1.3.5 区块链

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。

区块链（Blockchain）是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中介化的数据库，同时作为比特币的底层技术，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。

区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

2008年，中本聪发表奠基性论文《Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System》，“区块链”这一概念横空出世。区块链技术具有去中介化、可追溯性好、难以篡改等特点，鉴于其在金融、科技等领域深刻的颠覆式变革潜力，近年来，区块链受到全球的广泛关注。从应用角度，业内普遍将区块链发展分为区块链1.0、2.0和3.0阶段。2008—2013年为区块链1.0阶段，是以比特币为代表的数字货币应用，其场景包括支付、流通等货币职能，经济形态以比特币及其产业生态为主，代表性的应用就是比特币。2013年，以以太坊为代表的区块链2.0应用加入智能合约功能，利用计算机程序自动执行合同，使得区块链从最初的货币体系拓展到股权、债权和产权的登记、转让，证券和金融合约的交易、执行，甚至博彩和防伪等金融领域。伴随可扩展性和效率的提高，区块链应用范围或将超越金融领域，应用到身份认证、公证、仲裁、审计、域名、物流、医疗、能源、签证、投票等领域，成为未来社会的一种最底层的协议，届时区块链将进入3.0时代。

随着产业链逐步完善，我国区块链产业规模呈现爆发式增长态势。截至2018年8月底，我国以区块链业务为主营业务的区块链公司数量超过500家，产业已初具规模，涵盖从上游的硬件制造、平台服务、安全服务，到下游的产业技术应用服务，再到保障产业发展的行业投融资、媒体、人才服务等多个环节。中国电子学会统计显示，2016年我国区块链产业规模为9亿美元，2017年为21亿美元，预计2018年全球区块链产业规模将达到29亿美元，2013-2018年的年均增长率达到71%。我国区块链产业规模及增长率（2013—2018）如图1-13所示。

区块链主要解决的是交易的信任和安全问题，因此它针对这个问题提出了四个技术创新：

（1）分布式账本 就是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点记录的都是完整的账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。

跟传统的分布式存储有所不同，区块链的分布式存储的独特性主要体现在两个方面：一是区块链每个节点都按照块链式结构存储完整的数据，传统分布式存储一般是将数据按照一定的规则分成多份进行存储。二是区块链每个节点存储都是独立的、地位等同的，依靠共识机制保证存储的一致性，而传统分布式存储一般是通过中心节点往其他备份节点同步数据。

没有任何一个节点可以单独记录账本数据，从而避免了单一记账人被控制或者被贿赂而记假账的可能性。也由于记账节点足够多，理论上讲除非所有的节点被破坏，否则账目就不会丢失，从而保证了账目数据的安全性。

（2）非对称加密和授权技术 存储在区块链上的交易信息是公开的，但是账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问得到，从而保证了数据的安全和个人的隐私。

（3）共识机制 就是所有记账节点之间怎么达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。区块链提出了四种不同的共识机制，适用于不同的应用场景，在效率和安全性之间取得平衡。

区块链的共识机制具备“少数服从多数”以及“人人平等”的特点，其中“少数服从多数”并不完全指节点个数，也可以是计算能力、股权数或者其他的计算机可以比较的特征量。“人人平等”是当节点满足条件时，所有节点都有权优先提出共识结果、直接被其他节点认同并最后有可能成为最终共识结果。

以比特币为例，采用的是工作量证明，只有在控制了全网超过51%的记账节点的情况下，才有可能伪造出一条不存在的记录。当加入区块链的节点足够多的时候，这基本上不可能，从而杜绝了造假的可能。

（4）智能合约 智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据，可以自动化地执行一些预先定义好的规则和条款。以保险为例，如果说每个人的信息（包括医疗信息和风险发生的信息）都是真实可信的，那就很容易地在一些标准化的保险产品中进行自动化的理赔。

在保险公司的日常业务中，虽然交易不像银行和证券行业那样频繁，但是对可信数据的依赖是有增无减。因此，利用区块链技术，从数据管理的角度切入，能够有效地帮助保险公司提高风险管理能力。具体来讲主要分投保人风险管理和保险公司的风险监督。

依据产业属性和不同发展阶段，对区块链产业进行进一步分类。其中，基础产业是区块链发展的基础，包括芯片、矿机等终端硬件，公链、侧链和跨链等操作系统，分布式存储、分布式计算以及区块链即服务等开发工具三个层次。特色产业主要涵盖已有落地应用的领域，包括供应链金融和溯源防伪等“区块链+供应链”领域，跨境支付、保险和清算结算等“区块链+金融”领域，“区块链+版权保护”领域等。前瞻产业主要包括尚未落地但极具发展潜力的领域，如“区块链+智能制造”“区块链+物联网”“区块链+医疗”等，如图1-14所示。

随着区块链技术的不断成熟和应用场景的持续延伸，区块链技术正在向智能制造、物联网、医疗等领域渗透，相关行业的传统企业转型需求逐步凸显，区块链技术有望在以下前瞻领域取得突破和融合应用，主要包括“区块链+智能制造”“区块链+物联网”“区块链+医疗”等。

（1）“区块链+智能制造”打造安全可信的智能制造生态体系 针对传统生产模式中设备的操作和维护记录存储形式单一、可靠性不高等问题，利用区块链智能合约技术整合串联设计、制造、使用、维护、回收等智能制造与服务关键环节的要信息，由智能合约执行交易，实现零部件与制造单元全生命周期跟踪维护，严格保障制造流程与产品质量，赋能提升智能制造产业内在发展质量。同时，区块链在全球智能制造生态系统的参与主体之间架起安全、互信、高效的桥梁，为智能制造系统的每一位参与方提供低成本、高收益且私密的沟通方式，助力打造安全高效的智能制造生态系统，当前市场上出现了DIPNET、Imchain、智造链等区块跨技术与智能制造结合的代表性项目。

（2）“区块链+物联网”搭建万物互联时代的信息和价值交流网络 人类正在迈入智能社会，物联网将成为万物互联的基础设施。分布异构的区块链系统网络是典型的P2P网络，而物联网天然具备分布式基因，网中的每一个设备都能管理其在交互作用中的角色、行为和规则，对建立区块链系统的共识机制具有重要的支持作用。据Gartner统计，2017年全球物联网设备数量达到84亿，预计到2020年将突破200亿。随着物联网中设备数量的增长，如以传统的中心化网络模式进行管理，将带来巨额的数据中心基础设施建设及运维投入。值得一提的是，基于中心化的网络模式也存在安全隐患。区块链的分布式特性为物联网自我治理提供了途径，可以帮助物联网中的设备理解彼此，并让物联网中的设备了解不同设备间的关联，从而实现对物联网的分布式控制。据Gartner的测算，2020年全球智能设备连接数将达到1000亿，市场规模达到3000多亿美元，未来将有望达到万亿美元级别。主要公司有IOTA、BAIC、lotex等。

（3）“区块链+医疗”保护医疗数据隐私和药品安全 当前，医疗行业面临严峻的数据泄露、互操作性差、假药泛滥等问题。在医疗数据领域，运用区块链技术进行数学加密，可有效防止数据被恶意修改，保证数据交换系统的安全，同时用户能够随时查看病患的历史数据和用户数据，有效简化了申请数据调用的流程。在不同医院问诊时，医生在得到患者授权情况下可即时获得用户过往的详细医疗信息，为精确诊断病情提供数据保障。在药品安全领域，可通过区块链技术进行溯源防伪，实现药品研发、生产、包装、消费全流程的信息透明和安全可信，节约原材料提供商、制药厂、监管机构、消费者多方成本，为药品提供可靠质量保障。在全球医疗大数据市场规模不断增长、假药问题日益严重态势下，在医疗领域涌现出Brontech、Guardtime、湖南网数、贵阳朗玛等区块链初创企业，科技巨头腾讯也开始推动医疗区块链的应用落地。