导读：近几年来“区块链”似乎横空出世，引起广泛的关注。区块链从何而来？它到底是一种什么样的技术？它是否意味着新一波的技术浪潮？它将如何改变这个世界？怀着这些问题，我们一同来探究区块链技术的前世今生。
作者：周兵 方云山
来源：华章科技
01 初识区块链
2010年5月的一天，美国一个名叫Laszlo的年轻程序员，用10 000枚比特币购买了两个比萨饼的优惠券。按照2017年12月17日比特币的最高价格约20 000美元一枚估算，当时每个比萨饼大约花费了1亿美元，这应该是有史以来最昂贵的比萨了。
从2010年到2017年的短短8年中，比特币的价格从几美分上涨到超过20 000美元，最高涨幅达到了数万倍。
根据CoinMarketCap网站的数据显示，2018年1月7日，数字货币整体市值曾达到8357亿美元的峰值。这个数据非常惊人，因为根据国际货币基金组织（IMF）的数据显示，2017年全球也只有十多个国家的GDP超过8000亿美元。虚拟货币价格的大幅波动，引起了全世界范围内的关注。图1-1展示了比特币的涨幅曲线。
▲图1-1 比特币价格曾经快速上涨
隐藏在虚拟货币背后的是一种叫作“区块链”的神秘技术。它究竟是何物？又从何而来？
区块链从何而来？“区块链”源自英文BlockChain。普遍的观点是，区块链技术发源的标志性事件是2008年中本聪（Satoshi Nakamoto）提出了比特币系统设计。
在中本聪最初发布的《比特币白皮书》中，Block和Chain这两个词是单独出现的，而在后来的讨论中，人们逐渐将这两个词连接起来，以BlockChain来称呼这种技术。BlockChain（区块链）这种提法后来流传开来。
中本聪所提出的比特币系统是一个电子货币系统，在不需要第三方信用背书的情况下，可以实现完全点对点的电子货币转账。虽然许多人主要是将比特币作为一种虚拟的“币”，但从技术的角度来看，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，遍布全球的分布式节点共同维护这个不断延伸的链式账本，而所有关于“币”的权属的数据都完整地留存在分布式账本中，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，区块链技术的范畴早已远远超过虚拟货币账本本身，而逐步发展成为能应用于多个行业和领域的综合化信息技术。
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，该数据链表的基本组成单位是一系列的“账本”（通常也称为“区块”），这些账本是通过密码学技术连接起来的。
从网络结构来看，区块链上所有的数据由一系列分布式、相互独立的“节点”共同维护。以上这些数据和网络结构方面的特殊规则保障了区块链上的数据无法被随意篡改，也不会失序、丢失。
区块链是若干学科的交叉综合，它涵盖了分布式计算机系统、密码学，乃至商业和经济等课题。在区块链系统的设计中包含网络结构、数据结构、密码学算法和分布式系统的一致性算法（即区块链共识机制）等技术问题。
在本文后续部分中，我们将继续了解区块链技术的演进历程，以及区块链技术的意义。
02 区块链技术的演进
首先，区块链技术在发展过程中衍生出了多种类别。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公有链、私有链和联盟链三类，具体如表1-1所示。
表1-1 区块链系统的分类
公有链也简称为“公链”，它对分布式节点没有特定要求，完全以算法、数据结构和节点共识机制来组织。在这类系统中，节点之间是没有任何信任约束的。私有链一般适用于企业或组织内部，由内部管理者进行授权和管理。这类系统中，由于节点是由系统的发起者充分控制的，所以节点间是强信任的。联盟链中，一般由若干相互独立的主体共同形成联盟，并由这些主体各自运行一个或多个节点，只有被信任的联盟成员才能加入节点网络。这种系统中的节点面对着一定的网络准入和监督机制。在实践中，联盟链常由行业内的企业及监管机构共同发起和维护。
区块链技术的演进过程大致可划分为三个阶段，如图1-2所示。
▲图1-2 区块链技术的演进过程
第一阶段以中本聪在2008年提出的比特币区块链为代表。比特币区块链的实质是利用区块链技术实现一种分布式的记账机制，并以此为基础实现比特币虚拟货币的交易，其核心技术点包含UTXO交易模型、链式账本数据结构、加密技术，以及基于“工作量证明”的共识机制等。
比特币区块链是公有链，由全球的分布式节点共同维护。同时代的区块链应用还有Namecoin、Colored Coins，以及Metacoins等。
比特币区块链有一些局限性。例如，UTXO模型缺少对状态的支持，只适合简单、一次性的交易合约。这些限制使得它很难应对金融领域中各种较复杂的场景。还有一些专家认为比特币区块链中的“工作量证明”共识机制过于消耗计算量，平均10分钟出一个区块，效率很低。
区块链技术第二阶段的主要特点是引入了“智能合约”理念，成为可编程的区块链系统，进而支持简单的金融合约业务场景。和第一阶段的区块链技术相比，这个阶段的区块链技术通过图灵完备的编程语言，让开发者们能够创建合约，实现去中心化应用，以太坊和Fabric是这个阶段的主要代表。
其中，以太坊是继比特币之后一个很具影响力的公有链协议，它采用了合约账户的概念，能够通过执行智能合约实现两个账户之间价值和状态的转换。Fabric是由IBM主导开发的一个联盟链，支持用容器技术运行智能合约代码，对高级语言开发有良好的开放性。该阶段的区块链技术在共识算法方面也有很多创新。
第三个阶段是区块链在应用领域、效率，以及安全性方面的扩展，即目前的发展阶段。
可能的技术发展方向包含：
利用分片、跨链等技术提升区块链的记录效率，接近高并发场景下的需求；利用新型的密码技术提升区块链系统的安全性，例如密钥管理技术、抗量子攻击密码等；提升智能合约的开放性，增加适用的行业场景等。
据笔者观察，这个阶段目前尚处于探索阶段，还未有标志性的、被大规模运用的系统出现。
03 区块链能否“改变世界”
加拿大学者、数字经济领域的知名专家Don Tapscott曾将区块链称为一场“革命”，并认为区块链的底层技术可以改变货币、商业和世界。
事实真是如此吗？区块链真能像工业化、互联网化一样改变世界，从而成为新一波技术浪潮吗？如图1-3所示，我们需要从多个维度来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，谈论区块链的影响时无法回避的是数字货币的话题。前文提到，整个虚拟货币市场的市值在2018年年初曾达到过峰值，随后却一路下跌。例如，比特币的总市值较之前峰值回落了八成多。
另外，由于比特币等虚拟货币的价格波动较大、结算便利性较差，在世界范围内一直未大规模地应用于结算和支付等场景，我国的法定数字货币DCEP也尚在研究过程中。
其次，从区块链技术的商业模式看，较为受关注的有ICO、STO等。在这些模式中，区块链技术主要被用于产生并记录某种虚拟的权益凭证，有时也被称为Token。而投资人可以投资这些权益凭证，并通过区块链系统进行查询、交易等。
目前，上述模式并未得到有效推广，主要原因在于各个国家和地区对它们的监管和规范方法还未完备。例如，2017年美国的证券监管部门曾发布公告，宣布要根据每个ICO项目的实际情况，考虑将其纳入监管范围。在我国，2017年央行等多个部委也明确将ICO这种模式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还尚未有重大突破，人们还需要结合各个国家和地区的法律法规，探索具有创新性的区块链商业模式。
最后，从行业应用的角度来看，由于区块链技术可实现数据隐私保密、防篡改和溯源等基础功能，无疑会在金融、物流、制造和消费等行业领域落地应用。
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行业落地。以我国为例，国务院、工信部等近年来颁布了一系列指导意见和发展建议，鼓励区块链技术的研究和发展。
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）》，介绍了我国区块链技术的发展及未来方向。同年，区块链作为重要驱动技术之一，被列入了国务院印发的《“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试点应用。
在银行业，2015年成立的R3区块链联盟目前已经拥有数十家来自全球的国际银行组织，其致力于为银行提供适用的探索区块链的技术和产品。2016年，我国的一些金融企业、机构在深圳联合发起了“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年年底，欧洲电信标准化协会（ETSI）宣布成立了一个新的行业规范小组（ISG PDL），专门研究获准使用的分布式账簿。我国的通信标准化协会CCSA在2017年也成立了物联网区块链组。
在此背景下，区块链技术的落地应用日益丰富。2018年8月，我国深圳开出了第一张区块链电子发票，同年，在我国杭州诞生了第一个运用区块链存证判决互联网信息传播侵权的案例。
总之，断言区块链是否会带来一个新的时代还为时过早，但毋庸置疑，区块链已经受到了极高的关注，社会各界的持续投入将促使其技术不断完善、应用不断丰富，随着时间的推移，它的影响将被更多人认识和发现。
关于作者：周兵，赫尔辛基理工大学计算机硕士，清华大学MBA，天智星链科技联合创始人，曾就职于阿里巴巴、汤森路透、微软、诺基亚和Symbian等公司，担任高级工程师、产品研发总监等职位。他也是区块链技术布道者，在多个平台担任区块链讲师，有丰富的区块链产品开发经验，热衷于开源项目，曾是LinuxHIPL开源项目的早期贡献者。
本文摘编自《深入理解企业级区块链Quorum和IPFS》，经出版方授权发布。
延伸阅读《深入理解企业级区块链Quorum和IPFS》
推荐语：阐述企业以太坊Quorum和分布式存储系统IPFS的架构设计、系统配置以及编程实践。