区块链的应用与发展综述_区块链应用发展

文章合集区块链原理专栏

数字货币应用领域以时间为序

eCash1982

特点∶使用盲签名技术支持匿名交易避免双重支付问题。

失败原因∶需要一个中心化机构管理的服务器才可以运行。

E-gold1996

特点∶锚定黄金价格将金本位时代交易模式电子化。

失败原因∶需要一个中心化机构管理的服务器才可以运行。

B-money1998

特点:第一个有去中心化思想的数字货币明确了分布式记账的概念。

失败原因∶缺乏共识机制无法解决双重支付和货币生成问题。

Bitgold2005

特点:引入PoW共识机制。

失败原因:没有找到合适的开发者导致设想没有成功落地。

Bitcoin2008

特点∶结合分布式账本和PoW共识首次提出区块链技术并解决零信任之上的共识问题。

取得成功

Altcoins

这些币统称“Altcoins”来源Alternatives 即替代因此也称为代币。

BTC2008

BTC中本聪发明了首个去中心化数字货币比特币(BTC)成功解决了探索阶段的各项技术难题。同时BTC的底层技术区块链也名声大噪。

LTC2011

山寨兴起其中李启威创造的LTC在BTC的基础上做了三处改进,使得交易确认更快、挖矿更加容易、货币总量更多。并凭借场景优势脱顾而出。

ETH2014

BTC系统拓展性不足维塔利克·布特林创立以太坊,建立了一个开源、开放的职能合约平台开启区块链2.0时代推动了ICO浪潮。

USDT2017

Tether公司发行USDT通过锚定美元实现货币稳定充当多人数字货币之间的交易媒介。

EOS

EOS在以太坊上进行ICO筹资并发行代币,相对于以太坊.EOS主打高性能。提高了转账速度、系统可以开发更多小程序。

BTH2017

比特大陆投资的ViaBTC宣布分叉比特币用原有的基础架构和共识机制增加了区块的体机.提高了转账速月降低了手续费。

Libra2019

Facebook联合各行业领先机构发布了《Libra白皮书》,Libra以区块链技术为基础以一篮子银行存款包括美元、英镑、欧元、日元等法币)和短期政府债券为储备资产最大限度降低币值波动风险。

区块链技术成功解决了零信任之上的共识问题开启了虚拟货币的新发展。除了虚拟货币零信任之上的共识这一需求无处不在比如物联网、供应链、网络计算机、元宇宙。

物联网领域

1、海量新加入设备不可信: 2020年中国物联网设备连接量达74亿预计2025年突破150亿[艾瑞咨询报告]

相关解决方案的支撑为

• 形式化NP
• 密码学提供可证明安全性。

2、功能控制的信任

• 设备之间互信问题
• 设备与服务器之间的互信问题

3、安全问题带来的信任危机:[Nozomi,2021年上半年物联网安全报告]

• 2021年上半年漏洞数量增长了44%
• 用户对物联网系统不信任

物联网在设备接入、功能控制以及用户应用三个方面存在信任问题如何在零信任基础上达成共识成为挑战。

供应链领域

供应链由于利益冲突成员与成员之间成员与商品之间存在信任危机严重影响了商品的生产质量与流通效率。

元宇宙领域

元宇宙在多主体协作、虚实数据维持一致性的过程中有着迫切的零信任共识需求。

区块链

P2P两点中自由度比较高鲁棒性比较好数学上看是一个完全图在构建网络时也考虑是一个完全图如何构建一个分布式的账本通过区块构成的链状结构。区块链的第一个区块是创世块即(Genesis Block)。

节点分为全节点和轻节点。

全节点要存完整的区块数据图中所有颜色。

轻节点只需存一部分数据其中一个颜色。

一个账本中存储很多数据

有应用数据App Data例如转账图片等等多样数据。以交易的形式存在eg"A -> B 10dollars"。

区块中还有Hash生成验证文件的hash value。

前一个区块的哈希用于验证。并且可以连接。

Order序的概念很重要对于一致性非常关键。数学上定义有Full Order在集合中的任意两个元素都可以排出先后结构。区块的本质核心是一个排序问题。

序列化采用gRPC进行远程调用。

egA给B传个人信息若A给B发送的信息是 419 615 149可能分辨不出对应的是身高体重肺活量。这时就需要序列化使双方按照规定好的序列接口对应数据。

如果想要篡改数据除非从创世块开始就篡改然后一直篡改到目前的区块非常复杂区块链的形式具有不可篡改性。

多个区块本身具有这种特性而且同时会有很多节点存储该账本相当于冗余备份。

同样冗余备份的方式有很多例如

• Eraser Code纠察码
• Duplication复制区块链采用的方式比较浪费空间。

新区块的产生

每一个区块的到达都需共识Consensus算法。共识过程的本质是信息交换通信成本的效率直接影响到区块链的性能。

区块链需要满足两个特性

• Persistence持久性所有的节点看到的区块链必须一样
• Liveness 活性区块会长长度增加

区块链的代价

区块链区块链是一种分布式对等节点共同维护的去中心化共享账本该账本是由若干有时序的数据区块连接在一起的“链”状数据结构组成由密码学方法保证数据不可篡改。

1.通讯成本高昂

• 优点:通信成本低单向一次通讯)

• 缺点∶受到攻击则会面临网络崩溃

  

2.计算存储成本高昂

单点链状时序保护结构

哈希将任意长度的数据映射到有限长度的域上是所有真实数据的唯一真实签名指纹如数据被篡改则签名验证失败。数据用此保证所有数据未被篡改、未被伪造。

记录︰此区块链网络中的数据可以是交易、合同、事件、智能合约等。数据可溯源。但验证和储存代价大)。计算有一个Gas Limit不支持太过复杂的合约计算。因此不是图灵完备的。

区块链的发展阶段

目前较新的方向

• 模块化一个系统拆解为多个模块可以替换模块。

• 快速建链

• 图式区块链

区块链1.0

核心贡献︰在开放、不可信环境中实现可信交易。

无需任何中介进行主观信用担保无需担保环境是可信环境。而采用密码学实现客观可证明安全的可信交易。

• 技术贡献︰
  • UTXO-原子化交易模型
  • PoW-基于算力的安全共识方法.

所有这些技术都为完成上述这一简单而重要的目的。

• 社会贡献:比特币用密码学手段改变了人与人之间的信任关系和信用来源。

• 比特币的成功之处∶

  消除不可靠的主观人为因素利用密码和安全手段实现客观事实上的安全可信存储

区块链2.0

核心贡献∶在开放不可信环境中实现可信的合约执行。

无需任何中介进行主观信用担保。采用密码学实现客观可证明可信的合同执行。

思想与比特币类似但将可信操作从金融交易拓展到了合约执行。

• 技术贡献:

  • EVM智能合约引擎
  • Solidity智能合约语言

• 社会贡献:以太坊用工程手段进一步改变了人与人之间的契约关系。

• 以太坊的成功之处与比特币的理念不约而同:

  消除不可靠的主观人为因素利用密码和安全手段实现客观事实上的安全可信控制

概念辨析

元宇宙web3.0区块链之间的关系是?

新区块链的产生往往与新的经济增长点有关。用新的技术激发更活跃的经济增长。

Web3.0

大部分与NFT相关核心数据归于数据的生产者所有。

• web1.0阶段仅可以已读。
• web2.0阶段参与内容用户可以写入修改的信息。数据的权益在平台。eg数据的收益多数在提供的服务商平台上。
• web3.0阶段更加去中心化的领域在保证一定的隐私下数据属于数据生产者。

元宇宙

• Networking中关键的有SDN和NFVSDN可以通过上层平台对路由下层网络拓扑结构进行编程。
• Ubiquitous computing普适计算设备进行无感知的服务
• AI
• Blockchain
• Digital twin数字孪生数字世界和真实世界联系起来把物理实体映射到数字世界中然后把数字世界的结果反馈给物理世界。
• lnteractivity虚拟现实交互VR, AR。与数字孪生不同物理世界和数字世界是一个重合的状态。

Metaverse (元宇宙)

Minecraft Blocky game 块状。原因计算力不够。

区块链、Web3.0、元宇宙

元宇宙安全图谱

Source: A Survey on Metaverse: Fundamentals, Security, and Privacy

如何入门区块链

First Step

Second Step

智能合约以太坊开发文档

本文内容参考SDU Professor Minghui Xu 的Slides更多内容请关注近期即将出版的新书。