成。每个领域都体现了哪些技术：

区块链核心技术

分布式存储、作用：数字存储区块链中的分布式存储是参与节点拥有独立完整的数据存储，其独特性主要体现在两个方面。完整的数据按照区块链结构存储。其次，区块链各个节点的存储是独立的，具有相同的地位数字货币和比特币的关系，采用共识机制保证存储的一致性。密码学原理、作用：数字安全 密码学是保证区块链中数据传输、存储和访问安全的重要技术手段，是双方建立信任的基石。区块链技术中应用了很多密码学知识，如：公钥、私钥、哈希、对称加密、非对称加密、同态加密、签名、零知识证明等 共识机制、作用：所谓数字化处理中的共识数字货币和比特币的关系，是指参与多方的节点通过交互作用，就某些数据、行为或过程达成一致的过程。预设规则下的多个节点。共识机制是指定义共识过程的算法、协议和规则。区块链的共识机制具有“少数服从多数”和“人人平等”的特点。智能合约、作用：数字应用智能合约基于这些可信且不可变的数据，可以自动执行一些预先定义好的规则和条款。以保险为例，如果每个人 信息（包括医疗信息和风险发生信息）真实可信，那么在一些标准化的保险产品中很容易实现理赔自动化。在保险公司的日常业务中，虽然交易没有银行和证券行业那么频繁，但对可信数据的依赖依然有增无减。因此，笔者认为，利用区块链技术，从数据管理的角度，可以有效帮助保险公司提升风险管理能力。具体来说，主要分为投保人的风险管理和保险公司的风险监管。区块链基础知识 在保险公司的日常业务中，虽然交易没有银行和证券行业那么频繁，但对可信数据的依赖依然有增无减。因此，笔者认为，利用区块链技术，从数据管理的角度，可以有效帮助保险公司提升风险管理能力。具体来说，主要分为投保人的风险管理和保险公司的风险监管。区块链基础知识 在保险公司的日常业务中，虽然交易没有银行和证券行业那么频繁，但对可信数据的依赖依然有增无减。因此，笔者认为，利用区块链技术，从数据管理的角度，可以有效帮助保险公司提升风险管理能力。具体来说，主要分为投保人的风险管理和保险公司的风险监管。区块链基础知识 可以有效帮助保险公司提高风险管理能力。具体来说，主要分为投保人的风险管理和保险公司的风险监管。区块链基础知识 可以有效帮助保险公司提高风险管理能力。具体来说，主要分为投保人的风险管理和保险公司的风险监管。区块链基础知识

香港大学金融硕士李迪一，《理解区块链的结构及其设计原理》[6]对区块链的结构进行了深入分析。

区块链的基本原理理解起来并不复杂。首先，区块链包括三个基本概念：

Transaction：对账本的操作，导致账本状态发生变化，如增加转账记录；block：记录一段时间内发生的所有交易和状态结果，是对当前账本状态的共识；链（chain）：由区块按出现顺序串联而成，是整个账本状态变化的日志记录。如果将区块链作为状态机，每一笔交易都是一次改变状态的尝试，而每次共识产生的区块是参与者对区块中交易导致的状态改变结果的确认。

在实现上，首先假设有一个分布式数据记录账本，只允许添加，不允许删除。账本底层的基本结构是一个线性链表，这也是其名称“区块链”的来源。链表由一系列“块”组成（如下图1所示），后续块记录前一个块的哈希值（pre hash）。要添加新数据，必须将其放置在新块中。通过计算哈希值可以快速检查这个区块（以及区块中的交易）是否合法。任何维护节点都可以提出新的合法区块，但必须通过一定的共识机制才能对最终选定的区块达成共识。

图 1：区块链结构示例

区块链的特点

从区块链的形成过程来看，区块链技术具有以下特点：[7]

去中心化。区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施，没有中央控制。除了自成一体的区块链本身，通过分布式记账和存储，各个节点实现信息的自我验证、传输和管理。去中心化是区块链最突出、最本质的特征。不可变。区块链上的内容需要利用密码学原理进行复杂的运算才能记录在链上，而在区块链上，下一个区块的内容会包含上一个区块的内容，使得信息被篡改。难度非常高，篡改成本非常高，这就是区块链的“不可篡改”特性。“不可篡改” 区块链的特性是数据一旦写入区块链，任何人都不能擅自更改数据。开放性。区块链技术的基础是开源的。除了交易方的加密隐私信息外，区块链数据对所有人都是公开的。任何人都可以通过公共接口查询区块链数据并开发相关应用。系统信息高度透明。独立。基于共识规范和协议（类似于比特币采用的哈希算法等各种数学算法），整个区块链系统不依赖其他第三方，所有节点都可以在系统内自动、安全地验证和交换数据需要任何人为干预。安全。只要51%的数据节点无法控制，网络数据不能被任意操纵和修改，这使得区块链本身相对安全，避免了主观和人为的数据更改。匿名。除非法律法规要求，从技术上讲，每个区块节点的身份信息不需要公开或验证，信息传输可以匿名进行。

区块链的类型

张健《区块链：定义未来金融经济新格局》中提到的3类区块链（机械工业出版社）

从区块链的类型分类[8]来看，主要有以下三种：

公共区块链（简称：公链） 公共区块链（Public Block Chains）是指：世界上任何个人或团体都可以发送交易，该交易可以获得区块链的有效确认，任何人都可以参与其共识过程。公共区块链是最早的区块链，也是应用最广泛的区块链。各大比特币系列的虚拟数字货币都是基于公链的。世界上只有一个区块链对应这种货币。. 联盟区块链（Consortium Block Chains）：多个预选节点被一组指定为记账人，每个区块的生成由所有预选节点共同进行决策（预选节点参与共识过程） , 其他接入节点可以参与交易，但不问记账过程（本质上还是托管记账，但变成分布式记账，有多少预选节点，如何确定每个区块的价值 记账人成为主要风险点区块链），其他任何人都可以通过区块链的开放 API 进行有限的查询。私有区块链（简称：私有链） 私有区块链（Private Block Chains）：只使用区块链的总账技术进行记账，可以是公司也可以是个人，并且独享区块链的写入权限，这条链与其他分布式存储解决方案没有太大区别。传统金融想尝试私有区块链，而比特币等公有区块链的应用已经产业化，私有区块链的应用产品还在探索中。从区块链的类型比较[8]：

区块链共识机制

由于大多数加密货币采用去中心化的区块链设计，节点分散且处处平行，因此必须设计一个系统来维护系统的秩序和公平，统一区块链的版本，并提供奖励资源来维护区块链的用户，并惩罚恶意伤害者。这样的系统必须依靠某种方式来证明谁获得了区块链的打包权（或记账权），并且可以通过打包这个区块获得奖励；或者谁有意做坏事，你会得到一定的惩罚，这就是共识机制。[9]

常见的共识机制：

工作量证明（PoW），典型案例：比特币网络权益证明（Proof-of-Stake，PoS，也译作持有证明），典型案例：以太坊股份授权证书（Delegated-Proof -of-Stake， DPoS），典型案例：EOS容量证明（Proof-of-space，PoSpace，也称为Proof-of-Capacity，PoC），典型案例：FilecoinPaxosRAFTPBFTLibraBFT（拜占庭容错）：用于Libra

共识机制对比：

要评估共识机制，不能简单地定义为好或坏。需要区分业务属性。业务属性主要基于区块链的不可能三角和业务类型，所以比较主要根据场景、去中心化程度、记账节点、响应时间、存储效率、吞吐量和容错性。详情如下：[10]

提示：区块链不可能三角意味着任何区块链系统都无法充分兼顾安全性、性能和去中心化三个方面。

参考上述共识机制对比图[10]

区块链架构模型

2017年5月16日上午，首个区块链标准《区块链参考架构》在杭州国际博览中心举行的区块链技术应用峰会暨首届中国区块链发展竞赛成果发布会上正式发布。[11]

区块链系统由自下而上的数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。

区块链架构模型

1.数据层

数据层封装了底层数据块的链式结构，以及相关的非对称公私钥数据加密技术和时间戳技术。这是整个区块链技术中最低的数据组织，其中大部分已经被发明了几十年，并且在计算机领域已经使用了很长时间，所以不用担心它的安全性，因为如果有这些技术存在巨大的安全漏洞，意味着全球金融技术将出现严重问题。当中本聪设计比特币时，他为每个区块设置了 1MB（兆字节）的容量限制。但是，由于比特币交易量的快速增长，1MB区块空间所能容纳的交易数量是有限的。

2.网络层

网络层包括分布式联网机制、数据传播机制和数据验证机制等。由于使用了完整的P2P联网技术，意味着区块链具有自动联网的功能。这种P2P联网技术也是较早的BT（比特流）、电驴（eMule）等P2P下载软件中比较成熟的技术。

3.共识层

共识层主要封装了网络节点的各种共识机制算法。共识机制算法是区块链技术的核心技术，因为它决定了谁来负责记账，而记账人的选择将影响整个系统的安全性和可靠性。目前共有十多种共识机制算法，其中最为人熟知的有工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）、委托权益证明（DPoS）等。这些共识机制将在下一节中详细描述。

4.激励层

激励层将经济因素整合到区块链技术体系中，主要包括经济激励的发行机制和分配机制。只有记账节点，惩罚不遵守规则的节点，才能使整个系统良性循环发展。因此，激励机制往往是一种博弈机制，让更多遵守规则的节点愿意记账。在私有区块链中，并不一定需要激励，因为参与记账的节点往往在链外完成博弈，即参与记账可能存在强制力或其他要求。

5.合约层

合约层主要封装各种脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础。以以太坊为首的新一代区块链系统试图改进比特币的合约层。比特币虽然也包含脚本代码，但不是图灵完备的，即不支持循环语句；以太坊内置了基于比特币结构的编程语言协议，因此理论上可以实现任何应用功能。如果你把比特币想象成一个全球账本，那么你可以把以太坊想象成一台“全球计算机”——任何人都可以上传和执行任意应用程序，程序的高效执行可以得到保证。

6.应用层

应用层封装了区块链的各种应用场景和案例。比如基于以太坊构建的各种区块链应用部署在应用层，所谓的可编程货币、可编程金融也将构建在应用层。在该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识机制的经济激励以及灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。其中，数据层、网络层和共识层是构建区块链应用的必要因素，否则就不能称为真正意义上的区块链。激励层，

全文参考：[0]科普中国：分布式账本到底是什么？[1]比特币白皮书：《比特币：一种点对点的电子货币系统》[1.1]《区块链：技术驱动金融》[2]区块链的数学认知[3]胡知：密码学与区块链中的安全技术 [4] 区块链与 P2P 网络 [5] 腾讯云：区块链技术介绍，涉及哪些编程语言？[6] 香港大学-李迪义：《了解区块链的结构及其设计原理》 [7] 区块链的六大特征 [8] 区块链的类型 [9] 工研院：区块链链介绍与技术探讨 [10]区块链共识机制 [11] 中国首个区块链标准《区块链参考架构》