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实验室介绍

2019年pow是以太坊采用的共识机制，随着比特币价格攀升至近2W美元/币，全球掀起了炒币热潮。 区块链、比特币、挖矿、BSN，这些都和区块链技术有关。 词汇在世界范围内流行起来。 那么区块链到底是什么？ 比特币是不是和人民币一样的货币？ 中国移动在区块链技术浪潮中扮演什么角色？ 带着这些问题，我们来聊聊区块链的前世今生。

一、区块链概述 1.1 区块链概述 1.1.1 历史背景

人们总说“历史总是惊人的相似”。 在谈区块链之前，我们先回顾一下历史。 事实上，区块链所解决的问题在历史上已经推导出来：

历史悠久的拜占庭帝国，位于今土耳其伊斯坦布尔，是东罗马帝国的首都。 战争期间，拜占庭军队分散围攻敌城（如下图）。 各队将领必须达成共识，决定何时攻城。 只有一半以上的兵力同时进攻，才能获胜。 问题是：（1）这些将军在地域上是分开的，将军们只能通过信使传递消息； (2) 军队中有间谍，间谍可以欺骗一些将军采取不符合共识的行动。 如果叛徒达到这个目的，任何攻击都注定要失败。 因此，拜占庭将军问题的本质是共识和互信的问题。

“拜占庭将军问题”延伸至互联网生活，其内涵可以概括为：在互联网背景下，当人们需要与陌生的交易对手进行价值交换时，如何避免上当受骗。 进一步延伸到技术领域，其内涵可以概括为：在没有可信中心节点和可信通道的情况下，分布在网络中的节点之间如何达成共识。

1.1.2 概念

区块链是指通过去中心化（或多中心）和去信任的方式，共同维护一个分布式可信数据库的技术方案。 参与系统中任意数量的节点，将一段时间内系统内交换的数据通过密码算法处理记录成一个数据块，并生成该数据块的指纹用于链接下一个数据块和验证，所有系统参与节点共同判断记录的真实性。

区块链是类似于非关系数据库的技术解决方案的总称。 它不是特定的技术。 开发者可以通过多种编程语言和架构来实现区块链技术。

1.1.3 为什么区块链会成为中国的国家战略

”2019年10月24日下午，中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习。中共中央总书记习近平强调，区块链技术的综合应用区块链技术在新一轮科技创新和产业变革中发挥着重要作用，要将区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入，着力攻克一批攻坚战。关键核心技术，加快推进区块链技术和产业创新发展。”

——摘自《新华社北京10月25日电》

1.1.4 我国发展区块链的优势 1.2 区块链的分类及特点 1.2.1 区块链的分类

区块链分为公有链和许可链。 两者底层技术逻辑相似，但工作原理却大不相同。

目前全球所有公链的应用都是虚拟货币（如：比特币），无一例外默认公链≈虚拟货币。 在中国，虚拟货币不符合金融监管要求（即使是无币种公链也不符合要求），而中国公链主要开发追踪技术，协助侦破犯罪记录。

1.2.2 特点

①公链：

应用：比特币、以太坊等虚拟数字货币； 每秒3-30条数据写入，效率低，除了少数金融服务，公链很难应用到企业级需求，因为：公链用户多，效率低； （例如：搜索一个比特币，至少需要20分钟才能返回结果，不能满足企业的业务响应需求）一旦应用于企业，内部运行逻辑难以调整，不符合适应企业灵活多变的经营环境。

② 私有链：

应用：特定机构的公证、内部数据管理和审计。

③联盟链：

应用：R3、Hyperledger、Ripple等金融领域交易。

1.3 区块链关键技术

2.公链（虚拟货币） 2.1 P2P交易机制

新产生的交易需求广播给所有节点；

关于上面的过程，你一定有很多很多的疑问。 看不懂也没关系。 下面我们一一解答。

2.2 问答

Q1：交易数据的哈希打包需要消耗计算机资源。 为什么节点需要参与记账？

在比特币系统中，抢到记账权的节点获得了发布新区块的权利，同时获得了系统提供的比特币奖励。 这个奖励其实就是比特币的发行过程。

Q2：哈希算法是如何工作的？

哈希算法的特点：在给定算法的情况下，很容易从明文中计算出哈希值，否则几乎不可能从哈希中计算出明文。

计算机生成一个随机变量（明文）计算一个哈希值，通过不断生成随机变量得到不同的哈希值，不断尝试，直到生成的哈希值满足“从n个0开始”的条件。

当前计算机通常需要一两分钟才能获得以四个 0 开头的哈希值。 由于参与挖矿的电脑非常多，算力非常大，目前挖矿难度从18个0开始。 ，第一个满足这个条件的节点可以表明该节点为网络提供了巨大的计算能力，并获得了唯一的记账权。

Q3：节点如何获得记账权？

目前主流的是PoW（Prove of Work）和PoS（Prove of Stake）两种方案。

①PoW：Proof of Work（比特币使用的机制）

大家进行算力竞赛，设置一个哈希计算题。 谁先计算出来谁就赢了。 算力大的节点获胜的概率大。 这种方式保证了获胜者是随机的，获胜的节点确实提供了大量的算力。 力量。 投入的算力可以体现在哈希值上，恶意节点只能通过增加自己的算力来增加攻击成功的概率。

PoW 机制通过增加攻击成本来减少恶意攻击。

②PoS：权益证明机制

在选举中，每个人都不需要浪费电力来竞争算力。 根据用户持有货币的数量和时间（币龄），采用利息支付方案“选举”产生记账节点。

恶意节点只能通过增加自己的份额来增加被选中的概率，从而增加双花攻击的成功概率。 要实现攻击，首先要成为持币大户。 如果攻击成功，币价将暴跌，攻击者损失最大。 从机制层面绑定攻击者的利益，降低系统被攻击的风险。

Q4：什么是“挖矿”？

在比特币区块链中，所有参与节点输出算力遍历哈希值的过程通常称为“挖矿”。 （输出算力越大，获得比特币奖励的概率越大）每个参与节点也在遍历哈希的过程中不断验证其他节点的交易信息，为区块链网络的运行贡献算力。

Q5：PoW 和 PoS 的优缺点？

①PoW优势：

机制本身非常复杂，比如：挖矿难度自动调整、区块奖励逐步减半等，这些因素都是基于经济原理，可以吸引和鼓励更多人参与；

越早参与，越容易获得比特币奖励，将促进加密货币初级阶段的快速发展和节点网络的快速扩张；

通过“挖矿”发行新币，将比特币分配给个人，实现了相对公平。

②PoW的缺点：

计算能力由计算机硬件（Cpu、Gpu等）提供，消耗大量电能，这与人类追求节能、清洁、环保的理念相悖。 但是，如果非要为“加密货币”寻找“货币价值”的含义，那么这方面应该是最有力的证据；

如今，提供算力的不再是单纯的CPU，而是逐渐发展到GPU、FPGA，甚至ASIC矿机。 用户也从个人挖矿发展到大型矿池和矿场，算力集中度越来越明显。 这与去中心化的方向背道而驰，渐行渐远，网络的安全也逐渐受到威胁。 有证据证明Ghash（矿池）对博彩网站实施了双花攻击（一笔钱花了两次）；

比特币奖励每四年减半。 当挖矿成本高于收益时，矿工的积极性会降低，大量算力会退出。 比特币网络的安全性进一步令人担忧。

③PoS优势：

节能。 无需挖矿，无需消耗大量电力和能源；

更加去中心化。 PoS机制的加密货币对计算机硬件的要求基本不高。 人人都可以挖矿（赚取利息），不用担心因为算力集中而出现中心化（单个用户通过购买可以获得51%的币，成本更高），网络更加安全可靠；

避免紧缩。 PoW机制的加密货币可能会因为用户流失等多种原因造成通缩，而PoS机制的加密货币以一定的年利率增发货币，可以有效避免通缩，保持基本稳定。

④ PoS缺点：

纯PoS机制的加密货币很容易导致“少数人”（通常是开发者）大量获得极低成本的加密货币。 在利益面前，难保不大量出售；

PoS机制的信用基础还不够牢固。 为了解决这个问题，很多采用PoW+PoS的双重机制，通过PoW挖矿发行加密货币，使用PoS来维护网络稳定。 或者使用 DPoS 机制，通过社区选举来增强信任。

Q6：为什么很多国家禁止比特币等虚拟货币？

以中国为例。 我国是外汇管制国家。 比特币网络的匿名交易可以完美绕过央行的外汇防线，让外汇管制政策无用武之地； 而比特币为国内强监管地区的洗钱交易提供了极大的便利和极大的威胁我国央行的外汇政策和监管政策； 随着我国加入SDR，我国人民币国际化战略开始全面推进，人民币国际化的本质是区域中心化货币战略，而比特币的去中心化，与我国人民币国际化战略背道而驰。 这种强势货币属性的碰撞，让我国央行在权衡再三后不得不对比特币采取“死刑”。 另外，对于世界上绝大多数国家来说，货币的印刷和发行一般都掌握在国家手中，称为铸币权。 在宏观经济学中，有一个概念叫做“铸币税收入”，它是铸币成本与其面值之间的差额。 在纸币时代，政府印钞的成本几乎可以忽略不计，同时政府对印钞具有垄断权，因此能够拿到所有的铸币税。

以美国政府为例。 在过去的十年里，美联储每年印刷数千亿美元的货币供应量，用几乎没有印刷成本的美元换取了大量的资产、商品和服务。 政府放弃这笔收入，去“分一杯羹”比特币这样的虚拟货币，简直是不可想象的。 事实上，任何政府都没有理由允许这种情况发生。

Q7：如何解决分叉问题？

分叉问题：全网不止一个节点可以在同一时间内计算出需要的hash，即会有多个节点在网络中广播各自打包的临时区块（都是合法的）。

如果收到同一个前一个块的多个临时块，该节点将在本地区块链上建立一个分支，多个临时块对应多个分支。 直到找到下一个哈希，并确认其中一条链是较长的链，才会打破僵局，然后在另一条分支链上工作的节点将转换阵营，开始在较长的链上工作。 分支将被网络完全丢弃。

Q8：如何解决双花问题？

双重支付问题：双重支付是指攻击者几乎同时使用同一笔钱进行不同的交易。

解决方案：每当节点将新收到的交易订单添加到一个区块时，它会沿着交易发起者的公钥遍历并向前检查，直到硬币的初始诞生点（即产生它的区块来源）。 由于每笔交易订单在加入区块时，必须按照一定的时间顺序出现。 Hash值作为区块之间的时间戳，决定了任何交易资金来源的回溯。

2.3 比特币的主要特征

① 比特币总量：2100万枚。 区块链诞生之初，每10分钟产生一个区块，每个区块奖励50个比特币，之后每4年减半。 目前，每个区块奖励 6.25 个比特币； 基于以上机制，比特币前4年共产出1050万枚比特币，后4年共产出525万枚比特币。 之后算出比特币总数为2100万枚。

②比特币网络平均每十分钟打包一个区块，每个区块上限为1M。 如果这个区块被填满，那么这段时间多余的交易信息只能等待下一个区块。 由于交易频率不固定，比特币有不同的区块大小。

③ 矿工收益：

3. 许可链（联盟链）

私有链：由个人或组织运营、管理和控制的许可链，可以理解为私有部署的联盟链。

联盟链：通过点对点传输和加密技术的共享记账方式架构，服务于行业和企业级应用，可以优化传统信息系统。 它本质上是一个实时共享数据库。

区块链已经上升到国家战略层面，具体指的是联盟链。

联盟链主要适用于多方合作共享业务。 如果一个公司的业务只是内部的（不是外部的），那么区块链对公司来说本质上是没有意义的。

※ 彩蛋：采用区块链技术的信息应用系统，C端用户基本不知情。 与云服务、互联网背景一样，区块链服务网络的直接用户是科技公司和开发者； 互联网诞生的历史背景：冷战时期，美国为了防止数据被截取，希望以P2P的形式向对等方传输数据，从而催生了互联网技术。 互联网的发展已经完成并远远超过了历史赋予的使命。

3.1 架构差异

3.1.1 互联网

它通过TCP/IP协议连接所有数据中心而形成。 区块链服务网络BSN：通过区块链运行环境协议连接所有数据中心而形成（BSN类似于互联网，是一种支持多入口的无主基础设施）。

3.1.2 互联网架构

① 多个数据中心串联形成一条业务线，大大降低了数据传输和运营成本。

② 技术缺陷：

3.1.3 区块链并行架构 3.1.4 技术优势 优化对账流程：将对账成本降至0（全球年对账市场规模近1000亿美元）； 降低接口成本：无需开发定制接口，所有系统使用同一套数据库和数据结构； 保证数据的真实性：数据不可篡改，修改后会留下记录，保证数据的可信度； 提高容错性：在并行关系中，即使多个系统发生故障，只要剩下的一个在链上，仍然可以交互，链上的业务不会停止。 宕机系统恢复后，系统自动同步数据，不会出现账本错误，系统可靠性大大增强； 数据获取方便：数据在各方之间实时同步，任何一方获取数据无需等待或征得其他方的主观同意； 取消中间环节：同一业务省去2、3个中间方，加快业务效率； 扩大监管范围：在系统中设置一个监管节点，对所有参与系统的节点进行监管。 3.2 防篡改机制 3.2.1 哈希算法和链结构

建筑类比

区块链系统类似于成语纸牌游戏，即下一个字的第一个字是上一个字的最后一个字。 对应区块链，如下：

后一个块的块头跟随前一个块计算的结果（链接到内容、时间戳和哈希计算）。 一旦区块A的内容被修改，A生成的区块头就会发生变化，很容易从B的区块头中发现A有修改记录；

因此，为了达到篡改的目的，必须重新计算区块A和后续的所有区块。 为了保证欺诈的可信度，还需要保持 B 的哈希与 A 的原始哈希一致。基于哈希计算几乎不可逆的特性，对后续区块的修改几乎不可能完成。

3.2.2 共享账本机制

在一个区块链/联盟链系统中，至少有3-4个节点，每个节点都保存一份账本。 一个节点修改账本无效，其他节点立即识别，并找到修改记录； 除非所有节点都同意并确认修改，一般是官方行为。 即使这样做了，也会留下时间戳和哈希等相关信息的记录。

3.3 行业痛点

根本原因：行业内缺乏公认的区块链底层公共基础设施，联盟链建设成本高。

分析：联盟链的每一个应用、每条链都是一个完全独立的环境。 各参与方必须建立独立的运行环境并购买服务器或云资源。 如果一个企业参与10个联盟链应用，原则上需要购买10次云服务，99%的云服务资源是闲置的。 最后大家在高投入的情况下都是在浪费资源。 因此，目前联盟链技术的发展遇到了一定的障碍。

问题总结：①建链成本高：2019年国内只有阿里巴巴、腾讯、华为可以提供区块链云服务，4分制环链最低配置需要10W/年； 区块链架构师和技术人才供不应求； ②底层平台异构：部分系统使用不同的操作系统进行开发pow是以太坊采用的共识机制，导致不兼容； ③系统资源闲置：当同一公司参与多个联盟链应用时，不同应用之间的资源无法共享，造成大量资源重复建设和闲置造成浪费； ④ 有效监管难：不同的系统运行在不同的云资源环境中，难以有效监管。

结语：行业迫切需要建立一个各方认可的公共基础设施，即BSN（Blockchain-based Service Network）。

※彩蛋：1992-93年建立网站的费用约为100万美元。 90年代后期，同样的网站成本几乎为0，开网站成本的巨大降低导致了互联网的爆炸式发展。 现在搭建一个联盟链，类似于局域网。 在互联网的早期，大家也搭建了一个局域网。 如果要在两个局域网之间发送消息，需要开通互联网专线。 1990年代，一条专线的成本接近100万美元。 因此，只有成本最小化，技术才能蓬勃发展。 区块链服务网络从设计、建设到运营不断降低成本。 只有构建公共服务区块链网络，才能降低系统搭建成本，促进架构在应用阶段的使用。

作为一家技术实力雄厚、承担国家公共服务职能的企业，中国移动在区块链大潮中扮演怎样的角色？

4. BSN：区块链服务网络 4.1 概念和背景 4.1.1 概念

区块链服务网络BSN（Blockchain-based Service Network）：通过连接各方拥有的云资源并安装城市节点软件而形成，旨在提供一个低成本的开发、部署、运维、互通和公共基础设施网络监督联盟链应用程序。 区块链应用开发者无需购买物理服务器或云服务来构建自己的区块链运行环境，而是利用BSN提供的公共服务按需租用共享资源。

类比：家庭用水场景。 阿里巴巴、腾讯等厂商主推区块链云服务，即为客户打水井，根据用户需求调整水井（云资源）的直径和深度，进而调节供水。 中国移动对BSN的主要推动是建设水厂，用户可以按需打开水龙头，方便公共资源管理，降低用水成本，保证稳定可靠的运行环境。 问题是前期投入巨大，随着用户数量的增加，单个用户的成本会大大降低。

4.1.2 发展背景

由国家信息中心牵头，与中国移动、中国银联等单位共同组建。 BSN是一个基于区块链技术和共识机制的全球基础设施网络。 是面向工业、企业、政府应用的可信、可控、可扩展的联盟链。 致力于改变联盟链应用局域网架构成本高的问题。 ，为开发者提供基于互联网概念的公有区块链资源环境，大大降低区块链应用的开发、部署、运维、互通和监管成本，从而实现区块链技术的快速普及和发展。

BSN发展联盟六大单位：发展联盟负责BSN的管理和运营。

4.2 BSN的组成

4.2.1 公共城市节点

4.2.2 排序集群服务

概念：联盟链应用的数据处理中心，一个为服务网络中所有应用提供共识排序服务的公共系统，对并发数和数据处理效率有很高的要求。

三种集群架构：研发测试阶段使用的单一集中式集群，采用Kafka技术； 当城市节点数量达到50-100个时，根据城市节点数量和应用数量采用并行集中式集群，多个Kafka并行连接，支持不同应用和不同城市节点； 商用后采用分布式城市节点集群，利用ROFT技术将各个分拣集群部署到各个城市节点。 从效率和公网资源占用来看，表现非常不错。

4.2.3 门户

门户网站已正式上线并开始内测。 与其他云服务一样，开发者可以选择资源并设置自己的应用权限。

门户提供的服务：开发者购买资源部署应用、应用商店、应用运行监控、各种语言SDK、预置链码库、联盟链/私有链管理、技术支持、帮助手册、学习示例。

4.2.4 运维系统

全网管理后台主要功能

服务网络是大量物理上分散的云资源和数据中心，因此资源分配、节点运行、节点记账、集群再分配和数据迁移（区块链数据迁移非常复杂）都需要基础能力管理的核心功能：核心系统全部开源，不仅六家主办方运营部署，全社会所有云资源和科技公司都参与进来。

4.2.5 企业发展联盟链框架

联盟链框架：由各个BSN提供商负责，相当于联盟链应用的操作系统。

BSN 实施多底层框架策略。 中国移动支持国内大部分主流联盟链框架。 已经适配或正在适配的框架如上图所示。

适配：不同系统底层之间建立一套协议，不同操作系统经过授权后可以实现互联互通。

4.3 BSN简介 4.3.1 与区块链云服务对比

4.3.2 理念

不同于区块链云服务的经营理念，云服务作为一种商业资源，根据客户需求提供IaaS、PaaS、SaaS、开发组件等服务，按需收费。

BSN的理念是构建一个类似于互联网的公共服务网络，提供免费开源的城市节点软件，优化开发/部署/运维的灵活性，优化网络效率，降低开发者使用成本，让更多的开发者参与进来，提供更多的应用创新，发展区块链技术。

4.3.3 特点 4.3.4 意义

目前，世界各国对区块链技术的发展方向看法不一，但总体态度是积极拥抱新技术，积极探索应用前景。 其中，中国、美国和欧洲相对先进。 中国鼓励区块链技术创新，央行牵头互联网金融协会开展区块链研究和试点； 美国主要由大公司主导，但政府政策不明对其影响较大； 欧洲国家正在积极探索区块链区块链应用，如瑞士利用区块链管理土地所有权，爱沙尼亚利用区块链辅助税收征管系统和商业登记系统，英国希望利用区块链提高公共服务效率。

区块链发展的第一个阶段是基于公链的数字货币阶段。 It is currently in the second stage with the alliance chain architecture as the main technology, mainly through smart contracts to realize value signal transmission in multiple application scenarios such as finance, medical care, government affairs, and cold chain. In the future, the blockchain will further grow into a digital economic infrastructure, and will evolve with cloud computing, big data, artificial intelligence and other emerging technologies to reconstruct the development ecology of the digital economy, promote the deep integration of the Internet of Value and the real economy, and create a new era for the global economy. Development injected new impetus.

[This article is the original manuscript of the 51CTO columnist "Mobile Labs", please contact the original author for reprinting]

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