導語"數字中國"建設取得顯著成效，信息化能力躋身國際前列，其中區塊鏈技術首次被列入了《國家信息化規劃》。信息技術創新代際周期大幅縮短，創新活力、集聚效應和應用潛能裂變式釋放，更快速度、更廣范圍、更深程度地引發新一輪科技革命和產業變革。物聯網、云計算、大數據、人工智能、機器深度學習、區塊鏈、生物基因工程等新技術驅動網絡空間從人人互聯向萬物互聯演進，數字化、網絡化、智能化服務將無處不在。現實世界和數字世界日益交匯融合，全球治理體系面臨深刻變革。全球經濟體普遍把加快信息技術創新、最大程度釋放數字紅利，作為應對"后金融危機"時代增長不穩定性和不確定性、深化結構性改革和推動可持續發展的關鍵引擎。
一、區塊鏈概念界定
業界的普遍觀點認為區塊鏈（Block Chain）是指通過去中心化的方式集體維護一個可靠數據庫的技術方案。該技術方案主要讓區塊（Block）通過密碼學方法相關聯起來，每個數據塊包含了一定時間內的系統全部數據信息，并且生成數字簽名以驗證信息的有效性并鏈接到下一個數據塊形成一條主鏈（Chain）。區塊鏈技術并不是一種單一的、全新的技術，而是多種現有技術（如加密算法、P2P文件傳輸等）與數據庫巧妙地組合在一起，形成了一種新的數據記錄、傳遞、存儲與呈現的方式。
從數據角度來看：區塊鏈是一種幾乎不可能被更改的分布式數據庫，這里的"分布式"不僅體現為數據的分布式存儲，也體現為數據的分布式記錄。
從效果角度來看：區塊鏈可以生成一套記錄時間先后、不可篡改、可信任的數據庫，這套數據庫是去中心化存儲且數據安全能夠得到有效保證的。
綜上所述，區塊鏈就是一份由全網共同記錄的所有已發生交易公開賬本，是一種把單個區塊以鏈的方式組合在一起的數據結構，它適合存儲簡單的、有先后關系的、能在系統內驗證的數據，用密碼學保證了數據的不可篡改和不可偽造。
區塊鏈現已發展出三種主要形態：公有鏈、私有鏈、聯盟鏈。
1、公有鏈。公有鏈被定義為任何人都可參與到共識機制中的區塊鏈組織架構。任何人都可以參與到決定一個新的區塊是否被加入到鏈上，不論是以工作量證明還是以股權證明的方式參與其中。由于比特幣區塊鏈形成最早，同時比特幣持有人、驗證節點、礦工廣泛分布于全球，比特幣區塊鏈即成為了所有公有鏈中最為強健、最為安全的代表。
2、私有鏈。除了公有鏈以外的各種嘗試均被稱為私有鏈。但事實上私有鏈也被分為兩種細分類型，分別為聯盟鏈或半管制私有鏈，以及純私有鏈或全管制私有鏈。純私有鏈是整個區塊鏈的共識機制、驗證、讀取等行為均被嚴格限制在一個范圍以內，其作用與企業數據庫管理、內部審計等相似，僅對特定主體內部開放，并不以任何形式對外公開。
3、聯盟鏈。聯盟鏈是指其共識過程受到預選節點控制的區塊鏈。例如有15個金融機構組成的共同體，每個機構都運行著一個節點，而且為了使每個區塊生效需要獲得其中10個機構的確認（2/3確認）。區塊鏈或許允許每個人都可讀取，或者只受限于參與者，或走混合型路線。
二、區塊鏈產業發展演進
1、起源比特幣，區塊鏈技術被寄予厚望
區塊鏈是比特幣的核心和基礎架構，有望像互聯網一樣徹底重塑人類社會活動形態。比特幣起源于2008年由化名為"中本聰"的學者在密碼學郵件組發表的奠基性論文《比特幣：一種點對點電子現金系統》。區塊鏈技術被認為是繼大型機、個人電腦、互聯網、移動/社交網絡之后計算范式的第五次顛覆式創新，是人類信用進化史上繼血親信用、貴金屬信用、央行紙幣信用之后的第四個里程碑。區塊鏈技術是下一代云計算的雛形，有望實現從目前的信息互聯網向價值互聯網的轉變。
2、超越比特幣，區塊鏈發展進入新階段
區塊鏈技術應用發展的三個階段：第一階段，數字貨幣為起點，相關應用和支持軟硬件為區塊鏈1.0。主要包括以比特幣為代表的虛擬貨幣，是區塊鏈技術目前最成功的應用。
第二階段，區塊鏈2.0由數字資產開啟，可以被理解為區塊鏈技術在其他金融領域的運用。包括目前華爾街銀行聯合想要打造的區塊鏈行業標準，提高銀行結算支付的效率，降低跨境支付的成本；交易所積極嘗試用區塊鏈技術實現股權登記、轉讓等功能。
第三階段，區塊鏈3.0將區塊鏈應用的領域擴展到的金融行業之外，由更廣闊應用場景覆蓋人類社會生活的方方面面，在各類社會活動中實現信息的自證明，不再依靠某個第三人或機構獲得信任或建立信用，提高整個系統的運轉效率。
目前區塊鏈應用已經開始超越比特幣（區塊鏈1.0），進入到區塊鏈1.5時代，并且向金融領域（區塊鏈2.0）過度。區塊鏈2.0應用加入了"智能合約"的概念，可以用于股權、債權和產權的登記、轉讓，證券和金融合約的交易、執行，甚至博彩和防偽等。
未來3-5年，區塊鏈會超越金融領域，進入社會公證、智能化領域（區塊鏈3.0）。區塊鏈3.0主要應用在社會治理領域，包括了身份認證、公證、仲裁、審計、域名、物流、醫療、郵件、簽證、投票等領域，應用范圍擴大到了整個社會，區塊鏈技術有可能成為"萬物互聯"的一種最底層的協議。
3、應用場景多，區塊鏈發展潛力無限大
區塊鏈技術不僅可以成功應用于數字加密貨幣領域，同時在經濟、金融和社會系統中也存在廣泛的應用場景。
根據區塊鏈技術可能的應用場景，將區塊鏈的主要應用籠統地歸納為數字貨幣、數據存儲、數據鑒證、金融交易、資產管理和選舉投票共六個場景：
數字貨幣：以比特幣為代表，本質上是由分布式網絡系統生成的數字貨幣，其發行過程不依賴特定的中心化機構。
數據存儲：區塊鏈的高冗余存儲、去中心化、高安全性和隱私保護等特點使其特別適合存儲和保護重要隱私數據，以避免因中心化機構遭受攻擊或權限管理不當而造成的大規模數據丟失或泄露。
數據鑒證：區塊鏈數據帶有時間戳、由共識節點共同驗證和記錄、不可篡改和偽造，這些特點使得區塊鏈可廣泛應用于各類數據公證和審計場景。例如，區塊鏈可以永久地安全存儲由政府機構核發的各類許可證、登記表、執照、證明、認證和記錄等。
金融交易：區塊鏈技術與金融市場應用有非常高的契合度。區塊鏈可以在去中心化系統中自發地產生信用，能夠建立無中心機構信用背書的金融市場，從而在很大程度上實現了"金融脫媒"；同時利用區塊鏈自動化智能合約和可編程的特點，能夠極大地降低成本和提高效率。
資產管理：區塊鏈能夠實現有形和無形資產的確權、授權和實時監控。無形資產管理方面可廣泛應用于知識產權保護、域名管理、積分管理等領域；有形資產管理方面則可結合物聯網技術形成"數字智能資產"，實現基于區塊鏈的分布式授權與控制。
選舉投票：區塊鏈可以低成本高效地實現政治選舉、企業股東投票等應用，同時基于投票可廣泛應用于博彩、預測市場和社會制造等領域。
未來3-5年區塊鏈技術將在物聯網、金融交易、網絡安全、公共記錄等多個領域會大顯身手，顯著改進這些領域的服務流程，甚至顛覆這些領域內的傳統商業模式，未來發展潛力巨大。
區塊鏈技術帶來的無處不在的價值交換，使得社會形成一個多種設備的無縫對接的價值互聯世界。
區塊鏈使得經濟不僅僅是金錢的流通，互聯網不僅僅是信息的流通，而是進一步使得信息、金錢、價值的有效配置和流通，使人力內耗降到最低，成為真正意義上的去中心化組織。
三、區塊鏈產業鏈全景
(一)產業鏈全景圖
區塊鏈產業鏈主要包括基礎網絡層、中間協議層及應用服務層。
基礎網絡層由數據層、網絡層組成，其中數據層包括了底層數據區塊以及相關的數據加密和時間戳等技術；網絡層則包括分布式組網機制、數據傳播機制和數據驗證機制等。
中間協議層由共識層、激勵層、合約層組成，其中共識層主要包括網絡節點的各類共識算法；激勵層將經濟因素集成到區塊鏈技術體系中來，主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等；合約層主要包括各類腳本、算法和智能合約，是區塊鏈可編程特性的基礎。
應用服務層作為區塊鏈產業鏈中最重要的環節，則包括區塊鏈的各種應用場景和案例，包括可編程貨幣、可編程金融和可編程社會。
(二)主要環節分析
1、基礎網絡層是區塊鏈系統的技術支撐
（1）數據層：設計賬本的數據結構
1）數據區塊
區塊(block)包含數據庫中實際需要保存的數據，這些數據通過區塊包裝組織起來被寫入數據庫。數據通過稱為區塊的文件，永久記錄在數字貨幣網絡上。它們好比是一個股票交易賬本。新的區塊會被添加到記錄(區塊鏈)的末端，而且一旦書寫就很難修改或移除。
每個區塊由區塊頭、區塊主體組成。區塊主體負責記錄交易信息，它包含一段時間內所有交易信息，區塊頭用以實現區塊鏈的其他功能。
2）鏈式結構
每個區塊的區塊頭中記錄了其引用的父區塊的哈希值，通過這種方式形成了前后區塊的鏈式關系。
以比特幣為例，區塊鏈中記錄的是交易信息，每個節點都在本地保存有一份完整的區塊鏈，每個完整的區塊鏈中都記錄了從2009年比特幣誕生之日起發生的所有交易信息，每當有一個新交易申請產生時，節點都可以通過完整區塊鏈驗證這筆新交易的正確性，被驗證通過的交易會被記錄到下一個將要生成的新區塊中。
3）哈希函數
哈希函數將任意長度的二進制值映射為較短的固定長度的二進制值，這個小的二進制值稱為哈希值。一般來說哈希函數滿足這樣的關系：f（data）=key，輸入任意長度的data數據，經過哈希算法處理后輸出一個定長的數據key。這種轉換是一種壓縮映射，也就是說，哈希值的空間通常遠小于輸入的空間，是一段數據唯一且極其緊湊的數值表示形式。哪怕一段數據只有很細微的改變，隨后的哈希函數都將產生不同的哈希值。要找到哈希值相同的兩個不同的輸入，在計算上是不可能的。
4）Merkle樹
Merkle樹是一種數據編碼的結構。在最底層，我們把交易信息數據分成小的數據塊，有相應的哈希值和它對應。但是往上走，并不是直接去運算根哈希值，而是把相鄰的兩個哈希值合并成一個字符串，然后運算得到這個字符串的哈希值，這樣每兩個哈希值就結婚生子，得到了一個"子哈希值"。
依次往上推，可以得到數目更少的新一級哈希，最終必然形成一棵倒掛的樹，到了樹根的這個位置，這一代就剩下唯一的根哈希值，我們把它叫做Merkle根。目前在計算機領域，Merkle樹大多用來進行比對以及驗證處理。
5）非對稱加密
非對稱加密算法是一種密鑰的保密方法。非對稱加密算法需要兩個密鑰：公鑰和私鑰。
公鑰與私鑰是一對，如果用公鑰對數據進行加密，只有用對應的私鑰才能解密，從而獲取對應的數據價值；如果用私鑰對數據進行簽名，那么只有用對應的公鑰才能驗證簽名，驗證信息的發出者是私鑰持有者。
因為加密和解密使用的是兩個不同的密鑰，所以這種算法叫做非對稱加密算法，而對稱加密在加密與解密的過程中使用的是同一把密鑰。
（2）網絡層：實現記賬節點的去中心化
對等網絡（peer-to-peer，P2P），又稱點對點技術，是沒有中心服務器、依靠用戶群交換信息的互聯網體系。與有中心服務器的中央網絡系統不同，對等網絡的每個用戶端既是一個節點，也有服務器的功能。
其具有去中心化與健壯性等特點。1）去中心化：網絡中的資源和服務分散在所有結點上，信息的傳輸和服務的實現都直接在結點之間進行，可以無需中間環節和服務器的介入。2）健壯性：P2P架構天生具有耐攻擊、高容錯的優點。由于服務是分散在各個結點之間進行的，部分結點或網絡遭到破壞對其它部分的影響很小。
2、中間協議層是連接應用和網絡的橋梁
（1）共識層：調配記賬節點的任務負載
1）工作量證明機制
（Proof of Work,POW）
工作量證明機制挑選能夠計算出一個滿足規則的隨機數的節點，賦予其新區塊產生時的記賬權。通俗地說，節點獲得多少貨幣，取決于其挖礦貢獻的有效工作。也就是說，節點的電腦性能越好，計算出隨機數的可能性越大，獲得創建新區塊權利的可能性越大，分給該節點的礦就會越多，這就是根據節點的工作證明來執行貨幣的分配。2）股權證明機制
（Proof of Stake,POS）
股權證明機制已有很多不同變種，但基本概念是獲得對新區塊記賬權利的可能性與該節點在網絡里所占的股權（所有權占比）成比例，等比例地降低挖礦難度。3）授權股權證明機制
（Delegate Proof of Stake，DPOS）
授權股權證明機制的理念是每個節點可以將其投票權授予一名代表，獲票數最多的前100位代表按既定時間表輪流記錄產生的區塊。每名代表分配到一個時間段來生產區塊，所有的代表將收到等同于一個平均水平的區塊所含交易費的1%作為報酬。如果代表不能履行他們的職責會被除名，網絡會選出新的超級節點來取代他們。
（2）激勵層：制定記賬節點的"薪酬體系"
發行機制和激勵機制：以比特幣為例
比特幣最開始由系統獎勵給那些創建新區塊的礦工，該獎勵大約每四年減半。剛開始每記錄一個新區塊，獎勵礦工50個比特幣，該獎勵大約每四年減半。依次類推，到公元2140年左右，新創建區塊就沒有系統所給予的獎勵了。屆時比特幣全量約為2100萬個，這就是比特幣的總量，所以不會無限增加下去。
另外一個激勵的來源則是交易費。新創建區塊沒有系統的獎勵時，礦工的收益會由系統獎勵變為收取交易手續費。例如，你在轉賬時可以指定其中1%作為手續費支付給記錄區塊的礦工。如果某筆交易的輸出值小于輸入值，那么差額就是交易費，該交易費將被增加到該區塊的激勵中。只要既定數量的電子貨幣已經進入流通，那么激勵機制就可以逐漸轉換為完全依靠交易費，那么就不必再發行新的貨幣。
（3）合約層：賦予賬本可編程的特性
智能合約是一組情景應對型的程序化規則和邏輯，是通過部署在區塊鏈上的去中心化、可信共享的腳本代碼實現的。通常情況下，智能合約經各方簽署后，以程序代碼的形式附著在區塊鏈數據上，經P2P網絡傳播和節點驗證后記入區塊鏈的特定區塊中。智能合約封裝了預定義的若干狀態及轉換規則、觸發合約執行的情景、特定情景下的應對行動等。區塊鏈可實時監控智能合約的狀態，并通過核查外部數據源、確認滿足特定觸發條件后激活并執行合約。
3、應用服務層是獲得持續發展動力所在
（1）可編程貨幣：區塊鏈1.0應用
可編程貨幣既數字貨幣，其不同于電子貨幣，是一種價值的數據表現形式，通過數據交易并發揮交易媒介、記賬單位及價值存儲的功能，但它并不是任何國家和地區的法定貨幣，也沒有政府當局為它提供擔保，只能通過使用者間的協議來發揮上述功能。而電子貨幣是將法定貨幣數字化后以支撐法定貨幣的電子化交易，因此二者并不等同。目前數字貨幣的主流是以比特幣為代表的去中心化的數字貨幣。
（2）可編程金融：區塊鏈2.0應用
可編程金融應用是指區塊鏈在泛金融領域的眾多應用。基于區塊鏈可編程特點，人們嘗試將智能合約添加到區塊鏈系統中，形成可編程金融。智能合約的核心是利用程序算法替代人執行合同。這些合約需要自動化的資產、過程、系統的組合與相互協調。合約包含三個基本要素：要約、承諾、價值交換，并有效定義了新的應用形式，使得區塊鏈從最初的貨幣體系拓展到金融的其他應用領域，包括在股權眾籌、證券交易等領域開始逐漸有應用落地。
（3）可編程社會：區塊鏈3.0應用
可編程社會應用是指隨著區塊鏈技術的發展，其應用能夠擴展到任何有需求的領域，包括審計公證、醫療、投票、物流等領域，進而到整個社會。區塊鏈是價值互聯網的內核，能夠對于每一個互聯網中代表價值的信息和字節進行產權確認、計量和存儲。價值互聯網的核心是由區塊鏈構造一個全球性的分布式記賬系統，它不僅僅能夠記錄金融業的交易，而是幾乎可以記錄任何有價值的能以代碼形式進行表達的事物。
(三)難點和突破點
區塊鏈目前仍然處于發展的早期，還有著諸多潛在的制約因素。從目前區塊鏈產業鏈的總體發展情況來看，中間協議層發展相對成熟，而基礎網絡層和應用服務層還都存在很多有待解決的問題。尤其應用服務層的不成熟是制約區塊鏈發展的最重要因素，一旦區塊鏈的應用服務獲得突破式的進展，那么必將帶來區塊鏈產業和市場的爆發式發展，但目前來看，這個過程仍然需要3-5年左右的時間。
1、區塊鏈的基礎技術仍然有待改善
區塊鏈技術想要全面應用于現實社會中，關鍵是要解決高耗能、數據存儲空間及大規模交易處理等問題。
（1）高耗能問題
區塊鏈技術成功解決了去中心化與安全問題，但卻帶來了"高能耗"的問題。要維持區塊鏈數據的安全性與可靠性，就必須保證全球多個節點同時參與記賬，多個節點的數據共享過程實際上也是一個高耗能的過程。技術的應用要考慮其系統的整體性，也許區塊鏈技術的應用過程就是一個權衡成本收益后讓技術效用最大化的過程。
（2）數據庫存儲空間問題
區塊鏈數據的存儲空間容量要求成為一個制約其發展的關鍵問題。區塊鏈數據庫記錄了從創建開始發生的每一筆交易，每一個參與進來的節點都必須下載存儲并實時更新一份從創世塊開始延續至今的數據包，這造成區塊鏈對存儲空間容量要求非常高。
目前市場中提出了兩種解決方法：一是創建一個"輕數據庫"供非專業使用節點下載，這些輕數據庫剔除了早期的無意義交易數據，為整個數據包減負；二是互聯網世界的存儲技術也在高速發展，也許存儲技術的發展會讓數據庫存儲空間問題變得無足輕重。
（3）處理大規模交易的抗壓能力問題
一旦將區塊鏈技術推廣到大規模交易環境下，區塊鏈記錄數據的抗壓能力就無法得到保證。目前的區塊鏈技術還沒有真正處理過全世界所有人都共同參與進來的大規模交易，目前已投入使用的區塊鏈系統中的節點總數規模仍然很小。以應用最多的比特幣區塊鏈系統為例，該系統的理論交易處理速度峰值為每秒7筆，而VISA網絡處理峰值約為10000筆/秒。
對于區塊鏈的交易處理速度問題，市場中目前有兩種解決辦法：一是通過技術創新（如"超導交易"、清算型區塊鏈等）加快區塊鏈處理交易的速度；二是寄希望于區塊鏈技術的摩爾定律能成立，區塊鏈的可擴展性能得到加強。
綜上所述，區塊鏈在技術層面依然存在很多問題，只有針對這些問題進行重點突破，才能使得區塊鏈走出小眾應用，真正實現大規模的普及發展。隨著人們對區塊鏈技術優勢的認識越來越深刻，越來越多的資本、人才、資源不斷的被投入到相關研究中，相關技術水平會不斷進步，區塊鏈的上述技術缺陷得到解決相信只是時間問題。2、區塊鏈在應用層面依然不夠成熟
區塊鏈在應用層面仍然需要3-5年的時間來進行技術演進和經驗積累。區塊鏈的應用分成三個階段：第一階段是理論探討階段；第二階段業務測試階段；第三階段是大規模應用階段，區塊鏈真正走到生產系統中去。目前除了數字貨幣處在第三階段，其他大部分應用都處于第一和第二階段，區塊鏈在相關領域的應用仍需要3-5年的時間讓人們去接受和認可，最終才能步入第三階段，實現大規模應用和快速發展。目前區塊鏈的應用種類和領域也相對較少，未來還存在著更加廣闊的想象和發展空間。
3、區塊鏈在監管方面存在較大風險
區塊鏈的迅速發展對未來監管提出新要求。一方面，區塊鏈去中心、自治的特性淡化了國家、監管等概念，對現行體制帶來了深刻沖擊。另一方面，監管部門對區塊鏈這項新技術也缺乏充分的認識和預期，法律和制度建立可能會十分滯后，導致與運用區塊鏈相關的經濟活動缺乏必要的制度規范和法律保護，無形中增大了市場主體的風險。
因此，區塊鏈的發展受監管的影響很大。以比特幣為例，中國央行于2013年12月5日就發布了《關于防范比特幣風險的通知》，央行在這一通知中稱比特幣不是貨幣，只是一種虛擬商品，金融機構和支付機構不得開展與比特幣相關的業務。作為一門新技術，區塊鏈的監管體系還尚未建立，但預計其監管體系將會在3年左右較為成熟。
