imtoken钱包最新版下载不能安装|比特币两年前历史新高

作者： imtoken钱包最新版下载不能安装

2024-03-14 11:02:51

观察｜比特币突破6.4万美元：飙升原因何在，会否再创历史新高_金改实验室_澎湃新闻-The Paper

特币突破6.4万美元：飙升原因何在，会否再创历史新高_金改实验室_澎湃新闻-The Paper下载客户端登录无障碍+1观察｜比特币突破6.4万美元：飙升原因何在，会否再创历史新高澎湃新闻记者王蕙蓉实习生贝克莱2024-02-29 21:55来源：澎湃新闻 ∙ 金改实验室 >字号北京时间2月29日凌晨，比特币(BTC)价格一度突破64000美元，续刷2021年11月以来新高，本月迄今涨超50%，比特币总市值一度接近1.3万亿美元。截至发稿前，比特币价格有所下跌，徘徊在62000美元左右。图片来自CoinMarketCap比特币历史最高点发生在2021年11月10日，当时逼近6.9万美元。此后，比特币一路下滑，2022年11月跌破1.6万美元，创出这一轮下跌的最低点。此后，比特币价格有所反弹，一直在3万美元左右浮动，直至2023年12月，价格再次突破4万美元关口。2月中旬以来，比特币价格加速上涨，距历史最高点仅一步之遥。比特币价格能否突破历史最高点？“在当前市场环境下，我个人认为比特币近期突破历史最高点并不算难。”中国通信工业协会区块链专委会共同主席，香港区块链协会荣誉主席于佳宁向澎湃新闻(www.thepaper.cn)表示，比特币此轮上涨行情的强劲动能主要受到两大因素的推动。首先，1月份比特币现货ETF的批准为市场注入了新的活力，吸引了大量主流和机构投资者的资金，这在短期内显著增加了比特币的购买需求，推高了价格。数据显示，贝莱德旗下现货比特币ETF在2月28日的交易量为13.5亿美元，创历史新高。比特币现货ETF总资产净值也已超400亿美元，灰度(Grayscale)的比特币现货ETF，即GBTC，单日净流出2237万美元，连续四个交易日净流出减少并创下历史新低。于佳宁认为，比特币ETF的出现不仅为机构投资者提供了参与比特币投资的便利通道，还提升了比特币在传统金融市场中的可接受性，这一点对于吸引长期投资和稳定资金流入比特币市场至关重要。其次，比特币即将在4月发生的减半事件进一步刺激了市场的乐观情绪。比特币减半是一个预定的事件，每四年发生一次，通过减少挖矿奖励来降低新比特币的供应速度。从历史经验来看，减半事件往往会在其前后推动比特币价格上涨，原因在于市场普遍预期比特币供应的减少将导致其价格上升。再者，全球宏观经济环境下，尽管存在不确定性，但在当前低利率和流动性充足的环境下，投资者倾向于寻找非传统资产以获取更高的回报。于佳宁表示，总的来看，比特币此轮上涨行情具有较强的市场支撑，有可能在近期突破历史最高点。但投资者也应关注市场的潜在风险，包括宏观经济变化、监管政策调整等，这些因素都可能对比特币价格产生重要影响。在高度波动和不确定的数字资产市场中，投资者应保持谨慎，合理分配资产，避免过度集中投资于单一资产。OKX研究院高级研究员赵伟向澎湃新闻(www.thepaper.cn)表示，比特币现货ETF正吸引更多资金入场，加上美联储降息预期和比特币减半等利好因素，推动比特币价格上涨。据Farside Investors数据，自1月11日推出以来，比特币现货ETF历史累计净流入超67亿美元（除Invesco和Galaxy的现货比特币BTCO昨日流入/流出资金）。当地时间2月28日晚，彭博资讯(Bloomberg Intelligence)ETF分析师James Seyffart在社交平台上分享的数据显示，10只现货比特币ETF的交易量总计近77亿美元，打破了1月11日首个交易日以来47亿美元的历史记录。图片来自X（原推特）业内主流观点认为，随着比特币现货ETF市场日益成熟，越来越多投资者将比特币与传统投资组合融合，这些ETF发行人正在进行系列营销活动以支撑比特币价格。此外，6月美联储FOMC会议后两周，届时美联储可能会首次降息，以及年底的美国总统大选都将对比特币未来的价格产生影响。Hectic Labs首席执行官Bryan Legend强调，“FOMO”（害怕错过）现象推动了因预期减半事件而增加的购买活动。虽然投资者预计供应减少将推动价格上涨，但他仍建议谨慎行事，并指出减半前的反弹是短期上涨的合适时机。据CoinMarketCap显示，截至北京时间2月29日晚间，距离比特币减半还有51天。比特币行情对于整个加密市场的影响几何？北京时间2月28日以来，比特币一路上涨的同时，以太坊(Ethereum)、狗狗币(DOGE)等加密资产同期上涨。截至发稿前，比特币24小时内涨超4.9%，以太坊24小时内涨超4.2%。图片来自CoinMarketCap在比特币上涨的推动下，狗狗币价格飙升，过去24小时内大幅涨超28%，这一涨幅使狗狗币成为主要数字资产中百分比涨幅领先的表现者。狗狗币是第九大加密货币，其市值目前在180亿美元左右。截至发稿前，狗狗币的交易价格为0.1268美元，创下2022年11月以来最高水平。于佳宁分析称，比特币作为数字资产市场的“领头羊”，其价格波动往往对整个数字资产市场产生显著影响。一方面，比特币价格的上涨往往会带来市场信心的增强。当比特币价格上涨时，投资者普遍认为数字资产市场正处于牛市之中，这种积极的市场情绪会吸引更多的投资者参与到数字资产市场，增加市场的流动性。随着更多资金的涌入，其他数字资产也可能会受益，实现价格上涨。其次，比特币价格的上涨可能会引发资金的重新配置。一些投资者可能会将比特币的部分收益转移到其他潜力较大的数字资产上，寻求更高的回报。此外，比特币价格的上涨也可能促进数字资产市场的创新和发展。在牛市中，项目方更容易筹集到资金，进而加速新技术和新应用的研发与推广。市场整体活跃度的提升有助于数字资产技术的迭代升级和生态系统的繁荣发展。最后，比特币价格的上涨对于整个数字资产市场的监管环境也可能产生影响。价格的持续上涨可能会引起监管机构的关注，从而加快监管政策的制定和实施。虽然短期内可能会给市场带来不确定性，但从长远来看，明确的监管框架对于市场的健康发展是有益的。不过，赵伟强调，需要注意的是，比特币价格受到供需关系、政策法规、全球经济周期、科技发展和投资者情绪等多重因素影响，不应该依赖单一指标或信号进行决策，而是从长期角度全面观察市场动态，选择适合自己的投资策略和标的。责任编辑：王杰澎湃新闻报料：021-962866澎湃新闻，未经授权不得转载+1收藏我要举报#比特币#加密货币查看更多查看更多开始答题扫码下载澎湃新闻客户端Android版iPhone版iPad版关于澎湃加入澎湃联系我们广告合作法律声明隐私政策澎湃矩阵澎湃新闻微博澎湃新闻公众号澎湃新闻抖音号IP SHANGHAISIXTH TONE新闻报料报料热线: 021-962866报料邮箱: news@thepaper.cn沪ICP备14003370号沪公网安备31010602000299号互联网新闻信息服务许可证：31120170006增值电信业务经营许可证：沪B2-2017116© 2014-2024 上海东方报业有限公

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比特币创纪录新高后大跌

2024年03月07日 05:00 21世纪经济报道吴斌

时隔两年多，比特币再度刷新历史新高。在比特币现货ETF、比特币“减半”、美联储降息前景等利多因素推动下，3月5日比特币创下纪录新高，一举突破69000美元，超过2021年11月创下的近69000美元的前纪录高点。但随后，比特币掉头向下，一度跌至60000美元附近，触底后又反弹。自去年10月份以来，比特币飞速上涨约160%，其中仅今年2月份就上涨逾40%。OKX研究院高级研究员赵伟对21世纪经济报道记者表示，时隔28个月后，比特币超越2021年11月10日约69000美元的历史高点，创下历史新高。比特币现货ETF的推出提升了比特币的吸引力和可获得性，带来大量新增资金，是推动比特币本轮强势行情的关键因素。彭博ETF分析师James Seyffart公布的数据显示，3月5日，10只美国比特币现货ETF单日交易量达100亿美元，创上市以来新高。除了比特币现货ETF外，全球经济趋势、市场情绪、监管体系建立与完善、比特币体系内技术创新、比特币“减半”等也是利好因素，共同影响了比特币的价格走势和波动性。但监管风险仍难忽视。中国(上海)自贸区研究院金融研究室主任刘斌对21世纪经济报道记者表示，长期来看比特币作为资产的地位已经确立，但是加密货币行业前景还存在较大不确定性。未来全球监管政策的协同和持续深化，会对加密货币市场形成挑战。比特币价格坐上“过山车”在比特币大涨背后，比特币现货ETF和即将到来的“减半”是关键原因。1月10日，美国证券交易委员会（SEC）主席詹斯勒（Gary Gensler）宣布，SEC批准了首批在美国上市的比特币ETF，包括贝莱德、富达、景顺、VanEck等11家公司申请的比特币ETF获得通过。此外，在4月比特币“减半”事件之前，交易员纷纷涌入这一全球最大的加密货币。比特币“减半”会减少供应并推高价格，比特币的供应量仅限于2100万个，其中1900万个已被“开采”出来。在近期比特币大涨背后，亚洲投资者是重要推动力量。根据The Block的加密货币交易数据，亚洲国家的投资者约占比特币交易量的70%，在2月价值1.17万亿美元的比特币交易中，亚洲占7910亿美元，北美投资者远远落后，占1130亿美元。韩国是典型的代表。根据韩国证券存管局的数据，今年以来韩国人在美国上市的2X比特币战略ETF上的净投资为2340万美元，而2023年全年的净投资也仅为2510万美元。今年2月，他们还向Proshares比特币战略ETF投资了689万美元。NH Investment & Securities加密货币分析师Hong Song-uk估计，韩国占据了比特币现金代币和上市期货市场10%的份额。由于比特币ETF交易在韩国被禁，越来越多的韩国人正在购买比特币ETF期货，这有助于比特币的“流行”。不过，乐观的市场情绪也暗藏风险，比特币刷新历史新高后一度暴跌。赵伟对记者表示，比特币在两年多来首次创下历史新高后迅速回调，盘中一度跌穿6万美元，随后又反弹，这充分反映了加密市场的高波动性特征。随着比特币价格创下年内新高，短期市场过热，杠杆率上升幅度较大，导致部分投资者风险偏好明显提升。在此背景下，不排除部分资金获利了结导致行情回落。风险作为金融活动的内在属性，加密货币行业也不例外。赵伟提醒，当前比特币仍面临宏观经济不确定性、系统性风险、黑天鹅以及尚未明朗的监管政策等潜在利空因素，投资者应该充分做好市场环境、投资偏好以及风险控制等评估，不要盲目跟风。能否继续走高？至少从目前来看，比特币现货ETF的提振效应仍在持续。对于加密货币行业来说，现货比特币ETF获批是重大胜利，在监管严格的证券交易所上市，允许投资者通过传统股票账户持有，获得比特币敞口，而无需承担直接持有比特币的复杂性和风险，这提高了加密货币行业的合法性，并将比特币进一步推向主流。比特币能成为广泛被接受的投资品类吗？在上海财经大学金融学院副院长曹啸看来，2021年10月SEC批准比特币期货ETF上市，如今又批准了比特币现货ETF上市，申请发行比特币ETF的机构不乏贝莱德这样的传统资管机构，这进一步确认了比特币的资产属性，比特币实际上已经成为主流的配置资产。即将到来的比特币第四次“减半”或将继续支撑市场乐观情绪。在比特币十余年历史上，“减半”一直是重要的炒作主题，2012年比特币第一次“减半”，当时的价格为12美元，随后在2016年和2020年分别又出现过两次“减半”。比特币“减半”意味着挖掘比特币交易的奖励减半，比特币第四次“减半”预计会在今年4月中下旬发生。接下来，比特币或仍有上涨空间，一些分析师仍看好未来表现。前摩根大通首席股票策略师Tom Lee表示，他认为比特币价格将很快达到8.2万美元，2024年底甚至有望达到15万美元。作为极度看多者的代表，华尔街明星基金经理、方舟投资管理公司首席执行官凯茜·伍德（Cathie Wood）甚至预测，2030年的基本情景预测是比特币价格达到60万美元，几乎是当前价格的10倍。在牛市情景中，2030年比特币价格或将达到150万美元，市值超过30万亿美元。风险方面，比特币交易和持有的合法性在各司法管辖区各不相同，未来可能面临监管风险。刘斌预计，一是会出现监管套利风险，二是会导致比特币的交易出现区域性中心，会对区域监管带来严重挑战。三是由于各地区监管政策不一致，加上比特币交易的隐秘性，会对某些国家带来潜在的洗钱和套利风险，并可能对地区金融稳定带来影响。例如，欧洲央行2月下旬警告称，投资者不要上当，比特币仍然是一个长期骗局，加密货币没有实际价值，可能导致的问题比解决的问题多，比特币的公允价值仍然为零。“比特币在产生现金流或其他基于价值的回报方面不足，这使其成为一项糟糕的投资。利用数字货币匿名性的网络犯罪活动，进一步侵蚀了其作为日常支付方式的潜在使用案例。此外，开采比特币继续引起环境问题。”欧洲央行表示，对社会来说，比特币的新一轮繁荣—萧条周期是一个可怕的前景，所带来的伤害将是巨大的，包括环境破坏和以牺牲普通投资者为代价的最终财富再分配。此外，比特币的大规模使用可能会逐渐侵蚀各国的货币主权，继而影响到铸币税带来的财务收入，加剧政府的财务困境，这显然是各国政府无法容忍的，比特币的使用范围越大，对于比特币打击的力度可能就会越大。从积极的角度看，曹啸对记者分析称，虽然比特币市场的风险较高，对比特币的运用前景也存在巨大的争议，但是比特币关系到基于区块链的金融体系底层技术架构的发展，数字货币、数字金融和金融科技的发展之间是一个不可分割的系统性问题，并不能孤立地看待比特币市场，比特币本身不重要，但是比特币背后的公链有可能成为未来金融技术设施的底层技术，这才是重要的。在多空力量博弈下，未来比特币将走向何方？刘斌告诉记者，长期看比特币的价格可能是波浪式发展，有上涨就会有回调，这次主要是外部环境导致比特币上涨，而且未来较长一段时间，比特币的上涨可能会持续，从更长远来看，比特币作为一种特殊资产会长期存在下去。

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事隔两年比特币终破历史新高惟持不到数小时一度跌近14％

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事隔两年比特币终破历史新高维持不到数小时一度跌近14％

Allen Li

三月 6, 2024 15:50 GMT+8

| 0 min read

比特币价格突破历史新高。根据Coindesk的数据，比特币价格一度达到69,208美元，超越2021年11月的68,990美元的前高。但之后价格迅速下降，触及59,706美元的低点，从峰值下降约14%。价格达到高点后迅速回落

在加密货币交易平台Binance的订单簿中，较高价格区间集中了大量卖单，约300个比特币（价值约2000万美元）预计在69,000美元处被卖出，而超过500个比特币预定在70,000美元处卖出。这些卖压给比特币价格带来了重大阻力，导致其价格下降。比特币在触及69,208美元的历史新高后，价格在一分钟之内暴跌超过1,000美元。达到新高点后的五小时内，比特币持续下跌，一度跌破60,000美元，最低到达59,706美元，这种剧烈的波动导致24小时内整个加密货币市场的爆仓金额接近12亿美元。尽管如此，比特币价格有所回升，目前报价为65,985美元，24小时跌幅为1.86%。同时，一些小型加密货币，如狗狗币和柴犬币，日内跌幅分别为9.29%及11.01%。获利离场或成急跌原因

《彭博社》引述加密货币对冲基金MNNC Group运营总监Ayesha Kiani的话说，比特币创下新高后，通常会导致大量的仓位被平仓，引发市场调整。这次比特币的上涨主要由押注价格将上涨的衍生产品驱动，部分投资者通过使用“永续期货”合约获得了高达100倍的杠杆效应。根据Coinglass的数据，比特币未平仓期货合约的总量达到了超过300亿美元的历史新高，市场对这些仓位的短期去杠杆化非常敏感。由于达到新高意味着所有持仓均为盈利状态，加密货币基金Split Capital的创始人Zaheer Ebtikar表示：“几乎所有曾经购买过比特币的人现在都在盈利，一些人可能会选择获利了结。”

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比特币突破70000美元，创下历史新高！木头姐：2030年前比特币突破100万美元

2024年03月11日 14:14

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专题：比特币涨超2%站上71000美元/枚，再创历史新高

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　　前瞻网

图片来源：摄图网

　　北京时间3月8日，据Coindesk统计数据显示，比特币价格创下历史新高，突破70000美元，达到70136美元，日内当前涨约4%，今年以来累计上涨65%。截至发稿前，比特币价格有所下跌，徘徊在6.8万美元左右，比特币总市值达到1.34万亿美元。

　　比特币价格一路大涨，一周内创下2次新高。在3月5日比特币突破69000美元，创历史新高，超过2021年11月创下每枚68999.99美元的纪录。3月8日比特币价格突破70000亿美元，再次创下历史新高。

　　至于比特币上涨的因素，一方面，美国证交会批准11只现货比特币ETF交易，成为数字货币市场的历史性事件。另一方面，比特币将在4月迎来新一轮“减半”，“减半”在历史上一直对比特币价格有利，交易者会在“减半”发生前涌入市场，以期在供应减少价格上涨时获利。

　　回看加密货币行业发展情况：

　　——全球加密货币数量

　　目前，全球范围各类加密货币和电子货币的出现，大量加密货币均为非金融机构创立，在区块链上发行与交易、具备独立交易价格。依据Finbold数据显示，2020年，全球加密货币数量仅为8000+个规模，到2021年，直接突破16000个，同比增长98.98%。

　　——比特币产生原理

　　比特币是一种总量恒定2100万的数字货币，其和互联网一样具有去中心化、全球化、匿名性等特性。比特币的运行离不开两个核心概念：节点以及去中心化账簿。每一台装有比特币客户端的电脑称为一个节点，每一个节点都是平等的，不存在一个中心节点。无数这样的电脑相互连接形成的网络则是一种去中心化账簿。

　　——比特币市值遥遥领先

　　从全球私人数字货币市值排名情况来看，截至2022年1月19日，Bitcoin（比特币）市值为7833.3亿美元，排名第一；其次为Ethereum（以太坊），市值为3654.7亿美元；第三为LATOKEN，市值为2471.8亿美元。

　　方舟投资管理公司创始人凯茜·伍德（木头姐）表示，比特币突破100万美元大关的时间将远远早于她此前预测的2030年。比特币最近的价格表现标志着机构领域的潮流发生了变化，她预计未来几年，这一加密货币的市值将达到20万亿美元，这将使每枚比特币的价格接近100万美元。

　　东吴证券研究团队认为，2024年比特币将迎来三重利好：“减半”、比特币生态崛起、美联储降息预期。其中，“减半”是比特币特有的发行机制，大约每4年比特币挖矿奖励将“减半”，这意味着比特币挖矿难度将增加、供应量将减少。最新一次“减半”将于今年上半年发生，从历史经验看，供应与需求的变化往往有助于比特币价格上涨。

　　注：本文仅作内容传播，不构成任何投资建议。

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责任编辑：张靖笛

文章关键词：

美元比特币市值比特币价格木头姐

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两年前比特币创下历史新高，今年会复刻这个剧本迎来圣诞行情吗？_腾讯新闻

两年前比特币创下历史新高，今年会复刻这个剧本迎来圣诞行情吗？

来源：Coindesk

编译：比推BitpushNews Mary Liu

让我先带大家回顾一下曾经的快乐时光。

两年前的今天，即 2021 年 11 月 9 日，比特币信徒们在社交媒体上纷纷换上“红色激光眼”头像，FTX 刚刚完成了 4.2 亿美元的融资，有传言称狗狗币 (DOGE) “代言人”埃隆·马斯克要做客周六夜现场节目（通常缩写为 SNL，特朗普大儿子手滑写成“S&L”）。就在两年前的这一天，比特币创下了有史以来的最高价格。

比特币的“历史新高”是一个有争议的问题。不同交易所给出的数字不尽相同，Coinbase 显示最高价为 68,569 美元（2021 年 11 月 8 日晚上 7:00），CoinMarketCap为 66,953 美元，CoinDesk显示为略高于 67,000 美元。

我和许多人一样，倾向于将最高价定为 69,000 美元–因为四舍五入后是一个有趣的 meme 数字，而且因为在这样一个分散且缺乏流动性的市场中达成共识实际上是一个主观问题（涉及你关注哪些交易所以及哪些数据源。）

回想起来，价格本身并不重要，重要的是比特币涨了。在集体信念的推动下，它正在反弹。许多人确实认为比特币不会结束，只要我们相信，100,000 美元很快就会到来。因此就有了“激光眼”的传播。

现在人们普遍认为，这场最具历史意义的集会是由Covid 19的刺激、封锁期间的沉闷生活和历史低利率推动的。加密货币可能会受到宏观经济波动的影响，这是一颗难以吞咽的苦果。比特币被认为是一种通胀对冲工具，但它的交易方式却像风险曲线末端的许多其他资产一样。

借用诺贝尔奖获得者Robert Shiller的话来说，2021 年 11 月 ATH 之前的几个月是一段“非理性繁荣”的时期。

当时各个国家的监管机构非常担心加密货币给更广泛的金融体系带来的风险。时任英格兰银行副行长Jon Cunliffe将价值数万亿美元的加密货币市场比作2008年的次级抵押贷款行业。

加密货币的实际用例很少，但系统中却有大量的杠杆作用。无论好坏，加密货币主要是一个为投机者建立的市场。

主要创新来自十多年的技术研究、数十亿美元的风险融资和数以万计的初创公司，这些创新是“永续掉期”和新颖指数等金融产品（这里不是说 ZK 技术不好的意思）。

Cunliffe对加密行业酝酿信用风险的担忧是正确的。很能说明问题的是，市场崩盘后第一波破产的就是像Celsius和BlockFi这样的中心化借贷公司。FTX 的主要失败在于将数十亿美元的贷款堆积在非流动性抵押品上。但他对加密货币崩溃的潜在影响的看法是错误的。

尽管养老基金、对冲基金和数百万美国人投资了加密货币，但加密市场本身仍然是相对独立的。

如今，加密货币似乎已经与更广泛的经济有所脱钩。尽管比特币在标准普尔 500 指数在长牛十年达到顶峰的同一时期创下了历史新高，但它开始上涨的时候“科技股正陷入衰退”的观点大为流行。今年迄今为止，比特币的涨幅远超 100% ，山寨币也随之上涨。

人们对比特币的兴奋很大程度上是由机构兴趣不断增长的“叙事”推动的。这并不完全是一个错误的故事：贝莱德（BlackRock）、VanEck 和富达（Fidelity）等许多华尔街巨鳄准备推出基于加密货币的交易所交易基金。银行正在区块链上进行建设，“代币化”已成为金融界的流行语。

很少有人仍在谈论加密货币的“银行问题”，该行业成功地合作消除了一场试图将哈马斯资金与加密货币联系起来的危险政治运动。

如果现在去纽约中央车站随机采访白领对加密货币的看法，他们很可能会说“好吧，它不会消失。”

从长远来看，加密货币价格可能仍然受到宏观经济力量的驱动。在美联储主席杰罗姆·鲍威尔(Jerome Powell)加息之际，比特币跌至低点并横盘整理，作为对引发金融危机的贪婪和宏观经济政策的反应而推出的资产，在明年可能出现的经济衰退中将如何表现，仍然是一个悬而未决的问题。

换句话说，尽管有“回暖”的迹象，但加密货币的冬天可能还没有结束。人们希望，长达数月的严寒可以淘汰掉不良行为者，而最聪明的头脑则可以继续发展。虽然尚未找到“杀手级应用”，但很明显该行业拥有坚定的用户群。但伴随着BTC ETF 上市后机构资本的到来，可能还会出现另一波投机者和诈骗者。

我不知道加密货币日益机构化是否会证明Cunliffe关于加密给传统经济带来风险的观点是正确的，但如果价格在没有实际原因（例如实际用例）的情况下继续上涨，则只能用投机来解释–又一轮“ FOMO”，以及又一轮韭菜。

但我可以说，如果比特币因为ETF而达到10万美元，它可能会付出代价。

21深度丨比特币现货ETF一石激起千层浪，刷新历史新高还有多远？ - 21财经

21深度丨比特币现货ETF一石激起千层浪，刷新历史新高还有多远？

21深度吴斌 2024-02-29 21:59

21世纪经济报道记者吴斌上海报道随着流入美国现货比特币ETF的资金激增，比特币价格迎来暴涨，表现超过了股票和黄金等传统资产。2月29日，比特币价格一度飙升至64000美元，创下2021年11月以来新高，2月累计涨幅超过40%，距离2021年11月创下的约6.9万美元的历史纪录已经相差不远。在ETF推动的比特币买需助推下，加密货币市场总市值时隔两年重新跃升至逾2万亿美元。不过，随后美国最大的加密货币交易所Coinbase报告称，一些用户在买卖时遇到错误，有些用户的账户余额显示可能是零，但客户的资产是安全的。比特币价格随后高位回落，大起大落行情导致不少投资者爆仓，Coinbase股价也从超过6%的涨幅回落，28日收盘时涨幅仅为0.79%。此外，持有大量比特币的上市公司MicroStrategy 28日收涨10.46%，过去五个交易日累计暴涨逾40%。Microstrategy目前总计持有约19.3万枚比特币，价值近118亿美元。MicroStrategy创始人兼董事长Michael Saylor的身价在过去三天内暴增了近7亿美元。在近期的暴涨过后，比特币距离历史新高只差“临门一脚”。接下来比特币是一举刷新纪录还是掉头向下？比特币价格为何飙升？在比特币价格暴涨背后，现货比特币ETF获批是关键原因。1月10日，美国证券交易委员会（SEC）主席詹斯勒（Gary Gensler）宣布，SEC批准了首批在美国上市的比特币ETF，包括贝莱德、富达、景顺、VanEck等11家公司申请的比特币ETF获得通过。OKX研究院高级研究员赵伟对21世纪经济报道记者分析称，随着28日比特币现货ETF交易量创下76.9亿美元的历史新高，比特币价格也创下6.4万美元的年内新高。根据Farside Investors数据，自1月11日推出以来，比特币现货ETF历史累计净流入超67亿美元，大量新增资金入场是推动此轮比特币价格飙升的核心因素。此外，美联储降息预期升温、市场信心恢复、行业技术创新迭代、铭文和减半叙事等诸多利好因素催化了本轮比特币的强势行情，比特币重返全球市值前10大资产/公司。截至美股2月28日收盘，美国现货比特币ETF的单日总交易量超过75亿美元，是之前历史纪录30亿美元的2.5倍，其中贝莱德以32亿美元的交易量位居榜首。即将到来的比特币第四次“减半”也助推了市场的乐观情绪。在比特币十余年历史上，“减半”一直是重要的炒作主题，2012年时比特币第一次“减半”，当时的价格为12美元，随后在2016年和2020年分别又出现过两次“减半”。比特币“减半”意味着挖掘比特币交易的奖励减半，每21万个区块就会发生一次，比特币第四次“减半”预计会在4月中下旬发生。对于比特币近日的飙涨，不少业内人士表示，这太疯狂了，目前市场上开始出现相当明显的“错失恐惧”（FOMO）情绪，越来越多的人想要购买比特币。2月26日，主要依靠买币的软件科技公司MicroStrategy披露再买入3000枚比特币，社交媒体平台Reddit也在一份监管文件中表示，已经购买了少量比特币和以太币。比特币现货ETF的上市已经吸引华尔街各大机构蜂拥进入加密货币，以太币现货ETF或将是下一个。目前至少有包括富达投资（Fidelity Investments）在内的10家公司已经提交了申请，希望推出首批在美国上市的以太币现货ETF。SEC决定是否批准这些以太币现货ETF上市申请的最后期限是今年5月。比特币现货ETF提振效应能否持续？在比特币价格暴涨之际，投资者仍需保持理性。一方面，SEC批准比特币现货ETF成为比特币和加密货币行业的“分水岭时刻”，备受争议的比特币终于在某种意义上从“小众资产”成为“主流资产”。赵伟对记者表示，受SEC批准比特币现货ETF上市这一里程碑式事件影响，传统券商正式为传统金融个人和机构投资者开放比特币敞口，这意味着越来越多投资者将更加安全、便捷地配置比特币资产、大幅降低理解技术和避免托管等参与门槛。短期而言，比特币现货ETF获批极大提振加密从业者信心和参与积极性。从长期而言，从贝莱德等资管巨头公布的数据可见，比特币现货ETF持续为加密行业直接带来大量的新增资金，并逐渐成为越来越多投资者的多元化资产配置之一，助推加密行业规模化发展。除了对加密行业产生积极影响外，比特币现货ETF获批或将反向作用于传统金融、激发其创新活力，重塑全球金融格局，为全球用户提供更加普惠、安全、公平和透明的数字金融服务。另一方面，比特币暴涨背后也存在风险。赵伟分析称，随着比特币价格创下年内新高，短期市场过热，杠杆率上升幅度较大，导致部分投资者风险偏好明显提升。在此背景下，不排除部分资金获利了结导致行情回落。在赵伟看来，风险作为金融活动的内在属性，加密行业也不例外。数轮牛熊周期已经证明了加密行业的韧性，随着创新技术持续迭代和应用落地以及进入主流视野等，这些不确定的因素带来的影响将越来越低，加密行业整体不断发展，在价值互联网、开放金融等方面展现出广阔的发展前景。比特币的通货紧缩特性也值得关注。赵伟表示，随着比特币减半的到来，或导致矿工利润受到影响、参与积极性降低、推动低效矿工退出市场，从而影响比特币的整体算力和网络安全性，如何激励矿工保护比特币网络安全问题变得更加紧迫，不过这种残酷的减半机制也促进矿业技术革新。此外，随着比特币铭文以及可扩展性解决方案等创新叙事，激发了比特币网络生态的潜力，与日俱增的网络交易费用正成为矿工的支柱收入。全球对比特币态度仍分歧重重尽管美国批准比特币现货ETF，但SEC主席詹斯勒表示，SEC并不认可比特币，欧洲央行、巴菲特等也对加密货币嗤之以鼻，全球对比特币的态度分歧重重。欧洲央行2月下旬警告称，投资者不要上当，比特币仍然是一个长期骗局，加密货币没有实际价值，可能导致的问题比解决的问题多，比特币的公允价值仍然为零。欧洲央行表示，比特币在产生现金流或其他基于价值的回报方面不足，这使其成为一项糟糕的投资。利用数字货币匿名性的网络犯罪活动，进一步侵蚀了其作为日常支付方式的潜在使用案例。此外，开采比特币继续引起环境问题。“对社会来说，比特币的新一轮繁荣—萧条周期是一个可怕的前景，所带来的伤害将是巨大的，包括环境破坏和以牺牲普通投资者为代价的最终财富再分配。”围绕比特币的争议并不意外，在第一上海证券首席策略师叶尚志看来，比特币的价格波动大，受到主流监管机构排斥，一直受到市场诟病，普遍认为比特币难以成为全球认可的储备资产。不过，随着比特币现货ETF的面世，加上资产管理规模已达到商品类别第二，在“有人管”的情况下，比特币的价格稳定性或将改善。怎样才可以成为资产？叶尚志认为需要有两个特质。第一是稀缺性，稀缺就有价值，有保值能力。比特币是通过加密技术来产出的区块，每一个区块也就是一枚独立的比特币，是有开采限量的。2018年4月，已经有1700万枚比特币被产出开采，预计到2140年，比特币将被全部开采完毕，总额度略低于2100万枚。除了稀缺性，第二个特质就是认受性。随着11只比特币现货ETF审批通过，市场反应热烈，比特币或逐步成为有价有市的储备资产。在比特币接受度逐渐变高之际，一系列阴霾仍在困扰投资者。币圈曾爆出一系列破产和丑闻，例如FTX加密货币交易所垮台，其创始人班克曼-弗里德（SBF）被认定犯有欺诈罪，其他交易所也曾被指控藐视美国证券法，全球最大的加密货币交易所币安最近承认违反了美国反洗钱法，这一切让许多投资者深感疑虑。事物具有往往具有两面性，比特币和加密行业挑战和机遇并存。赵伟分析称，作为新兴金融业态，全球各国和地区并没有统一的加密监管标准和体系，但可以看到中国香港、迪拜等正在探索并引领加密监管体系，这为其他地区带来了良好的示范效应，越来越多的国家和地区开始重新审视并开始探索比特币为代表的加密行业。尽管当前全球对比特币态度仍存在分歧，但这属于新兴行业发展的正常现象，以比特币为代表的加密行业的不断壮大过程，就是市场从产生分歧到共识凝聚的过程。

（作者：吴斌编辑：李莹亮）

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比特币创纪录新高后大跌多空激烈博弈后市如何演绎？

来源：21世纪经济报道2024-03-07 07:36

责任编辑：李志强

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比特币创纪录新高后大跌多空激烈博弈后市如何演绎？

2024-03-07 10:35:47 21世纪经济报道

　　比特币创纪录新高后大跌多空激烈博弈后市如何演绎？

　　时隔两年多，比特币再度刷新历史新高。

　　在比特币现货ETF、比特币“减半”、美联储降息前景等利多因素推动下，3月5日比特币创下纪录新高，一举突破69000美元，超过2021年11月创下的近69000美元的前纪录高点。但随后，比特币掉头向下，一度跌至60000美元附近，触底后又反弹。自去年10月份以来，比特币飞速上涨约160%，其中仅今年2月份就上涨逾40%。

　　OKX研究院高级研究员赵伟对21世纪经济报道记者表示，时隔28个月后，比特币超越2021年11月10日约69000美元的历史高点，创下历史新高。比特币现货ETF的推出提升了比特币的吸引力和可获得性，带来大量新增资金，是推动比特币本轮强势行情的关键因素。彭博ETF分析师James Seyffart公布的数据显示，3月5日，10只美国比特币现货ETF单日交易量达100亿美元，创上市以来新高。

　　除了比特币现货ETF外，全球经济趋势、市场情绪、监管体系建立与完善、比特币体系内技术创新、比特币“减半”等也是利好因素，共同影响了比特币的价格走势和波动性。

　　但监管风险仍难忽视。中国(上海)自贸区研究院金融研究室主任刘斌对21世纪经济报道记者表示，长期来看比特币作为资产的地位已经确立，但是加密货币行业前景还存在较大不确定性。未来全球监管政策的协同和持续深化，会对加密货币市场形成挑战。

比特币价格坐上“过山车”

　　在比特币大涨背后，比特币现货ETF和即将到来的“减半”是关键原因。

　　1月10日，美国证券交易委员会(SEC)主席詹斯勒(Gary Gensler)宣布，SEC批准了首批在美国上市的比特币ETF，包括贝莱德、富达、景顺、VanEck等11家公司申请的比特币ETF获得通过。

　　此外，在4月比特币“减半”事件之前，交易员纷纷涌入这一全球最大的加密货币。比特币“减半”会减少供应并推高价格，比特币的供应量仅限于2100万个，其中1900万个已被“开采”出来。

　　在近期比特币大涨背后，亚洲投资者是重要推动力量。根据The Block的加密货币交易数据，亚洲国家的投资者约占比特币交易量的70%，在2月价值1.17万亿美元的比特币交易中，亚洲占7910亿美元，北美投资者远远落后，占1130亿美元。

　　韩国是典型的代表。根据韩国证券存管局的数据，今年以来韩国人在美国上市的2X比特币战略ETF上的净投资为2340万美元，而2023年全年的净投资也仅为2510万美元。今年2月，他们还向Proshares比特币战略ETF投资了689万美元。

　　NH Investment &Securities加密货币分析师Hong Song-uk估计，韩国占据了比特币现金代币和上市期货市场10%的份额。由于比特币ETF交易在韩国被禁，越来越多的韩国人正在购买比特币ETF期货，这有助于比特币的“流行”。

　　不过，乐观的市场情绪也暗藏风险，比特币刷新历史新高后一度暴跌。赵伟对记者表示，比特币在两年多来首次创下历史新高后迅速回调，盘中一度跌穿6万美元，随后又反弹，这充分反映了加密市场的高波动性特征。随着比特币价格创下年内新高，短期市场过热，杠杆率上升幅度较大，导致部分投资者风险偏好明显提升。在此背景下，不排除部分资金获利了结导致行情回落。

　　风险作为金融活动的内在属性，加密货币行业也不例外。赵伟提醒，当前比特币仍面临宏观经济不确定性、系统性风险、黑天鹅以及尚未明朗的监管政策等潜在利空因素，投资者应该充分做好市场环境、投资偏好以及风险控制等评估，不要盲目跟风。

　　能否继续走高？

　　至少从目前来看，比特币现货ETF的提振效应仍在持续。对于加密货币行业来说，现货比特币ETF获批是重大胜利，在监管严格的证券交易所上市，允许投资者通过传统股票账户持有，获得比特币敞口，而无需承担直接持有比特币的复杂性和风险，这提高了加密货币行业的合法性，并将比特币进一步推向主流。

　　比特币能成为广泛被接受的投资品类吗？在上海财经大学金融学院副院长曹啸看来，2021年10月SEC批准比特币期货ETF上市，如今又批准了比特币现货ETF上市，申请发行比特币ETF的机构不乏贝莱德这样的传统资管机构，这进一步确认了比特币的资产属性，比特币实际上已经成为主流的配置资产。

　　即将到来的比特币第四次“减半”或将继续支撑市场乐观情绪。在比特币十余年历史上，“减半”一直是重要的炒作主题，2012年比特币第一次“减半”，当时的价格为12美元，随后在2016年和2020年分别又出现过两次“减半”。比特币“减半”意味着挖掘比特币交易的奖励减半，比特币第四次“减半”预计会在今年4月中下旬发生。

　　接下来，比特币或仍有上涨空间，一些分析师仍看好未来表现。前摩根大通首席股票策略师Tom Lee表示，他认为比特币价格将很快达到8.2万美元，2024年底甚至有望达到15万美元。

　　作为极度看多者的代表，华尔街明星基金经理、方舟投资管理公司首席执行官凯茜・伍德(Cathie Wood)甚至预测，2030年的基本情景预测是比特币价格达到60万美元，几乎是当前价格的10倍。在牛市情景中，2030年比特币价格或将达到150万美元，市值超过30万亿美元。

　　风险方面，比特币交易和持有的合法性在各司法管辖区各不相同，未来可能面临监管风险。刘斌预计，一是会出现监管套利风险，二是会导致比特币的交易出现区域性中心，会对区域监管带来严重挑战。三是由于各地区监管政策不一致，加上比特币交易的隐秘性，会对某些国家带来潜在的洗钱和套利风险，并可能对地区金融稳定带来影响。

　　例如，欧洲央行2月下旬警告称，投资者不要上当，比特币仍然是一个长期骗局，加密货币没有实际价值，可能导致的问题比解决的问题多，比特币的公允价值仍然为零。

　　“比特币在产生现金流或其他基于价值的回报方面不足，这使其成为一项糟糕的投资。利用数字货币匿名性的网络犯罪活动，进一步侵蚀了其作为日常支付方式的潜在使用案例。此外，开采比特币继续引起环境问题。”欧洲央行表示，对社会来说，比特币的新一轮繁荣―萧条周期是一个可怕的前景，所带来的伤害将是巨大的，包括环境破坏和以牺牲普通投资者为代价的最终财富再分配。

　　此外，比特币的大规模使用可能会逐渐侵蚀各国的货币主权，继而影响到铸币税带来的财务收入，加剧政府的财务困境，这显然是各国政府无法容忍的，比特币的使用范围越大，对于比特币打击的力度可能就会越大。

　　从积极的角度看，曹啸对记者分析称，虽然比特币市场的风险较高，对比特币的运用前景也存在巨大的争议，但是比特币关系到基于区块链的金融体系底层技术架构的发展，数字货币、数字金融和金融科技的发展之间是一个不可分割的系统性问题，并不能孤立地看待比特币市场，比特币本身不重要，但是比特币背后的公链有可能成为未来金融技术设施的底层技术，这才是重要的。

　　在多空力量博弈下，未来比特币将走向何方？刘斌告诉记者，长期看比特币的价格可能是波浪式发展，有上涨就会有回调，这次主要是外部环境导致比特币上涨，而且未来较长一段时间，比特币的上涨可能会持续，从更长远来看，比特币作为一种特殊资产会长期存在下去。

　　(作者：吴斌编辑：张铭心)

来源：21世纪经济报道

编辑：郑铮

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快看！比特币突破66000美元，创历史最高价

2021年10月20日 22:24

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　　原标题：快看 | 比特币突破66000美元，创历史最高价

　　记者 | 司林威

　　比特币价格又一次创历史新高。

　　10月20日晚间，比特币价格小幅提升，一举突破2021年4月11日创下的历史最高点64843美元，触及66000美元，日内涨幅5.64%。

　　以太坊价格同步上扬，日内涨幅达6.26%，一举突破4000美元，但并未突破历史高点4371美元。

　　进入十月以来，比特币价格不断上扬，自40000美元左右突破至50000美元，随后开始冲击历史高点。

　　近日通过美国SEC审批的首个比特币期货ETF成为基本面的利好消息。10月20日消息，ProShares比特币期货ETF正式于纽交所高增长板市场（NYSE Arca）上市，代码“BITO”。首日开盘价为40.89美元，首日最终收盘价为41.94美元，相较开盘资产净值上涨 4.9%。

　　据统计，该ETF换手量超过2400万单位，首日总交易额接近10亿美元，该规模仅次于贝莱德的碳中和ETF，成为历史上首日成交额次高位。

　　2021年1月3日，比特币延续2020年末的涨势，正式突破3万美元，自此开始一轮上涨，突破6万美元后比特币开始调整，半年过去后再次突破新高。截止到目前，比特币年内涨幅已超过130%，当前比特币最新报价为65869美元。

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责任编辑：郭建

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什么情况？比特币又创历史新高，市值逼近亚马逊！

2021年10月21日 08:17

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　　不知不觉，比特币又创新高了！

　　10月20日晚间，比特币现货价格突破66000美元，创出历史新高。而在北京时间的同一日，美国第一只比特币ETF终于在等待八年后正式上线，首日成交额接近10亿美元，成交额创下所有种类ETF成交额的历史第二，某种程度上为比特币交易的“洗白”提供了依据。

　　此外，在本次比特币创出历史新高之前，它已盘整约六个月，价格最低下探至28000美元。业内人士认为，比特币价格在盘整中受到支撑以及再次创出新高，受益于美元贬值和全球通胀，比特币已成为许多海外机构资金对冲通胀的避险资产，尽管比特币资产本身也具有极大的波动性。

　　比特币再创新高，市值逼近亚马逊

　　在连续拉升近四个月后，10月20日晚间，比特币价格创出历史新高。

　　实时盘中价格看，夜盘交易最高已突破66000美元，即一枚比特币的价格达到43万元人民币，今年以来比特币的价格涨幅已接近1.4倍。最新数据显示，比特币市值约8万亿元，约为1.25万亿美元，在全球资产排行榜中位居第六，次于亚马逊公司的1.74万亿美元。

　　比特币价格创出新高的同时，以太坊等多个数字货币核心资产也受到海外资金的追捧，以太坊的价格也在10月20日晚间逼近历史新高，价格突破4000美元，这意味以太坊年内价格涨幅超过4倍，同时以太坊的流通市值也超过4700亿美元，几乎追平阿里巴巴的总市值。

　　作为数字货币世界中市值最大的两个品种，比特币和以太坊一直被视为币圈的核心资产，今年以来有多个海内外机构宣布购入比特币和以太坊的资产，其中包括港股上市公司。今年3月7日晚间，美图公司在港交所发布公告称，集团于3月5日在公开市场交易中，购买了1.5万枚以太币，以及379枚比特币（BTC），这两种加密货币的总对价分别约为2210万美元和1790万美元，合计为4000万美元。

　　严厉监管吓坏投资者，矿工转移成利空出尽？

　　比特币本次突破性上涨的惊奇之处，它这轮行情累计跨度长达22个月。

　　因为比特币经历了整个2020年的牛市行情，在2021年的一波急速拉升后，比特币被认为将进入收割韭菜的价格衰退阶段，从四月份开始，比特币价格似乎已高处不胜寒，随后发生了连续三个月的下跌，最低价格下探至28000美元。

　　而在比特币下跌之后，监管部门也进一步开启了严厉的政策，在第三季度期间，中国人民银行、中央网信办、最高人民法院、最高人民检察院、工业和信息化部、公安部、市场监管总局、银保监会、证监会、国家外汇局十部门联合发布《关于进一步防范和处置虚拟货币交易炒作风险的通知》（以下简称《通知》）。

　　《通知》指出，比特币、以太币、泰达币等虚拟货币具有非货币当局发行、使用加密技术及分布式账户或类似技术、以数字化形式存在等主要特点，不具有法偿性，不应且不能作为货币在市场上流通使用；虚拟货币相关业务活动属于非法金融活动。开展法定货币与虚拟货币兑换业务、虚拟货币之间的兑换业务、作为中央对手方买卖虚拟货币、为虚拟货币交易提供信息中介和定价服务、代币发行融资以及虚拟货币衍生品交易等虚拟货币相关业务活动涉嫌非法发售代币票券、擅自公开发行证券、非法经营期货业务、非法集资等非法金融活动，一律严格禁止，坚决依法取缔。对于开展相关非法金融活动构成犯罪的，依法追究刑事责任。

　　在此背景下，中国大陆的比特币挖矿活动也几乎绝迹。数据显示，在今年7、8月份,由中国输出的比特币算力几乎跌到零，而去年9月，这个数字曾高达67%。不过，比特币挖矿活动在中国大陆的消失，实际上是挖矿业务的一次重大转移，大量的矿工的活动转向美国、俄罗斯。英国剑桥大学的数据显示，在中国大陆加大对比特币挖矿的严厉监管后，美国重新成为比特币挖矿活动的中心，份额再居全球之冠，截至8月底，约占全球比特币算力的35.4%，其次是哈萨克斯坦和俄罗斯等国。

　　这也意味着，在比特币价格已经连跌几个月的背景下，给了海外资金抄底的机会，尤其在美元贬值和通胀的背景下，比特币一直被海外机构资金视为对抗通胀的一种避险资产。纽约数字投资集团（NYDIG）首席执行官Ross Stevens表示，其流动性储备现在是比特币，在未来10到20年中，美元是否会相对于比特币贬值。“我们有足够的信心认为，在长期内美元将对比特币是贬值的。”

　　币圈交易开始“洗白”，比特币ETF获批

　　值得关注的是，美国首个比特币ETF的出现，也是比特币价格上涨的一大因素。

　　在比特币ETF基金发起人经历多年尝试和失败之后，加密货币投资终于向美国大众开放。就在比特币创出新高的同一日，北京时间10月20日、美东时间10月19日，美国终于迎来了第一支与比特币相关的交易所交易基金（ETF）——ProShares比特币策略ETF（交易代码为BITO），首日成交额接近10亿美元，成交额创下历史第二高记录（各类ETF基金）。

　　比特币ETF在美国的出现，无疑为比特币交易披上了一层合规的外衣，这刺激了资金对比特币的投资需求。

　　美国安达公司高级市场分析师爱德华莫亚说：“美国证券交易委员会批准比特币ETF对加密货币行业来说将是一个重大时刻，因为这可能是吸引下一波加密货币投资者的关键推动力。”

　　华尔街数字货币公司研究主管Tom Lee则表示，基于比特币期货的美国交易所交易基金（ETF）即将推出，市场对这只基金的大肆炒作可能会在第一年吸引逾500亿美元的资金流入。他称：“我们认为比特币的需求将超过纳指100ETF（QQQ.US）的流入量。”此基金追踪基准纳斯达克100股票指数，根据数据，这只已有20年历史的基金拥有超过1880亿美元的资产。上述上述机构认为，到年底，比特币的价格会在10万美元。

　　不过，传统金融机构的人士依旧对此持有怀疑，摩根大通公司董事长兼首席执行官杰米戴蒙认为，比特币会在某个地方被认定为非法，就像中国已认定其非法一样，所以它有点儿像傻瓜的黄金。他在一次公开活动上说：“我个人认为比特币毫无价值。”

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快看！比特币突破66000美元，创历史最高价

2021年10月20日 22:24

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　　原标题：快看 | 比特币突破66000美元，创历史最高价

　　记者 | 司林威

　　比特币价格又一次创历史新高。

　　10月20日晚间，比特币价格小幅提升，一举突破2021年4月11日创下的历史最高点64843美元，触及66000美元，日内涨幅5.64%。

　　以太坊价格同步上扬，日内涨幅达6.26%，一举突破4000美元，但并未突破历史高点4371美元。

　　进入十月以来，比特币价格不断上扬，自40000美元左右突破至50000美元，随后开始冲击历史高点。

　　据统计，该ETF换手量超过2400万单位，首日总交易额接近10亿美元，该规模仅次于贝莱德的碳中和ETF，成为历史上首日成交额次高位。

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责任编辑：郭建

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区块链技术研究综述：原理、进展与应用

主管单位：中国科学技术协会

主办单位：中国通信学会

ISSN 1000-436X CN 11-2102/TN

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通信学报, 2020, 41(1): 134-151 doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

综述

区块链技术研究综述：原理、进展与应用

曾诗钦1, 霍如2,3, 黄韬1,3, 刘江1,3, 汪硕1,3, 冯伟4

1 北京邮电大学网络与交换国家重点实验室，北京 100876

2 北京工业大学北京未来网络科技高精尖创新中心，北京 100124

3 网络通信与安全紫金山实验室，江苏南京 211111

4 工业和信息化部信息化和软件服务业司，北京 100846

Survey of blockchain:principle,progress and application

ZENG Shiqin1, HUO Ru2,3, HUANG Tao1,3, LIU Jiang1,3, WANG Shuo1,3, FENG Wei4

1 State Key Laboratory of Networking and Switching Technology,Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876,China

2 Beijing Advanced Innovation Center for Future Internet Technology,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China

3 Purple Mountain Laboratories,Nanjing 211111,China

4 Department of Information Technology Application and Software Services,Beijing 100846,China

通讯作者: 霍如，huoru@bjut.edu.cn

修回日期: 2019-12-12

网络出版日期: 2020-01-25

基金资助:

国家高技术研究发展计划（“863”计划）基金资助项目. 2015AA015702未来网络操作系统发展战略研究基金资助项目. 2019-XY-5

Revised: 2019-12-12

Online: 2020-01-25

Fund supported:

The National High Technology Research and Development Program of China (863 Program). 2015AA015702The Development Strategy Research of Future Network Operating System. 2019-XY-5

作者简介 About authors

曾诗钦（1995-），男，广西南宁人，北京邮电大学博士生，主要研究方向为区块链、标识解析技术、工业互联网

。

霍如（1988-），女，黑龙江哈尔滨人，博士，北京工业大学讲师，主要研究方向为计算机网络、信息中心网络、网络缓存策略与算法、工业互联网、标识解析技术等。

。

黄韬（1980-），男，重庆人，博士，北京邮电大学教授，主要研究方向为未来网络体系架构、软件定义网络、网络虚拟化等。

。

刘江（1983-），男，河南郑州人，博士，北京邮电大学教授，主要研究方向为未来网络体系架构、软件定义网络、网络虚拟化、信息中心网络等。

。

汪硕（1991-），男，河南灵宝人，博士，北京邮电大学在站博士后，主要研究方向为数据中心网络、软件定义网络、网络流量调度等。

。

冯伟（1980-），男，河北邯郸人，博士，工业和信息化部副研究员，主要研究方向为工业互联网平台、数字孪生、信息化和工业化融合发展关键技术等

。

摘要

区块链是一种分布式账本技术，依靠智能合约等逻辑控制功能演变为完整的存储系统。其分类方式、服务模式和应用需求的变化导致核心技术形态的多样性发展。为了完整地认知区块链生态系统，设计了一个层次化的区块链技术体系结构，进一步深入剖析区块链每层结构的基本原理、技术关联以及研究进展，系统归纳典型区块链项目的技术选型和特点，最后给出智慧城市、工业互联网等区块链前沿应用方向，提出区块链技术挑战与研究展望。

关键词：

区块链

;

加密货币

;

去中心化

;

层次化技术体系结构

;

技术多样性

;

工业区块链

Abstract

Blockchain is a kind of distributed ledger technology that upgrades to a complete storage system by adding logic control functions such as intelligent contracts.With the changes of its classification,service mode and application requirements,the core technology forms of Blockchain show diversified development.In order to understand the Blockchain ecosystem thoroughly,a hierarchical technology architecture of Blockchain was proposed.Furthermore,each layer of blockchain was analyzed from the perspectives of basic principle,related technologies and research progress in-depth.Moreover,the technology selections and characteristics of typical Blockchain projects were summarized systematically.Finally,some application directions of blockchain frontiers,technology challenges and research prospects including Smart Cities and Industrial Internet were given.

Keywords：

blockchain

;

cryptocurrency

;

decentralization

;

hierarchical technology architecture

;

technology diversity

;

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本文引用格式

曾诗钦, 霍如, 黄韬, 刘江, 汪硕, 冯伟. 区块链技术研究综述：原理、进展与应用. 通信学报[J], 2020, 41(1): 134-151 doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

ZENG Shiqin. Survey of blockchain:principle,progress and application. Journal on Communications[J], 2020, 41(1): 134-151 doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020027

1 引言

2008年，中本聪提出了去中心化加密货币——比特币（bitcoin）的设计构想。2009年，比特币系统开始运行，标志着比特币的正式诞生。2010—2015 年，比特币逐渐进入大众视野。2016—2018年，随着各国陆续对比特币进行公开表态以及世界主流经济的不确定性增强，比特币的受关注程度激增，需求量迅速扩大。事实上，比特币是区块链技术最成功的应用场景之一。伴随着以太坊（ethereum）等开源区块链平台的诞生以及大量去中心化应用（DApp,decentralized application）的落地，区块链技术在更多的行业中得到了应用。

由于具备过程可信和去中心化两大特点，区块链能够在多利益主体参与的场景下以低成本的方式构建信任基础，旨在重塑社会信用体系。近两年来区块链发展迅速，人们开始尝试将其应用于金融、教育、医疗、物流等领域。但是，资源浪费、运行低效等问题制约着区块链的发展，这些因素造成区块链分类方式、服务模式和应用需求发生快速变化，进一步导致核心技术朝多样化方向发展，因此有必要采取通用的结构分析区块链项目的技术路线和特点，以梳理和明确区块链的研究方向。

区块链涵盖多种技术，相关概念易混淆，且应用场景繁多，为此，已有相关综述主要从技术体系结构、技术挑战和应用场景等角度来梳理区块链的最新进展、技术差异和联系，总结技术形态和应用价值。袁勇等[1]给出了区块链基本模型，以比特币为例将非许可链分为数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层；邵奇峰等[2]结合开源项目细节，对比了多种企业级区块链（许可链）的技术特点；Yang等[3]总结了基于区块链的网络服务架构的特点、挑战和发展趋势；韩璇等[4]系统性归纳了区块链安全问题的研究现状；Ali等[5]总结了区块链在物联网方面的应用研究进展、趋势。上述文献虽然归纳得较为完整，但是都没有从许可链与非许可链共性技术的角度进行通用的层次结构分析，没有体现出区块链技术与组网路由、数据结构、同步机制等已有技术的关联性，且缺少对区块链项目的差异分析。本文则对有关概念进行区分，探讨了通用的层次化技术结构及其与已有技术的关联性，并针对该结构横向分析相关学术研究进展；根据分层结构对比部分区块链项目的技术选型；最后以智慧城市场景、边缘计算和人工智能技术为代表介绍区块链应用研究现状，给出区块链技术挑战与研究展望。

2 相关概念

随着区块链技术的深入研究，不断衍生出了很多相关的术语，例如“中心化”“去中心化”“公链”“联盟链”等。为了全面地了解区块链技术，并对区块链技术涉及的关键术语有系统的认知，本节将给出区块链及其相关概念的定义，以及它们的联系，更好地区分易使人混淆的术语。

2.1 中心化与去中心化

中心化（centralization）与去中心化（decentralization）最早用来描述社会治理权力的分布特征。从区块链应用角度出发，中心化是指以单个组织为枢纽构建信任关系的场景特点。例如，电子支付场景下用户必须通过银行的信息系统完成身份验证、信用审查和交易追溯等；电子商务场景下对端身份的验证必须依靠权威机构下发的数字证书完成。相反，去中心化是指不依靠单一组织进行信任构建的场景特点，该场景下每个组织的重要性基本相同。

2.2 加密货币

加密货币（cryptocurrency）是一类数字货币（digital currency）技术，它利用多种密码学方法处理货币数据，保证用户的匿名性、价值的有效性；利用可信设施发放和核对货币数据，保证货币数量的可控性、资产记录的可审核性，从而使货币数据成为具备流通属性的价值交换媒介，同时保护使用者的隐私。

加密货币的概念起源于一种基于盲签名（blind signature）的匿名交易技术[6]，最早的加密货币交易模型“electronic cash”[7]如图1所示。

图1

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图1

“electronic cash”交易模型

交易开始前，付款者使用银行账户兑换加密货币，然后将货币数据发送给领款者，领款者向银行发起核对请求，若该数据为银行签发的合法货币数据，那么银行将向领款者账户记入等额数值。通过盲签名技术，银行完成对货币数据的认证，而无法获得发放货币与接收货币之间的关联，从而保证了价值的有效性、用户的匿名性；银行天然具有发放币种、账户记录的能力，因此保证了货币数量的可控性与资产记录的可审核性。

最早的加密货币构想将银行作为构建信任的基础，呈现中心化特点。此后，加密货币朝着去中心化方向发展，并试图用工作量证明（PoW,poof of work）[8]或其改进方法定义价值。比特币在此基础上，采用新型分布式账本技术保证被所有节点维护的数据不可篡改，从而成功构建信任基础，成为真正意义上的去中心化加密货币。区块链从去中心化加密货币发展而来，随着区块链的进一步发展，去中心化加密货币已经成为区块链的主要应用之一。

2.3 区块链及工作流程

一般认为，区块链是一种融合多种现有技术的新型分布式计算和存储范式。它利用分布式共识算法生成和更新数据，并利用对等网络进行节点间的数据传输，结合密码学原理和时间戳等技术的分布式账本保证存储数据的不可篡改，利用自动化脚本代码或智能合约实现上层应用逻辑。如果说传统数据库实现数据的单方维护，那么区块链则实现多方维护相同数据，保证数据的安全性和业务的公平性。区块链的工作流程主要包含生成区块、共识验证、账本维护3个步骤。

1) 生成区块。区块链节点收集广播在网络中的交易——需要记录的数据条目，然后将这些交易打包成区块——具有特定结构的数据集。

2) 共识验证。节点将区块广播至网络中，全网节点接收大量区块后进行顺序的共识和内容的验证，形成账本——具有特定结构的区块集。

3) 账本维护。节点长期存储验证通过的账本数据并提供回溯检验等功能，为上层应用提供账本访问接口。

2.4 区块链类型

根据不同场景下的信任构建方式，可将区块链分为2类：非许可链（permissionless blockchain）和许可链（permissioned blockchain）。

非许可链也称为公链（public blockchain），是一种完全开放的区块链，即任何人都可以加入网络并参与完整的共识记账过程，彼此之间不需要信任。公链以消耗算力等方式建立全网节点的信任关系，具备完全去中心化特点的同时也带来资源浪费、效率低下等问题。公链多应用于比特币等去监管、匿名化、自由的加密货币场景。

许可链是一种半开放式的区块链，只有指定的成员可以加入网络，且每个成员的参与权各有不同。许可链往往通过颁发身份证书的方式事先建立信任关系，具备部分去中心化特点，相比于非许可链拥有更高的效率。进一步，许可链分为联盟链（consortium blockchain）和私链（fully private blockchain）。联盟链由多个机构组成的联盟构建，账本的生成、共识、维护分别由联盟指定的成员参与完成。在结合区块链与其他技术进行场景创新时，公链的完全开放与去中心化特性并非必需，其低效率更无法满足需求，因此联盟链在某些场景中成为实适用性更强的区块链选型。私链相较联盟链而言中心化程度更高，其数据的产生、共识、维护过程完全由单个组织掌握，被该组织指定的成员仅具有账本的读取权限。

3 区块链体系结构

根据区块链发展现状，本节将归纳区块链的通用层次技术结构、基本原理和研究进展。

现有项目的技术选型多数由比特币演变而来，所以区块链主要基于对等网络通信，拥有新型的基础数据结构，通过全网节点共识实现公共账本数据的统一。但是区块链也存在效率低、功耗大和可扩展性差等问题，因此人们进一步以共识算法、处理模型、交易模式创新为切入点进行技术方案改进，并在此基础上丰富了逻辑控制功能和区块链应用功能，使其成为一种新型计算模式。本文给出如图2 所示的区块链通用层次化技术结构，自下而上分别为网络层、数据层、共识层、控制层和应用层。其中，网络层是区块链信息交互的基础，承载节点间的共识过程和数据传输，主要包括建立在基础网络之上的对等网络及其安全机制；数据层包括区块链基本数据结构及其原理；共识层保证节点数据的一致性，封装各类共识算法和驱动节点共识行为的奖惩机制；控制层包括沙盒环境、自动化脚本、智能合约和权限管理等，提供区块链可编程特性，实现对区块数据、业务数据、组织结构的控制；应用层包括区块链的相关应用场景和实践案例，通过调用控制合约提供的接口进行数据交互，由于该层次不涉及区块链原理，因此在第 5节中单独介绍。

3.1 网络层

网络层关注区块链网络的基础通信方式——对等（P2P,peer-to-peer）网络。对等网络是区别于“客户端/服务器”服务模式的计算机通信与存储架构，网络中每个节点既是数据的提供者也是数据的使用者，节点间通过直接交换实现计算机资源与信息的共享，因此每个节点地位均等。区块链网络层由组网结构、通信机制、安全机制组成。其中组网结构描述节点间的路由和拓扑关系，通信机制用于实现节点间的信息交互，安全机制涵盖对端安全和传输安全。

图2

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图2

区块链层次化技术结构

1) 组网结构

对等网络的体系架构可分为无结构对等网络、结构化对等网络和混合式对等网络[9]，根据节点的逻辑拓扑关系，区块链网络的组网结构也可以划分为上述3种，如图3所示。

图3

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图3

区块链组网结构

无结构对等网络是指网络中不存在特殊中继节点、节点路由表的生成无确定规律、网络拓扑呈现随机图状的一类对等网络。该类网络结构松散，设计简洁，具有良好的容错性和匿名性，但由于采用洪泛机制作为信息传播方式，其可扩展性较差。典型的协议有Gnutella等。

结构化对等网络是指网络中不存在特殊中继节点、节点间根据特定算法生成路由表、网络拓扑具有严格规律的一类对等网络。该类网络实现复杂但可扩展性良好，通过结构化寻址可以精确定位节点从而实现多样化功能。常见的结构化网络以DHT （distributed hash table）网络为主，典型的算法有Chord、Kademlia等。

混合式对等网络是指节点通过分布式中继节点实现全网消息路由的一类对等网络。每个中继节点维护部分网络节点地址、文件索引等工作，共同实现数据中继的功能。典型的协议有Kazza等。

2) 通信机制

通信机制是指区块链网络中各节点间的对等通信协议，建立在 TCP/UDP 之上，位于计算机网络协议栈的应用层，如图4所示。该机制承载对等网络的具体交互逻辑，例如节点握手、心跳检测、交易和区块传播等。由于包含的协议功能不同（例如基础链接与扩展交互），本文将通信机制细分为3个层次：传播层、连接层和交互逻辑层。

传播层实现对等节点间数据的基本传输，包括2 种数据传播方式：单点传播和多点传播。单点传播是指数据在2个已知节点间直接进行传输而不经过其他节点转发的传播方式；多点传播是指接收数据的节点通过广播向邻近节点进行数据转发的传播方式，区块链网络普遍基于Gossip协议[10]实现洪泛传播。连接层用于获取节点信息，监测和改变节点间连通状态，确保节点间链路的可用性（availability）。具体而言，连接层协议帮助新加入节点获取路由表数据，通过定时心跳监测为节点保持稳定连接，在邻居节点失效等情况下为节点关闭连接等。交互逻辑层是区块链网络的核心，从主要流程上看，该层协议承载对等节点间账本数据的同步、交易和区块数据的传输、数据校验结果的反馈等信息交互逻辑，除此之外，还为节点选举、共识算法实施等复杂操作和扩展应用提供消息通路。

图4

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图4

区块链网络通信机制

3) 安全机制

安全是每个系统必须具备的要素，以比特币为代表的非许可链利用其数据层和共识层的机制，依靠消耗算力的方式保证数据的一致性和有效性，没有考虑数据传输过程的安全性，反而将其建立在不可信的透明P2P网络上。随着隐私保护需求的提出，非许可链也采用了一些网络匿名通信方法，例如匿名网络Tor（the onion router）通过沿路径的层层数据加密机制来保护对端身份。许可链对成员的可信程度有更高的要求，在网络层面采取适当的安全机制，主要包括身份安全和传输安全两方面。身份安全是许可链的主要安全需求，保证端到端的可信，一般采用数字签名技术实现，对节点的全生命周期（例如节点交互、投票、同步等）进行签名，从而实现许可链的准入许可。传输安全防止数据在传输过程中遭到篡改或监听，常采用基于TLS的点对点传输和基于Hash算法的数据验证技术。

4) 研究现状

目前，区块链网络层研究主要集中在3个方向：测量优化、匿名分析与隐私保护、安全防护。

随着近年来区块链网络的爆炸式发展以及开源特点，学术界开始关注大型公有链项目的网络状况，监测并研究它们的特点，研究对象主要为比特币网络。Decker等[11]设计和实现测量工具，分析传播时延数据、协议数据和地址数据，建模分析影响比特币网络性能的网络层因素，基于此提出各自的优化方法。Fadhil等[12]提出基于事件仿真的比特币网络仿真模型，利用真实测量数据验证模型的有效性，最后提出优化机制 BCBSN，旨在设立超级节点降低网络波动。Kaneko 等[13]将区块链节点分为共识节点和验证节点，其中共识节点采用无结构组网方式，验证节点采用结构化组网方式，利用不同组网方式的优点实现网络负载的均衡。

匿名性是加密货币的重要特性之一，但从网络层视角看，区块链的匿名性并不能有效保证，因为攻击者可以利用监听并追踪 IP 地址的方式推测出交易之间、交易与公钥地址之间的关系，通过匿名隐私研究可以主动发掘安全隐患，规避潜在危害。Koshy 等[16,17]从网络拓扑、传播层协议和作恶模型3个方面对比特币网络进行建模，通过理论分析和仿真实验证明了比特币网络协议在树形组网结构下仅具备弱匿名性，在此基础上提出 Dandelion 网络策略以较低的网络开销优化匿名性，随后又提出 Dandelion++原理，以最优信息理论保证来抵抗大规模去匿名攻击。

区块链重点关注其数据层和共识层面机制，并基于普通网络构建开放的互联环境，该方式极易遭受攻击。为提高区块链网络的安全性，学术界展开研究并给出了相应的解决方案。Heilman 等[18]对比特币和以太坊网络实施日蚀攻击（eclipse attack）——通过屏蔽正确节点从而完全控制特定节点的信息来源，证实了该攻击的可行性。Apostolaki等[19]提出针对比特币网络的 BGP（border gateway protocal）劫持攻击，通过操纵自治域间路由或拦截域间流量来制造节点通信阻塞，表明针对关键数据的沿路攻击可以大大降低区块传播性能。

3.2 数据层

区块链中的“块”和“链”都是用来描述其数据结构特征的词汇，可见数据层是区块链技术体系的核心。区块链数据层定义了各节点中数据的联系和组织方式，利用多种算法和机制保证数据的强关联性和验证的高效性，从而使区块链具备实用的数据防篡改特性。除此之外，区块链网络中每个节点存储完整数据的行为增加了信息泄露的风险，隐私保护便成为迫切需求，而数据层通过非对称加密等密码学原理实现了承载应用信息的匿名保护，促进区块链应用普及和生态构建。因此，从不同应用信息的承载方式出发，考虑数据关联性、验证高效性和信息匿名性需求，可将数据层关键技术分为信息模型、关联验证结构和加密机制3类。

1) 信息模型

区块链承载了不同应用的数据（例如支付记录、审计数据、供应链信息等），而信息模型则是指节点记录应用信息的逻辑结构，主要包括UTXO （unspent transaction output）、基于账户和键值对模型3种。需要说明的是，在大部分区块链网络中，每个用户均被分配了交易地址，该地址由一对公私钥生成，使用地址标识用户并通过数字签名的方式检验交易的有效性。

UTXO是比特币交易中的核心概念，逐渐演变为区块链在金融领域应用的主要信息模型，如图5所示。每笔交易（Tx）由输入数据（Input）和输出数据（Output）组成，输出数据为交易金额（Num）和用户公钥地址（Adr），而输入数据为上一笔交易输出数据的指针（Pointer），直到该比特币的初始交易由区块链网络向节点发放。

图5

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图5

UTXO信息模型

基于账户的信息模型以键值对的形式存储数据，维护着账户当前的有效余额，通过执行交易来不断更新账户数据。相比于UTXO，基于账户的信息模型与银行的储蓄账户类似，更直观和高效。

不管是UTXO还是基于账户的信息模型，都建立在更为通用的键值对模型上，因此为了适应更广泛的应用场景，键值对模型可直接用于存储业务数据，表现为表单或集合形式。该模型利于数据的存取并支持更复杂的业务逻辑，但是也存在复杂度高的问题。

2) 关联验证结构

区块链之所以具备防篡改特性，得益于链状数据结构的强关联性。该结构确定了数据之间的绑定关系，当某个数据被篡改时，该关系将会遭到破坏。由于伪造这种关系的代价是极高的，相反检验该关系的工作量很小，因此篡改成功率被降至极低。链状结构的基本数据单位是“区块（block）”，基本内容如图6所示。

图6

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图6

基本区块结构

区块由区块头（Header）和区块体（Body）两部分组成，区块体包含一定数量的交易集合；区块头通过前继散列（PrevHash）维持与上一区块的关联从而形成链状结构，通过MKT（MerkleTree）生成的根散列（RootHash）快速验证区块体交易集合的完整性。因此散列算法和 MKT 是关联验证结构的关键，以下将对此展开介绍。

散列（Hash）算法也称为散列函数，它实现了明文到密文的不可逆映射；同时，散列算法可以将任意长度的输入经过变化得到固定长度的输出；最后，即使元数据有细微差距，变化后的输出也会产生显著不同。利用散列算法的单向、定长和差异放大的特征，节点通过比对当前区块头的前继散列即可确定上一区块内容的正确性，使区块的链状结构得以维系。区块链中常用的散列算法包括SHA256等。

MKT包括根散列、散列分支和交易数据。MKT首先对交易进行散列运算，再对这些散列值进行分组散列，最后逐级递归直至根散列。MKT 带来诸多好处：一方面，对根散列的完整性确定即间接地实现交易的完整性确认，提升高效性；另一方面，根据交易的散列路径（例如 Tx1：Hash2、Hash34）可降低验证某交易存在性的复杂度，若交易总数为N，那么MKT可将复杂度由N降为lbN。除此之外，还有其他数据结构与其配合使用，例如以太坊通过MPT（Merkle Patricia tree）——PatriciaTrie 和MerkleTree混合结构，高效验证其基于账户的信息模型数据。

此外，区块头中还可根据不同项目需求灵活添加其他信息，例如添加时间戳为区块链加入时间维度，形成时序记录；添加记账节点标识，以维护成块节点的权益；添加交易数量，进一步提高区块体数据的安全性。

3) 加密机制

由上述加密货币原理可知，经比特币演变的区块链技术具备与生俱来的匿名性，通过非对称加密等技术既保证了用户的隐私又检验了用户身份。非对称加密技术是指加密者和解密者利用2个不同秘钥完成加解密，且秘钥之间不能相互推导的加密机制。常用的非对称加密算法包括 RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）等。对应图5，Alice 向 Bob 发起交易 Tx2，Alice使用Bob的公钥对交易签名，仅当Bob使用私钥验证该数字签名时，才有权利创建另一笔交易，使自身拥有的币生效。该机制将公钥作为基础标识用户，使用户身份不可读，一定程度上保护了隐私。

4) 研究现状

数据层面的研究方向集中在高效验证、匿名分析、隐私保护3个方面。

高效验证的学术问题源于验证数据结构（ADS,authenticated data structure），即利用特定数据结构快速验证数据的完整性，实际上 MKT 也是其中的一种。为了适应区块链数据的动态性（dynamical）并保持良好性能，学术界展开了研究。Reyzin等[20]基于AVL树形结构提出AVL+，并通过平衡验证路径、缺省堆栈交易集等机制，简化轻量级节点的区块头验证过程。Zhang等[21]提出GEM2-tree结构，并对其进行优化提出 GEM2כ-tree 结构，通过分解单树结构、动态调整节点计算速度、扩展数据索引等机制降低以太坊节点计算开销。

区块数据直接承载业务信息，因此区块数据的匿名关联性分析更为直接。Reid等[22]将区块数据建模为事务网络和用户网络，利用多交易数据的用户指向性分析成功降低网络复杂度。Meiklejohn等[23]利用启发式聚类方法分析交易数据的流动特性并对用户进行分组，通过与这些服务的互动来识别主要机构的比特币地址。Awan 等[24]使用优势集（dominant set）方法对区块链交易进行自动分类，从而提高分析准确率。

隐私保护方面，Saxena等[25]提出复合签名技术削弱数据的关联性，基于双线性映射中的Diffie-Hellman假设保证计算困难性，从而保护用户隐私。Miers 等[26]和 Sasson 等[27]提出 Zerocoin 和Zerocash，在不添加可信方的情况下断开交易间的联系，最早利用零知识证明（zero-knowledge proof）技术隐藏交易的输入、输出和金额信息，提高比特币的匿名性。非对称加密是区块链数据安全的核心，但在量子计算面前却显得“捉襟见肘”，为此Yin等[28]利用盆景树模型（bonsai tree）改进晶格签名技术（lattice-based signature），以保证公私钥的随机性和安全性，使反量子加密技术适用于区块链用户地址的生成。

3.3 共识层

区块链网络中每个节点必须维护完全相同的账本数据，然而各节点产生数据的时间不同、获取数据的来源未知，存在节点故意广播错误数据的可能性，这将导致女巫攻击[29]、双花攻击[30]等安全风险；除此之外，节点故障、网络拥塞带来的数据异常也无法预测。因此，如何在不可信的环境下实现账本数据的全网统一是共识层解决的关键问题。实际上，上述错误是拜占庭将军问题（the Byzantine generals problem）[31]在区块链中的具体表现，即拜占庭错误——相互独立的组件可以做出任意或恶意的行为，并可能与其他错误组件产生协作，此类错误在可信分布式计算领域被广泛研究。

状态机复制（state-machine replication）是解决分布式系统容错问题的常用理论。其基本思想为：任何计算都表示为状态机，通过接收消息来更改其状态。假设一组副本以相同的初始状态开始，并且能够就一组公共消息的顺序达成一致，那么它们可以独立进行状态的演化计算，从而正确维护各自副本之间的一致性。同样，区块链也使用状态机复制理论解决拜占庭容错问题，如果把每个节点的数据视为账本数据的副本，那么节点接收到的交易、区块即为引起副本状态变化的消息。状态机复制理论实现和维持副本的一致性主要包含2个要素：正确执行计算逻辑的确定性状态机和传播相同序列消息的共识协议。其中，共识协议是影响容错效果、吞吐量和复杂度的关键，不同安全性、可扩展性要求的系统需要的共识协议各有不同。学术界普遍根据通信模型和容错类型对共识协议进行区分[32]，因此严格地说，区块链使用的共识协议需要解决的是部分同步（partial synchrony）模型[33]下的拜占庭容错问题。

区块链网络中主要包含PoX（poof of X）[34]、BFT（byzantine-fault tolerant）和 CFT（crash-fault tolerant）类基础共识协议。PoX 类协议是以 PoW （proof of work）为代表的基于奖惩机制驱动的新型共识协议，为了适应数据吞吐量、资源利用率和安全性的需求，人们又提出PoS（proof of stake）、PoST （proof of space-time）等改进协议。它们的基本特点在于设计证明依据，使诚实节点可以证明其合法性，从而实现拜占庭容错。BFT类协议是指解决拜占庭容错问题的传统共识协议及其改良协议，包括PBFT、BFT-SMaRt、Tendermint等。CFT类协议用于实现崩溃容错，通过身份证明等手段规避节点作恶的情况，仅考虑节点或网络的崩溃（crash）故障，主要包括Raft、Paxos、Kafka等协议。

非许可链和许可链的开放程度和容错需求存在差异，共识层面技术在两者之间产生了较大区别。具体而言，非许可链完全开放，需要抵御严重的拜占庭风险，多采用PoX、BFT类协议并配合奖惩机制实现共识。许可链拥有准入机制，网络中节点身份可知，一定程度降低了拜占庭风险，因此可采用BFT类协议、CFT类协议构建相同的信任模型[35]。

限于篇幅原因，本节仅以 PoW、PBFT、Raft为切入进行3类协议的分析。

1) PoX类协议

PoW也称为Nakamoto协议，是比特币及其衍生项目使用的核心共识协议，如图7所示。

图7

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图7

PoW协议示意

该协议在区块链头结构中加入随机数Nonce，并设计证明依据：为生成新区块，节点必须计算出合适的 Nonce 值，使新生成的区块头经过双重SHA256 运算后小于特定阈值。该协议的整体流程为：全网节点分别计算证明依据，成功求解的节点确定合法区块并广播，其余节点对合法区块头进行验证，若验证无误则与本地区块形成链状结构并转发，最终达到全网共识。PoW是随机性协议，任何节点都有可能求出依据，合法区块的不唯一将导致生成分支链，此时节点根据“最长链原则”选择一定时间内生成的最长链作为主链而抛弃其余分支链，从而使各节点数据最终收敛。

PoW协议采用随机性算力选举机制，实现拜占庭容错的关键在于记账权的争夺，目前寻找证明依据的方法只有暴力搜索，其速度完全取决于计算芯片的性能，因此当诚实节点数量过半，即“诚实算力”过半时，PoW便能使合法分支链保持最快的增长速度，也即保证主链一直是合法的。PoW是一种依靠饱和算力竞争纠正拜占庭错误的共识协议，关注区块产生、传播过程中的拜占庭容错，在保证防止双花攻击的同时也存在资源浪费、可扩展性差等问题。

2) BFT类协议

PBFT是 BFT经典共识协议，其主要流程如图8 所示。PBFT将节点分为主节点和副节点，其中主节点负责将交易打包成区块，副节点参与验证和转发，假设作恶节点数量为f。PBFT共识主要分为预准备、准备和接受3个阶段，主节点首先收集交易后排序并提出合法区块提案；其余节点先验证提案的合法性，然后根据区块内交易顺序依次执行并将结果摘要组播；各节点收到2f个与自身相同的摘要后便组播接受投票；当节点收到超过2f+1个投票时便存储区块及其产生的新状态[36]。

图8

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图8

PBFT协议示意

PBFT 协议解决消息传播过程的拜占庭容错，由于算法复杂度为 O(n2)且存在确定性的主节点选举规则，PBFT 仅适用于节点数量少的小型许可链系统。

3) CFT类协议

Raft[37]是典型的崩溃容错共识协议，以可用性强著称。Raft将节点分为跟随节点、候选节点和领导节点，领导节点负责将交易打包成区块，追随节点响应领导节点的同步指令，候选节点完成领导节点的选举工作。当网络运行稳定时，只存在领导节点和追随节点，领导节点向追随节点推送区块数据从而实现同步。节点均设置生存时间决定角色变化周期，领导节点的心跳信息不断重置追随节点的生存时间，当领导节点发生崩溃时，追随节点自动转化为候选节点并进入选举流程，实现网络自恢复。

Raft协议实现崩溃容错的关键在于领导节点的自选举机制，部分许可链选择降低可信需求，将拜占庭容错转换为崩溃容错，从而提升共识速度。

4) 奖惩机制

奖惩机制包括激励机制与惩罚策略，其中激励机制是为了弥补节点算力消耗、平衡协议运行收益比的措施，当节点能够在共识过程中获得收益时才会进行记账权的争夺，因此激励机制利用经济效益驱动各共识协议可持续运行。激励机制一般基于价值均衡理论设计，具有代表性的机制包括PPLNS、PPS等。为了实现收益最大化，节点可能采用不诚实的运行策略（如扣块攻击、自私挖矿等），损害了诚实节点的利益，惩罚策略基于博弈论等理论对节点进行惩罚，从而纠正不端节点的行为，维护共识可持续性。

5) 研究现状

随着可扩展性和性能需求的多样化发展，除了传统的BFT、CFT协议和PoX协议衍生研究，还产生了混合型协议（Hybrid）——主要为 PoX类协议混合以及PoX-BFT协议混合。因此本节从PoX类、BFT类以及Hybrid类协议归纳共识层研究进展。

如前文所述，PoX类协议的基本特点在于设计证明依据，使诚实节点可以证明其合法性，从而实现拜占庭容错。uPoW[38]通过计算有意义的正交向量问题证明节点合法性，使算力不被浪费。PoI （proof-of-importance）[39]利用图论原理为每个节点赋予重要性权重，权重越高的节点将越有可能算出区块。PoS（poof-of-stake）为节点定义“币龄”，拥有更高币龄的节点将被分配更多的股份（stake），而股份被作为证明依据用于成块节点的选举。Ouroboros[40]通过引入多方掷币协议增大了选举随机性，引入近乎纳什均衡的激励机制进一步提高PoS 的安全性。PoRep（proof-of-replication）[41]应用于去中心化存储网络，利用证明依据作为贡献存储空间的奖励，促进存储资源再利用。

BFT协议有较长的发展史，在区块链研究中被赋予了新的活力。SCP[42]和Ripple[43]基于联邦拜占庭共识[44]——存在交集的多池（确定规模的联邦）共识，分别允许节点自主选择或与指定的节点构成共识联邦，通过联邦交集达成全网共识。Tendermint[45]使用Gossip通信协议基本实现异步拜占庭共识，不仅简化了流程而且提高了可用性。HotStuff[46]将BFT与链式结构数据相结合，使主节点能够以实际网络时延及 O(n)通信复杂度推动协议达成一致。LibraBFT[47]在HotStuff的基础上加入奖惩机制及节点替换机制，从而优化了性能。

Hybrid 类协议是研究趋势之一。PoA[48]利用PoW产生空区块头，利用PoS决定由哪些节点进行记账和背书，其奖励由背书节点和出块节点共享。PeerCensus[49]由节点团体进行拜占庭协议实现共识，而节点必须基于比特币网络，通过 PoW 产出区块后才能获得投票权力。ByzCoin[50]利用PoW的算力特性构建动态成员关系，并引入联合签名方案来减小PBFT的轮次通信开销，提高交易吞吐量，降低确认时延。Casper[51]则通过PoS的股份决定节点构成团体并进行BFT共识，且节点可投票数取决于股份。

3.4 控制层

区块链节点基于对等通信网络与基础数据结构进行区块交互，通过共识协议实现数据一致，从而形成了全网统一的账本。控制层是各类应用与账本产生交互的中枢，如果将账本比作数据库，那么控制层提供了数据库模型，以及相应封装、操作的方法。具体而言，控制层由处理模型、控制合约和执行环境组成。处理模型从区块链系统的角度分析和描述业务/交易处理方式的差异。控制合约将业务逻辑转化为交易、区块、账本的具体操作。执行环境为节点封装通用的运行资源，使区块链具备稳定的可移植性。

1) 处理模型

账本用于存储全部或部分业务数据，那么依据该数据的分布特征可将处理模型分为链上（on-chain）和链下（off-chain）2种。

链上模型是指业务数据完全存储在账本中，业务逻辑通过账本的直接存取实现数据交互。该模型的信任基础建立在强关联性的账本结构中，不仅实现防篡改而且简化了上层控制逻辑，但是过量的资源消耗与庞大的数据增长使系统的可扩展性达到瓶颈，因此该模型适用于数据量小、安全性强、去中心化和透明程度高的业务。

链下模型是指业务数据部分或完全存储在账本之外，只在账本中存储指针以及其他证明业务数据存在性、真实性和有效性的数据。该模型以“最小化信任成本”为准则，将信任基础建立在账本与链下数据的证明机制中，降低账本构建成本。由于与公开的账本解耦，该模型具有良好的隐私性和可拓展性，适用于去中心化程度低、隐私性强、吞吐量大的业务。

2) 控制合约

区块链中控制合约经历了2个发展阶段，首先是以比特币为代表的非图灵完备的自动化脚本，用于锁定和解锁基于UTXO信息模型的交易，与强关联账本共同克服了双花等问题，使交易数据具备流通价值。其次是以以太坊为代表的图灵完备的智能合约，智能合约是一种基于账本数据自动执行的数字化合同，由开发者根据需求预先定义，是上层应用将业务逻辑编译为节点和账本操作集合的关键。智能合约通过允许相互不信任的参与者在没有可信第三方的情况下就复杂合同的执行结果达成协议，使合约具备可编程性，实现业务逻辑的灵活定义并扩展区块链的使用。

3) 执行环境

执行环境是指执行控制合约所需要的条件，主要分为原生环境和沙盒环境。原生环境是指合约与节点系统紧耦合，经过源码编译后直接执行，该方式下合约能经历完善的静态分析，提高安全性。沙盒环境为节点运行提供必要的虚拟环境，包括网络通信、数据存储以及图灵完备的计算/控制环境等，在虚拟机中运行的合约更新方便、灵活性强，其产生的漏洞也可能造成损失。

4) 研究现状

控制层的研究方向主要集中在可扩展性优化与安全防护2个方面。

侧链（side-chain）在比特币主链外构建新的分类资产链，并使比特币和其他分类资产在多个区块链之间转移，从而分散了单一链的负荷。Tschorsch等[52]利用Two-way Peg机制实现交互式跨链资产转换，防止该过程中出现双花。Kiayias 等[53]利用NIPoPoW机制实现非交互式的跨链工作证明，并降低了跨链带来的区块冗余。分片（sharding）是指不同节点子集处理区块链的不同部分，从而减少每个节点的负载。ELASTICO[54]将交易集划分为不同分片，每个分片由不同的节点集合进行并行验证。OmniLedger[55]在前者的基础上优化节点随机选择及跨切片事务提交协议，从而提高了切片共识的安全性与正确性。区别于 OmniLedger，PolyShard[56]利用拉格朗日多项式编码分片为分片交互过程加入计算冗余，同时实现了可扩展性优化与安全保障。上述研究可视为链上处理模型在加密货币场景下的可扩展性优化方案。实际上，链下处理模型本身就是一种扩展性优化思路，闪电网络[57]通过状态通道对交易最终结果进行链上确认，从而在交易过程中实现高频次的链外支付。Plasma[58]在链下对区块链进行树形分支拓展，树形分支中的父节点完成子节点业务的确认，直到根节点与区块链进行最终确认。

一方面，沙盒环境承载了区块链节点运行条件，针对虚拟机展开的攻击更为直接；另一方面，智能合约直接对账本进行操作，其漏洞更易影响业务运行，因此控制层的安全防护研究成为热点。Luu等[59]分析了运行于EVM中的智能合约安全性，指出底层平台的分布式语义差异带来的安全问题。Brent 等[60]提出智能合约安全分析框架 Vandal，将EVM 字节码转换为语义逻辑关，为分析合约安全漏洞提供便利。Jiang 等[61]预先定义用于安全漏洞的特征，然后模拟执行大规模交易，通过分析日志中的合约行为实现漏洞检测。

4 技术选型分析

区别于其他技术，区块链发展过程中最显著的特点是与产业界紧密结合，伴随着加密货币和分布式应用的兴起，业界出现了许多区块链项目。这些项目是区块链技术的具体实现，既有相似之处又各具特点，本节将根据前文所述层次化结构对比特币、以太坊和超级账本Fabric项目进行分析，然后简要介绍其他代表性项目并归纳和对比各项目的技术选型及特点。

4.1 比特币

比特币是目前规模最大、影响范围最广的非许可链开源项目。图9为比特币项目以账本为核心的运行模式，也是所有非许可链项目的雏形。比特币网络为用户提供兑换和转账业务，该业务的价值流通媒介由账本确定的交易数据——比特币支撑。为了保持账本的稳定和数据的权威性，业务制定奖励机制，即账本为节点产生新的比特币或用户支付比特币，以此驱动节点共同维护账本。

图9

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图9

比特币运行模式

比特币网络主要由2种节点构成：全节点和轻节点。全节点是功能完备的区块链节点，而轻节点不存储完整的账本数据，仅具备验证与转发功能。全节点也称为矿工节点，计算证明依据的过程被称为“挖矿”，目前全球拥有近 1 万个全节点；矿池则是依靠奖励分配策略将算力汇集起来的矿工群；除此之外，还有用于存储私钥和地址信息、发起交易的客户端（钱包）。

1) 网络层

比特币在网络层采用非结构化方式组网，路由表呈现随机性。节点间则采用多点传播方式传递数据，曾基于Gossip协议实现，为提高网络的抗匿名分析能力改为基于Diffusion协议实现[33]。节点利用一系列控制协议确保链路的可用性，包括版本获取（Vetsion/Verack）、地址获取（Addr/GetAddr）、心跳信息（PING/PONG）等。新节点入网时，首先向硬编码 DNS 节点（种子节点）请求初始节点列表；然后向初始节点随机请求它们路由表中的节点信息，以此生成自己的路由表；最后节点通过控制协议与这些节点建立连接，并根据信息交互的频率更新路由表中节点时间戳，从而保证路由表中的节点都是活动的。交互逻辑层为建立共识交互通道，提供了区块获取（GetBlock）、交易验证（MerkleBlock）、主链选择（CmpctBlock）等协议；轻节点只需要进行简单的区块头验证，因此通过头验证（GetHeader/Header）协议和连接层中的过滤设置协议指定需要验证的区块头即可建立简单验证通路。在安全机制方面，比特币网络可选择利用匿名通信网络Tor作为数据传输承载，通过沿路径的层层数据加密机制来保护对端身份。

2) 数据层

比特币数据层面的技术选型已经被广泛研究，使用UTXO信息模型记录交易数据，实现所有权的简单、有效证明，利用 MKT、散列函数和时间戳实现区块的高效验证并产生强关联性。在加密机制方面，比特币采用参数为Secp256k1的椭圆曲线数字签名算法（ECDSA,elliptic curve digital signature algorithm）生成用户的公私钥，钱包地址则由公钥经过双重散列、Base58Check 编码等步骤生成，提高了可读性。

3) 共识层

比特币采用 PoW 算法实现节点共识，该算法证明依据中的阈值设定可以改变计算难度。计算难度由每小时生成区块的平均块数决定，如果生成得太快，难度就会增加。该机制是为了应对硬件升级或关注提升引起的算力变化，保持证明依据始终有效。目前该阈值被设定为10 min产出一个区块。除此之外，比特币利用奖惩机制保证共识的可持续运行，主要包括转账手续费、挖矿奖励和矿池分配策略等。

4) 控制层

比特币最初采用链上处理模型，并将控制语句直接记录在交易中，使用自动化锁定/解锁脚本验证UTXO模型中的比特币所有权。由于可扩展性和确认时延的限制，比特币产生多个侧链项目如Liquid、RSK、Drivechain等，以及链下处理项目Lightning Network等，从而优化交易速度。

4.2 以太坊

以太坊是第一个以智能合约为基础的可编程非许可链开源平台项目，支持使用区块链网络构建分布式应用，包括金融、音乐、游戏等类型；当满足某些条件时，这些应用将触发智能合约与区块链网络产生交互，以此实现其网络和存储功能，更重要的是衍生出更多场景应用和价值产物，例如以太猫，利用唯一标识为虚拟猫赋予价值；GitCoin，众筹软件开发平台等。

1) 网络层

以太坊底层对等网络协议簇称为DEVP2P，除了满足区块链网络功能外，还满足与以太坊相关联的任何联网应用程序的需求。DEVP2P将节点公钥作为标识，采用 Kademlia 算法计算节点的异或距离，从而实现结构化组网。DEVP2P主要由3种协议组成：节点发现协议RLPx、基础通信协议Wire和扩展协议Wire-Sub。节点间基于Gossip实现多点传播；新节点加入时首先向硬编码引导节点（bootstrap node）发送入网请求；然后引导节点根据Kademlia 算法计算与新节点逻辑距离最近的节点列表并返回；最后新节点向列表中节点发出握手请求，包括网络版本号、节点ID、监听端口等，与这些节点建立连接后则使用Ping/Pong机制保持连接。Wire子协议构建了交易获取、区块同步、共识交互等逻辑通路，与比特币类似，以太坊也为轻量级钱包客户端设计了简易以太坊协议（LES,light ethereum subprotocol）及其变体PIP。安全方面，节点在RLPx协议建立连接的过程中采用椭圆曲线集成加密方案（ECIES）生成公私钥，用于传输共享对称密钥，之后节点通过共享密钥加密承载数据以实现数据传输保护。

2) 数据层

以太坊通过散列函数维持区块的关联性，采用MPT实现账户状态的高效验证。基于账户的信息模型记录了用户的余额及其他 ERC 标准信息，其账户类型主要分为2类：外部账户和合约账户；外部账户用于发起交易和创建合约，合约账户用于在合约执行过程中创建交易。用户公私钥的生成与比特币相同，但是公钥经过散列算法Keccak-256计算后取20 B作为外部账户地址。

3) 共识层

以太坊采用 PoW 共识，将阈值设定为 15 s产出一个区块，计划在未来采用PoS或Casper共识协议。较低的计算难度将导致频繁产生分支链，因此以太坊采用独有的奖惩机制——GHOST 协议，以提高矿工的共识积极性。具体而言，区块中的散列值被分为父块散列和叔块散列，父块散列指向前继区块，叔块散列则指向父块的前继。新区块产生时，GHOST 根据前 7 代区块的父/叔散列值计算矿工奖励，一定程度弥补了分支链被抛弃时浪费的算力。

4) 控制层

每个以太坊节点都拥有沙盒环境 EVM，用于执行Solidity语言编写的智能合约；Solidity语言是图灵完备的，允许用户方便地定义自己的业务逻辑，这也是众多分布式应用得以开发的前提。为优化可扩展性，以太坊拥有侧链项目 Loom、链下计算项目Plasma，而分片技术已于2018年加入以太坊源码。

4.3 超级账本Fabric

超级账本是Linux基金会旗下的开源区块链项目，旨在提供跨行业区块链解决方案。Fabric 是超级账本子项目之一，也是影响最广的企业级可编程许可链项目；在已知的解决方案中，Fabric 被应用于供应链、医疗和金融服务等多种场景。

1) 网络层

Fabric 网络以组织为单位构建节点集群，采用混合式对等网络组网；每个组织中包括普通节点和锚节点（anchor peer），普通节点完成组织内的消息路由，锚节点负责跨组织的节点发现与消息路由。Fabric网络传播层基于Gossip实现，需要使用配置文件初始化网络，网络生成后各节点将定期广播存活信息，其余节点根据该信息更新路由表以保持连接。交互逻辑层采用多通道机制，即相同通道内的节点才能进行状态信息交互和区块同步。Fabric 为许可链，因此在网络层采取严苛的安全机制：节点被颁发证书及密钥对，产生PKI-ID进行身份验证；可选用 TLS 双向加密通信；基于多通道的业务隔离；可定义策略指定通道内的某些节点对等传输私有数据。

2) 数据层

Fabric的区块中记录读写集（read-write set）描述交易执行时的读写过程。该读写集用于更新状态数据库，而状态数据库记录了键、版本和值组成的键值对，因此属于键值对信息模型。一方面，散列函数和 MerkleTree 被用作高效关联结构的实现技术；另一方面，节点还需根据键值验证状态数据库与读写集中的最新版本是否一致。许可链场景对匿名性的要求较低，但对业务数据的隐私性要求较高，因此Fabric 1.2版本开始提供私有数据集（PDC,private data collection）功能。

3) 共识层

Fabric在0.6版本前采用PBFT 共识协议，但是为了提高交易吞吐量，Fabric 1.0 选择降低安全性，将共识过程分解为排序和验证2种服务，排序服务采用CFT类协议Kafka、Raft（v1.4之后）完成，而验证服务进一步分解为读写集验证与多签名验证，最大程度提高了共识速度。由于Fabric针对许可链场景，参与方往往身份可知且具有相同的合作意图，因此规避了节点怠工与作恶的假设，不需要奖惩机制调节。

4) 控制层

Fabric 对于扩展性优化需求较少，主要得益于共识层的优化与许可链本身参与节点较少的前提，因此主要采用链上处理模型，方便业务数据的存取；而 PDC 中仅将私有数据散列值上链的方式则属于链下处理模型，智能合约可以在本地进行数据存取。Fabric 节点采用模块化设计，基于 Docker构建模块执行环境；智能合约在Fabric中被称为链码，使用GO、Javascript和Java语言编写，也是图灵完备的。

4.4 其他项目

除了上述3种区块链基础项目外，产业界还有许多具有代表性的项目，如表1所示。

5 区块链应用研究

区块链技术有助于降低金融机构间的审计成本，显著提高支付业务的处理速度及效率，可应用于跨境支付等金融场景。除此之外，区块链还应用于产权保护、信用体系建设、教育生态优化、食品安全监管、网络安全保障等非金融场景。

根据这些场景的应用方式以及区块链技术特点，可将区块链特性概括为如下几点。1) 去中心化。节点基于对等网络建立通信和信任背书，单一节点的破坏不会对全局产生影响。2) 不可篡改。账本由全体节点维护，群体协作的共识过程和强关联的数据结构保证节点数据一致且基本无法被篡改，进一步使数据可验证和追溯。3) 公开透明。除私有数据外，链上数据对每个节点公开，便于验证数据的存在性和真实性。4) 匿名性。多种隐私保护机制使用户身份得以隐匿，即便如此也能建立信任基础。5) 合约自治。预先定义的业务逻辑使节点可以基于高可信的账本数据实现自治，在人-人、人-机、机-机交互间自动化执行业务。

鉴于上述领域的应用在以往研究中均有详细描述，本文将主要介绍区块链在智慧城市、边缘计算和人工智能领域的前沿应用研究现状。

表1

代表性区块链项目

技术选型CordaQuorumLibraBlockstackFilecoinZcash控制合约Kotlin,JavaGOMoveClarity非图灵完备非图灵完备非图灵完备执行环境JVMEVMMVM源码编译源码编译源码编译处理模型链上链上/链下（私有数据）链上链下（虚拟链）链下（IPFS）链上奖惩机制——Libra coinsStacks tokenFilecoinZcash/Turnstiles共识算法Notary 机制/RAFT,BFT-SMaRtQuorum-Chain,RAFTLibraBFTTunable Proofs,proof-of-burnPoRep,PoETPoW信息模型UTXO基于账户基于账户基于账户基于账户UTXO关联验证结构散列算法MKT散列算法MPT散列算法MKT散列算法Merklized Adaptive Radix Forest (MARF)散列算法MKT散列算法MKT加密机制Tear-offs机制、混合密钥基于EnclaveSHA3-256/EdDSA基于Gaia/Blockstack AuthSECP256K1/BLSzk-SNARK组网方式混合型结构化混合型无结构结构化/无结构无结构通信机制AMQP1.0/单点传播Wire/GossipNoise-ProtocolFramework/GossipAtlas/GossipLibp2p/GossipBitcoin-Core/Gossip安全机制Corda加密套件/TLS证书/HTTPSDiffie-HellmanSecure BackboneTLSTor区块链类型许可链许可链许可链非许可链非许可链非许可链特点只允许对实际参与给定交易的各方进行信息访问和验证功能基于以太坊网络提供公共交易和私有交易2种交互渠道稳定、快速的交易网络剔除中心服务商的、可扩展的分布式数据存储设施，旨在保护隐私数据激励机制驱动的存储资源共享生态基于比特币网络提供零知识证明的隐私保护应用场景金融业务平台分布式应用加密货币互联网基础设施文件存储与共享加密货币

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5.1 智慧城市

智慧城市是指利用 ICT 优化公共资源利用效果、提高居民生活质量、丰富设施信息化能力的研究领域，该领域包括个人信息管理、智慧医疗、智慧交通、供应链管理等具体场景。智慧城市强调居民、设施等各类数据的采集、分析与使能，数据可靠性、管理透明化、共享可激励等需求为智慧城市带来了许多技术挑战。区块链去中心化的交互方式避免了单点故障、提升管理公平性，公开透明的账本保证数据可靠及可追溯性，多种匿名机制利于居民隐私的保护，因此区块链有利于问题的解决。Hashemi等[62]将区块链用于权限数据存储，构建去中心化的个人数据接入控制模型；Bao等[63]利用区块链高效认证和管理用户标识，保护车主的身份、位置、车辆信息等个人数据。

5.2 边缘计算

边缘计算是一种将计算、存储、网络资源从云平台迁移到网络边缘的分布式信息服务架构，试图将传统移动通信网、互联网和物联网等业务进行深度融合，减少业务交付的端到端时延，提升用户体验。安全问题是边缘计算面临的一大技术挑战，一方面，边缘计算的层次结构中利用大量异构终端设备提供用户服务，这些设备可能产生恶意行为；另一方面，服务迁移过程中的数据完整性和真实性需要得到保障。区块链在这种复杂的工作环境和开放的服务架构中能起到较大作用。首先，区块链能够在边缘计算底层松散的设备网络中构建不可篡改的账本，提供设备身份和服务数据验证的依据。其次，设备能在智能合约的帮助下实现高度自治，为边缘计算提供设备可信互操作基础。Samaniego等[64]提出了一种基于区块链的虚拟物联网资源迁移架构，通过区块链共享资源数据从而保障安全性。Stanciu[65]结合软件定义网络（SDN）、雾计算和区块链技术提出分布式安全云架构，解决雾节点中SDN控制器流表策略的安全分发问题。Ziegler等[66]基于 Plasma 框架提出雾计算场景下的区块链可扩展应用方案，提升雾计算网关的安全性。

5.3 人工智能

人工智能是一类智能代理的研究，使机器感知环境/信息，然后进行正确的行为决策，正确是指达成人类预定的某些目标。人工智能的关键在于算法，而大部分机器学习和深度学习算法建立于体积庞大的数据集和中心化的训练模型之上，该方式易受攻击或恶意操作使数据遭到篡改，其后果为模型的不可信与算力的浪费。此外，数据采集过程中无法确保下游设备的安全性，无法保证数据来源的真实性与完整性，其后果将在自动驾驶等场景中被放大。区块链不可篡改的特性可以实现感知和训练过程的可信。另外，去中心化和合约自治特性为人工智能训练工作的分解和下放奠定了基础，保障安全的基础上提高计算效率。Kim等[67]利用区块链验证联合学习框架下的分发模型的完整性，并根据计算成本提供相应的激励，优化整体学习效果。Bravo-Marquez 等[68]提出共识机制“学习证明”以减轻PoX类共识的计算浪费，构建公共可验证的学习模型和实验数据库。

6 技术挑战与研究展望

6.1 层次优化与深度融合

区块链存在“三元悖论”——安全性、扩展性和去中心化三者不可兼得，只能依靠牺牲一方的效果来满足另外两方的需求。以比特币为代表的公链具有较高的安全性和完全去中心化的特点，但是资源浪费等问题成为拓展性优化的瓶颈。尽管先后出现了PoS、BFT等共识协议优化方案，或侧链、分片等链上处理模型，或Plasma、闪电网络等链下扩展方案，皆是以部分安全性或去中心化为代价的。因此，如何将区块链更好地推向实际应用很大程度取决于三元悖论的解决，其中主要有2种思路。

1) 层次优化

区块链层次化结构中每层都不同程度地影响上述3种特性，例如网络时延、并行读写效率、共识速度和效果、链上/链下模型交互机制的安全性等，对区块链的优化应当从整体考虑，而不是单一层次。

网络层主要缺陷在于安全性，可拓展性则有待优化。如何防御以 BGP 劫持为代表的网络攻击将成为区块链底层网络的安全研究方向[19]。信息中心网络将重塑区块链基础传输网络，通过请求聚合和数据缓存减少网内冗余流量并加速通信传输[69]。相比于数据层和共识层，区块链网络的关注度较低，但却是影响安全性、可拓展性的基本因素。

数据层的优化空间在于高效性，主要为设计新的数据验证结构与算法。该方向可以借鉴计算机研究领域的多种数据结构理论与复杂度优化方法，寻找适合区块链计算方式的结构，甚至设计新的数据关联结构。实际上相当一部分项目借鉴链式结构的思想开辟新的道路，例如压缩区块空间的隔离见证、有向无环图（DAG）中并行关联的纠缠结构（Tangle），或者Libra项目采用的状态树。

共识机制是目前研究的热点，也是同时影响三元特性的最难均衡的层次。PoW牺牲可拓展性获得完全去中心化和安全性，PoS高效的出块方式具备可扩展性但产生了分叉问题，POA结合两者做到了3种特性的均衡。以此为切入的Hybrid类共识配合奖惩机制的机动调节取得了较好效果，成为共识研究的过渡手段，但是如何做到三元悖论的真正突破还有待研究。

控制层面是目前可扩展性研究的热点，其优势在于不需要改变底层的基础实现，能够在短期内应用，集中在产业界的区块链项目中。侧链具有较好的灵活性但操作复杂度高，分片改进了账本结构但跨分片交互的安全问题始终存在，而链下处理模型在安全方面缺少理论分析的支撑。因此，三元悖论的解决在控制层面具有广泛的研究前景。

2) 深度融合

如果将层次优化称为横向优化，那么深度融合即为根据场景需求而进行的纵向优化。一方面，不同场景的三元需求并不相同，例如接入控制不要求完全去中心化，可扩展性也未遇到瓶颈，因此可采用BFT类算法在小范围构建联盟链。另一方面，区块链应用研究从简单的数据上链转变为链下存储、链上验证，共识算法从 PoW 转变为场景结合的服务证明和学习证明，此外，结合 5G 和边缘计算可将网络和计算功能移至网络边缘，节约终端资源。这意味着在严格的场景建模下，区块链的层次技术选型将与场景特点交叉创新、深度融合，具有较为广阔的研究前景。

6.2 隐私保护

加密货币以匿名性著称，但是区块链以非对称加密为基础的匿名体系不断受到挑战。反匿名攻击从身份的解密转变为行为的聚类分析，不仅包括网络流量的IP聚类，还包括交易数据的地址聚类、交易行为的启发式模型学习，因此大数据分析技术的发展使区块链隐私保护思路发生转变。已有Tor网络、混币技术、零知识证明、同态加密以及各类复杂度更高的非对称加密算法被提出，但是各方法仍有局限，未来将需要更为高效的方法。此外，随着区块链系统的可编程化发展，内部复杂性将越来越高，特别是智能合约需要更严格、有效的代码检测方法，例如匿名性检测、隐私威胁预警等。

6.3 工业区块链

工业区块链是指利用区块链夯实工业互联网中数据的流通和管控基础、促进价值转换的应用场景，具有较大的研究前景。

工业互联网是面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的重要基础设施。“工业互联网平台”是工业互联网的核心，通过全面感知、实时分析、科学决策、精准执行的逻辑闭环，实现工业全要素、全产业链、全价值链的全面贯通，培育新的模式和业态。

可以看到，工业互联网与物联网、智慧城市、消费互联网等场景应用存在内在关联，例如泛在连接、数据共享和分析、电子商务等，那么其学术问题与技术实现必然存在关联性。区块链解决了物联网中心管控架构的单点故障问题，克服泛在感知设备数据的安全性和隐私性挑战，为智慧城市场景的数据共享、接入控制等问题提供解决方法，为激励资源共享构建了新型互联网价值生态。尽管工业互联网作为新型的产业生态系统，其技术体系更复杂、内涵更丰富，但是不难想象，区块链同样有利于工业互联网的发展。

“平台+区块链”能够通过分布式数据管理模式，降低数据存储、处理、使用的管理成本，为工业用户在工业 APP 选择和使用方面搭建起更加可信的环境，实现身份认证及操作行为追溯、数据安全存储与可靠传递。能够通过产品设计参数、质量检测结果、订单信息等数据“上链”，实现有效的供应链全要素追溯与协同服务。能够促进平台间数据交易与业务协同，实现跨平台交易结算，带动平台间的数据共享与知识复用，促进工业互联网平台间互联互通。

当然，工业是关乎国计民生的产业，将区块链去中心化、匿名化等特性直接用于工业互联网是不可取的，因此需要研究工业区块链管理框架，实现区块链的可管可控，在一定范围内发挥其安全优势，并对工业互联网的运转提供正向激励。

7 结束语

区块链基于多类技术研究的成果，以低成本解决了多组织参与的复杂生产环境中的信任构建和隐私保护等问题，在金融、教育、娱乐、版权保护等场景得到了较多应用，成为学术界的研究热点。比特币的出现重塑了人们对价值的定义，伴随着产业界的呼声，区块链技术得到了快速发展，而遵循区块链层次化分析方法，能够直观地区别各项目的技术路线和特点，为优化区块链技术提供不同观察视角，并为场景应用的深度融合创造条件，促进后续研究。未来的发展中，区块链将成为更为基础的信任支撑技术，在产业互联网等更广阔的领域健康、有序地发展。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

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BRAVO-MARQUEZ F , REEVES S , UGARTE M . Proof-of- learning:a blockchain consensus mechanism based on machine learning competitions[C]// 2019 IEEE International Conference on Decentralized Applications and Infrastructures. IEEE, 2019: 119-124.

[本文引用: 1]

[69]

刘江, 霍如, 李诚成 ,等. 基于命名数据网络的区块链信息传输机制[J]. 通信学报, 2018,39(1), 24-33.

[本文引用: 1]

LIU J , HUO R , LI C C ,et al. Information transmission mechanism of Blockchain technology based on named-data networking[J]. Journal on Communications, 2018,39(1): 24-33.

[本文引用: 1]

区块链技术发展现状与展望

2016

... 区块链涵盖多种技术，相关概念易混淆，且应用场景繁多，为此，已有相关综述主要从技术体系结构、技术挑战和应用场景等角度来梳理区块链的最新进展、技术差异和联系，总结技术形态和应用价值.袁勇等[1]给出了区块链基本模型，以比特币为例将非许可链分为数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层；邵奇峰等[2]结合开源项目细节，对比了多种企业级区块链（许可链）的技术特点；Yang等[3]总结了基于区块链的网络服务架构的特点、挑战和发展趋势；韩璇等[4]系统性归纳了区块链安全问题的研究现状；Ali等[5]总结了区块链在物联网方面的应用研究进展、趋势.上述文献虽然归纳得较为完整，但是都没有从许可链与非许可链共性技术的角度进行通用的层次结构分析，没有体现出区块链技术与组网路由、数据结构、同步机制等已有技术的关联性，且缺少对区块链项目的差异分析.本文则对有关概念进行区分，探讨了通用的层次化技术结构及其与已有技术的关联性，并针对该结构横向分析相关学术研究进展；根据分层结构对比部分区块链项目的技术选型；最后以智慧城市场景、边缘计算和人工智能技术为代表介绍区块链应用研究现状，给出区块链技术挑战与研究展望. ...

区块链技术发展现状与展望

2016

企业级区块链技术综述

2019

企业级区块链技术综述

2019

A survey on blockchain-based internet service architecture:requirements,challenges,trends,and future

2019

区块链安全问题:研究现状与展望

2016

区块链安全问题:研究现状与展望

2016

Applications of blockchains in the Internet of things:a comprehensive survey

2019

Blind signature system

1984

... 加密货币的概念起源于一种基于盲签名（blind signature）的匿名交易技术[6]，最早的加密货币交易模型“electronic cash”[7]如图1所示. ...

How to make a mint:the cryptography of anonymous electronic cash

1997

... 加密货币的概念起源于一种基于盲签名（blind signature）的匿名交易技术[6]，最早的加密货币交易模型“electronic cash”[7]如图1所示. ...

Proofs of work and bread pudding protocols

1999

... 最早的加密货币构想将银行作为构建信任的基础，呈现中心化特点.此后，加密货币朝着去中心化方向发展，并试图用工作量证明（PoW,poof of work）[8]或其改进方法定义价值.比特币在此基础上，采用新型分布式账本技术保证被所有节点维护的数据不可篡改，从而成功构建信任基础，成为真正意义上的去中心化加密货币.区块链从去中心化加密货币发展而来，随着区块链的进一步发展，去中心化加密货币已经成为区块链的主要应用之一. ...

P2P 关键技术研究综述

2010

... 对等网络的体系架构可分为无结构对等网络、结构化对等网络和混合式对等网络[9]，根据节点的逻辑拓扑关系，区块链网络的组网结构也可以划分为上述3种，如图3所示. ...

P2P 关键技术研究综述

2010

Epidemic algorithms for replicated database maintenance

1988

... 传播层实现对等节点间数据的基本传输，包括2 种数据传播方式：单点传播和多点传播.单点传播是指数据在2个已知节点间直接进行传输而不经过其他节点转发的传播方式；多点传播是指接收数据的节点通过广播向邻近节点进行数据转发的传播方式，区块链网络普遍基于Gossip协议[10]实现洪泛传播.连接层用于获取节点信息，监测和改变节点间连通状态，确保节点间链路的可用性（availability）.具体而言，连接层协议帮助新加入节点获取路由表数据，通过定时心跳监测为节点保持稳定连接，在邻居节点失效等情况下为节点关闭连接等.交互逻辑层是区块链网络的核心，从主要流程上看，该层协议承载对等节点间账本数据的同步、交易和区块数据的传输、数据校验结果的反馈等信息交互逻辑，除此之外，还为节点选举、共识算法实施等复杂操作和扩展应用提供消息通路. ...

Information propagation in the bitcoin network

2013

... 随着近年来区块链网络的爆炸式发展以及开源特点，学术界开始关注大型公有链项目的网络状况，监测并研究它们的特点，研究对象主要为比特币网络.Decker等[11]设计和实现测量工具，分析传播时延数据、协议数据和地址数据，建模分析影响比特币网络性能的网络层因素，基于此提出各自的优化方法.Fadhil等[12]提出基于事件仿真的比特币网络仿真模型，利用真实测量数据验证模型的有效性，最后提出优化机制 BCBSN，旨在设立超级节点降低网络波动.Kaneko 等[13]将区块链节点分为共识节点和验证节点，其中共识节点采用无结构组网方式，验证节点采用结构化组网方式，利用不同组网方式的优点实现网络负载的均衡. ...

Locality based approach to improve propagation delay on the bitcoin peer-to-peer network

2017

DHT clustering for load balancing considering blockchain data size

2018

An analysis of anonymity in bitcoin using P2P network traffic

2014

Deanonymisation of clients in bitcoin P2P network

2014

Dandelion:redesigning the bitcoin network for anonymity

2017

... 匿名性是加密货币的重要特性之一，但从网络层视角看，区块链的匿名性并不能有效保证，因为攻击者可以利用监听并追踪 IP 地址的方式推测出交易之间、交易与公钥地址之间的关系，通过匿名隐私研究可以主动发掘安全隐患，规避潜在危害.Koshy 等[16,17]从网络拓扑、传播层协议和作恶模型3个方面对比特币网络进行建模，通过理论分析和仿真实验证明了比特币网络协议在树形组网结构下仅具备弱匿名性，在此基础上提出 Dandelion 网络策略以较低的网络开销优化匿名性，随后又提出 Dandelion++原理，以最优信息理论保证来抵抗大规模去匿名攻击. ...

Dandelion++:lightweight cryptocurrency networking with formal anonymity guarantees

2018

Eclipse attacks on Bitcoin’s peer-to-peer network

2015

... 区块链重点关注其数据层和共识层面机制，并基于普通网络构建开放的互联环境，该方式极易遭受攻击.为提高区块链网络的安全性，学术界展开研究并给出了相应的解决方案.Heilman 等[18]对比特币和以太坊网络实施日蚀攻击（eclipse attack）——通过屏蔽正确节点从而完全控制特定节点的信息来源，证实了该攻击的可行性.Apostolaki等[19]提出针对比特币网络的 BGP（border gateway protocal）劫持攻击，通过操纵自治域间路由或拦截域间流量来制造节点通信阻塞，表明针对关键数据的沿路攻击可以大大降低区块传播性能. ...

Hijacking bitcoin:routing attacks on cryptocurrencies

2017

... 网络层主要缺陷在于安全性，可拓展性则有待优化.如何防御以 BGP 劫持为代表的网络攻击将成为区块链底层网络的安全研究方向[19].信息中心网络将重塑区块链基础传输网络，通过请求聚合和数据缓存减少网内冗余流量并加速通信传输[69].相比于数据层和共识层，区块链网络的关注度较低，但却是影响安全性、可拓展性的基本因素. ...

Improving authenticated dynamic dictionaries,with applications to cryptocurrencies

2017

... 高效验证的学术问题源于验证数据结构（ADS,authenticated data structure），即利用特定数据结构快速验证数据的完整性，实际上 MKT 也是其中的一种.为了适应区块链数据的动态性（dynamical）并保持良好性能，学术界展开了研究.Reyzin等[20]基于AVL树形结构提出AVL+，并通过平衡验证路径、缺省堆栈交易集等机制，简化轻量级节点的区块头验证过程.Zhang等[21]提出GEM2-tree结构，并对其进行优化提出 GEM2כ-tree 结构，通过分解单树结构、动态调整节点计算速度、扩展数据索引等机制降低以太坊节点计算开销. ...

GEM^2-tree:a gas-efficient structure for authenticated range queries in blockchain

2019

An analysis of anonymity in the bitcoin system

2011

... 区块数据直接承载业务信息，因此区块数据的匿名关联性分析更为直接.Reid等[22]将区块数据建模为事务网络和用户网络，利用多交易数据的用户指向性分析成功降低网络复杂度.Meiklejohn等[23]利用启发式聚类方法分析交易数据的流动特性并对用户进行分组，通过与这些服务的互动来识别主要机构的比特币地址.Awan 等[24]使用优势集（dominant set）方法对区块链交易进行自动分类，从而提高分析准确率. ...

A fistful of bitcoins:characterizing payments among men with no names

2013

Blockchain transaction analysis using dominant sets

2017

Increasing anonymity in bitcoin

2014

... 隐私保护方面，Saxena等[25]提出复合签名技术削弱数据的关联性，基于双线性映射中的Diffie-Hellman假设保证计算困难性，从而保护用户隐私.Miers 等[26]和 Sasson 等[27]提出 Zerocoin 和Zerocash，在不添加可信方的情况下断开交易间的联系，最早利用零知识证明（zero-knowledge proof）技术隐藏交易的输入、输出和金额信息，提高比特币的匿名性.非对称加密是区块链数据安全的核心，但在量子计算面前却显得“捉襟见肘”，为此Yin等[28]利用盆景树模型（bonsai tree）改进晶格签名技术（lattice-based signature），以保证公私钥的随机性和安全性，使反量子加密技术适用于区块链用户地址的生成. ...

Zerocoin:anonymous distributed e-cash from bitcoin

2013

Zerocash:decentralized anonymous payments from bitcoin

2014

A anti-quantum transaction authentication approach in blockchain

2018

The sybil attack

2002

... 区块链网络中每个节点必须维护完全相同的账本数据，然而各节点产生数据的时间不同、获取数据的来源未知，存在节点故意广播错误数据的可能性，这将导致女巫攻击[29]、双花攻击[30]等安全风险；除此之外，节点故障、网络拥塞带来的数据异常也无法预测.因此，如何在不可信的环境下实现账本数据的全网统一是共识层解决的关键问题.实际上，上述错误是拜占庭将军问题（the Byzantine generals problem）[31]在区块链中的具体表现，即拜占庭错误——相互独立的组件可以做出任意或恶意的行为，并可能与其他错误组件产生协作，此类错误在可信分布式计算领域被广泛研究. ...

Double-spending fast payments in bitcoin

2012

The byzantine generals problem

1982

Consensus in the age of blockchains

... 状态机复制（state-machine replication）是解决分布式系统容错问题的常用理论.其基本思想为：任何计算都表示为状态机，通过接收消息来更改其状态.假设一组副本以相同的初始状态开始，并且能够就一组公共消息的顺序达成一致，那么它们可以独立进行状态的演化计算，从而正确维护各自副本之间的一致性.同样，区块链也使用状态机复制理论解决拜占庭容错问题，如果把每个节点的数据视为账本数据的副本，那么节点接收到的交易、区块即为引起副本状态变化的消息.状态机复制理论实现和维持副本的一致性主要包含2个要素：正确执行计算逻辑的确定性状态机和传播相同序列消息的共识协议.其中，共识协议是影响容错效果、吞吐量和复杂度的关键，不同安全性、可扩展性要求的系统需要的共识协议各有不同.学术界普遍根据通信模型和容错类型对共识协议进行区分[32]，因此严格地说，区块链使用的共识协议需要解决的是部分同步（partial synchrony）模型[33]下的拜占庭容错问题. ...

Consensus in the presence of partial synchrony

1988

... 比特币在网络层采用非结构化方式组网，路由表呈现随机性.节点间则采用多点传播方式传递数据，曾基于Gossip协议实现，为提高网络的抗匿名分析能力改为基于Diffusion协议实现[33].节点利用一系列控制协议确保链路的可用性，包括版本获取（Vetsion/Verack）、地址获取（Addr/GetAddr）、心跳信息（PING/PONG）等.新节点入网时，首先向硬编码 DNS 节点（种子节点）请求初始节点列表；然后向初始节点随机请求它们路由表中的节点信息，以此生成自己的路由表；最后节点通过控制协议与这些节点建立连接，并根据信息交互的频率更新路由表中节点时间戳，从而保证路由表中的节点都是活动的.交互逻辑层为建立共识交互通道，提供了区块获取（GetBlock）、交易验证（MerkleBlock）、主链选择（CmpctBlock）等协议；轻节点只需要进行简单的区块头验证，因此通过头验证（GetHeader/Header）协议和连接层中的过滤设置协议指定需要验证的区块头即可建立简单验证通路.在安全机制方面，比特币网络可选择利用匿名通信网络Tor作为数据传输承载，通过沿路径的层层数据加密机制来保护对端身份. ...

Bitcoin and beyond:a technical survey on decentralized digital currencies

2016

... 区块链网络中主要包含PoX（poof of X）[34]、BFT（byzantine-fault tolerant）和 CFT（crash-fault tolerant）类基础共识协议.PoX 类协议是以 PoW （proof of work）为代表的基于奖惩机制驱动的新型共识协议，为了适应数据吞吐量、资源利用率和安全性的需求，人们又提出PoS（proof of stake）、PoST （proof of space-time）等改进协议.它们的基本特点在于设计证明依据，使诚实节点可以证明其合法性，从而实现拜占庭容错.BFT类协议是指解决拜占庭容错问题的传统共识协议及其改良协议，包括PBFT、BFT-SMaRt、Tendermint等.CFT类协议用于实现崩溃容错，通过身份证明等手段规避节点作恶的情况，仅考虑节点或网络的崩溃（crash）故障，主要包括Raft、Paxos、Kafka等协议. ...

Blockchains consensus protocols in the wild

2017

... 非许可链和许可链的开放程度和容错需求存在差异，共识层面技术在两者之间产生了较大区别.具体而言，非许可链完全开放，需要抵御严重的拜占庭风险，多采用PoX、BFT类协议并配合奖惩机制实现共识.许可链拥有准入机制，网络中节点身份可知，一定程度降低了拜占庭风险，因此可采用BFT类协议、CFT类协议构建相同的信任模型[35]. ...

Practical byzantine fault tolerance and proactive recovery

2002

... PBFT是 BFT经典共识协议，其主要流程如图8 所示.PBFT将节点分为主节点和副节点，其中主节点负责将交易打包成区块，副节点参与验证和转发，假设作恶节点数量为f.PBFT共识主要分为预准备、准备和接受3个阶段，主节点首先收集交易后排序并提出合法区块提案；其余节点先验证提案的合法性，然后根据区块内交易顺序依次执行并将结果摘要组播；各节点收到2f个与自身相同的摘要后便组播接受投票；当节点收到超过2f+1个投票时便存储区块及其产生的新状态[36]. ...

In search of an understandable consensus algorithm

2015

... Raft[37]是典型的崩溃容错共识协议，以可用性强著称.Raft将节点分为跟随节点、候选节点和领导节点，领导节点负责将交易打包成区块，追随节点响应领导节点的同步指令，候选节点完成领导节点的选举工作.当网络运行稳定时，只存在领导节点和追随节点，领导节点向追随节点推送区块数据从而实现同步.节点均设置生存时间决定角色变化周期，领导节点的心跳信息不断重置追随节点的生存时间，当领导节点发生崩溃时，追随节点自动转化为候选节点并进入选举流程，实现网络自恢复. ...

Proofs of useful work

2017

... 如前文所述，PoX类协议的基本特点在于设计证明依据，使诚实节点可以证明其合法性，从而实现拜占庭容错.uPoW[38]通过计算有意义的正交向量问题证明节点合法性，使算力不被浪费.PoI （proof-of-importance）[39]利用图论原理为每个节点赋予重要性权重，权重越高的节点将越有可能算出区块.PoS（poof-of-stake）为节点定义“币龄”，拥有更高币龄的节点将被分配更多的股份（stake），而股份被作为证明依据用于成块节点的选举.Ouroboros[40]通过引入多方掷币协议增大了选举随机性，引入近乎纳什均衡的激励机制进一步提高PoS 的安全性.PoRep（proof-of-replication）[41]应用于去中心化存储网络，利用证明依据作为贡献存储空间的奖励，促进存储资源再利用. ...

Comparative analysis of blockchain consensus algorithms

2018

Ouroboros:a provably secure proof-of-stake blockchain protocol

2017

Tight proofs of space and replication

A vademecum on blockchain technologies:when,which,and how

2019

... BFT协议有较长的发展史，在区块链研究中被赋予了新的活力.SCP[42]和Ripple[43]基于联邦拜占庭共识[44]——存在交集的多池（确定规模的联邦）共识，分别允许节点自主选择或与指定的节点构成共识联邦，通过联邦交集达成全网共识.Tendermint[45]使用Gossip通信协议基本实现异步拜占庭共识，不仅简化了流程而且提高了可用性.HotStuff[46]将BFT与链式结构数据相结合，使主节点能够以实际网络时延及 O(n)通信复杂度推动协议达成一致.LibraBFT[47]在HotStuff的基础上加入奖惩机制及节点替换机制，从而优化了性能. ...

A survey on consensus mechanisms and mining strategy management in blockchain networks

2019

Formal modeling and verification of a federated byzantine agreement algorithm for blockchain platforms

2019

An overview of blockchain technology:architecture,consensus,and future trends

2017

HotStuff:BFT consensus in the lens of blockchain

2019

Libra critique towards global decentralized financial system

2019

Proof of activity:extending bitcoin’s proof of work via proof of stake

... Hybrid 类协议是研究趋势之一.PoA[48]利用PoW产生空区块头，利用PoS决定由哪些节点进行记账和背书，其奖励由背书节点和出块节点共享.PeerCensus[49]由节点团体进行拜占庭协议实现共识，而节点必须基于比特币网络，通过 PoW 产出区块后才能获得投票权力.ByzCoin[50]利用PoW的算力特性构建动态成员关系，并引入联合签名方案来减小PBFT的轮次通信开销，提高交易吞吐量，降低确认时延.Casper[51]则通过PoS的股份决定节点构成团体并进行BFT共识，且节点可投票数取决于股份. ...

Bitcoin meets strong consistency

Enhancing bitcoin security and performance with strong consistency via collective signing

2016

Casper the friendly finality gadget

Bitcoin and beyond:a technical survey on decentralized digital currencies

2016

... 侧链（side-chain）在比特币主链外构建新的分类资产链，并使比特币和其他分类资产在多个区块链之间转移，从而分散了单一链的负荷.Tschorsch等[52]利用Two-way Peg机制实现交互式跨链资产转换，防止该过程中出现双花.Kiayias 等[53]利用NIPoPoW机制实现非交互式的跨链工作证明，并降低了跨链带来的区块冗余.分片（sharding）是指不同节点子集处理区块链的不同部分，从而减少每个节点的负载.ELASTICO[54]将交易集划分为不同分片，每个分片由不同的节点集合进行并行验证.OmniLedger[55]在前者的基础上优化节点随机选择及跨切片事务提交协议，从而提高了切片共识的安全性与正确性.区别于 OmniLedger，PolyShard[56]利用拉格朗日多项式编码分片为分片交互过程加入计算冗余，同时实现了可扩展性优化与安全保障.上述研究可视为链上处理模型在加密货币场景下的可扩展性优化方案.实际上，链下处理模型本身就是一种扩展性优化思路，闪电网络[57]通过状态通道对交易最终结果进行链上确认，从而在交易过程中实现高频次的链外支付.Plasma[58]在链下对区块链进行树形分支拓展，树形分支中的父节点完成子节点业务的确认，直到根节点与区块链进行最终确认. ...

Non-interactive proofs of proof-of-work

A secure sharding protocol for open blockchains

2016

OmniLedger:a secure,scale-out,decentralized ledger via sharding

2018

PolyShard:coded sharding achieves linearly scaling efficiency and security simultaneously

A survey on the scalability of blockchain systems

2019

Scalable funding of bitcoin micropayment channel networks

2017

Making smart contracts smarter

2016

... 一方面，沙盒环境承载了区块链节点运行条件，针对虚拟机展开的攻击更为直接；另一方面，智能合约直接对账本进行操作，其漏洞更易影响业务运行，因此控制层的安全防护研究成为热点.Luu等[59]分析了运行于EVM中的智能合约安全性，指出底层平台的分布式语义差异带来的安全问题.Brent 等[60]提出智能合约安全分析框架 Vandal，将EVM 字节码转换为语义逻辑关，为分析合约安全漏洞提供便利.Jiang 等[61]预先定义用于安全漏洞的特征，然后模拟执行大规模交易，通过分析日志中的合约行为实现漏洞检测. ...

Vandal:a scalable security analysis framework for smart contracts

2018

ContractFuzzer:fuzzing smart contracts for vulnerability detection

2018

Decentralized user-centric access control using pubsub over blockchain

2017

... 智慧城市是指利用 ICT 优化公共资源利用效果、提高居民生活质量、丰富设施信息化能力的研究领域，该领域包括个人信息管理、智慧医疗、智慧交通、供应链管理等具体场景.智慧城市强调居民、设施等各类数据的采集、分析与使能，数据可靠性、管理透明化、共享可激励等需求为智慧城市带来了许多技术挑战.区块链去中心化的交互方式避免了单点故障、提升管理公平性，公开透明的账本保证数据可靠及可追溯性，多种匿名机制利于居民隐私的保护，因此区块链有利于问题的解决.Hashemi等[62]将区块链用于权限数据存储，构建去中心化的个人数据接入控制模型；Bao等[63]利用区块链高效认证和管理用户标识，保护车主的身份、位置、车辆信息等个人数据. ...

Pseudonym management through blockchain:cost-efficient privacy preservation on intelligent transportation systems

2019

Hosting virtual IoT resources on edge-hosts with blockchain

2016

... 边缘计算是一种将计算、存储、网络资源从云平台迁移到网络边缘的分布式信息服务架构，试图将传统移动通信网、互联网和物联网等业务进行深度融合，减少业务交付的端到端时延，提升用户体验.安全问题是边缘计算面临的一大技术挑战，一方面，边缘计算的层次结构中利用大量异构终端设备提供用户服务，这些设备可能产生恶意行为；另一方面，服务迁移过程中的数据完整性和真实性需要得到保障.区块链在这种复杂的工作环境和开放的服务架构中能起到较大作用.首先，区块链能够在边缘计算底层松散的设备网络中构建不可篡改的账本，提供设备身份和服务数据验证的依据.其次，设备能在智能合约的帮助下实现高度自治，为边缘计算提供设备可信互操作基础.Samaniego等[64]提出了一种基于区块链的虚拟物联网资源迁移架构，通过区块链共享资源数据从而保障安全性.Stanciu[65]结合软件定义网络（SDN）、雾计算和区块链技术提出分布式安全云架构，解决雾节点中SDN控制器流表策略的安全分发问题.Ziegler等[66]基于 Plasma 框架提出雾计算场景下的区块链可扩展应用方案，提升雾计算网关的安全性. ...

Blockchain based distributed control system for edge computing

2017

Integration of fog computing and blockchain technology using the plasma framework

2019

Blockchained on-device federated learning

2018

... 人工智能是一类智能代理的研究，使机器感知环境/信息，然后进行正确的行为决策，正确是指达成人类预定的某些目标.人工智能的关键在于算法，而大部分机器学习和深度学习算法建立于体积庞大的数据集和中心化的训练模型之上，该方式易受攻击或恶意操作使数据遭到篡改，其后果为模型的不可信与算力的浪费.此外，数据采集过程中无法确保下游设备的安全性，无法保证数据来源的真实性与完整性，其后果将在自动驾驶等场景中被放大.区块链不可篡改的特性可以实现感知和训练过程的可信.另外，去中心化和合约自治特性为人工智能训练工作的分解和下放奠定了基础，保障安全的基础上提高计算效率.Kim等[67]利用区块链验证联合学习框架下的分发模型的完整性，并根据计算成本提供相应的激励，优化整体学习效果.Bravo-Marquez 等[68]提出共识机制“学习证明”以减轻PoX类共识的计算浪费，构建公共可验证的学习模型和实验数据库. ...

Proof-of- learning:a blockchain consensus mechanism based on machine learning competitions

2019

基于命名数据网络的区块链信息传输机制

2018

基于命名数据网络的区块链信息传输机制

2018

〈

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地址：北京市丰台区东铁匠营街道顺八条1号院B座“北阳晨光大厦”2层邮编：100079

电话：010-53878169、53859522、53878236 电子邮件：xuebao@ptpress.com.cn; txxb@bjxintong.com.cn

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