上世紀 70 年代以來，隨著密碼學技術、分佈式網絡、共識算法以及硬件存儲計算能力 的飛速發展，通過技術手段實現多主體間共識機制建立的條件日趨成熟，為解決多主體環境 下的中介機構信任風險、降低交易成本、提升協同效率提供了全新的解決思路。
- 中本聰於 2008 年發表了名為《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，詳細描述瞭如何創建一套去中心化的電子 交易體系。這種體系不需要創建在交易雙方相互信任的基礎之上，首次通過技術手段實現了 交易主體間共識機制的建立，而“區塊鏈正是構成這種電子交易體系的基礎技術。
- 以太坊（Ethereum）是繼比特幣之後的又一個開創性的區塊鏈項目，於 2013 年末發 布白皮書。以太坊開創性地將智能合約（Smart Contracts）和區塊鏈結合起來，在交易主 體間共識機制建立的基礎上，通過自動觸發可執行的電子合約，解決了交易主體間承諾履行 的問題，有效推動了區塊鏈產業化應用的進一步發展。
- 近年來，區塊鏈技術的不斷髮展和隨之而來的數字貨幣熱潮，引發了從極客到 IT 技術 圈、金融領域、產業經濟、政府和公共組織、媒體輿論等的廣泛關注，大家圍繞區塊鏈技術 研究、產業化應用、政策監管等開展了廣泛而有益的探索實踐。區塊鏈技術的成熟應用尚需 京東區塊鏈技術實踐白皮書 13 時日，但它所帶來的多主體共識協同機制的思想，將對社會治理和商業運作產生深刻的影 響。
1.1. 什麼是區塊鏈
區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分佈式節點共識算法來生成 和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的 智能合約來編程和操作數據的一種全新的分佈式基礎架構與計算範式。
簡單來講，在區塊鏈 系統中，每過一段時間，各參與主體產生的交易數據會被打包成一個數據區塊，數據區塊按 照時間順序依次排列，形成數據區塊的鏈條，各參與主體擁有同樣的數據鏈條，且無法單方 面篡改，任何信息的修改只有經過約定比例的主體同意方可進行，並且只能添加新的信息， 無法刪除或修改舊的信息，從而實現多主體間的信息共享和一致決策，確保各主體身份和主 體間交易信息的不可篡改、公開透明。
區塊鏈發展到今天，已經湧現出許多形形色色的區塊鏈項目，我們梳理了這些區塊鏈項 目在技術上的共性：區塊、賬戶、智能合約、共識，這 4 個主要部分構成了目前的區塊鏈系 統的通用模型。
- 通過鏈式結構記錄狀態的變更歷史，每一次變更的狀態“快照”都以“區塊”的形式 記錄；
- 通過非對稱密鑰對錶示參與者身份，以某種形式的狀態數據庫記錄當前的信息，這部 分被稱為“賬戶”；（注：以太坊、Fabric 是賬戶模型，而比特幣是 UTXO 模型）
- 通過鏈上編碼定義參與者之間的承諾，這部分被稱為“智能合約”；
- 通過某種算法在多節點之間達成狀態一致，這個過程被稱為“共識”。
1.2. 區塊鏈有哪些特點
從技術構成的角度來觀察區塊鏈有助於我們揭開它的神秘面紗，實事求是地分析區塊 京東區塊鏈技術實踐白皮書 14 鏈，並揭示它的本質特點，理解其價值發揮的內在邏輯。如前所述，區塊鏈並不是一個全新 的技術，而是結合了多種現有技術進行的組合式創新，是一種新形式的分佈式加密存儲系 統。
區塊鏈本質上是一種健壯和安全的分佈式狀態機，典型的技術構成包括共識算法、P2P 通訊、密碼學、數據庫技術和虛擬機。這也構成了區塊鏈必不可少的 5 項核心能力：
- 存儲數據——源自數據庫技術和硬件存儲計算能力的發展，隨著時間的累積，區塊鏈的 大小也在持續上升，成熟的硬件存儲計算能力，使得多主體間同時大量存儲相同數據成為可 能；
- 共有數據——源自共識算法，參與區塊鏈的各個主體通過約定的決策機制自動達成共 識，共享同一份可信的數據賬本；
- 分佈式——源自 P2P 通訊技術，實現各主體間點對點的信息傳輸；
- 防篡改與保護隱私——源自密碼學運用，通過公鑰私鑰、哈希算法等密碼學工具，確保 各主體身份和共有信息的安全；
- 數字化合約——源自虛擬機技術，將生成的跨主體的數字化智能合約寫入區塊鏈系統， 通過預設的觸發條件，驅動數字合約的執行。
1.3. 區塊鏈適合解決哪些問題
我們通過對比分析、研究國內外各領域的典型應用案例及相關參考文獻，並結合自身研 發和應用實踐，獲得了一些有助於在業務中推廣及應用區塊鏈的經驗，並推薦具有以下特點 的應用場景或問題，應該積極考慮嘗試區塊鏈技術：
- 業務開展需要進行跨主體協作
- 當需要為開展跨主體的業務建設 IT 系統時，傳統的解決方案通常是兩種思路。要麼建立 和運營一箇中心化的系統來處理各個參與方的業務需求，業務數據由中心化的組織維護；要 京東區塊鏈技術實踐白皮書 15 麼採用 SOA 架構，由各個參與方發佈服務接口，並相互調用，數據仍然維護在各個參與方。 如果採用中心化的方案，若是業務的參與方之間是相對獨立平等的，要開發建設一箇中心化 系統是很困難的，包括協調、立項、成本分攤等問題。如果採用 SOA 的方案，則技術實踐上 比較複雜，技術方案缺少通用性，難以支持複雜的業務。此外，從數據的角度來看，無論是 中心化的方案還是 SOA，都難以實現數據防篡改。
- 在業務參與方之間相對獨立平等的跨主體業務協作的場景下，利用區塊鏈的共有數據、 防篡改、分佈式和數字化合約的特點，能夠把一些以往需要在業務層面協調解決的問題，放 到技術層面來解決，使得問題的解決過程更高效、靈活以及更具客觀性。
- 業務開展需要參與方之間建立低成本信任
- 大多數業務開展都需要建立一定的信任基礎，尤其是跨主體的場景下。對信任建立困 難、信任維護成本高的應用場景，區塊鏈可以提供非常有效幫助。
- 我們從三個方面來考察區塊鏈如何建立低成本信任：
- a) 數據可信
- 傳統的解決方案中，數據通常是以中心化的方式存儲，本應共有的業務數據卻被強勢的 參與方持有。這種模式下，數據的可信度是由數據持有者的商業/社會信用來保證的，只能建 立主觀的可信，對於一些重要的領域，仍需要付出額外的成本來規避數據被惡意篡改的風 險。
- 區塊鏈的解決方案是結合了密碼學哈希和數字簽名，以區塊鏈條的形式將數據的變更歷 史按時間先後鏈在一起，並通過共識協議使得參與的各方都共同擁有這些數據。 由於多方分別持有相同的數據副本，並且數據被簽名確認，並記錄數據的“指紋”（哈希 值），以密碼技術保證了數據無法被篡改，數據因此變得可信。
- 區塊鏈使數據持有變得去中心化，以技術手段實現數據客觀“可信”。
- b) 合約履行
- 通常的合約（或者契約、協定、合同）的履行從根本上是由法律來保障的。合約被自覺 履行一般都是因為有利益、道德或法律後果，受許多主觀因素影響。商業活動中為了防止違 約、或對違約進行追索，需要付出高昂的成本（擔保、保險、律師費、漫長司法程序等等）。
- 區塊鏈智能合約的本質是一套數字化形式的契約，由計算機確保嚴格執行。執行方式 上，通常的合約是事後以人的主觀意願來執行；而智能合約是在觸發條件被滿足後，由計算 機程序來保證合約及時地執行，具有客觀性。
- 我們把資產數字化到區塊鏈或與區塊鏈錨定，採用智能合約來描述對資產關係的承諾， 同時智能合約的執行過程和結果被區塊鏈嚴格記錄，這樣便可以降低履約成本和確保高效履 約。
- 區塊鏈智能合約帶來的是“契約”的一種新的更精確的表示形式，以及一種更客觀、更 嚴格的執行方式。由於契約是我們社會活動的基礎，因此這種變化將會帶來更廣泛的社會影 響。
- c) 歷史可證明
- 區塊鏈固化了交易歷史，並提供對交易歷史的追溯查詢，保證交易的不可篡改和不可抵 賴。
- 如果某個事件發生時，這個事件連同時間戳一起被記錄到區塊鏈中，將來就可以通過區 塊鏈證明這件事確實在這個時間發生過。因此區塊鏈為參與交易的各方保留了可信的歷史記 錄。
- 業務過程存在長交易、長週期鏈條
- 業務在多主體間流轉時，難以確定間接主體的真實性和有效性，同時由於多主體間的業 務隔離，難以延伸出多級業務。
- 區塊鏈從技術上保證整個長交易、長週期鏈條的各參與主體身份真實，數據可信，實現 信用的多級傳遞，促進業務鏈條扁平化，提升業務效率。
- 比特幣作為區塊鏈技術的一種典型應用，在交易市場上市值已達千億美元，這樣的一個 高市值系統卻是以開源的方式在公共網絡上運行了多年，表現出了良好的安全性和健壯性。 比特幣系統的表現揭示了一個重要事實——以客觀區塊鏈技術為手段可以直接建立信任，而 不需中介背書。
- 如果我們把區塊鏈技術推廣運用到更廣泛的產業、金融、公共服務等場景，將使社會的 生產分工方式產生巨大變化，這些變化包括：
- 商業交易過程更容易達成信任，從而降低風險，使交易更具確定性；
- 商業交易中間環節被縮減，多方交易可直接達成；
- 傳統中介的中心化的服務模式將發生鉅變。
- 這種影響目前已經逐漸顯現，隨著區塊鏈的逐漸成熟和應用的不斷豐富，這種影響力將 會像蝴蝶效應一般逐步放大和深入到整個社會，推動去中心化或多中心化主體間的高效協同 和共識決策。人類因掌握“工具”而發展文明，我們相信區塊鏈是一種新的“工具”，最終 將促進人類社會的進步發展。
1.4. 區塊鏈發展面臨的挑戰
目前人們已經廣泛認識到區塊鏈巨大的應用價值，但是區塊鏈的技術發展卻還沒有到達 成熟階段，尤其在企業級應用方面，區塊鏈的交易併發能力、數據存儲能力、通用性、功能 完備性、易用性都還存在明顯不足。
交易併發能力
目前開源的區塊鏈系統的高併發交易能力普遍不高，其中，共識算法是制約性能的重要 方面。在區塊鏈中使用的典型共識算法主要有：PoW、PoS、DPoS、PBFT 等， 對比如下：
制約性能的另一個重要因素是賬本結構。目前典型的區塊鏈賬本設計為區塊的單鏈結 構，意味著從全局來看所有的交易都只能順序地被處理。由於交易處理缺少並行度，因而難 以獲得接近於傳統中心化系統的性能表現。
企業場景下的交易併發量通常要求在每秒處理數百至數千筆以上的交易，遠高於目前包 括公有鏈、聯盟鏈在內的典型區塊鏈的表現，而且還要求區塊鏈的性能表現可以隨著業務規 模的增長而動態伸縮。因此，現實和目標之間存在數量級的差別，需要持續優化和提升區塊 鏈系統高併發交易性能。
數據存儲能力
- 在數據存儲能力方面，由於區塊鏈的數據只有追加而沒有移除，數據只增不減，隨著時 間推移，區塊鏈系統對數據存儲大小的需要也只能持續地增大，在處理企業數據時這一趨勢 增長更甚。 不同於公鏈數字貨幣的主要內容是“賬戶餘額”，企業場景下的數據包含結構化和非結 構化數據，數據量十分龐大。以電商供應鏈為例，主要電商入口的每日數據記錄條數通常都 在千萬級以上，如再沿著供應鏈條進一步展開時，每延伸一級數據量都會進一步放大。 目前典型的區塊鏈系統在實現對賬本數據的存儲時，典型的實現方式是基於文件系統或 者簡單的 KV 數據庫存儲，沒有采用分佈式存儲的設計，因而數據存儲能力與實際需要之間 也存在較大的差距，需要探索更為有效的大數據存儲方式。
通用性
- 區塊鏈需要適應多樣化的業務需求，滿足跨企業的業務鏈條上的數據共享，這意味著區 塊鏈對數據的記錄方式要有足夠的通用和標準，才能表示各種結構化和非結構化的信息，並 能夠滿足隨著業務範圍拓展所需的跨鏈要求。 目前市面上的區塊鏈系統大多采用特定的共識算法、加密算法、賬戶模型、賬本模型、 存儲類型，缺少可插拔能力，無法適應不同場景要求。
功能完備性
- 縱觀現有區塊鏈平臺，模型抽象單一，難以適應業務系統快速開發的要求。另外，缺少 對企業應用中常見的一些功能的支持，例如用戶認證、多級授權等。再者，涉及到企業業務 協作時，跨企業的事件通知機制顯得尤為重要，但少有區塊鏈平臺支持。
易用性
- 區塊鏈是由多種技術構成的，導致學習成本高、實施難度大、人才稀缺。如何讓用戶快 速理解區塊鏈，低成本學習區塊鏈，並將區塊鏈技術快速應用到自身的業務中去，目前來看 有很大的挑戰。區塊鏈技術需要降低學習和使用門檻，支持快速實施部署，提供貼近業務的 接口，推廣使用。
- 從比特幣的提出到今天為止，人們嘗試了非常多樣化的應用場景。最初是幣（coin）的 應用，各種數字貨幣的出現和熱炒引起了廣泛關注和討論。人們發現，作為比特幣底層技術 的區塊鏈可以用來解決現有業務的一些痛點，創新業務模式，於是金融和產業領域開始形成 一些組織聯盟，如 R3、Hyperledger 等。技術圈也逐漸將更多的關注從“幣”轉到了區塊 鏈的企業級應用。
- 人們在許多領域進行了廣泛的嘗試，例如供應鏈管理，互聯網金融，證券和銀行業務， 貿易融資，保險，醫療健康，資產管理，數字版權保護，公益慈善，政府公共服務，監管合 規性與審計，遊戲，公益等等。但是，目前已經成功落地的區塊鏈應用比較少，無論是技術 還是業務都還處在摸索階段。
- 業界的積極實踐進一步鞏固和加深了人們對區塊鏈潛在價值的認識，但卻鮮有成功的落 地案例，大多數停留在理念或 POC 階段，這種狀況的形成受許多因素影響：
不適用的、不可持續的場景
- 有不少案例是為了區塊鏈而區塊鏈，而不是從解決業務痛點出發，導致案例缺少有效價 值，例如對一些不需要公開的信息進行存證。或者沒有結合區塊鏈的特點來設計業務創新， 仍然以傳統的思路來設計業務模式，例如仍然用中心化影響力來把業務簡單地搬到鏈上，不 能高效地拓展業務邊界。
- 錯誤的實施方法
- 沒有充分認識區塊鏈的技術特點，無法設計出合理的技術方案。比較典型的例子如把區 塊鏈簡單地當做數據庫，把原來中心化系統數據直接搬到區塊鏈上。
- 技術不成熟
- 沒有充分認識區塊鏈技術目前的成熟度現狀，過於樂觀地選擇技術方案。目前區塊鏈在 性能、擴展性、易用性、功能完備性、運維成本等許多方面都還有待完善，更合理的應用方 式應該是以應用層業務系統為主，區塊鏈底層完善優化為輔，開展區塊鏈技術應用。
- 人才稀缺
- 區塊鏈是個多學科綜合技術解決方案，包括分佈式、存儲、密碼學、網絡通訊、芯片技 術、經濟學、法律等，技術專業能力要求高，技術學習、人才培養、實踐經驗積累週期長。
目前影響區塊鏈應用落地的因素有很多，以上僅簡單列舉幾點，以此說明區塊鏈的發展 仍然任重道遠。
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