区块链的发展历程

一、区块链基础技术的发展历程

区块链的诞生与密码学和分布式计算的发展有着重要的联系。

1976年，迪菲（Whitfield Diffie）和赫尔曼（Martin Hellman）发表了一篇开创性的论文《密码学的新方向》（New Directions in Cryptography），这篇论文覆盖了现代密码学的主要研究方向，涵盖非对称加密、椭圆曲线算法、哈希等内容，首次提出公共密钥加密协议与数字签名概念，构成了现代互联网中广泛使用的加密算法体系的基石。同时，这也是加密数字货币和区块链技术诞生的技术基础。

同年，哈耶克（Friedrich August von Hayek）出版了《货币的非国家化》。他从经济自由主义出发，认为竞争是市场机制发挥作用的关键，而政府对货币发行权的垄断对经济的均衡造成了破坏，通过研究竞争货币制度的可行性和优越性，他提出非主权货币（货币非国家化）、竞争发行（由私营银行发行竞争性的货币，即自由货币）等概念，从理论层面引导去中心化加密数字货币技术的发展。

1977年4月，罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）参加了犹太逾越节的聚会，喝了些酒。回到家后李维斯特怎么都睡不着，于是信手翻阅起心爱的数学书来，这时一个灵感从脑海浮现出来，于是连夜整理自己的思路，一气呵成写出了论文A Method for Obtaining Digital Signatures andPublic-Key Cryptosystems，次日李维斯特将论文拿给阿德曼审阅讨论。他已经做好了再一次被击破的心理准备，但这一次阿德曼认输了，认为这个方案应该是可行的。在此之前，阿德曼已经40多次击破李维斯特和萨莫尔的算法。按照惯例，李维斯特按姓氏字母顺序将三人的名字署在论文上，也就是李维斯特、萨莫尔、阿德曼。这篇论文提出了大名鼎鼎的RSA算法，RSA是一种非对称加密算法，后来在数字安全领域被广泛使用，这一工作成果被认为是《密码学的新方向》的延续。

1979年，默克尔（Ralph Charles Merkle）提出了Merkle-Tree数据结构和相应的算法，现在被广泛用于校验分布式网络中数据同步的正确性，对密码学和分布式计算的发展起着重要作用，这也是比特币中用来做区块同步校验的重要手段。默克尔是《密码学的新方向》的两位作者之一赫尔曼的博士生（另一位作者迪菲是赫尔曼的研究助理），实际上《密码学的新方向》就是默克尔的博士生研究方向。

1982年，莱斯利·兰伯特（Leslie Lamport）提出拜占庭将军问题，并证明了在将军总数大于3f，背叛者个数小于等于f时，忠诚的将军们可以达成一致，标志着分布式计算理论和实践正逐渐走向成熟。莱斯利·兰伯特指出，在存在消息丢失风险的不可靠信道上，通过消息传递的方式达到一致性是不可能的，因此，分布式一致性的研究一般假定信道是可靠的。拜占庭将军问题是分布式对等网络通信容错问题。最初的版本如下：拜占庭帝国的将军们计划攻打另一个强大的国家多米诺，采取的战略是兵分十路围攻多米诺。每个将军带领军队驻扎下来，等待最后进攻时刻。十支部队相距甚远，只能依靠信使传递消息达成共识。将军中可能有叛徒，忠诚的将军们希望通过某种协议达成行动的共识（进攻或撤退），叛徒会通过发送错误消息阻挠忠诚的将军达成一致。在分布式计算中，不同的计算机通过通信交换信息达成共识而按照同一套协作策略行动。有时候，系统中的成员可能出错或故意发送错误信息，用于传递信息的通信网络也可能导致信息损坏，使得网络中不同的成员关于全体协作的策略得出不同结论，从而破坏系统一致性。拜占庭将军问题被认为是容错性问题中最难的问题之一。

同年，大卫·乔姆（David Chaum）公布了密码学支付系统ECash，随着密码学的发展，具有远见的加密数字货币先驱们开始尝试将其运用到货币、支付相关领域，ECash是加密数字货币最早的先驱之一。

1985年，尼尔·科布利茨（Neal Koblitz）和维克托·米勒（Victor Miller）各自独立发明了著名的椭圆曲线加密算法（Elliptic Curve Cryptography，ECC）。由于RSA的算法计算量大实际落地时遇到困难，ECC的提出极大地推动了非对称加密体系真正进入生产实践领域并发挥出巨大影响。ECC算法标志着现代密码学理论和技术开始走向更加普遍的应用。

1993年，尼克·萨博（Nick Szabo）提出了智能合约（Smart Contract），萨博希望创造一种由多个约定构建的合同，包括让各方履行这些约定的协议，淘汰掉“无生命的纸质合同”。他认为，数字革命正在加速改变人与人之间的联系，并为利用这些联系形成新机构或应用服务提供了方法。

1997年，亚当·贝克（Adam Back）提出了Hashcash算法，用于解决垃圾邮件（EmailSpam）和DoS（Denial-of-Service）攻击问题，Hashcash是一种PoW算法，后来被比特币系统采纳。

1998年，华裔工程师戴伟（Wei Dai）和尼克·萨博各自独立提出加密数字货币的概念，其中戴伟的B-Money被公认为比特币的精神先驱，而萨博的比特黄金（BitGold）设想基本就是比特币的雏形，以至于至今仍有人怀疑萨博就是中本聪，但被萨博本人否定了。

21世纪初，点对点分布式网络技术飞速发展，先后诞生了Napster、BitTorrent等流行软件系统，为加密数字货币的实现夯实了技术基础。

2008年11月，神秘的中本聪发表了论文，描述了一种完全去中心化的加密数字货币——比特币，而区块链则作为其底层技术进入公众视野。经过10余年的发展，区块链技术正逐渐成为最有可能改变世界的技术之一。

2013年，以太坊区块链诞生，尼克·萨博在1993年提出的智能合约愿景得以实现。自诞生以来，以太坊已发展成为全球第二大区块链，其开发者一直在探索数字时代的发展方向。

二、区块链平台的发展历程

区块链的发展先后经历了加密数字货币、企业应用、价值互联网三个阶段。下面将分别对这几个阶段进行简要的介绍。

区块链1.0：加密数字货币

2009年1月，在比特币系统论文发表两个月之后，比特币系统正式运行并开放了源码，标志着比特币网络的正式诞生。通过其构建的一个公开透明、去中心化、防篡改的账本系统，比特币开展了一场规模空前的加密数字货币实验。在区块链1.0阶段，区块链技术的应用主要聚集在加密数字货币领域，典型代表即比特币系统以及从比特币系统代码衍生出来的多种加密数字货币。

加密数字货币的“疯狂”发展吸引了人们对区块链技术的关注，对区块链技术的传播起了很大的促进作用，人们开始尝试在比特币系统上开发加密数字货币之外的应用，比如存证、股权众筹等。但是比特币系统是一个为加密数字货币设计的专用系统，存在以下的问题使得基于比特币系统开发应用并不适用：

• 比特币系统内置的脚本系统主要针对加密数字货币交易而专门设计，不是图灵完备的脚本，表达能力有限，因此在开发诸如存证、股权众筹等应用时有些逻辑无法表达。在比特币系统内部做大量的开发，对于开发人员来说要求高、难度大，因此无法基于比特币系统构建大规模的非加密数字货币类的应用。
• 比特币系统在全球范围内只能支持每秒7笔交易，交易记账后追加6个区块才能比较安全地确认交易，追加一个块大约需要10分钟，意味着大约需要1小时才能确认交易，不能满足实时性要求较高的应用的需求。

区块链2.0：企业应用

针对区块链1.0存在的专用系统问题，为了支持如众筹、溯源等应用，区块链2.0阶段支持用户自定义的业务逻辑，即引入了智能合约，从而使区块链的应用范围得到了极大拓展，开始在各个行业迅速落地，极大地降低了社会生产消费过程中的信任和协作成本，提高了行业内和行业间协同效率，典型的代表是2013年启动的以太坊系统。同时，针对区块链1.0阶段存在的性能问题，以太坊系统从共识算法、分片等角度进行了提升。

（1）智能合约

以太坊项目为其底层区块链账本引入了被称为智能合约的交互接口，对区块链应用进入2.0时代发挥了巨大作用。智能合约是一种通过计算机技术实现的旨在以数字化方式达成共识、履约、监控履约过程并验证履约结果的自动化合同，极大地扩展了区块链的功能。

从人类分工协同的角度来看，现代社会已经是契约社会，而契约的可信签订和可靠执行往往需要付出高昂的成本。

以公司合同为例，小强机器人和小明机械签订了一笔供货合同，后来小明机械违反了合同条款，导致小强机器人供货不足产生重大损失，于是小强机器人向法院提起诉讼，在历经曲折并耗费大量人力、物力后终于打赢了官司。不料小明机械拒绝履行判决，小强机器人只得向法院申请强制执行，从立案、提供人证物证到强制执行，整个流程浪费了大量社会资源。

而通过智能合约，整个履约过程将变得简单、高效、低成本。小强机器人和小明机械签订了一笔供货合同，合同以智能合约的形式通过计算机程序编码实现，经过双方确认后，供货智能合约连同预付违约金账户被安装到区块链平台上自动执行，后来小明机械违反了合同条款，导致小强机器人供货不足产生重大损失，小强机器人提供电子证据并通过平台真实性验证后触发供货智能合约的违约赔偿条款，违约赔偿条款自动将小明机械预付的违约金按照合约规定汇入小强机器人账户作为补偿。

有了智能合约系统的支持，区块链的应用范围开始从单一的加密数字货币领域扩大到涉及合约共识的其他金融领域，区块链技术首先在股票、清算、私募股权等众多金融领域崭露头角。比如，企业股权众筹一直是众多中小企业的梦想，区块链技术使之成为现实。区块链分布式账本可以取代传统的通过交易所的股票发行，这样企业就可以通过分布式自治组织协作运营，借助用户的集体行为和集体智慧获得更好的发展，在投入运营的第一天就能实现募资，而不用经历复杂的IPO流程，产生高额费用。

（2）性能改进

各种区块链系统采用不同的共识方法以提升区块链的性能。比如，以太坊采用改进的工作量证明机制将出块时间缩短到了15秒，使得每秒能够处理30笔交易，从而能够满足绝大多数的应用。2020年发布的以太坊2.0拟从多角度进一步提升区块链性能。首先，以太坊2.0采用PoS共识算法替换原来的PoW共识算法，这种算法大大地降低了能量的消耗，同时提高了共识的速度。其次，以太坊2.0还将采用信标链协同分片链的方式提升以太坊的扩展性，解决了区块链长期以来被诟病的扩展性问题。经过2.0的优化，未来以太坊能够支持每秒10万笔交易的吞吐量。

随着区块链2.0阶段智能合约的引入，其“开放透明”“去中心化”及“不可篡改”的特性在其他领域逐步受到重视。各行业专业人士开始意识到，区块链的应用也许不仅局限在金融领域，还可以扩展到任何需要协同共识的领域中去。于是，在金融领域之外，区块链技术又陆续被应用到了公证、仲裁、审计、域名、物流、医疗、邮件、鉴证、投票等其他领域，应用范围逐渐扩大到各个行业。

（3）区块链3.0：价值互联网

2018年5月28日，***在中国科学院发表讲话，“进入21世纪以来，全球科技创新进入空前密集活跃的时期，新一轮科技革命和产业变革正在重构全球创新版图、重塑全球经济结构。以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链为代表的新一代信息技术加速突破应用”，表示区块链是“新一代信息技术”的一部分。

2019年10月24日，***在中央政治局第十八次集体学习会上强调，把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展，要构建区块链产业生态，加快区块链和人工智能、大数据、物联网等前沿信息技术的深度融合，推动集成创新和融合应用，发挥区块链在促进数据共享、优化业务流程、降低运营成本、提升协同效率、建设可信体系等方面的作用。

从技术的角度来看，应用CA认证、电子签名、数字存证、生物特征识别、分布式计算、分布式存储等技术，区块链可以实现一个去中心、防篡改、公开透明的可信计算平台，从技术上为构建可信社会提供了可能。区块链与云计算、大数据和人工智能等新兴技术交叉演进，将重构数字经济发展生态，促进价值互联网与实体经济的深度融合。

虽然区块链已在众多行业中逐步落地应用，但是各行业的区块链应用还是彼此相互独立，价值只能在自身区块链内流转，形成一座座“数据孤岛”。区块链3.0的目标是打破这个现状，将这些“数据孤岛”联结起来，形成一张互联的价值网络。

价值互联网是一个可信赖的实现各个行业协同互联，实现人和万物互联，实现劳动价值高效智能流通的网络，主要用于解决人与人、人与物、物与物之间的共识协作效率提升问题，将传统的依赖于人或依赖于中心的公正、调节、仲裁功能自动化，按照大家都认可的协议交给可信赖的机器来自动执行。通过对现有互联网体系进行变革，区块链技术将与5G网络、机器智能、物联网等技术创新一起承载着我们的智能化可信赖梦想飞向价值互联网时代。

30年前，万维网之父Tim Berners Lee创建了万维网，给世界带来了划时代的变革。30年之后的今天，Tim Berners Lee正在打造一个名为Solid的项目，旨在从根本上改变当前Web应用的工作方式，改善隐私，让用户真正拥有数据控制权，用户可以选择如何将这些数据用于获利，从而获得公平、安全的互联网体验。而自带密码学和去中心化属性的区块链技术在分布式身份体系的构建中具备天然优势。互联网先驱们正在积极探索如何通过区块链技术解决现有Web协议存在的效率低下、版本变更、中心化和骨干网依赖等问题，现阶段称其必将取代HTTP尚为时过早，但当前作为万维网协议的补充是非常有益的。

在即将到来的智能价值互联时代，区块链将渗透到生产生活的方方面面，充分发挥审计、监控、仲裁和价值交换的作用，确保技术创新向着让人们的生活更加美好、让世界更加美好的方向发展。