1.1 区块链的由来

随着密码学技术、分布式网络、工作量证明算法、时间戳记录和分散式电子现金理论的飞速发展，区块链的诞生条件日趋成熟。继比特币的诞生成为区块链标志性事件之后，以太坊开创性地将智能合约和区块链结合起来，区块链技术呈现出了爆发性的发展。本节将对区块链的诞生、兴起、发展进行详细说明。

1.1.1 中本聪：区块链之父

近年来，区块链在全球的热度逐年递增。Google Trend显示，区块链搜索趋势增长呈现良好的发展态势，如图1-1所示。而且区块链项目在全球迅速呈现爆发式增长：“根据研究机构（博链数据库）数据统计，截至2017年4月底，全球455家区块链和比特币相关公司累计获得融资额19.47亿美元。”

百度指数国内热度搜索显示，自2018年开始，区块链热度一度超过人工智能，热度最高时曾达到人工智能的7倍，如图1-2所示。因此，在区块链即将推动技术革命新浪潮的时刻，我们不禁会问：区块链是怎么诞生的？这还要从2008年中本聪设计的比特币说起。

2008年，一位名叫中本聪（英语：Satoshi Nakamoto）的神秘人物发表了一篇名为《比特币：一种点对点式的电子现金系统》（Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System）的论文。文中定义了一种全新的货币——“比特币”，它是一种电子现金，可以完全实现个人对个人的在线交易，而不需要可信任第三方的介入。

2009年，中本聪发布了首个比特币软件，并正式启动了比特币金融系统。在这个系统中，每一个持有比特币的人如果想查询、记录及接收带有时间戳的交易数据，都必须通过使用比特币的人所组成的计算机网络进行相应操作。而且所有的比特币交易数据都存放在整个比特币网络社区共同维护的数据库中，这个数据库被称为最早的“区块链”（Block Chain）。

区块链中的第一个区块创建于2009年1月3日，被称作“创世纪的Block”（Genesis Block），简称“创世区块”。创世区块是区块链中所有区块的共同“祖先”，这意味着我们从系统中的任一区块，循链（Chain）回溯，最终都可以到达创世区块。

创世区块部分截图如图1-3所示，其中，方框内“EThe Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks”这一串数据是“区块链之父”中本聪在2009年1月3日写入的，这串数据代表一句话：“2009年1月3日，财政大臣正处于实施第二轮银行紧急援助的边缘。”由于区块链数据的不可篡改和不可逆特点，所以，创世区块中所产生的时间信息及当时所记录的事件内容将被永久保留下来。

比特币只是开始，它的诞生带来了革命性的新概念和新应用，例如，区块链（Block Chain）就是从比特币技术中提取出来并成为一种产业应用获得飞速的发展；电子货币的涌起；共识机制的建立开始构建真正的信任互联网；分布式存储革命性地改变了存储方式，让数据永久保存不被篡改等。这些新的革命性的技术都是从比特币的成功实践中快速发展起来的，为全世界数字经济的发展奠定了基础。

1.1.2 从“比特币”到“区块链”的颠覆性转变

自2009年比特币开源代码公布之后，区块链技术就开始发挥它的巨大影响力。这个原本用于建立一种电子现金系统——比特币的底层技术，由于完美地解决了交易各方信任机制的问题，体现出前所未有的技术优势，迅速演变成不可思议的技术工具，开始在不同的行业、不同的场景广泛应用。

例如，区块链中分布式数据库的账本系统。通过一个公共账本我们可以解决身份识别、资产认证、资产登记、用户注册、数据存储、交易交换、支付结算、流通传递、监管检阅等问题。区块链敲开了金融的大门，同时带来了“区块链+金融支付”“区块链+审计”“区块链+保险”“区块链+证券”等领域的创新。

（1）区块链中的点对点、端到端、P2P传输模式等技术可以降低物物相连的超高运营成本，为未来的万物互联提供技术基础，带来“区块链+物联网”的新商业模式。

（2）区块链中的共识机制有效地防止了节点篡改，确保了数据正确，通过验证数据出处和精确性，增强了数据的可信度，而“区块链+大数据”建立了未来信用。

（3）区块链中的加密算法、数据可溯源、智能合约等技术推动了人工智能的革命性发展，“区块链+AI”正在广泛应用。

（4）区块链中的数据高度透明化、时间戳记录、非对称加密和授权等技术解决了公证方面的难题，“区块链+公证”可以应用在身份信息认证、证书区块链公证、房屋产权公证、知识产权公证等场景中。

（5）区块链中的分布式数据库共享和信息溯源等技术也为医疗领域带来了新的机遇，“区块链+医疗”可实现健康数据交换共享、药品溯源、建立区块链电子病历，促进精准医疗发展。

……

总之，比特币虽然是区块链技术的首个且最知名的应用，但随着区块链技术在不同行业、不同场景中的应用，各行各业都结合区块链技术调整了研发方向，推动了项目的进程，各大公司也快速展开了在区块链方向的研发。目前，区块链凭借技术优势和广泛的应用前景已经为金融、商业、医疗乃至整个世界带来了创新变化，相信未来会在各个领域有更大的作为。

1.1.3 区块链的变革发展史

比特币是第一个采用区块链技术打造出的P2P电子现金系统应用。不过，比特币区块链并非一项全新的技术，而是将一项过去数十年所累积的跨领域技术基础结合的成果。起初，比特币区块链完美地解决了1982年Leslie Lamport等人提出的拜占庭将军问题（Byzantine Generals Problem）。

所谓拜占庭将军问题，就是在军团中存在叛徒的情况下，或者没有可靠的传达情报的途径时，怎样才能将正确的情报传达给对方的问题。其核心在于所有忠诚的将军都能够让别的将军接收到自己的真实意图，并最终采取一致的行动。因此，这个问题其实是一个关于一致性和正确性算法的问题，这个算法针对的是忠诚的将军，因为叛徒可以做出任何超出约定的判断。

在有叛徒干扰的情况下，找到一个抗干扰的算法。通过抗干扰算法可以把军团中各地军队彼此取得共识、决定是否出兵的过程转变成数学运算过程，通过算法建立一套具容错性的分散式系统，即使部分节点失效，仍然可以确保系统的正常运行，也可以让多个基于零信任基础的节点达成共识，并确保信息传递的一致性和正确性。

比特币就是这个原理，只有通过算法运算并最先找到正解的计算机，才能将结果发送给网络，这样就解决了关于维持Block Chain的拜占庭将军问题。通过这种方式，多个主体（将军）之间可以建立共识，比特币第一次让共识机制成为现实，为构建信任网络建立基础。正因为如此，比特币才是一项具有创新意义的革命性技术，即使没有可信任的第三方或者中心管理者，它也能正常、正确地运转。

同年，David Chaum提出了注重隐私安全的密码学网络支付系统。这个系统具有不可追踪的特性，也成为比特币区块链在隐私安全方面的雏形。

到1985年，Neal Koblitz和Victor Miller各自独立提出了著名的椭圆曲线加密算法（Elliptic Curve Cryptography, ECC），首次将椭圆曲线用于密码学，建立了公开密钥加密的演算法。相较于计算量过大且很难实用的RSA算法，ECC的优势在于可用较短的密钥，达到相同的安全强度，使得非对称加密体系产生了实用的可能。

1991年，Stuart Haber与W. Scott Stornetta提出了用时间戳确保数位文件安全的协议，此概念成为比特币区块链中时间戳交易记录的雏形。

1997年，Adam Back发明了Hashcash（哈希现金），这是一种工作量证明演算法（Proof of Work, PoW），此演算法依赖成本函数的不可逆性，达到容易被验证，但很难被破解的特性。Hashcash最早被应用于阻挡垃圾邮件，之后便成为比特币区块链采用PoW机制的关键技术之一（Adam Back于2002年正式发表Hashcash论文）。

1998年，Wei Dai发表了匿名的分散式电子现金系统B-money，引入工作量证明机制，强调点对点交易和不可更改的特性。Wei Dai的B-money被称为比特币的精神先驱。同年，Nick Szabo提出密码学货币的概念，发表数位货币系统Bit Gold，参与者可贡献运算能力来解出加密谜题，Bit Gold特性和中本聪比特币特性非常接近。

2001年，NSA发布了SHA-2系列算法，其中就包括目前应用最广的SHA-256算法，这也是比特币最终采用的哈希算法。至此，比特币中的区块链技术诞生的所有技术基础在理论上和实践上都被解决了，比特币呼之欲出。

2008年，区块链1.0诞生，中本聪发表一篇关于比特币的论文，描述一个点对点电子现金系统，能在不具信任的基础之上，建立一套不依赖第三方，完全实现点对点交易的交易体系。比特币区块链实现了每个社区个体在没有任何资产担保、内在价值或者中心发行者的情况下维持、传递价值，并建立对基于工作量证明的交易顺序达成共识的分布式账本。

2012年，区块链2.0出现智能资产、智能合约，开始应用在货币以外的数字资产转移领域。例如，使用链上数字资产来代表定制货币和金融工具（彩色币）、某种基础物理设备的所有权（智能资产），以及去中心化交易所、金融衍生品、链上身份和信誉系统等应用。

2013年11月，Vitalik Buterin发起Ethereum项目，并在12月发布了以太坊白皮书的首个版本。以太坊提供一个带有内置的成熟的图灵完备语言的区块链，使得任何人都能够创建智能合约和点对点应用，并在其中设立他们自由定义的所有权规则、交易方式等。以太坊为区块链应用提供了基础设施。从此，区块链3.0进入了可编程智能合约区块链时代。智能合约是根据事先任意制定的规则来自动转移数字资产的系统，拥有了比比特币区块链更有优势的图灵完备性、价值知晓（Value-Awareness）、区块链知晓（Block Chain-Awareness）等特点，让未来机器之间通过智能合约自动化执行变成现实。从此之后，区块链开始进入更高级的应用领域。

2017年6月，EOS（Enterprise Operation System）由Block.one公司（CTO为Dan Lorimer）主导开发，它是一种新的区块链智能合约平台。EOS采用股份授权证明（Delegated Proof of Stake, DPoS）共识机制，通过社区内全民投票，选出记账人，这些记账人对每个区块的交易进行签名验证。在EOS网络中，每个EOS链的“人民”都可以自由地通过“选举大会”选举一名授权代表。这种全新的共识机制一度引发了全民参与投票的热潮，EOS主网上线前夕，其关注度在国内已经超过了以太坊。微信指数2018年5月24日EOS、比特币、以太坊热度对比图如图1-4所示。

2017年至今，区块链3.0技术进入高速增长的时代。结合全球范围内的分布式计算机，人们在网络上构建点对点的自由契约更简单、成本更低，区块链应用广泛用于金融、政府、商业、医疗、知识产权、科学、文化与艺术等领域，一种新型的全自动智慧型契约社会逐渐形成。