Labs 導(dǎo)讀
2019年，隨著比特幣價(jià)格攀升到將近2W美金/枚，各國人民在全世界范圍內(nèi)掀起了一股炒幣熱潮，區(qū)塊鏈、比特幣、挖礦、BSN，這些關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)的詞匯一時(shí)間火遍全球。那么區(qū)塊鏈到底是什么？比特幣是像人民幣一樣的貨幣么？中國移動在區(qū)塊鏈技術(shù)大潮中，又扮演了什么角色？帶著這些問題，我們來聊聊區(qū)塊鏈的今生前世。
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區(qū)塊鏈總體介紹
1.1 區(qū)塊鏈概覽
1.1.1 歷史背景
人們總說“歷史總是驚人的相似”，在聊區(qū)塊鏈之前我們先回顧一下歷史，其實(shí)區(qū)塊鏈解決的問題在歷史上已經(jīng)演繹過了：
歷史上的拜占庭帝國，位于如今土耳其的伊斯坦布爾，是東羅馬帝國的首都。戰(zhàn)爭時(shí)期，拜占庭的軍隊(duì)分散開來圍攻敵軍的城市（如下圖），各隊(duì)伍的將軍們必須達(dá)成一致的共識，決定什么時(shí)間攻城，只有一半以上的軍隊(duì)同時(shí)發(fā)起進(jìn)攻，才能獲得勝利。問題是：（1）這些將軍在地理上是分隔開來的，將軍與將軍之間只能靠信差傳消息；（2）軍中存在間諜，間諜可以欺騙某些將軍采取跟共識不一致的行動。如果叛徒達(dá)到了這一目的，則任何攻擊行動都是注定要失敗的，所以，拜占庭將軍問題本質(zhì)是共識互信問題。
“拜占庭將軍問題”延伸到互聯(lián)網(wǎng)生活中來，其內(nèi)涵可概括為：在互聯(lián)網(wǎng)大背景下，當(dāng)需要與不熟悉的對方進(jìn)行價(jià)值交換活動時(shí)，人們?nèi)绾畏乐贡黄垓_。進(jìn)一步延伸到技術(shù)領(lǐng)域中來，其內(nèi)涵可概括為：在缺少可信任的中央節(jié)點(diǎn)和可信任的通道的情況下，分布在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)如何達(dá)成共識。
1.1.2 概念
區(qū)塊鏈，是指通過去中心化（或多中心）和去信任的方式集體維護(hù)一個(gè)分布式可信數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案。參與該系統(tǒng)中的任意多個(gè)節(jié)點(diǎn)，把一段時(shí)間系統(tǒng)內(nèi)信息交流的數(shù)據(jù)，通過密碼學(xué)算法處理和記錄到一個(gè)數(shù)據(jù)塊，并且生成該數(shù)據(jù)塊的指紋用于鏈接下個(gè)數(shù)據(jù)塊和校驗(yàn)，系統(tǒng)所有參與節(jié)點(diǎn)來共同認(rèn)定記錄的真?zhèn)巍?/p>
區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N類似于非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的技術(shù)解決方案統(tǒng)稱，并不是某種特定技術(shù)，開發(fā)者可以通過多種程序語言和架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)。
1.1.3 區(qū)塊鏈為什么會成為中國的國家戰(zhàn)略
“中共中央政治局2019年10月24日下午就區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行第十八次集體學(xué)習(xí)。中共中央總書記在主持學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)，區(qū)塊鏈技術(shù)的集成應(yīng)用在新的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)變革中起著重要作用。我們要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關(guān)鍵核心技術(shù)，加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。”
- - 摘自“新華社北京10月25日電”
1.1.4 我國發(fā)展區(qū)塊鏈的優(yōu)勢
①在眾多前沿科技中，我國在5G和區(qū)塊鏈領(lǐng)域同其他國家處在同一起跑線上，共同制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指標(biāo)，壁壘較少；
②區(qū)塊鏈技術(shù)是基于互聯(lián)網(wǎng)的，中國的互聯(lián)網(wǎng)普及率和基礎(chǔ)設(shè)施比較領(lǐng)先，為區(qū)塊鏈發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)；
③區(qū)塊鏈技術(shù)未來會廣泛應(yīng)用在幾乎所有信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，通過大力發(fā)展區(qū)塊鏈，真正靠創(chuàng)新來建設(shè)中國主導(dǎo)的世界級的基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用。
1.2 區(qū)塊鏈的分類、特征
1.2.1 區(qū)塊鏈分類
區(qū)塊鏈分為公有鏈和許可鏈，二者底層技術(shù)邏輯相似，但是工作原理相差巨大。
目前全世界公有鏈的應(yīng)用全部都是虛擬幣（如：比特幣），無一例外，可默認(rèn)公有鏈≈虛擬幣。在中國，虛擬幣不符合金融監(jiān)管要求（即使是無幣公有鏈也不符合），公有鏈中國主要發(fā)展追蹤技術(shù)，協(xié)助發(fā)現(xiàn)犯罪記錄。
1.2.2 特征
①公有鏈：
•對所有人開放，所有交易透明可追溯，任何人都能加入并匿名發(fā)布信息，匿名、去中心化等都是公有鏈的特點(diǎn)
•完全分布式，維持成本高，依賴于內(nèi)建激勵(lì)
•安全由共識機(jī)制和加密算法保證
•保存的數(shù)據(jù)越有價(jià)值，越要審視其安全性、交易成本和系統(tǒng)擴(kuò)展性
應(yīng)用：比特幣、以太坊等虛擬數(shù)字貨幣；每秒3-30次數(shù)據(jù)寫入，效率偏低，除少數(shù)金融業(yè)務(wù)外，公有鏈很難在企業(yè)級需求上進(jìn)行應(yīng)用，因?yàn)椋汗墟溣脩舯姸�，效率低下；（舉例：搜索一個(gè)比特幣，返回結(jié)果需要至少20分鐘，無法滿足企業(yè)業(yè)務(wù)響應(yīng)需求）一旦應(yīng)用到企業(yè)上，內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)邏輯就很難調(diào)整，不符合企業(yè)靈活多變的商業(yè)環(huán)境。
②私有鏈：
•使用范圍限于一個(gè)公司范圍類數(shù)據(jù)，訪問受限，提供更好的隱私保護(hù)
•交易速度快，成本低
•利用區(qū)塊鏈的不可篡改性，防止篡改數(shù)據(jù)
•改善可審計(jì)性，不完全解決信任問題
•每秒1000次以上數(shù)據(jù)寫入
應(yīng)用：公證、特定機(jī)構(gòu)的內(nèi)部數(shù)據(jù)管理與審計(jì)。
③聯(lián)盟鏈：
•授權(quán)公司和組織才能加入網(wǎng)絡(luò)，做到很好的節(jié)點(diǎn)間的連接
•參與共識，寫入和查詢數(shù)據(jù)通過授權(quán)控制，滿足監(jiān)管需求
•低成本維持運(yùn)行、交易處理速度快、成本低、有很好的擴(kuò)展性
•開發(fā)者在共識下可更改協(xié)議和修改數(shù)據(jù)
•每秒1000次以上數(shù)據(jù)寫入
應(yīng)用：R3、超級賬本、Ripple等金融領(lǐng)域交易。
1.3 區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)
①共享賬本：可以在多個(gè)站點(diǎn)、不同地理位置或者多個(gè)機(jī)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)里進(jìn)行分享的數(shù)據(jù)庫，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有相同的賬本；
②隱私安全：加密算法、哈希算法、非對稱加密算法、P2P通信網(wǎng)絡(luò)、高冗余存儲等；
③智能合約：自動執(zhí)行合約條款的計(jì)算機(jī)程序；
④基于公鑰體系加解密、簽名和驗(yàn)證機(jī)制，數(shù)字證書；
⑤共識機(jī)制——主要有四種：比特幣使用POW，以太坊使用POS，比特股使用DPOS，驗(yàn)證池（后續(xù)介紹公有鏈的板塊中，會有詳細(xì)的共識機(jī)制介紹）。
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公有鏈(虛擬幣)
2.1 P2P交易機(jī)制
•新產(chǎn)生的交易需求，廣播到所有節(jié)點(diǎn)；
•每個(gè)節(jié)點(diǎn)把該筆交易收集到一個(gè)區(qū)塊中，將賬戶地址、交易信息等進(jìn)行hash打包，同時(shí)遍歷hash值（詳見PoW / PoS機(jī)制）；
•當(dāng)某節(jié)點(diǎn)得出的hash與系統(tǒng)要求匹配時(shí)，該節(jié)點(diǎn)將獲得這一輪的記賬權(quán)，并將它生成的區(qū)塊廣播到所有節(jié)點(diǎn)；
•全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)對該hash和區(qū)塊內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)該區(qū)塊包含的交易驗(yàn)證有效后，所有節(jié)點(diǎn)接受該區(qū)塊；
•節(jié)點(diǎn)開始創(chuàng)建新區(qū)塊，并將剛剛接受區(qū)塊的哈希散列添加進(jìn)去，形成鏈。
針對以上過程，大家肯定有很多很多的疑問，看不懂不要緊，下面我們將為大家一一解答。
2.2 Q&A
Q1：交易數(shù)據(jù)進(jìn)行hash打包需要消耗計(jì)算機(jī)資源，各節(jié)點(diǎn)為什么還要參與記賬？
在比特幣系統(tǒng)里，搶到記賬權(quán)的節(jié)點(diǎn)獲得發(fā)布新區(qū)塊的權(quán)力，同時(shí)獲得系統(tǒng)提供的比特幣獎勵(lì)，這個(gè)獎勵(lì)其實(shí)也就是比特幣的發(fā)行過程。
Q2：hash算法的運(yùn)行機(jī)制？
Hash算法的特點(diǎn)：在給定算法的情況下，從明文很容易算出hash值，反之幾乎不可能從hash算出明文。
計(jì)算機(jī)生成一個(gè)隨機(jī)變量（明文）計(jì)算出一個(gè)hash值，通過不斷生成隨機(jī)變量，獲得不同的hash，不停地嘗試直到產(chǎn)生的hash值滿足“以n個(gè)0開頭”的條件。
現(xiàn)在的電腦要得到一個(gè)四個(gè)0開頭的hash值，通常需要一兩分鐘的時(shí)間，由于現(xiàn)在參與挖礦的計(jì)算機(jī)非常多，算力很大，所以現(xiàn)在的挖礦難度，是以18個(gè)0開頭，率先滿足這個(gè)條件的節(jié)點(diǎn)，就可以表明該節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)提供了巨大的算力，獲得唯一的記賬權(quán)。
Q3：節(jié)點(diǎn)如何獲得記賬權(quán)？
當(dāng)前主流的是兩種方案PoW（Prove of Work）和PoS（Prove of Stake）。
①PoW：工作量證明（比特幣使用的機(jī)制）
大家進(jìn)行算力競賽，設(shè)置一個(gè)計(jì)算hash的難題，誰先算出來誰贏，算力高的節(jié)點(diǎn)贏的概率更高，以這樣的方式保證勝出者是隨機(jī)的，且獲勝節(jié)點(diǎn)確實(shí)提供了大量算力。投入的算力能夠體現(xiàn)在哈希值上，惡意節(jié)點(diǎn)只能通過提升自己的算力來增加攻擊成功的概率。
PoW機(jī)制通過增加攻擊成本來減少惡意攻擊。
②PoS：股權(quán)證明機(jī)制
選舉，大家不用浪費(fèi)電力去進(jìn)行算力競賽，根據(jù)用戶持有貨幣的多少和時(shí)間（幣齡），以發(fā)放利息的方案來“選舉”產(chǎn)生記賬節(jié)點(diǎn)。
惡意節(jié)點(diǎn)只能通過增加自己的份額，增加自己被選中的概率，從而增加雙花攻擊的成功概率。要實(shí)現(xiàn)攻擊，先得成為持幣大戶，如果攻擊成功幣價(jià)大跌，攻擊者也會承受最大的損失，從機(jī)制層面綁定攻擊者的利益，降低系統(tǒng)受攻擊風(fēng)險(xiǎn)。
Q4：什么是“挖礦”？
在比特幣區(qū)塊鏈中，所有參與節(jié)點(diǎn)輸出算力遍歷hash值的過程，通常被稱為“挖礦”。（輸出算力越大，獲得比特幣獎勵(lì)的概率越大）各參與節(jié)點(diǎn)在遍歷hash的過程中也在不斷地驗(yàn)證其他節(jié)點(diǎn)的交易信息，為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行貢獻(xiàn)算力。
Q5：PoW和PoS優(yōu)缺點(diǎn)？
①PoW優(yōu)點(diǎn)：
•機(jī)制本身很復(fù)雜，比如：挖礦難度自動調(diào)整、區(qū)塊獎勵(lì)逐步減半等，這些因素都是基于經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，能吸引和鼓勵(lì)更多人參與；
•越先參與越容易獲得比特幣獎勵(lì)，會促使加密貨幣的初始階段發(fā)展迅速，節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)迅速擴(kuò)大；
•通過“挖礦”的方式發(fā)行新幣，把比特幣分散給個(gè)人，實(shí)現(xiàn)了相對公平。
②PoW缺點(diǎn)：
•算力是計(jì)算機(jī)硬件（Cpu、Gpu等）提供的，要耗費(fèi)大量電力，與人類追求節(jié)能、清潔、環(huán)保的理念相悖。不過，如果非要給“加密貨幣”找尋“貨幣價(jià)值”的意義，那么這個(gè)方面，應(yīng)該是最有力的證據(jù)；
•時(shí)至今日，算力的提供已經(jīng)不再是單純的CPU了，而是逐步發(fā)展到GPU、FPGA，乃至ASIC礦機(jī)。用戶也從個(gè)人挖礦發(fā)展到大的礦池、礦場，算力集中越來越明顯。這與去中心化的方向背道而馳，漸行漸遠(yuǎn)，網(wǎng)絡(luò)的安全逐漸受到威脅。有證據(jù)證明Ghash（一個(gè)礦池）就曾經(jīng)對賭博網(wǎng)站實(shí)施了雙花攻擊（一筆錢花兩次）；
•比特幣獎勵(lì)每隔４年產(chǎn)量減半，當(dāng)挖礦的成本高于收益時(shí)，礦工的積極性降低，會有大量算力退出，比特幣網(wǎng)絡(luò)的安全性進(jìn)一步堪憂。
③PoS優(yōu)點(diǎn)：
•節(jié)能。不用挖礦，不需要大量耗費(fèi)電力和能源；
•更去中心化。PoS機(jī)制的加密貨幣對計(jì)算機(jī)硬件基本上沒有過高要求，人人可挖礦（獲得利息），不用擔(dān)心算力集中導(dǎo)致中心化的出現(xiàn)（單用戶通過購買獲得51%的貨幣量，成本更高），網(wǎng)絡(luò)更加安全有保障；
•避免緊縮。PoW機(jī)制的加密貨幣，因?yàn)橛脩魜G失等各種原因，可能導(dǎo)致通貨緊縮，但是PoS機(jī)制的加密貨幣按一定的年利率新增貨幣，可以有效避免緊縮出現(xiàn)，保持基本穩(wěn)定。
④PoS缺點(diǎn)：
•純PoS機(jī)制的加密貨幣，容易導(dǎo)致“少數(shù)人”（通常是開發(fā)者）獲得大量成本極低的加密貨幣，在利益面前，很難保證他們不會大量拋售；
•PoS機(jī)制的信用基礎(chǔ)不夠牢固。為解決這個(gè)問題，很多采用PoW+PoS的雙重機(jī)制，通過PoW挖礦發(fā)行加密貨幣，使用PoS維護(hù)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定�；蛘卟捎肈PoS機(jī)制，通過社區(qū)選舉的方式，增強(qiáng)信任。
Q6：為什么很多國家要禁止比特幣等虛擬貨幣？
以中國為例。我國是外匯管制國家，比特幣的網(wǎng)絡(luò)匿名交易可以完美繞開央行的外匯防線，使得外匯管制這一政策形同虛設(shè)；并且比特幣為國內(nèi)強(qiáng)監(jiān)管地帶的洗錢交易提供極大的便利，極大的威脅了我國央行外匯政策和監(jiān)管政策；隨著我國加入SDR后，我國人民幣國際化戰(zhàn)略開始全力推進(jìn)，人民幣國際化本質(zhì)是一個(gè)區(qū)域中心化貨幣戰(zhàn)略，而比特幣的去中心化的這一特點(diǎn)，和我國的人民幣國際化戰(zhàn)略正好背道而馳，這種強(qiáng)烈貨幣屬性的碰撞，使得我國央行權(quán)衡再三后不得不對比特幣采取“極刑”。另外，對于世界上絕大多數(shù)國家而言，貨幣的印制和發(fā)行普遍被掌握在國家手里，這被稱為鑄幣權(quán)。在宏觀經(jīng)濟(jì)中，有一個(gè)概念叫做“鑄幣稅（Seigniorage Revenue）”，即：貨幣鑄造成本低于其面值而產(chǎn)生的差額。在紙幣時(shí)代，政府印制鈔票的成本幾乎可以忽略不計(jì)，同時(shí)政府擁有印制貨幣的壟斷權(quán)，因此能夠獲得全部的鑄幣稅。
以美國政府為例。在過去十年中，美聯(lián)儲每年超印了千億級美元的貨幣供給，用幾乎毫無印刷成本的美元，換取了大量了資產(chǎn)、商品和服務(wù)。要想讓政府放棄這筆收入，和比特幣這樣的虛擬貨幣“分一杯羹”，這簡直讓人不可想象。事實(shí)上，任何政府都沒有理由讓這樣的情形發(fā)生。
Q7：分叉問題如何解決？
分叉問題：同一時(shí)間段內(nèi)全網(wǎng)不止一個(gè)節(jié)點(diǎn)能計(jì)算出滿足要求的hash，即會有多個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中廣播它們各自打包好的臨時(shí)區(qū)塊（都是合法的）。
若收到多個(gè)針對同一前續(xù)區(qū)塊的臨時(shí)區(qū)塊，則該節(jié)點(diǎn)會在本地區(qū)塊鏈上建立分支，多個(gè)臨時(shí)區(qū)塊對應(yīng)多個(gè)分支。該僵局的打破要等到下一個(gè)hash被發(fā)現(xiàn)，而其中的一條鏈條被證實(shí)為是較長的一條，那么在另一條分支鏈上工作的節(jié)點(diǎn)將轉(zhuǎn)換陣營，開始在較長的鏈條上工作，其他分支將會被網(wǎng)絡(luò)徹底拋棄。
Q8：雙花問題如何解決？
雙花問題：即二重支付，指攻擊者幾乎同時(shí)將同一筆錢用作不同交易。
解決方案：每當(dāng)節(jié)點(diǎn)在把新收到的交易單加入?yún)^(qū)塊之前，會順著交易的發(fā)起方的公鑰向前遍歷檢查，直到該幣的最初誕生點(diǎn)（即產(chǎn)生它的那塊區(qū)塊源）。由于每筆交易單被加入?yún)^(qū)塊時(shí)必定按時(shí)間呈現(xiàn)一定的順序。區(qū)塊之間以Hash值作為時(shí)間戳，這決定了任意一筆交易資金來源都可以被確定的回溯。
2.3 比特幣關(guān)鍵特性
①比特幣總量：2100萬個(gè)。區(qū)塊鏈誕生之初，每10分鐘產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊獎勵(lì)50枚比特幣，之后每隔4年減半，目前每一個(gè)區(qū)塊獎勵(lì)6.25枚比特幣；基于上述機(jī)制，比特幣前4年一共產(chǎn)生1050萬個(gè)比特幣，第二個(gè)4年產(chǎn)生525萬枚，依次往后，算出比特幣的總數(shù)量為2100萬個(gè)。
②比特幣網(wǎng)絡(luò)平均每十分鐘打包一個(gè)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊上限為1M，如果這個(gè)區(qū)塊被填滿，該時(shí)段內(nèi)的多出來的交易信息只能等下一個(gè)區(qū)塊。由于交易頻率不固定，所以比特幣的區(qū)塊大小不同。
③礦工的收益：
•發(fā)布新區(qū)塊的獎勵(lì)（上述）
•交易手續(xù)費(fèi)收入：手續(xù)費(fèi)收入來自轉(zhuǎn)賬的用戶，用戶每轉(zhuǎn)賬一次，需支付一定的比特幣作為手續(xù)費(fèi)。傳統(tǒng)金融領(lǐng)域，手續(xù)費(fèi)支付給銀行，比特幣系統(tǒng)中，手續(xù)費(fèi)支付給礦工；
•比特幣網(wǎng)絡(luò)手續(xù)費(fèi)可以自行設(shè)置，擁堵時(shí)可上調(diào)手續(xù)費(fèi)，礦工會優(yōu)先打包手續(xù)費(fèi)高的交易。
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許可鏈(聯(lián)盟鏈)
•私有鏈：由個(gè)人或組織經(jīng)營、管理和控制的許可鏈，可理解為私有化部署的聯(lián)盟鏈。
•聯(lián)盟鏈：通過點(diǎn)對點(diǎn)傳輸和加密技術(shù)的共享記賬法架構(gòu)，可以服務(wù)工業(yè)和企業(yè)級應(yīng)用，可以對傳統(tǒng)信息化系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，本質(zhì)是一個(gè)實(shí)時(shí)的共享數(shù)據(jù)庫。
•區(qū)塊鏈上升到國家戰(zhàn)略層面的，專指聯(lián)盟鏈。
•聯(lián)盟鏈主要適用于多方合作的共享業(yè)務(wù)，如果一家公司的業(yè)務(wù)僅對內(nèi)（不對外），那么區(qū)塊鏈實(shí)質(zhì)上對這家公司就沒有太大意義。
※ 彩蛋：使用區(qū)塊鏈技術(shù)的是信息化應(yīng)用系統(tǒng)，C端用戶基本是無感知的。如同云服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)后臺一樣，區(qū)塊鏈服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的直接用戶就是技術(shù)公司和開發(fā)者；互聯(lián)網(wǎng)誕生的歷史背景：冷戰(zhàn)期間，美國為了防止數(shù)據(jù)被攔截，希望通過P2P的形式將數(shù)據(jù)傳輸給對端，由此誕生了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)�；ヂ�(lián)網(wǎng)發(fā)展至今已經(jīng)完成且遠(yuǎn)超了歷史賦予的使命。
3.1 架構(gòu)區(qū)別
3.1.1 互聯(lián)網(wǎng)
通過TCP/IP協(xié)議將所有數(shù)據(jù)中心連接起來而形成。區(qū)塊鏈服務(wù)網(wǎng)絡(luò)BSN：通過區(qū)塊鏈運(yùn)行環(huán)境協(xié)議將所有數(shù)據(jù)中心連接起來形成（BSN類似互聯(lián)網(wǎng)，是一個(gè)無主的支持多門戶的基礎(chǔ)設(shè)施）。
3.1.2 互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)
①由多個(gè)數(shù)據(jù)中心共串聯(lián)形成業(yè)務(wù)線，極大降低數(shù)據(jù)的傳輸和運(yùn)營成本。
②技術(shù)缺陷：
•可靠性低：中間一個(gè)系統(tǒng)宕機(jī)，整條業(yè)務(wù)線都得掉線；
•對接成本高：各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是自定義的，數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)存在差異，兩兩數(shù)據(jù)系統(tǒng)都要進(jìn)行接口開發(fā)，定制化程度高，無法應(yīng)用在其他業(yè)務(wù)線上；
•對賬成本高：1不能直接把數(shù)據(jù)給4，4也沒辦法保證2和3沒有進(jìn)行違規(guī)操作，中間出現(xiàn)大量對賬要求，成本高且存在造假風(fēng)險(xiǎn)。
3.1.3 區(qū)塊鏈并聯(lián)架構(gòu)
①共享賬本：聯(lián)盟鏈的共享賬本有一個(gè)統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)各系統(tǒng)保持一致；
②數(shù)據(jù)可靠性：共享賬本不允許刪除和篡改歷史記錄，用戶可以在獲得所有節(jié)點(diǎn)授權(quán)的情況下修改數(shù)據(jù)，但是改動會被記錄下來，任何發(fā)生的變更，參與該業(yè)務(wù)的所有節(jié)點(diǎn)都可以知道；
③實(shí)時(shí)同步：所有系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，減少時(shí)間差的漏洞。
3.1.4 技術(shù)優(yōu)勢
①優(yōu)化對賬流程：把對賬成本降為0（全球每年對賬市場近千億美金）；
②減少接口成本：無需開發(fā)定制化接口，所有系統(tǒng)使用同一套數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
③確保數(shù)據(jù)真實(shí)：無法篡改數(shù)據(jù)，修改后會留下記錄，確保數(shù)據(jù)可信；
④提升容錯(cuò)能力：在并聯(lián)關(guān)系中，即使多系統(tǒng)宕機(jī)，只要剩下的一個(gè)在鏈上仍可發(fā)生交互，鏈上的業(yè)務(wù)就不會停止。等宕機(jī)系統(tǒng)恢復(fù)了以后，系統(tǒng)將自動同步數(shù)據(jù)，不會出現(xiàn)賬本的錯(cuò)誤，系統(tǒng)可靠性極大增強(qiáng)；
⑤便于數(shù)據(jù)獲�。簲�(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在各方之間同步，任意一方獲取數(shù)據(jù)無需等待，也無需征得其他方的主觀同意；
⑥取消中間環(huán)節(jié)：同樣的業(yè)務(wù)省去了2、3中間方，加快業(yè)務(wù)效率；
⑦擴(kuò)大監(jiān)管范圍：在系統(tǒng)中設(shè)立一個(gè)監(jiān)管節(jié)點(diǎn)即可監(jiān)管所有參與該系統(tǒng)的所有節(jié)點(diǎn)。
3.2 防篡改機(jī)制
3.2.1 哈希算法和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)
架構(gòu)類比
區(qū)塊鏈體系類似成語接龍游戲，即后一個(gè)詞的第一個(gè)字，是上一個(gè)詞的末尾字。對應(yīng)到區(qū)塊鏈中，如下：
后一個(gè)區(qū)塊的區(qū)塊頭沿用的前一個(gè)區(qū)塊計(jì)算出的結(jié)果（跟內(nèi)容、時(shí)間戳、hash計(jì)算掛鉤），一旦修改A區(qū)塊內(nèi)容，A生成的區(qū)塊頭就會變化，很容易從B的區(qū)塊頭發(fā)現(xiàn)，A有過修改記錄；
所以為了達(dá)到篡改目的，必須對A區(qū)塊及后面所有區(qū)塊都進(jìn)行重新計(jì)算，為了保證造假的可信度，還需要保持B的hash與A的原h(huán)ash一致，基于hash幾乎不可逆向計(jì)算的特點(diǎn)，對后續(xù)區(qū)塊的修改幾乎不可能完成。
3.2.2 共享賬本機(jī)制
一個(gè)區(qū)塊鏈/聯(lián)盟鏈系統(tǒng)中，至少有3-4個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)保有一份賬本副本，其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)修改賬本是無效的，會立即被其他節(jié)點(diǎn)識別并發(fā)現(xiàn)修改記錄；除非所有節(jié)點(diǎn)都同意并確認(rèn)修改，這種做法一般是官方層面的行為。即便這么做，也會在時(shí)間戳、hash等相關(guān)信息上留下記錄。
3.3 行業(yè)痛點(diǎn)
根因：行業(yè)內(nèi)缺乏公認(rèn)的區(qū)塊鏈底層公用基礎(chǔ)設(shè)施，搭建聯(lián)盟鏈的成本高。
分析：聯(lián)盟鏈的每個(gè)應(yīng)用和每條鏈?zhǔn)峭耆?dú)立的環(huán)境，參與的每一方都要建立單獨(dú)的運(yùn)營環(huán)境，都要買服務(wù)器或者云資源。如果1個(gè)公司參加10個(gè)聯(lián)盟鏈應(yīng)用，原則上是需要買10次云服務(wù)的，而且其中99%的云服務(wù)資源是閑置的。最后，大家是在高投資的情況下，浪費(fèi)著資源。因此，當(dāng)前聯(lián)盟鏈技術(shù)發(fā)展遇到了一定的阻礙。
問題匯總：①成鏈成本高昂：2019年中國只有阿里、騰訊、華為能提供區(qū)塊鏈云服務(wù)，最低配置的4點(diǎn)系統(tǒng)環(huán)鏈，需要10W/年；區(qū)塊鏈架構(gòu)師、技術(shù)人才緊缺；②底層平臺異構(gòu)：部分系統(tǒng)開發(fā)使用的操作系統(tǒng)不一樣，導(dǎo)致無法互通；③系統(tǒng)資源閑置：同一家公司參與多個(gè)聯(lián)盟鏈應(yīng)用的時(shí)候，不同應(yīng)用之間的資源不能共享共用，導(dǎo)致大量資源重復(fù)建設(shè)、閑置，造成浪費(fèi)；④有效監(jiān)管困難：不同系統(tǒng)在不同云資源環(huán)境下運(yùn)行，難以進(jìn)行有效監(jiān)管。
結(jié)論：行業(yè)內(nèi)急需建立一個(gè)各方認(rèn)可的公共基礎(chǔ)設(shè)施，即BSN（Blockchain-based Service Network）。
※ 彩蛋：92-93年搭建一個(gè)網(wǎng)站成本約100W美金，90年代末，同樣的一個(gè)網(wǎng)站成本幾乎為0，開網(wǎng)站成本的極大降低才有了后來互聯(lián)網(wǎng)的爆發(fā)式發(fā)展�，F(xiàn)在搭一條聯(lián)盟鏈，類似一個(gè)局域網(wǎng)�；ヂ�(lián)網(wǎng)早期，大家也都是搭建局域網(wǎng)，兩個(gè)局域網(wǎng)之間想發(fā)一封信息需要開通互聯(lián)網(wǎng)專線，90年代拉一根專線成本將近100萬美金。所以，只有把成本降到最低，一個(gè)技術(shù)才能蓬勃發(fā)展。區(qū)塊鏈服務(wù)網(wǎng)絡(luò)從設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營都是在持續(xù)降低成本。只有搭建公共服務(wù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，才能在應(yīng)用階段降低系統(tǒng)組建成本，推廣架構(gòu)的使用。
作為一家技術(shù)底蘊(yùn)雄厚，承擔(dān)著國家公共服務(wù)職能的公司，中國移動公司在區(qū)塊鏈大潮中扮演的什么角色呢？
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BSN：區(qū)塊鏈服務(wù)網(wǎng)絡(luò)
4.1 概念及背景
4.1.1 概念
區(qū)塊鏈服務(wù)網(wǎng)絡(luò)BSN（Blockchain-based Service Network）：由各方所有的云資源，安裝了城市節(jié)點(diǎn)軟件連在一起而形成的，旨在提供一個(gè)可以低成本開發(fā)、部署、運(yùn)維、互通和監(jiān)管聯(lián)盟鏈應(yīng)用的公共基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。區(qū)塊鏈應(yīng)用開發(fā)者不需要再購買物理服務(wù)器或者云服務(wù)來搭建自己的區(qū)塊鏈運(yùn)行環(huán)境，而是使用BSN提供的公共服務(wù)，按需租用共享資源。
類比：住戶用水場景。阿里、騰訊等廠家主推區(qū)塊鏈云服務(wù)，即給客戶打水井，根據(jù)用戶需求來調(diào)整井的直徑和深度（云資源），進(jìn)而調(diào)整供水量。中國移動主推BSN則是建一個(gè)自來水廠，用戶按需打開水龍頭，這樣做便于公共資源管理，降低用水成本，保障運(yùn)行環(huán)境的穩(wěn)定可靠。問題在于前期投入巨大，隨著用戶數(shù)量上升，單個(gè)用戶的成本會極大降低。
4.1.2 發(fā)展背景
由國家信息中心牽頭，會同中國移動、中國銀聯(lián)等單位聯(lián)合建立。BSN是基于區(qū)塊鏈技術(shù)和共識機(jī)制的全球性基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，是面向工業(yè)、企業(yè)、政府應(yīng)用的可信、可控、可擴(kuò)展的聯(lián)盟鏈，致力于改變聯(lián)盟鏈應(yīng)用的局域網(wǎng)架構(gòu)高成本問題，以互聯(lián)網(wǎng)理念為開發(fā)者提供公共區(qū)塊鏈資源環(huán)境，極大降低區(qū)塊鏈應(yīng)用的開發(fā)、部署、運(yùn)維、互通和監(jiān)管成本，從而使區(qū)塊鏈技術(shù)得到快速普及和發(fā)展。
BSN發(fā)展聯(lián)盟的六家單位：發(fā)展聯(lián)盟負(fù)責(zé)管理和運(yùn)營BSN。
4.2 BSN的構(gòu)成
4.2.1 公共城市節(jié)點(diǎn)
①部署在每個(gè)城市的公共區(qū)塊鏈環(huán)境系統(tǒng)，整個(gè)BSN主要由城市節(jié)點(diǎn)連接而成；
②區(qū)塊鏈應(yīng)用部署在發(fā)布者選擇的N個(gè)城市節(jié)點(diǎn)內(nèi)(當(dāng)前超過60個(gè)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)交互效率就會降低，后續(xù)隨著算法和技術(shù)的進(jìn)步，支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)量會得到提升)；
③記賬節(jié)點(diǎn)是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，外面有自己的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)與鏈上數(shù)據(jù)交互；
④城市節(jié)點(diǎn)主要部署的業(yè)務(wù)系統(tǒng)：智能網(wǎng)關(guān)、權(quán)限鏈、底層多框架、共識機(jī)制、基礎(chǔ)能力、負(fù)載均衡等；
⑤記賬節(jié)點(diǎn)+排序節(jié)點(diǎn)組合，開發(fā)者不需要自行搭建記賬節(jié)點(diǎn)或關(guān)注共識排序機(jī)制，直接在BSN上選擇所需的資源和發(fā)布應(yīng)用，BSN會根據(jù)應(yīng)用的TPS分配資源。
4.2.2 排序集群服務(wù)
概念：聯(lián)盟鏈應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理中樞，在服務(wù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)為所有應(yīng)用提供共識排序服務(wù)的公共系統(tǒng)，對并發(fā)數(shù)和數(shù)據(jù)處理效率有很高要求。
三種類型的集群架構(gòu)：在研發(fā)測試階段用的單一中心化集群，使用的Kafka技術(shù)；城市節(jié)點(diǎn)達(dá)到50~100個(gè)時(shí)，根據(jù)城市節(jié)點(diǎn)數(shù)和應(yīng)用數(shù)，采取并行中心化集群，由多個(gè)Kafka并聯(lián)支持不同的應(yīng)用和不同的城市節(jié)點(diǎn)；商用后使用分布式城市節(jié)點(diǎn)集群，采用ROFT技術(shù)將每一個(gè)排序集群部署到每一個(gè)城市節(jié)點(diǎn)上，從效率和公網(wǎng)資源占用上，表現(xiàn)都非常好。
4.2.3 門戶網(wǎng)站
門戶網(wǎng)站已經(jīng)正式上線并開啟內(nèi)測，與其他云服務(wù)一樣，開發(fā)者可以選用資源和設(shè)置自己的應(yīng)用權(quán)限。
門戶提供的服務(wù)：開發(fā)者購買資源部署應(yīng)用、應(yīng)用商店、應(yīng)用運(yùn)行監(jiān)控、各類語言SDK、預(yù)置鏈碼商店、聯(lián)盟鏈/私有鏈管理、技術(shù)支持、幫助手冊、學(xué)習(xí)實(shí)例。
4.2.4 運(yùn)維系統(tǒng)
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理后臺的主要功能
服務(wù)網(wǎng)絡(luò)是大量物理分散的云資源和數(shù)據(jù)中心，所以資源調(diào)配、節(jié)點(diǎn)運(yùn)營、節(jié)點(diǎn)記賬、集群的重新分配和數(shù)據(jù)的遷移（區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)遷移非常復(fù)雜），都需要基礎(chǔ)能力管理的核心功能；核心系統(tǒng)全部開源，不僅是六家發(fā)起方去經(jīng)營和部署，而是整個(gè)社會的所有云資源和技術(shù)公司都加入進(jìn)來。
4.2.5 開發(fā)聯(lián)盟鏈框架的企業(yè)
聯(lián)盟鏈框架：由各BSN提供商負(fù)責(zé)，當(dāng)于聯(lián)盟鏈應(yīng)用的操作系統(tǒng)。
BSN施行多底層框架策略，中國移動支持目前國內(nèi)大多數(shù)主流聯(lián)盟鏈框架，目前已經(jīng)適配或正在適配中的框架見上圖。
適配：不同系統(tǒng)底層之間建立一套協(xié)議，不同的操作系統(tǒng)經(jīng)過授權(quán)可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。
4.3 BSN介紹
4.3.1 同區(qū)塊鏈云服務(wù)對比
4.3.2 理念
和區(qū)塊鏈云服務(wù)的經(jīng)營理念不同，云服務(wù)作為一種商業(yè)資源，是基于客戶的需求提供IaaS、PaaS、SaaS、開發(fā)組件等層面的服務(wù)，并按需收取費(fèi)用。
BSN的理念是要搭建類似互聯(lián)網(wǎng)的公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，提供免費(fèi)、開源的城市節(jié)點(diǎn)軟件，優(yōu)化開發(fā)/部署/運(yùn)維的靈活性，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)效率，降低開發(fā)者使用成本，讓更多的開發(fā)者參與進(jìn)來，提供更多應(yīng)用創(chuàng)新，把區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展起來。
4.3.3 特點(diǎn)
•無主：由各方所有的云資源，安裝了城市節(jié)點(diǎn)軟件串在一起而形成的網(wǎng)絡(luò)，跟互聯(lián)網(wǎng)一樣，BSN不屬于任何人；
•開放：任何擁有閑置云資源和IDC機(jī)房資源的企事業(yè)單位都可以申請加入；
•共贏：降低開發(fā)者的使用成本，幫云廠商盤活閑置的云資源，多方獲利。
4.3.4 意義
•大幅降低了區(qū)塊鏈開發(fā)、部署、運(yùn)維、互通和監(jiān)管成本，促進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù)快速發(fā)展；
•在全球部署，是一張中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、中國控制入網(wǎng)權(quán)的全球化服務(wù)網(wǎng)絡(luò)；
•是中國發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、智慧城市的的核心基礎(chǔ)設(shè)施之一；
•是互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值轉(zhuǎn)型與能力升級的基礎(chǔ)；
•可以作為國家全球經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略（包括一帶一路）的信息化基建設(shè)施。
當(dāng)前全球各國對區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展方向各有論調(diào)，但是總體態(tài)度都是積極擁抱新技術(shù)，主動探索應(yīng)用前景。其中走的比較靠前的為中、美、歐。中國鼓勵(lì)區(qū)塊鏈進(jìn)行科技創(chuàng)新，央行牽頭互聯(lián)網(wǎng)金融協(xié)會，開展針對區(qū)塊鏈的研究和試用；美國主要是巨頭企業(yè)布局，但是政府政策不明晰對其影響比較大；歐洲各國在積極探索區(qū)塊鏈應(yīng)用，如瑞士用區(qū)塊鏈管理土地所有權(quán)、愛沙尼亞用區(qū)塊鏈輔助收稅系統(tǒng)和商業(yè)注冊系統(tǒng)、英國希望借助區(qū)塊鏈提升公共服務(wù)效率等。
區(qū)塊鏈的發(fā)展，第一階段是以公有鏈為主的數(shù)字貨幣階段。當(dāng)下正處于以聯(lián)盟鏈架構(gòu)為技術(shù)主體的第二階段，主要通過智能合約，在金融、醫(yī)療、政務(wù)、冷鏈等多個(gè)應(yīng)用場景下實(shí)現(xiàn)價(jià)值信號傳遞。未來，區(qū)塊鏈會進(jìn)一步成長為數(shù)字經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施，并同云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)交叉演進(jìn)，重構(gòu)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展生態(tài)，促進(jìn)價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的深度融合，為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的動力。 
