1.1 區塊鏈的由來

隨著密碼學技術、分布式網絡、工作量證明算法、時間戳記錄和分散式電子現金理論的飛速發展，區塊鏈的誕生條件日趨成熟。繼比特幣的誕生成為區塊鏈標志性事件之后，以太坊開創性地將智能合約和區塊鏈結合起來，區塊鏈技術呈現出了爆發性的發展。本節將對區塊鏈的誕生、興起、發展進行詳細說明。

1.1.1 中本聰：區塊鏈之父

近年來，區塊鏈在全球的熱度逐年遞增。Google Trend顯示，區塊鏈搜索趨勢增長呈現良好的發展態勢，如圖1-1所示。而且區塊鏈項目在全球迅速呈現爆發式增長：“根據研究機構（博鏈數據庫）數據統計，截至2017年4月底，全球455家區塊鏈和比特幣相關公司累計獲得融資額19.47億美元。”

百度指數國內熱度搜索顯示，自2018年開始，區塊鏈熱度一度超過人工智能，熱度最高時曾達到人工智能的7倍，如圖1-2所示。因此，在區塊鏈即將推動技術革命新浪潮的時刻，我們不禁會問：區塊鏈是怎么誕生的？這還要從2008年中本聰設計的比特幣說起。

2008年，一位名叫中本聰（英語：Satoshi Nakamoto）的神秘人物發表了一篇名為《比特幣：一種點對點式的電子現金系統》（Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System）的論文。文中定義了一種全新的貨幣——“比特幣”，它是一種電子現金，可以完全實現個人對個人的在線交易，而不需要可信任第三方的介入。

2009年，中本聰發布了首個比特幣軟件，并正式啟動了比特幣金融系統。在這個系統中，每一個持有比特幣的人如果想查詢、記錄及接收帶有時間戳的交易數據，都必須通過使用比特幣的人所組成的計算機網絡進行相應操作。而且所有的比特幣交易數據都存放在整個比特幣網絡社區共同維護的數據庫中，這個數據庫被稱為最早的“區塊鏈”（Block Chain）。

區塊鏈中的第一個區塊創建于2009年1月3日，被稱作“創世紀的Block”（Genesis Block），簡稱“創世區塊”。創世區塊是區塊鏈中所有區塊的共同“祖先”，這意味著我們從系統中的任一區塊，循鏈（Chain）回溯，最終都可以到達創世區塊。

創世區塊部分截圖如圖1-3所示，其中，方框內“EThe Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks”這一串數據是“區塊鏈之父”中本聰在2009年1月3日寫入的，這串數據代表一句話：“2009年1月3日，財政大臣正處于實施第二輪銀行緊急援助的邊緣。”由于區塊鏈數據的不可篡改和不可逆特點，所以，創世區塊中所產生的時間信息及當時所記錄的事件內容將被永久保留下來。

比特幣只是開始，它的誕生帶來了革命性的新概念和新應用，例如，區塊鏈（Block Chain）就是從比特幣技術中提取出來并成為一種產業應用獲得飛速的發展；電子貨幣的涌起；共識機制的建立開始構建真正的信任互聯網；分布式存儲革命性地改變了存儲方式，讓數據永久保存不被篡改等。這些新的革命性的技術都是從比特幣的成功實踐中快速發展起來的，為全世界數字經濟的發展奠定了基礎。

1.1.2 從“比特幣”到“區塊鏈”的顛覆性轉變

自2009年比特幣開源代碼公布之后，區塊鏈技術就開始發揮它的巨大影響力。這個原本用于建立一種電子現金系統——比特幣的底層技術，由于完美地解決了交易各方信任機制的問題，體現出前所未有的技術優勢，迅速演變成不可思議的技術工具，開始在不同的行業、不同的場景廣泛應用。

例如，區塊鏈中分布式數據庫的賬本系統。通過一個公共賬本我們可以解決身份識別、資產認證、資產登記、用戶注冊、數據存儲、交易交換、支付結算、流通傳遞、監管檢閱等問題。區塊鏈敲開了金融的大門，同時帶來了“區塊鏈+金融支付”“區塊鏈+審計”“區塊鏈+保險”“區塊鏈+證券”等領域的創新。

（1）區塊鏈中的點對點、端到端、P2P傳輸模式等技術可以降低物物相連的超高運營成本，為未來的萬物互聯提供技術基礎，帶來“區塊鏈+物聯網”的新商業模式。

（2）區塊鏈中的共識機制有效地防止了節點篡改，確保了數據正確，通過驗證數據出處和精確性，增強了數據的可信度，而“區塊鏈+大數據”建立了未來信用。

（3）區塊鏈中的加密算法、數據可溯源、智能合約等技術推動了人工智能的革命性發展，“區塊鏈+AI”正在廣泛應用。

（4）區塊鏈中的數據高度透明化、時間戳記錄、非對稱加密和授權等技術解決了公證方面的難題，“區塊鏈+公證”可以應用在身份信息認證、證書區塊鏈公證、房屋產權公證、知識產權公證等場景中。

（5）區塊鏈中的分布式數據庫共享和信息溯源等技術也為醫療領域帶來了新的機遇，“區塊鏈+醫療”可實現健康數據交換共享、藥品溯源、建立區塊鏈電子病歷，促進精準醫療發展。

……

總之，比特幣雖然是區塊鏈技術的首個且最知名的應用，但隨著區塊鏈技術在不同行業、不同場景中的應用，各行各業都結合區塊鏈技術調整了研發方向，推動了項目的進程，各大公司也快速展開了在區塊鏈方向的研發。目前，區塊鏈憑借技術優勢和廣泛的應用前景已經為金融、商業、醫療乃至整個世界帶來了創新變化，相信未來會在各個領域有更大的作為。

1.1.3 區塊鏈的變革發展史

比特幣是第一個采用區塊鏈技術打造出的P2P電子現金系統應用。不過，比特幣區塊鏈并非一項全新的技術，而是將一項過去數十年所累積的跨領域技術基礎結合的成果。起初，比特幣區塊鏈完美地解決了1982年Leslie Lamport等人提出的拜占庭將軍問題（Byzantine Generals Problem）。

所謂拜占庭將軍問題，就是在軍團中存在叛徒的情況下，或者沒有可靠的傳達情報的途徑時，怎樣才能將正確的情報傳達給對方的問題。其核心在于所有忠誠的將軍都能夠讓別的將軍接收到自己的真實意圖，并最終采取一致的行動。因此，這個問題其實是一個關于一致性和正確性算法的問題，這個算法針對的是忠誠的將軍，因為叛徒可以做出任何超出約定的判斷。

在有叛徒干擾的情況下，找到一個抗干擾的算法。通過抗干擾算法可以把軍團中各地軍隊彼此取得共識、決定是否出兵的過程轉變成數學運算過程，通過算法建立一套具容錯性的分散式系統，即使部分節點失效，仍然可以確保系統的正常運行，也可以讓多個基于零信任基礎的節點達成共識，并確保信息傳遞的一致性和正確性。

比特幣就是這個原理，只有通過算法運算并最先找到正解的計算機，才能將結果發送給網絡，這樣就解決了關于維持Block Chain的拜占庭將軍問題。通過這種方式，多個主體（將軍）之間可以建立共識，比特幣第一次讓共識機制成為現實，為構建信任網絡建立基礎。正因為如此，比特幣才是一項具有創新意義的革命性技術，即使沒有可信任的第三方或者中心管理者，它也能正常、正確地運轉。

同年，David Chaum提出了注重隱私安全的密碼學網絡支付系統。這個系統具有不可追蹤的特性，也成為比特幣區塊鏈在隱私安全方面的雛形。

到1985年，Neal Koblitz和Victor Miller各自獨立提出了著名的橢圓曲線加密算法（Elliptic Curve Cryptography, ECC），首次將橢圓曲線用于密碼學，建立了公開密鑰加密的演算法。相較于計算量過大且很難實用的RSA算法，ECC的優勢在于可用較短的密鑰，達到相同的安全強度，使得非對稱加密體系產生了實用的可能。

1991年，Stuart Haber與W. Scott Stornetta提出了用時間戳確保數位文件安全的協議，此概念成為比特幣區塊鏈中時間戳交易記錄的雛形。

1997年，Adam Back發明了Hashcash（哈希現金），這是一種工作量證明演算法（Proof of Work, PoW），此演算法依賴成本函數的不可逆性，達到容易被驗證，但很難被破解的特性。Hashcash最早被應用于阻擋垃圾郵件，之后便成為比特幣區塊鏈采用PoW機制的關鍵技術之一（Adam Back于2002年正式發表Hashcash論文）。

1998年，Wei Dai發表了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更改的特性。Wei Dai的B-money被稱為比特幣的精神先驅。同年，Nick Szabo提出密碼學貨幣的概念，發表數位貨幣系統Bit Gold，參與者可貢獻運算能力來解出加密謎題，Bit Gold特性和中本聰比特幣特性非常接近。

2001年，NSA發布了SHA-2系列算法，其中就包括目前應用最廣的SHA-256算法，這也是比特幣最終采用的哈希算法。至此，比特幣中的區塊鏈技術誕生的所有技術基礎在理論上和實踐上都被解決了，比特幣呼之欲出。

2008年，區塊鏈1.0誕生，中本聰發表一篇關于比特幣的論文，描述一個點對點電子現金系統，能在不具信任的基礎之上，建立一套不依賴第三方，完全實現點對點交易的交易體系。比特幣區塊鏈實現了每個社區個體在沒有任何資產擔保、內在價值或者中心發行者的情況下維持、傳遞價值，并建立對基于工作量證明的交易順序達成共識的分布式賬本。

2012年，區塊鏈2.0出現智能資產、智能合約，開始應用在貨幣以外的數字資產轉移領域。例如，使用鏈上數字資產來代表定制貨幣和金融工具（彩色幣）、某種基礎物理設備的所有權（智能資產），以及去中心化交易所、金融衍生品、鏈上身份和信譽系統等應用。

2013年11月，Vitalik Buterin發起Ethereum項目，并在12月發布了以太坊白皮書的首個版本。以太坊提供一個帶有內置的成熟的圖靈完備語言的區塊鏈，使得任何人都能夠創建智能合約和點對點應用，并在其中設立他們自由定義的所有權規則、交易方式等。以太坊為區塊鏈應用提供了基礎設施。從此，區塊鏈3.0進入了可編程智能合約區塊鏈時代。智能合約是根據事先任意制定的規則來自動轉移數字資產的系統，擁有了比比特幣區塊鏈更有優勢的圖靈完備性、價值知曉（Value-Awareness）、區塊鏈知曉（Block Chain-Awareness）等特點，讓未來機器之間通過智能合約自動化執行變成現實。從此之后，區塊鏈開始進入更高級的應用領域。

2017年6月，EOS（Enterprise Operation System）由Block.one公司（CTO為Dan Lorimer）主導開發，它是一種新的區塊鏈智能合約平臺。EOS采用股份授權證明（Delegated Proof of Stake, DPoS）共識機制，通過社區內全民投票，選出記賬人，這些記賬人對每個區塊的交易進行簽名驗證。在EOS網絡中，每個EOS鏈的“人民”都可以自由地通過“選舉大會”選舉一名授權代表。這種全新的共識機制一度引發了全民參與投票的熱潮，EOS主網上線前夕，其關注度在國內已經超過了以太坊。微信指數2018年5月24日EOS、比特幣、以太坊熱度對比圖如圖1-4所示。

2017年至今，區塊鏈3.0技術進入高速增長的時代。結合全球范圍內的分布式計算機，人們在網絡上構建點對點的自由契約更簡單、成本更低，區塊鏈應用廣泛用于金融、政府、商業、醫療、知識產權、科學、文化與藝術等領域，一種新型的全自動智慧型契約社會逐漸形成。