2023年7月27日发(作者：)

⽂献阅读-区块链发展现状与展望区块链则是利⽤加密链式区块结构来验证与存储数据、利⽤分布式节点共识算法来⽣成和更新数据、利⽤⾃动化脚本代码（智能合约）来编程和操作数据的⼀种全新的去中⼼化基础架构与分布式计算范式区块链1.0：以可编程数字加密货币体系为主要特征区块链2.0：以可编程⾦融系统为主要特征区块链3.0：以可编程社会为主要特征拜占庭将军问题 数字缺少可信任的中央节点的情况下，分布式节点如何达成共识和建⽴互信区块链系统由数据层、⽹络层、共识层、激励层、合约层和应⽤层组成基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算⼒的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具有代表性的创新点区块结构⽹络层封装了区块链系统的组⽹⽅式、消息传播协议和数据验证机制等要素按照节点存储数据量的不同，可以分为全节点和轻量级节点。前者保存有⾃创始区块到当前最新区块为⽌的完整区块链数据，并且通过实时参与区块数据的校验和记账来实时更新主链。全节点的优势在于不依赖其他节点⽽能够独⽴地实现任意区块数据的校验、查询和更新，劣势是维护全节点的空间成本很⾼；轻节点仅保存⼀部分数据，通过简易⽀付验证⽅式向其相邻节点请求所需的数据来完成数据校验⽐特币交易系统的交易数据传播协议包括以下步骤1. 节点将新的交易数据向全⽹⼴播2. 每个节点将收集到的交易数据存储到⼀个区块中3. 节点基于⾃⾝算⼒找到⼀个具有⼀定难度的⼯作量证明4. 如果有节点找到该区块的⼯作量证明以后，向全⽹⼴播此区块5. 仅当区块中的所有交易均有效且之前未存在，其他节点才认同该区块的有效性6. 其他节点接收该区块，并且在该区块的末尾制造新的区块以延长该链条，⽽将该区块的随机哈希值作为先于新区块的随机哈希值区块链技术的核⼼优势是能够在决策权⾼度分散的去中⼼化系统中使得各节点⾼效地针对区块数据的有效性达成共识共识层PoW共识：通过引⼊分布式节点的算⼒竞争来保证数据⼀致性和共识的安全性。哈希难题：根据当前难度值，通过搜索求解⼀个合适的随机数（Nonce）使得区块头各元数据的双SHA256哈希值⼩于或者等于⽬标哈希值。⽐特币通过灵活调整随机数搜索的难度值来控制区块的平均⽣成时间未10分钟左右。步骤１. 搜集当前时间段的全⽹未确认交易，并且增加⼀个⽤于发⾏新⽐特币奖励的Coinbase交易，形成当前区块体的交易集合２. 计算区块体交易集合的默克尔树根计⼊区块头，并且填写区块头的其他元数据，随机数置为零３. 随机数Nonce + 1；计算当前区块头的双SHA256哈希值，如果⼩于或等于⽬标哈希值，则成功搜索到合适的随机数并且获得该区块的记账权，否则继续步骤3直到任⼀节点搜索到合适的随机数为⽌４. 如果⼀定时间内未成功，则更新时间戳和未确认交易集合。重新计算默克尔树根后继续搜索合适的随机数符合要求的区块头哈希值通常由多个前导零构成，⽬标哈希值越⼩，区块头哈希值的前导零越多，成功找到合适的随机数并且挖出新区块的难度就越⼤10分钟的交易确认时间使其相对不适合⼩额交易的商业应⽤PoS共识：为解决PoW共识机制的资源浪费和安全性缺陷⽽提出的替代⽅案。采⽤权益证明，由系统中具有最⾼权益⽽⾮最⾼算⼒的节点获得区块的记账权。权益体现为节点对特定数量货币的所有权，称为币龄。币龄是特定数量的币与其最后⼀次交易的时间长度的乘积，每次交易均会消耗特定数量的币龄（如：：在⼀笔交易中收到10个币之后持有10天，则获得100个币龄；花了5个币之后，则消耗50币龄）PoW共识中各节点挖矿难度相同，⽽PoS共识中难度与交易输⼊的币龄成反⽐，消耗币龄越多则挖矿难度越低。节点判断主链的标准也由PoW共识中的最⾼累计难度标准转变为最⾼消耗币龄，每个区块的交易都会将其消耗的币龄提交给该主链。PoS共识仅仅依靠币龄和权益，从根本上解决了PoW共识算⼒浪费的问题，并且能在⼀定程度上缩短达成共识的时间。DPoS共识机制：系统中每个股东节点可以将其持有的股份权益作为选票授予⼀个代表，获得票数最多且愿意成为代表的前101个节点将加⼊“董事会”，按照既定的时间表轮流对交易进⾏打包结算并且签署（即⽣产）⼀个区块，每个区块在签署之前，必须先验证前⼀个区块已经被信任的代表节点所签署。“董事会”的授权代表节点可以从每笔交易的⼿续费中获得收⼊，同时要成为授权代表节点，必须缴纳⼀定的保证⾦，其⾦额相当于⽣产⼀个区块收⼊的100倍。授权代表节点必须对其他股东节点负责，如果其错过签署相对应的区块，则股东将会收回选票从⽽将该节点投出董事会。因此，授权代表节点必须保证99%以上的在线时间以实现盈利⽬标。PoW共识机制必须信任最⾼算⼒节点PoS共识必须信任最⾼权益节点DPoS共识中的每个节点都能⾃主决定其信任的授权节点且由这些节点轮流记账⽣成新区块，⼤幅度减少了参与验证和记账的节点数量，可以快速实现共识验证激励层区块链共识过程通过 汇聚⼤规模共识节点的算⼒资源来实现共享区块链账本的数据验证和记账⼯作，是⼀种共识节点之间的任务众包过程。必须设⽴激励相容的合理众包机制，使得共识节点最⼤化⾃⾝收益的个体理性⾏为与保障去中⼼化区块链系统的安全和有效性的整体⽬标相吻合。区块链通过设计合适的经济激励机制并且共识过程相集成，从⽽汇聚⼤规模的节点参与并且形成了对于区块链历史的稳定共识。⽐特币PoW共识中的经济激励由新发⾏⽐特币奖励和交易流通过程中的⼿续费组成，奖励给PoW共识过程中成功搜索到该区块的随机数并且记录该区块的节点。⽐特币系统中，⼤量的⼩算⼒节点通常会选择加⼊矿池，通过汇集算⼒提供效率，共享⽐特币与⼿续费奖励。矿池将各节点贡献的算⼒按⽐例划分为不同的股份（share）。LNS（pay per last N shares）机制是指发现区块后，各合作节点根据其在最后N个股份内贡献的实际股份⽐例来分配区块中的⽐特币PPS（pay per share）根据股份⽐例为节点估算和⽀付⼀个固定的理论收益，常⽤此⽅法的矿池会适度收取⼿续费来弥补其为各节点承担的收益不确定性风险PROP(proportionately，成⽐例的)机制根据节点贡献的股份按⽐例地分配⽐特币。合约层合约层封装区块链的各类脚本代码、算法以及⽣成的智能合约。合约层是建⽴在区块链虚拟机之上的商业逻辑和算法，是实现区块链灵活编程和操作数据的基础。⽐特币采⽤⼀种简单的、基于堆栈的、从左向右处理的脚本语⾔，⽽⼀个脚本实质上是附着在⽐特币交易上的⼀组指令的列表。⽐特币依赖于锁定脚本与解锁脚本来验证。⼆者的不同组合可以在⽐特币交易中衍⽣出⽆数的控制条件。锁定脚本是附着在交易输出值上的“障碍”，规定以后花出这笔钱输出的条件；解锁脚本是满⾜被锁定账本在⼀个输出上设定的花费条件的脚本，同时它将允许输出被消费⽐特币脚本系统可以实现灵活的交易控制。多重签名可以⽤于公司决策，财务监督，中介担保，遗产分配等场景。⽐特币脚本系统是⾮图灵完备的，不存在复杂循环和流控制，在损失⼀定灵活性的同时能极⼤地避免因⽆限循环等逻辑炸弹⽽造成的拒绝服务等类型的安全性攻击。区块链的应⽤场景区块链具有分布式⾼冗余存储、时序数据且不可篡改和伪造、去中⼼化信⽤、⾃动执⾏的智能合约、安全和隐私保护等显著的特点五⼤应⽤场景数据存储：区块链的⾼冗余存储、去中⼼化、⾼安全性和隐私保护等特点使其适合存储和保护重要的隐私，避免因为中⼼化机构遭受攻击或权限不当⽽造成的⼤规模数据丢失或泄露。数据验证：区块链数据带有时间戳、由共识节点共同验证和记录、不可篡改和伪造，使得区块链可以⼴泛应⽤于各类数据公证和审计场景。⾦融流通：利⽤区块链⾃动化智能合约和可编程的特点，可以极⼤降低成本提⾼效率，避免繁琐的中⼼化清算过程，实现⽅便快捷的⾦融产品交易。区块链和⽐特币的及时到账的特点可以使银⾏实现⽐swift代码体系更快捷、经济、安全的跨境转账。资产管理：能实现有形和⽆形资产的确权授权和实时监控选举投票：投票是区块链在政治事物中的代表应⽤，基于区块链的分布式共识验证、不可篡改等特点，可以低成本⾼效地实现政治选举，股东投票等功能，也⽀持个⼈对特定议题的投票三⼤应⽤模式公共链：是完全去中⼼化的区块链，分布式系统中的各节点均可参与数据的读写、验证和共识过程，是⼯具PoW或PoS贡献获得相应的经济激励联盟链：部分去中⼼化的区块链，适⽤于多个实体构成的组织，共识过程受到预选的⼀组节点控制私有链：完全中⼼化的区块链，适⽤于机构的内部数据管理于审计，写⼊权限由中⼼机构控制，读写权限有选择性的开放区块链的问题安全问题有学者提出通过构造同时依靠⾼算⼒和⾼内存的PoW共识算法来解决51%攻击问题随着量⼦计算机等发展，⾮对称加密算法具有⼀定的可破解性，是⼀个潜在的安全威胁区块链的隐私保护存在安全性威胁。随着各种反匿名⾝份甄别技术的发展，实现部分重点⽬标的定位与识别仍是有可能的效率问题区块链要求系统内每个节点保存⼀份数据备份，数据⽇益增长，存储起来极为困难。其次是交易效率问题，区块链每秒只能处理7笔交易。最后是交易确认时间问题：出块时间为10分钟，因此交易确认时间为10分钟，⼀定程度限制了⽐特币在⼩额交易和时间敏感交易中的应⽤资源问题⼤部分算⼒与电⼒资源被浪费。如何有效聚集分布式节点的⽹络算⼒解决实际问题，是很重要的问题。发展趋势是设计有效的交互机制来汇聚和利⽤分布式共识节点的群体智能，以辅助解决⼤规模的实际问题博弈问题矿池可以通过称为区块截留攻击，通过伪装为对⼿的矿⼯，享受对⼿矿池的收益但是不实际贡献完整的⼯作量证明来攻击其他矿池，降低对⼿矿池的收益。若矿池相互攻击，则双⽅获得的收益均少于不攻击对⽅的收益。当矿池收益函数满⾜⼀定条件，会造成“囚徒困境”的博弈结局。如何设计激励相容的机制，使去中⼼化系统的节点能⾃发地实施区块数据的验证和记账⼯作，并且提⾼系统内⾮理性⾏为的成本以抑制安全性攻击和威胁，是重要研究问题。基于区块链的智能合约智能合约是区块链的核⼼构成要素，是由时间驱动的、具有状态的、运⾏在可复制的共享区块链数据账本上的计算机程序，能够实现处理数据，接受、存储和发送价值，以及控制和管理各类链上智能资产等功能智能合约作为⼀种嵌⼊式程序化合约，可以内置在任何区块链数据、交易和资产上，形成可编程控制的软件定义的系统、市场和资产。智能合约为传统⾦融的发⾏、交易、创造和管理提供了创新性的解决⽅法，⽽且在社会系统中的资产管理、合同管理、监管执法等事务中发挥重要作⽤。智能合约是⼀种前景对应型的程序化规则和逻辑，是部署在区块链上的去中⼼化、可共享的程序代码。签署合约的各参与⽅就合约内容、违约条件、违约责任和外部核查数据源达成⼀致，必要时检查和测试合约代码以确保⽆误后，以智能合约的形式部署在区块链上，可以不依赖于中⼼化机构⾃动代表各签署⽅执⾏合约。智能合约的可编程性使得签署⽅可以增加任意复杂的条款。智能合约经各⽅签署后，以程序代码的形式附着在区块链数据（如⼀笔 ⽐特币交易）上，经过P2P⽹络传播和节点验证后记⼊区块链的特定区块中。智能合约具有⾃治，⾃⾜和去中⼼化等特征。⾃治表⽰合约⼀旦开始就⾃动执⾏，不需要其他签署⽅⼲预。⾃⾜是合约能够通过提⾼服务或发⾏资⾦来获取资⾦，并且在需要时使⽤这些资⾦。去中⼼化是智能合约是由去中⼼化存储和验证的程序代码⽽⾮中⼼化实体来保障执⾏的合约，能保证合约的公平公正智能合约是区块链的激活器，为静态的底层区块链赋予了灵活可编程的机制和算法，并且为构建区块链2.0和3.0时代的可编程⾦融系统和社会系统奠定了基础。另⼀⽅⾯智能合约的⾃动化和可编程特性使得其可封装分布式区块链系统中各节点的复杂⾏为，成为区块链构成的虚拟世界中的软件代理机器⼈，有助于促进区块链技术在各类分布式⼈⼯智能系统的应⽤。区块链和智能合约的主要发展趋势是由⾃动化向智能化⽅向演化。现在的各类智能合约的本质是根据预定义场景的“if-then”类型的条件响应规则，能够满⾜⽬前⾃动化交易和数据处理的需求。未来的智能合约应该根据未知场景的“what-if”推演，能⾃主决策，真正实现“智能”合约的飞跃。区块链驱动的平⾏社会区块链是实现CPSS（cyber-physical-social-systems, 社会物理信息系统）的基础架构之⼀，为分布式社会系统和分布式⼈⼯智能提供了⼀套⾏之有效的去中⼼化的数据结构、交互机制和计算模式，并且为实现平⾏社会奠定了坚实的数据基础和信⽤基础。区块链技术有助于实现软件定义的社会系统，理念是剔除中⼼化机构，将不可预测的⾏为以智能合约的程序化代码形式提前部署和固化在区块链数据中，事后不可伪造和篡改并且⾃动执⾏，在⼀定程度上能够将“默顿”社会系统变为可全⾯观察、可⾃动控制、可精确预测的⽜顿社会系统。ACP（artificial societies：⼈⼯社会；computational experiments：计算实验和parallel execution：平⾏执⾏）⽅法是迄今为⽌平⾏社会管理领域唯⼀成体系化的、完整的研究框架，是复杂性科学在新时代平⾏社会环境下的逻辑扩展和创新。区块链于物联⽹等结合形成的智能资产使得联通现实物理世界和虚拟⽹络空间成为可能，可通过真实和⼈⼯社会系统的虚实互动和平⾏协调实现社会管理和决策的协同优化