刘志义：区块链技术演进与比特币基金会

摘要：本系列为数字经济学家刘志义的《人工智能与区块链智能经济系列丛书》。 主要讨论区块链智能经济。 输入书的内容）

个人介绍：刘志义，数字经济学家，数字经济学理论奠基人。 主要研究领域为人工智能、智能经济、数字经济。 商汤科技智能产业研究院院长，同济大学人工智能与区块链智能实验室（AIBI）研究员，中国区块链技术改革联盟首席经济学家。

出版数字经济领域专着《智能经济：用数字经济思维认识世界》、《无界：人工智能时代的认知升级》，正在出版《数字经济》、《人工智能与区块链智能》等专着， ETC。 。

我们这本书的核心是人工智能和区块链技术的范式革命。 之所以选择这两种技术，是因为人工智能技术代表着生产力的革命，而区块链代表着生产关系的革命。 因此，如何理解区块链技术向生产关系的转变是重点。 下面我将从区块链技术的特点、区块链的数学基础、区块链的演进过程三个角度来探讨这个问题。

先说说区块链技术的特点。 区块链技术的创新主要体现在以下四个方面：

这里我们特别关注分布式账本的特点。 所谓分布式账本技术，本质上是一个资产数据库比特币的地址是由什么算法生成的，可以在由多个站点和不同机构组成的网络中共享。 每个网络节点都可以获得一个唯一的、真实的账本副本，账本的任何变化都会反映在副本中。 存储在这个分类账中的资产可以是金融或法律定义的资产，也可以是实物或电子资产。 这个账本中存储的资产的安全性和准确性是通过使用公私钥和签名来控制对账本的访问，从而实现基于密码学的维护。 根据网络中的共识规则，分类账中的记录可以由一个、一些或所有参与者更新。 也就是说，分布式账本是在分布式网络的基础上加入非对称加密的密码账本体系。

然后我们讨论区块链技术涉及的数学基础。 在第一讲中，我们探讨了信息技术哲学中的计算主义思想，本质上讨论了技术背后的思想根源。 信息技术发展到现在，形成了两个截然不同的平行世界：一个世界是我们生活的物理世界，这个世界以实体经济为主导，原子世界以牛顿定律为主导。物理定律。 世界; 世界是思想的世界，即由比特组成的世界，其中信息世界的规则起着核心作用。 有很多方法可以连接这两个世界。 三十年来，以信息互联网为载体进行联系，我们看到了信息网络的作用； 在未来的几十年里，我们可以看到区块链网络将成为一个新的载体，构建两个平行世界之间的基础。

从科学哲学的角度看，数学是一切现代科学理论的基本思维方式。 科学哲学之父泰勒斯提出在数学中通过逻辑来证明命题的正确性，奠定了整个西方科学研究的实证基础。 另一位伟大的哲学家毕达哥拉斯奠定了数学哲学的基础。 他确立了“一切皆数”的观念，也确立了从古希腊延续至今的重视基础数学理论的科学精神。 . 可以看到，西方学者取得的基础研究进展，大部分是基于基础数学理论的研究。

这里需要说明的是，就具体的技术范式而言，过去几十年互联网上的研究都是基于其背后的数学基因。 整个互联网网络是建立在图灵机和相关算法逻辑的框架下。 那么，区块链技术也应该有自己的数学理论基础。 只有在数学和算法的基础上，才能开发出一套完整的应用场景和技术演进过程。 这里我们简单讨论一下区块链技术已经具备的应用数学范式的条件：

我们可以看到，区块链技术所涉及的技术范式其实是过去几十年的积累，尤其是密码学的相应理论。 此外，我们看到基于网络理论的数学研究已经涉及到图论相关领域，即以空间、维数和变换为研究对象，这使得区块链技术在未来具有更大的研究前景。 在近几年的互联网研究中，所涉及的基于网络经济、共享经济和信息经济的数学理论研究，其实都或多或少地与区块链技术相关。 我们把区块链技术看作是“下一代互联网”，我们需要搞清楚这些理论背后的数学基础与区块链技术发展的关系。

最后我们来分析一下区块链1.0到区块链3.0技术的演进。 值得注意的是，现阶段主要是根据区块链技术近十年的发展情况来划分的。 事实上，区块链技术还处于非常早期的阶段。 在更长的时间内，我们可以期待直到这个划分被重新定义。 在现有惯例的基础上，我们将根据当前技术发展阶段向读者介绍。

所谓区块链1.0阶段最典型的代表是2009年1月推出的比特币区块链。比特币区块链系统最重要的目标是成为一个“点对点电子现金系统”，发送方和接收方直接进行交易，而无需他们之间的中介访问。 比特币的区块链基于工作量证明，带有时间戳、数据存储的数据块和由哈希指针连接形成的链。 这条链以分布式的方式存储在比特币网络的各个节点上，从而形成了我们前面提到的分布式账本的概念。

这里简单介绍一下比特币区块链技术涉及的一些基本概念，主要有以下三个：

工作量证明：所谓工作量证明，是指比特币网络中的节点按照规则进行密码哈希计算，以竞争产生新区块的权利。 节点在竞争中获胜后，将获得记账权。 区块生成并成为最新区块后，可以获得该区块对应的生产奖励。 工作量证明是最重要和最基本的共识机制之一。

最长链原则：比特币工作量证明机制的本质是一个节点，一票，最长的链包含最大的工作量，所以“大多数人”的决定可以表示为最长的链。 通俗地说，比特币区块是由矿工不断的数学运算产生的，每个区块都必须引用前一个区块，所以最长的链也是最难推翻和篡改的，所以节点总是相信最长的链是有效的区块链，只有在最长链上挖矿的矿工才能获得奖励。 这就是我们常说的比特币最长链原理。

UTXO（unused transaction output）：比特币的记账方式，本质上，比特币账本可以认为是一个状态转换系统，每一个新的区块和之前的所有区块形成一个新的状态，并且在确认之前是不能随意篡改的，并且UTXO是这种记账方式的基本技术概念。 所以有世界上没有比特币只有UTXO的说法，地址中的比特币指的是还未花费的交易输出。

接下来介绍区块链2.0，其中以2015年7月上线的以太坊为代表。 以太坊最大的价值在于通过智能合约机制构建一个去中心化的应用平台，即构建一个基于区块链技术的操作系统。 由于比特币区块链存在事实上的缺陷，包括缺乏图灵完备性（无法支持所有计算）、无法为提款提供精细样本、无法进行复杂的合约计算等，以太坊诞生了创始人维塔利克。 据他介绍，以太坊的目标是“提供一种内置城市图灵完备编程语言的区块链，可用于创建合约以编码和实现任意状态转换功能”。 也就是说，以太坊创造了一条新的公链。 这个区块链配备了图灵完备的脚本，可以用来创建复杂的智能合约来控制所有区块链状态的转换。 因此，链上数字资产是可以兑换的。 确认和传递，从而实现从信息互联网到“价值互联网”的转变。 以太坊区块链有一个非常伟大的计划。 它希望将以太坊区块链打造成世界计算机，建立一个全球性的大规模协作网络。 每个人都会在以太坊区块链上进行计算和应用。 当然，这个想法还没有得到完全验证，但已经有了一个基本的雏形。

这里要介绍的重要概念是智能合约。 这一概念由著名计算机科学家和密码学家尼克萨博于1994年提出，他将其定义为“智能合约是一种执行合约的计算机化交易协议条款”。 智能合约的设计目标是执行一般合同条件，同时最大限度地减少恶意和意外情况，以及最大限度地减少对可信中介的使用。

智能合约不是合约。 智能合约是一组计算机程序，可以保证您的合约可以在没有第三方帮助的情况下执行。 我们可以这样理解：区块链存储的是状态，智能合约就是它用于状态转换的方式。 智能合约不是合约，而是计算机程序。 这个电脑程序可以保证你们两个签订合同后，谁会自动触发相应的执行条款。 这就是区块链2.0的本质。 值得注意的是，Nick Szabo 在他的论文中还探讨了如何将智能合约应用到实物资产的逻辑上，形成智能资产，即如何通过智能程序设定的规则来实现对资产的控制。

其实我们可以看到，区块链1.0的核心是数字现金，区块链2.0的核心是数字资产，而区块链3.0应该是一个大规模商业应用的平台。 原因是即使是区块链 2.0 也仍然存在缺陷。 可以支持一些应用程序的开发，但是在性能方面还是有很多方面的缺陷。 不能支持大规模的商业应用开发，比如交易速度，bit以太坊的交易速度只有每秒7笔交易，以太坊绝对不会超过20笔交易。

到目前为止，真正的区块链3.0应用还没有实现，无论是以HyperLedger为代表的联盟链，还是以通用公链为代表的EOS，都还在探索和成长的过程中。 我们可以期待的是，区块链3.0时代将形成产业型公链、功能型公链、通用基础型公链并存的产业生态。 这也是我们对区块链3.0发展的期待。

区块链技术的现阶段可以比作 20 世纪 90 年代后期的互联网阶段比特币的地址是由什么算法生成的，即处于比较早期的阶段。 但这并不意味着我们应该忽视它的发展。 由于区块链技术的发展不依赖于硬件的发展，而是依赖于算法、数学和软件生态的发展，从逻辑上讲，它的发展速度会比互联网更快。 一方面，区块链技术可以应用于金融，尤其是数字资产相关领域。 另一方面，区块链技术可以为互联网解决去中心化问题提供新的技术基础。 因此，可以预期，区块链技术将在未来几十年实现真正的大规模商业应用，成为下一个真正引发产业变革的基础技术。