文 恒大研究院 任泽平 连一席 谢嘉琪 甘源
摘要：
第46届世界经济论坛达沃斯年会将区块链与人工智能、自动驾驶等一并列入“第四次工业革命”。《经济学人》曾在2015年10月的封面文章《信任的机器》中介绍区块链——“比特币背后的技术有可能改变经济运行的方式”。区块链为什么被称为“信任的机器”？为何近年如此火爆？它将如何改变经济运行的方式？发展前景如何？未来有哪些挑战？
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区块链是如何创造信任的？我们以“1”、“2”、“3”来总结区块链的特点：
“1”句话概括区块链：可信的分布式数据库；
“2”大核心性质：分布式、不可篡改；
“3”个关键机制：密码学原理、数据存储结构、共识机制。
“分布式”与“不可篡改”的性质保证了区块链的“诚实”与“透明”，这是区块链能够创造信任的基础。
区块链如何为实体经济和金融系统“赋能”？可以总结为四点：范围广、跨主体、提效率、降成本。
范围广：区块链技术能够广泛服务于金融和实体经济领域。几乎所有行业都涉及交易，都需要诚信可靠的交易环境作为行业健康发展的前提支撑。区块链通过数学原理而非第三方中介来创造信任，可以降低系统的维护成本。
跨主体：与流行的观点认为区块链将冲击现有的商业逻辑和环境不同，我们认为，区块链技术目前更适合落地于价值链长、沟通环节复杂、节点间存在博弈行为的场景，是对传统信息技术的升级、对现有商业环境的优化而非颠覆。传统信息技术（如OA、ERP）提升了企业内部的协作效率，区块链技术则将协作范围进一步扩大到跨主体，通过保持各主体间账本的安全、透明与一致，从而切实降低各参与方的信息不对称。
提效率、降成本：我们以四个具有代表性的应用场景为例进行分析（跨境支付、全球贸易物流、供应链金融、征信），发现区块链能够融合实物流、数据流、信息流、资金流，简化验证、对账、审批、清算等交易流程，从而提升效率、降低成本。在部分场景中，区块链也能帮助实现数据确权、促进信息共享。
从全球区块链相关公司融资轮次分布情况来看，目前超95%以上融资事件处于种子轮、天使轮及A轮阶段，B轮及以后只占3%，这说明产业依旧处于早期阶段。2014年后VC融资轮投数量逐步减少，平均轮投规模逐渐增加，投资者更多地将目光从数字货币转移到具体应用场景的落地，说明投资者更加理性、产业逐渐进入早期阶段的尾声。
行业方面，预计未来3-5年将以金融行业为主，逐渐向其他实体行业辐射，更切合实际的场景加速落地，行业从“1到N”发展到包括娱乐、商品溯源、征信等。
比特币是去中心化虚拟货币的典型代表，是区块链技术的重要应用场景之一，具备去中心化、总量有限、交易安全、信息公开的超前时代的特点。比特币替代信用货币的最大障碍正是去中心化的特性，它挑战了当前以国家信用为基础的全球货币发行机制和理念，我国政府对比特币交易活动的监管逐步趋严。投机需求是主导比特币价格疯涨的内在原因，包括变相换汇、ICO融资等交易活动。在认识到虚拟货币本身风险的同时，我们不能否定区块链技术的创新性和发展潜力。（参考我们此前报告《比特币：货币革命还是投机泡沫？》）
技术方面，目前联盟链的共识算法、技术性能相较于大型公链可以更好地满足企业对实际商业场景的落地需求，预计未来三年将大规模发展。
政策方面，区块链可以增加执法透明度，探测行业信用情况，加快实体经济革新，预计未来各国将根据自身情况不同力度地辅以政策支持。
总体来说，随着资本和人才的快速涌入，我们认为适合区块链应用的场景将加快落地，行业将在3-5年内更快更规范地发展。
在高速发展同时，区块链（尤其是大型公链）还需要面对交易性能偏低、安全性隐患、标准尚未统一、监管政策不完备等诸多技术、商业与监管方面的挑战。这正说明技术本身仍然处在“从0到1”的初始阶段。
未来，区块链除了自身运用侧链、闪电网络、跨链等技术外，更需要与5G、人工智能、大数据、物联网等新兴信息技术深度融合，从而提升技术性能和链下数据质量并减少资源浪费。
智能合约可能是区块链上最具革命性的应用。如果智能合约在区块链上实现广泛运用，经济分工将在互联网时代进一步细化，全球范围内的各网络节点将直接对接需求和生产，更广泛的社会协同将得以实现。如果上述愿景实现，区块链技术与行业的结合有望迎来“从1到N”的爆发时刻，它的爆发或将不是线性的而是非线性的，区块链也才可能从“信任机器”升级成为引领产业浪潮的重要“引擎”。
本文是恒大研究院“新经济”系列研究报告，寻找中国经济从高速增长到高质量发展的新增长点，以及那些有望引领未来的新技术、新产业。
正文：
一、区块链如何创造信任：基本结构、关键机制与核心性质
近年来，区块链成为科技界和创业圈的一大热词。第46届世界经济论坛达沃斯年会将区块链与人工智能、自动驾驶等一并列入“第四次工业革命”，显示出区块链技术的重大意义和极为广阔的发展空间。IBM公司CEO罗睿兰女士有一句著名的论断：“区块链对于可信交易的意义正如互联网对于通讯的意义”（What the internet did for communications, I think blockchain will do for trusted transactions）。那么区块链是什么？为何它被称为“信任的机器”？
在本报告的第一部分中，我们用 “1”、“2”、“3”来总结区块链的特点，由此回答以上两个关键问题——
“1”句话概括区块链：可信的分布式数据库；
“2”个核心优势：分布式、不可篡改；
“3”个关键机制：密码学原理、数据存储结构、共识机制。
1. “1”句话概括区块链：可信的分布式数据库
狭义来说，区块链是一种将数据区块以时间顺序相连的方式组合成的、并以密码学方式保证不可篡改和不可伪造的分布式数据库（或者叫分布式账本技术，Distributed Ledger Technology，DLT）。分布式包含两层意思：
- 一是数据由系统的所有节点共同记录，所有节点既不需要属于同一组织，也不需要彼此相互信任；
- 二是数据由所有节点共同存储，每个参与的节点均可复制获得一份完整记录的拷贝。那么这个分布式数据库的基本结构如何？
区块链可以视作一个账本，每个区块可以视作一页账，其通过记录时间的先后顺序链接起来就形成了“账本”。一般来说，系统会设定每隔一个时间间隔就进行一次交易记录的更新和广播，这段时间内系统全部的数据信息、交易记录被放在一个新产生的区块中。如果所有收到广播的节点都认可了这个区块的合法性，这个区块将以链状的形式被各节点加到自己原先的链中，就像给旧账本里添加新一页。
区块可以大体分为块头（header）和块身（body）两部分。块头一般包括前一个区块的哈希值（父哈希）、时间戳以及其他信息。哈希是一类密码算法，将任意一段信息都可以通过某种加密算法表现为一串“乱码”，也就是哈希值。父哈希指向上一个区块的地址（头哈希），如此递推可以帮我们一直回溯到区块链的第一个头部区块，也就是创世区块（genesis block）。
每个特定区块的块头都具有唯一的识别符，即头哈希值。任何节点都可以简单地对区块头进行哈希计算独立地获取该区块的哈希值。区块高度是区块的另一个标识符，作用与区块头哈希类似。创世区块高度为0，然后依次类推。
以上图的比特币#515056区块为例，其块头中除了包含头哈希、父哈希及默克尔根以外，还包含了以下重要信息：
- 奖励（Block Reward）：系统发放给发现正确哈希值并创建新区块的矿工的奖励，这部分为内置代币系统的区块链独有。目前比特币区块链奖励为12.5个比特币，该数字每四年减半（比特币总量设定为2100万个）。
- 难度（Difficulty）：该区块工作量证明算法的难度目标。
- 随机数（Nonce）：用于工作量证明算法的计数器。
块身包含经过验证的、块在创建过程中发生的所有价值交换的数据记录,通过一种特殊的数据结构存储起来，通常组织为树形式——比如默克尔树（Merkle Tree）。所有数据记录在这棵树的“叶子”节点里，一级一级往上追溯，最后归结到一个树根，反之通过树根就追溯到每一笔交易详情。
2.区块链三大关键机制：密码学原理、数据存储结构、共识机制
密码学原理之一：哈希算法
哈希算法是一类加密算法的统称，是信息领域中非常基础也非常重要的技术。输入任意长度的字符串，哈希算法可以产生固定大小的输出。通俗地说，我们可以将哈希算法的输出（也就是哈希值）理解为区块链世界中的“家庭地址”。就像物理世界中我们总可以用一个特定且唯一的地址来标识一样，我们也可以用哈希特定且唯一地标识一个区块（如果不同区块的哈希总是不同的，那么我们称这类哈希函数具有“碰撞阻力”，这是对哈希函数的基本要求），而且就像我们无法从“家庭地址”倒推出房屋结构、家庭成员等内部信息一样，我们也无法从哈希值反推出区块的具体内容（哈希函数的隐秘性）。
密码学原理之二：非对称加密
非对称加密是指加密和解密使用不同密钥的加密算法，也称为公私钥加密。区块链网络中，每个节点都拥有唯一的一对私钥和公钥。公钥是密钥对中公开的部分，就像银行的账户可以被公开，私钥是非公开的部分，就像账户密码。使用这个密钥对时，如果用其中一个密钥加密一段数据，则必须用另一个密钥解密。
在比特币区块链中，私钥代表了对比特币的控制权。交易发起方用私钥对交易（包括转账金额和转账地址）签名并将签名后的交易和公钥广播，各节点接收到交易后可以用公钥验证交易是否合法。在这个过程中交易发起方无须暴露自己的私钥，从而实现保密目的。
数据存储结构：默克尔树
默克尔树（Merkle Tree）实际上是一种数据结构。这种树状数据结构在快速归纳和检验大规模数据完整性方面效率很高。在比特币网络中，默克尔树被用来归纳一个区块中的所有交易，其树根就是整个交易集合的哈希值，最底层的叶子节点是数据块的哈希值，非叶节点是其对应子节点串联字符串的哈希。我们只需要记住根节点哈希，只要树中的任何一个节点被篡改，根节点哈希就不会匹配，从而可以达到校验目的。
共识机制
共识机制是区块链网络最核心的秘密。简单来说，共识机制是区块链节点就区块信息达成全网一致共识的机制，可以保证最新区块被准确添加至区块链、节点存储的区块链信息一致不分叉甚至可以抵御恶意攻击。实践中要达到这样的效果需要满足两方面条件：一是选择一个独特的节点来产生一个区块，二是使分布式数据记录不可逆。
当前主流的共识机制包括：工作量证明/POW（Proof of Work）、权益证明/POS（Proof of Stake）、工作量证明与权益证明混合（POS+POW）、股份授权证明/DPOS（Delegated Proof-of-Stake）、实用拜占庭容错（PBFT）、瑞波共识协议等。其中比特币使用的是工作量证明机制。
- 工作量证明/POW
工作量证明机制的基本步骤如下：
1)节点监听全网数据记录，通过基本合法性验证的数据记录将进行暂存；
2)节点消耗自身算力尝试不同的随机数（nonce），进行指定的哈希计算，并不断重复该过程直到找到合理的随机数，这一过程也被称为“挖矿”；
3)找到合理的随机数后，生成区块信息（块头+块身）；
4)节点对外部广播出新产生的区块，其他节点验证通过后，连接至区块链中，主链高度加一，然后所有节点切换至新区块后继续进行下一轮挖矿。
比特币区块链就是通过足够大的工作量来求解数学难题来就“谁有权记账”达成共识。“矿工”在挖矿过程中会得到两种类型的奖励：创建新区块的新币奖励，以及区块中所包含交易的交易费用（交易双方为了交易被区块链尽早记录会提供给矿工一笔交易费用作为激励）。这种算法的竞争机制以及获胜者有权在区块链上进行交易记录的机制实际上分别解决了分布式记账以及记账权归属的问题。在比特币区块链中，这一过程还起到了货币发行的作用——目前每隔10分钟，就会有挖到新区块的矿工收到12.5个比特币的奖励。
尽管工作量证明机制解决了记账权归属问题，那么获得记账权的矿工有没有可能“作弊”，在构造的新区块中添加一些并不存在的交易呢？实际上，比特币区块链共识机制的重要环节是网络中的每个节点都会独立校验新区块，其中最重要的就是校验新区块中每一笔交易是否合法。如果没有通过验证，那么这个新区块将被拒绝，该矿工也就白白浪费了所有的电力和努力。
- 权益证明
在工作量证明/POW机制中，所有参与POW竞赛的节点都将付出不小的经济成本（硬件、电力、维护等），而且每次只有一个节点“胜出”，也意味着其他节点的大量资源将被浪费。为了解决资源浪费问题，权益证明机制/POS在2013年被提出并最早在Peercoin系统中被实现。
权益证明类似现实生活中的股东机制，其出发点是：如果共识机制主要是用来证明谁在挖矿这件事情上投入最多，为何不简单直接地把挖矿“算力”按比例分配给当前所有的持币者？在工作量证明中，有更多算力的矿工会得到更多的投票权；在权益证明中，持有更多币（以及相应的时间）的矿工将获得更多的投票权。
- 股份授权证明/DPOS
在这种系统中，每个币就等于一张选票，持有币的人可以根据自己持有币的数量来投出自己信任的受托人，而受托人不一定需要拥有最多的系统资源。股份授权证明机制模仿了公司的董事会制度，能够让数字货币持有者将维护系统记账和安全的工作交给有能力有时间的人来专职从事该项工作。受托人也可以通过记账来获得新币的奖励。相对于权益证明机制，股份授权证明的优势在于记账人数量大大缩小，并且轮流记账，可以提高系统的整体效率，理想环境下，DPOS能够实现每秒数十万笔的交易数量。
共识机制的选择对区块链性能（资源占用、处理速度等）有着较大的影响，同时也会决定区块链“去中心化”的程度。一般来说，区块链去中心化程度越高，其性能越弱。去中心化程度和效率在多数情况下难以兼顾。
3. 区块链两大核心性质：分布式、不可篡改
分布式记账与存储
在记账方面，区块链不需要依赖一个中心机构来负责记账，节点之间通过算力或者权益公平地争夺记账权，这种竞争机制实际上是区块链与传统数据库最大的主要区别之一。通过“全网见证”，所有交易信息会被“如实地记录”，而且这个账本将是唯一的。在传统复式记账中，每个机构仅保存与自己相关的账目，但往往花费大量的中后台成本进行对账与清算，这种低效的方式将被区块链彻底变革。
在存储方面，由于网络中的每一个节点都有一份区块链的完整副本，即使部分节点被攻击或者出错，也不会影响整个网络的正常运转。这使得区块链相比传统数据库具有更高的容错性和更低的服务器崩溃风险，同时由于每个节点都有一份副本也意味着所有的账目和信息都是公开透明、可以追溯的。所有参与者都可以查看历史账本、追溯每一笔交易，也有权公平竞争下一个区块的记账权，这是传统数据库无法做到的。
不可篡改
在区块链中伪造、篡改账目基本是不可能的，不可篡改也意味着数据的高度一致性和安全性，这是区块链与传统数据库的另一主要区别。
为什么区块链中的交易无法被伪造？首先，合法的交易需要私钥签名，否则无法被其他节点验证；其次，每一笔交易都是可回溯的，也就杜绝了无中生有的可能。
为什么区块链是不可篡改的？假如我们要篡改区块链中第k个区块的数据，那么当前区块的头哈希就会发生改变，由于哈希函数具有碰撞阻力，改变后的头哈希将无法与k+1区块的父哈希相匹配，篡改者需要继续修改k+1区块的父哈希，并一直修改之后每个区块。这要求篡改者在同一时间同时入侵全球所有参与记录的节点并篡改数据，只有重新计算被更改区块后续的所有区块，并且追上网络中合法区块链的进度后，并把这个长的区块链分叉提交给网络中的其他节点，才有可能被认可。在很多情况下，产生一个新区块的难度不小，要连续产生多个区块组成新分叉的计算难度更是惊人。在全网巨大算力的背景下，一个恶意节点要做到这点需要拥有至少全网51%的算力基础，由于区块链是一个分布式系统，大部分节点都是相互独立的，“51%攻击”在现实中很难发生。
《经济学人》曾在2015年10月刊的封面文章《信任的机器》中这样介绍区块链——“比特币背后的技术有可能改变经济运行的方式”。在我们看来，分布式与不可篡改正是区块链被称为“信任机器”的原因所在——不可篡改意味着区块链总是“诚实”的，分布式意味着区块链总是“透明”的。而不论人与人之间的交往，抑或商业机构之间的交易，诚实和透明都是双方或多方互信的基石。区块链的“诚实”与“透明”，也让它被人们寄予厚望成为互联网的“信任机器”。
二、区块链如何为实体经济与金融市场“赋能”：范围广、跨主体、提效率、降成本
区块链技术能够广泛服务于支付清算、票据、保险等金融领域以及供应链管理、工业互联网、产品溯源、能源、版权等实体经济领域。几乎所有行业都涉及交易，都需要诚信可靠的交易环境作为行业健康发展的前提支撑。区块链通过数学原理而非第三方中介来创造信任，可以降低系统的维护成本。对于传统金融机构而言，对账、清算、审计等线上环节的运营与人力成本将得以降低；对于非金融行业，区块链能够减少价值链各环节的信息不对称，从而提升协作效率、降低整体交易成本；对于个体而言，陌生双方或多方能够跨越物理距离的限制，在网络上安全地传递价值，从而创造更多供给与需求。
与流行的观点认为区块链将冲击现有的商业逻辑和环境不同，我们认为，区块链技术目前更适合落地于价值链长、沟通环节复杂、节点间存在博弈行为的场景，将提升跨主体协作的效率、降低相应成本，是对传统信息技术的升级、对现有商业环境的优化而非颠覆。传统信息技术（例如OA、ERP系统）在目前企业内部的沟通协作中已经显示出足够便利与高效，区块链在这些已经建立或者可以通过线下建立信任的场景中并没有太大的应用必要。但是在跨企业、跨主体的场景中由于互信机制的缺失，目前仍然大量依赖人力物力进行沟通协作。例如当前不同机构间进行对账，往往需要从各自的信息系统中导出数据后电邮发送甚至打印后盖章邮寄，对方收到后再进行比对验证。在这种跨主体协作的场景下，区块链技术能够通过保持各主体间账本的安全、透明与一致，从而切实降低各参与方的信息不对称。
下文将以跨境支付、国际航运物流等四个区块链实际应用场景为例，来讨论区块链究竟如何为实体经济与金融市场“赋能”。
(来源：搜狐)
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