（楼子彦）区块链技术，从理论走向实践
2018-1-29 清华五道口金融MBA教育中心 2017级楼子彦：区块链技术，从理论走向实践
“课间半小时”是清华－康奈尔双学位金融MBA2017级学生在课间互相分享和交流经验的板块。每次由一位同学利用中午休息的半小时向大家分享感兴趣的话题及其思考。
由于2017级的每一位同学都拥有各自领域丰富的工作经验，因此“课间半小时”成为同学们互相学习，拓展知识，学习干货，交流心得，共同提高的一项创新举措。后续项目团队会定期将同学们的分享集合成册，以此作为学生潜心思考的成果而留存下来。
本次为大家带来分享的是FMBA2017级学生楼子彦，作为Elysium资本（硅谷）的创始合伙人，她为大家带来目前大热的区块链相关经验和看法，图文结合，深入浅出。
FMBA2017级学生楼子彦，作为Elysium资本（硅谷）的创始合伙人
分享原文
大家好，今天课间半小时由我来做分享，面对咱班74位极其优秀的同学，我内心诚惶诚恐。尤其是选了这么一个热点话题，更是战战兢兢。如果讲得不好，还请班里的区块链大拿们手下留情。
我相信现在不论是微信朋友圈还是新闻，都充斥着大量有关区块链话题的文章。今天我只求尽可能的根据同学们之前的讨论，将区块链技术以及它的应用深入浅出的给大家分析一下。若能做到抛砖引玉已不胜欣慰。
目录
1、区块链技术
2、区块链技术的应用
3、区块链项目的生态
4、区块链技术的挑战
区块链技术
区块链，本质上是一种全新的数据库技术。过去，机构们使用中央数据存储系统来支撑交易流程和计算。但出于一些技术和安全因素，机构之间极少共享数据库。区块链是一种共享的分布式数据库，记录各方交易，增强透明度、安全性和效率。
其实中国古老社会很早就在使用区块链理念，比如中国古老的村庄，由于范围小流动性小，每个居住在村庄里的居民基本都掌握了周围村民的信息，所以他们互相的信息是通过每个人形成区块，并通过血缘和邻里关系形成了链。区块链技术也可以这么理解。
1、区块＋链＝历史＋验证
区块结构有两个非常重要的特点：
每个区块的块头包含了前一区块的交易信息的压缩值，因此从创始块到当前区块形成了链条；
每个区块主体上的交易记录是前一区块创建后，该区块创建前发生的所有价值交换活动。
image
区块链结构保证了交易信息的不可伪造、不可虚构、不可篡改。
不可伪造，区块链的记录原理需要所有参与记录的节点，来共同验证交易记录的正确性。由于所有节点都在记录全网的每一笔交易，因此，一旦出现某节点记录的信息与其它节点不符，其它节点就不会承认该记录，该记录也不会写入区块。
不可虚构，当发送者广播交易信息时，区块链中参与记录的节点需要做的是通过历史记录验证发送者是否有能力履行该交易，而不是验证广播的交易信息是否为真。通过历史数据的校验功能，区块链建立了信任的基础，也保证了信息的不可虚构。
不可篡改，改变某一区块及区块内的交易信息几乎是不可能的。如果该区块被改变，那么之后的每一个区块都将被改变。因此试图篡改数据的人必须同时入侵至少全球参与记录51%的节点并篡改数据。从技术上来讲，这几乎是不可能的。
2、数学加密
比特币的所有权通过数字密钥、比特币地址和数字签名来确定。其中，数字密钥由用户生成并存储在稳健的数据库中，成为钱包。
钱包中不含比特币，只含密钥。用户钱包由用户自行管理，无须区块链或网络连接。
每笔交易需要一个有效签名才会被存储在区块中。只有有效的数字密钥才能生成有效签名，因此拥有了密钥就相当于拥有了比特币的控制权。
密钥成对出现，由一个私钥和一个公钥组成。公钥是公开的，相当于传统货币交易场景中的银行帐号，用来接受比特币；私钥仅限拥有者可见并使用，用于支付时的交易签名。
下面这张图简要说明了公钥私钥和比特币之间的关系。
私钥是一个随机选出的数字，通过不可逆的加密函数（椭圆曲线运算）产生一个公钥；再通过公钥，使用哈希函数生成一个比特币地址。比特币地址是由数字与字母构成的字符串，可以与任何人分享。
3、分布式结构
分布式结构是指区块链系统采用了开源的、去中心化的协议来保证数据的完备记录和存储。
区块链中每一笔交易信息由当节点发送给全网所有节点。因此，信息拦截者无法通过某个信息传播路径而成功拦截信息，因为每个节点均收到了该信息。
区块链构建了一整套协议机制，让全网络的每个节点在参与记录数据的同事，也参与验证其它节点记录结果的正确性。只有大部分节点都确认记录的正确性时，该数据才会被写入区块。
在区块链的分布式结构的网络系统中，参与记录的网络节点会时时更新并存放全网系统中的所有数据。因此，即使部分节点遭到攻击或破坏，也不会影响这个数据系统的数据更新和存储。
下面这张图就是全球比特币区块链节点分布，可以看到节点遍布全球，非常分散。
image
4、证明机制
我们常常会听到一些人谈到POW，但是并不十分了解这是啥，其实POW是proof of work的缩写，叫做工作量证明机制，而区块链技术中不仅仅有POW，还有POS，DPOS证明机制，具体的特点优缺点如下图所示。
区块链技术的应用
上述区块链技术是相对来说比较枯燥的理论部分，我相信这并不是大家的兴趣所在，但是对于更深刻理解区块链应用，了解理论部分还是有帮助的。接下来我们就来重点介绍区块链应用。说到应用，我肯定要从数字币说起，请大家注意，数字币，而非数字货币。
我们先跳回我们常用的货币概念，目前我们常用的货币分别有商品货币、代用货币和法定货币。其中的定义和应用场景如下图所示。
image
数字币包括crypto currency 和crypto token。我们最近听的最多的是大概是数字货币，比如说比特币。但是数字代币token的分量也不容小觑，现在市面上已经发行了901种数字货币，以及478种数字代币。市值分别是7500亿美元和800亿美元左右。可见，数字币整体市值还是相当可观的。
现在我们来具体说说数字货币中的佼佼者——比特币。比特币系统我把它分成三个部分，底层技术是区块链（去中心化、分布式记录的公开透明的交易记录总账，其交易数据全网节点共享。矿工负责记录，全网监督。），中间是通过协议进行转账记账，也就是基于区块链的资金转账系统。最后体现的是货币的交易属性。
image
比特币是矿工挖矿所得，人们用比特币进行交易换取产品或者服务，比特币交易时需要公钥和私钥，每生成一笔交易，区块上增加一个交易记录，当区块记录增加1MB时会加一个区块，每增加一个区块会增加矿工挖矿的难度。
通过区块链的工作原理可以看到，比特币交易本质是一种数据结构，这个数据结构是包含交易信息的区块从后向前有序连接起来的。
比特币的交易过程如下图所示。
image
从下面这张最近一年的市值走势图我们很明显看到，比特币在2017年11底开始冲高，并且在12月上旬接近20000美金高点，然后进入盘整阶段。
根据中本聪发布的比特币运行原理，从2009年开始，全球计算网络每十分钟产生50个比特币，每四年递减一半。到2017年，每十分钟产生12.5个比特币。成本主要是硬件投入、场地租建以及耗电量。
image
比特币矿池2018年1月算力分布图（Source: blockchain.info All rights）
我想举个例子，最大比特币矿业公司比特大陆（Bitmain），这家公司拥有世界最大的比特币矿池蚁池 (AntPool)和Pool.btc.com,一天产生1800个比特币，因此比特大陆一天可挖掘540个比特币。根据比特币目前的价格计算，比特币大陆旗下矿池每天生产比特币的价值近600万美元。
2017年数据显示，中国的矿池承担了全球80%的算力，但是这在2018年可能会有所改变，中国政府将频繁出台一些政策整顿挖矿产业以及交易市场业，这必然给数字货币市场带来很大的不确定性。
image
对于大家之前讨论的比较多的一个话题，有关投资建立矿池这类的项目，应该如何看待。我觉得主要考虑两个因素：
第一个是政策因素。比如，中国政府去年9月出台了关停ICO交易市场以及今年年初出台的一系列关于矿池整顿的文件。其它有些国家对数字货币的发展相对开放，但在投资之前还是要尽可能了解当地政策风向。
第二个因素就是挖矿收益和能源消耗比。
下面一张图让大家更直观感受挖矿的成本收益关系。
image
上图来自美国电器和电子工程师协会IEEE提供的数据，白色波动图为挖矿日收益率，红色横线是不同的矿机处理器能耗率，只有在白色波动图高于红色矿机能耗线，则为正收益。
当然，除了电能消耗，矿池其他成本还包括硬件成本投入、场地租建等运营成本。
如下图所示，到2032年为止，99%的比特币将被挖完。
不仅仅矿池的算力非常集中，比特币目前的确被掌控在少数人手里。
image
上图展示的是4%的钱包地址控制了97%的比特币，其中，86%的钱包地址只拥有比特币总数的0.6%。说明算力过于集中和持币者过于集中。透过这些数据我们可以有以下推论：
1、随着大矿主拥有的算力越来越多，他们的话语权就会变得越来越大，这与比特币“去中心化”的初衷相背离。
2、比特币交易市场基本符合庄家操纵模式，被庄家操纵市场价格的可能性极高。
今年1月20号出了一篇由以色列特拉维夫大学与美国塔尔萨大学的一篇研究文章，是有关数字货币的价格为何能涨到如此异乎寻常的快。研究表明，加密货币市场是很容易被人为操纵的，而且比特币的市价在 2013 年的激增很有可能就是人为操纵的，并且其幕后黑手很有可能就是当年世界上最大的比特币交易所 Mt.Gox。下面这张图中，黄色区块和紫色区块就是两个被高度怀疑时间节点。
image
我把这一年来几个重要的事件与比特币交易图结合起来看，大家会发现，比特币价格走势高度依赖行业技术变化及政策影响。有以下几个特点：比特币交易波动性大，流动性高，受高频交易及对冲基金的喜爱。
下图所示比特币市值改变的关键节点（比特币对美元价格1年走势）。
区块链项目的生态系统
我认为下面这张区块链生态系统图整理的相对比较全面，它将区块链相关的项目做了分类，有些项目的分类会有分歧，不过还是很有参考价值的。
image
在区块链技术的众多特点中，我认为：去中心化的信任机制、不可篡改的记录机制，以及智能合约机制将给以上几大类应用场景带来新的创新机遇。这三大机制可以单独使用或者并行使用。我们目前看到的比特币或者说数字货币仅仅是区块链技术相对简单的应用场景，我相信未来还会有更多的应用场景普及推广。
去年9月份中国政府关停ICO项目融资，造成了一波动荡，但是从VC投资的角度看，ICO是不得不关注的一种新兴融资渠道，也是通过区块链技术作为基础来实现的。ICO——Initial Coin Offerings。即首次公开募币，是以初始产生的数字加密货币作为回报的一种筹措资金的方式，类似IPO，只是把所发行的标的物由证券变成数字币，可以是coin或者token。下图中明显看到在2017年第二季度开始，ICO融资总额迅猛上升，并在第三季度几乎逼平VC融资总额。
image
ICO融资不仅仅在资本数量上迅速增加，而且种类也变得越来越丰富，下面一个柱状图是2017年的ICO融资情况，我们发现，相较于2016年集中在金融投资方面的ICO项目，2017年有更多ICO项目是基于区块链技术做核心技术的开发，例如音乐发行，地产跟踪，投票真实性，非法枪支买卖等等各种应用的底层技术的开发。
以太坊是一个非常成功的ICO案例。它当时募集3万余个比特币曾创下纪录。将智能合约理念推进到极致的区块链项目，让全世界重新认识区块链公有链的项目。是近两年最成功的ICO项目。
image
而说到以太坊，就不得不提被以太坊发扬光大的一项重要衍生应用，智能合约——基于区块链技术的重要衍生应用。
**合约确立****，智能合约对接收到的价值和信息作出回应。
**合约管理****，智能合约临时保管价值。
**合约执行****，当满足协议的条件出现时，智能合约自懂之行，输出价值和信息。
下图是智能合约的运行原理。
区块链技术对金融产业的影响要追溯到2014年，从创意、概念论证、作出项目prototype、通过测试、一直到生产，瑞士信贷最新的研究认为到2025年，区块链在金融产业的应用可能成为主流。
下图为区块链对金融产业的影响与发展前景展望。
image
区块链技术的挑战
前面说了很多区块链的优点成功案例，那么区块链的挑战有哪些呢？我认为，技术方面的挑战主要有以下四点：
一、区块链体积过大问题
随着区块链的发展，节点存储的区块链数据体积会越来越大，存储盒计算负担将越来越重。以比特币区块链为例，其完整数据的大小当前已达71GB，用户如果使用比特币核心客户端进行数据同步的话，可能三天三夜都无法同步完成，并且，区块链的数据量还在不断地增加，这给比特币核心用户端的运行带来很大门槛。
二、目前的区块链系统，尤其是金融区块链系统中，存在数据确认时间较长的问题
以比特币区块链为例，当前比特币交易的一次确认时间大约需要10分钟。6次确认的情况下，需要等待约1小时，当然对于信用卡动则2至3天的确认时间来说，比特币已经有很大进步了，但是距离理想状态仍有较大距离。
image
三、区块链系统面临交易频率过低的问题
还是以比特币为例，比特币区块链最高每秒处理6.67笔交易。目前比特币区块链上每天的实际交易量已经接近系统瓶颈，如果扩容问题没有得到解决，可能造成大量交易的堵塞延迟。
四、区块链发展受到现行中心化制度的制约
一方面区块链去中心的特性挑战了国家监管，削弱了央行调控经济的能力，导致货币当局对数字货币的发展保持谨慎态度。另一方面，监管部门对这项新技术也缺乏充分的认识和预期，法律和制度建立可能会滞后， 无形中增大了市场的风险。
以下内容仅供参考
1、区块链项目的募资方式极大的冲击了硅谷和华尔街。
2、判断区块链项目好坏终究要回到商业的本质。
3、像是回到了互联网的97、98年，只要是区块链的论坛一定满座。
4、独角兽，目前还没看见（除ICO）。潜在机会包括：游戏、认证、新的平台、赌博，等等。
5、 传统金融企业早已进场，包括互联网巨头，VISA，Master Card，大型投行，房地产公司。
最后，谢谢大家听我的分享，祝愿同学们追求真理，完善人格。
