1.1 區塊鏈起源

2008年，通貨膨脹造成的經濟危機在全球范圍爆發。當人們還在為貨幣的未來而感到擔憂時，一個叫“中本聰”（Satoshi Nakamoto）的人悄無聲息發表的一篇名為《比特幣：一種點對點的電子現金系統》的論文引起了金融界的廣泛關注。文中提出一種點對點的數字貨幣，該貨幣可以獨立于任何國家、任何機構之外存在，不受第三方機構管束，且因其數字算法的特殊性，很難被不法分子偽造，這就是后來被人們所熟知的“比特幣”。

中本聰的論文中首次出現了區塊鏈（Blockchain）的概念，并給出通過時間戳和工作量證明（Proof of Work）共識機制解決雙花（Double Spending）和拜占庭將軍問題的設計思路，即保證同一筆比特幣不會同時出現在兩個地址。與此同時，所有節點都可以讓其他節點接收到自己的真實意圖，保持行動一致。2009年，理論變成了現實，比特幣網絡成功創建，“創世區塊”也正式誕生。

為了避免出現雙花問題，一筆交易的接收人必須能夠證明在當前交易發生之前，交易發起人并沒有將同一筆交易發給另外一個人。這樣就要求接收人知道所有的交易記錄。因此，在區塊鏈上所有交易必須公開，并且這些交易數據被網絡證明是真實有效的。

區塊鏈中每個包含時間戳的交易數據塊被計算出hash值，同時該hash值被存入下一包含時間戳的交易數據塊中，如此反復，生成鏈式數據結構（如圖1-1所示）。這樣，一旦下一個區塊確認生成，之前所有的區塊信息（包括交易的內容和交易順序）都不可修改，否則將導致hash驗證失敗。區塊生成，也就是我們通常所說的記賬，在比特幣網絡中通過工作量證明保證。當網絡中多個節點同時生成最新區塊時，長度最長的鏈會作為選擇結果，因為最長的鏈代表投入算力最多，最能代表大多數節點的意志。所以多個最新區塊的信息將被保留一段時間，直到判斷出哪一條鏈更長。

一個節點必須擁有網絡中51%以上的算力才有能力篡改一個區塊并重新生成后面所有的區塊，它還需要保證后面區塊產生的速度比其他節點更快。在龐大的比特幣網絡中，能擁有如此驚人的算力幾乎是不可能的。

我們看到比特幣系統設計得非常精妙：沒有中心化的管理方，數據很難被篡改，抗攻擊能力強。回看歷史，在比特幣誕生之前，人們在這一領域不斷探索，其中許多學術貢獻也為比特幣的成型鋪平了道路。

?比特幣實現的基于零信任基礎且真正去中心化的分布式系統，其實是為了解決30多年前由Leslie Lamport等人提出的拜占庭將軍問題，即將軍中各地軍隊彼此取得共識、決定是否出兵的過程延伸至運算領域，設法建立具有容錯特性的分布式系統，即使部分節點失效仍可確保基于零信任基礎的節點達成共識，實現信息傳遞的一致性。

?工作量證明機制則是采用由Adam Back在1997年所發明的Hashcash算法，此算法依賴成本函數的不可逆特性，實現容易被驗證但很難被破解的特性，最早被應用于過濾垃圾郵件。

?隱私安全技術可回溯到1982年David Chaum提出的注重隱私的密碼學網路支付系統，之后David Chaum在1990年基于這個理論打造出不可追蹤的eCash中心化網絡。

?交易加密采用的橢圓曲線數字簽名算法（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm, ECDSA），可追溯回1985年Neal Koblitz和Victor Miller提出的橢圓曲線密碼學（Elliptic curve cryptography, ECC）及加密算法。相較于RSA算法，采用ECC的好處在于可以使用較短的密鑰達到相同的安全強度。到了1992年，由Scott Vanstone等人提出ECDSA。

?最后，再來看共識機制。1990年，Leslie Lamport提出具有高容錯特性的數據一致性算法Paxos。1991年，Stuart Haber與W. Scott Stornetta提出用時間戳保證數字文件安全的協議。1998年，Wei Dai發表匿名的分散式電子現金系統B-money，引入工作量證明機制，強調點對點交易和不可竄改特性。然而B-money中并未采用Adam Back提出的Hashcash算法。同年，Nick Szabo發表去中心化的數字貨幣系統Bit Gold，參與者可貢獻算力。到了2005年，Hal Finney提出可重復使用的工作量證明機制（Reusable Proofs of Work, RPOW），結合B-money與Adam Back提出的Hashcash演算法來創造數字貨幣。

綜上所述，區塊鏈是用分布式數據庫識別、傳播和記載信息的智能化對等網絡，包含以下幾個主要特性：

?分布式去中心化：區塊鏈中每個節點和礦工都必須遵循同一記賬交易規則，而這個規則是基于密碼算法而不是信用，同時每筆交易需要網絡內其他用戶的批準，所以不需要一套第三方中介結構或信任機構背書。

?無須信任系統：區塊鏈網絡通過算法的自我約束，使任何惡意欺騙系統的行為都會遭到其他節點的排斥和抑制。參與人不需要信任任何人，但隨著參與節點增加，系統的安全性反而增加，同時數據內容可以做到完全公開。

?不可篡改和加密安全性：區塊鏈采取單向哈希算法，同時每個新產生的區塊嚴格按照時間線形順序推進，時間的不可逆性導致任何試圖入侵篡改區塊鏈內數據信息的行為都很容易被追溯，導致被其他節點排斥，從而限制相關不法行為。

區塊鏈最重要的是解決了中介信用問題。在過去，兩個互不認識的人要達成協作是很難的，必須要依靠第三方。比如支付行為，過去任何一次轉賬行為，必須要有銀行或者支付寶這樣的機構存在。但是通過區塊鏈技術，通過比特幣，人類第一次實現了在沒有任何中介機構參與的情況下，完成雙方可以互信的轉賬行為。這是區塊鏈的重大突破。

并非所有區塊鏈項目都會采用類似于比特幣這樣的“工作量證明”方式，這更多出現在早期的區塊鏈項目中。如果采取其他證明機制，如“權益證明（Proof of Stake, PoS）”“股份授權證明機制（DPoS, Delegate Proof of Stake）”，都是不需要采取這樣的挖礦方式。

區塊鏈是比特幣的底層技術，但其應用的真實價值遠超過電子貨幣系統。我們認為比特幣是區塊鏈1.0系統，當通過智能合約（Smart Contract）實現貨幣以外的區塊鏈應用時，即進入了區塊鏈2.0系統。