《上海市科技创新“十三五”规划》.docx
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1、Wenyan Qin 20190419 北京 (中国银行总行培训) 在银行及金融行业的应用 区块链核心技术 0101011100101010101000101010001110101010010110101010111001011100010100101010101110010101010100010010101110010101010100010101000111010101001011010101011100101110001010010101010111001010101010001010100011 0101011100101010101000101010001110101010010
2、110101010111001011100010100101010101110010101010100010010101110010101010100010101000111010101001011010101011100101110001010010101010111001010101010001010100011 01010111001010101010001010100011101010100101101010101110010111000101001010101011100101010101000100101011100101010101000101010001110101010010
3、11010101011100101110001010010101010111001010101010001010100011 NABF 北美区块链 基金会 THE BUSENESS PLAN 什么是 区块链 Introduction of Blockchain & BitCoin 区块链 的核心 understanding of underlying blockchain technologies 区块链做 银行业务 Blockchain for banking business 区块链做 金融服务 Blockchain for other financial services 区块链做 供应
4、链 / 教育 Using Blockchain for supply chain management 内容 自我介绍 覃文延 加拿大比特鹅科技有限公司 Bitgoose Inc. 创始人 高性能比特币, Founder of Bitcoin Payment Performance (BPP) 创始人 北美区块链基金会(非盈利)会长,North American Blockchain Foundation EnvestBank 汇鑫云场金融科技公司区块链事业部总经理 北京光华隆信资产管理公司 CTO/ 区块链研究院副院长 加拿大 Manulife 大型保险美国分公司退休基金数据平台解决方案专家
5、。 加拿大蒙特利尔银行 Capital Market 投行部 VaR 风控引擎研发。 7 年 IBM Toronto Lab DB2 核心引擎研发经验,底层数据库通讯协议开发 IBM/SAP 联合技术集成中心全球开发技术支持 IBM DB2 全球化及国际化大型文件自动处理系统 中国出入境检验检疫管理系统全国大联通 Wenyan QIN THE BUSENESS PLAN 区块链是什么 IS CHANGING THE WORLD BlockChain 什么是区 块链 ? 01 02 03 独特的遗传式链状数据结构从本质上保证数 据不会被更改。数据块不会被以追溯方式更 改以前的时间戳,一旦数据写入
6、不可更改 (无论现在发生什么,都不会影响以前发生 过的事实)。而且 这样的数据链均匀的分布 在点对点的节点网络间。 去中心化,区块链技术可以实现去中心的 共识机制。公共账本所记录的事务 ( transaction )可以通过链上参与节点 的多少人投票的方式校验并达成一致共识 。 信任机器 : 区块链技术是在彼此不信任的节点 间建立信任关系的技术。超越数字货币,区块 链是让完全没有信任机制的人民不需要通过集 权方式的权威中心授权就可以建立信任并能高 效协同达成一致。 区块链 区块链本质上是在多个分 布式节点间传递账本(价 值 / 数据归属权)信息并 通过一定的共识机制(公 共 / 联盟)达成一致
7、性, 建立信任关系的技术。 什么是区 块链 ? 区块链底层通过使用哈希指针连接的数据链表。而这个哈希指针是数据加数据本身通过 加密产生的特征值在特定的时间产生的唯一的指向下一个链接数据块的。 1 区块链数据块是用哈希值做指针的 特殊数据链表 PreH() time PreH() time PreH() time PreH() time data d dddd dd PreH() data PreH() data PreH() data PreH() data 特殊的区块链可以是把哈希指针和 时间放在数据块中而把数据块放在 以此特征值为指针的侧链上。这样 可以提高链式数据操作性能 什么是区 块链
8、 ? 区块链是一种在完全分布式的点对点分网络间存在和传递的分布式账本系统。 可以完全实现去中心化。 2 Centralized computing is computing done at a central location, using terminals(Clients) that are attached to and request resource from a centralized Server. C/S model, more secured, authentication & encryption are easier. A peer-to-peer (P2P) netwo
9、rk in which interconnected nodes (“peers“) share resources amongst each other without the use of a centralized administrative system. P2P systems pose unique challenges from a computer security perspective. 什么是区 块链 ? 2 区块链是一种在完全分布式的点对点分网络间存在和传递的分布式账本系统。 可以完全实现去中心化。 什么是区 块链 ? 区块链是信任机器,是在完全不信任节点间建立信任机
10、制的技术。 是价值网络,是传递价值的互联网( Internet Of Value, IOV) 3 互联网在节点间传递信息 information 区块链交换的是价值,是价值网络,是在不信任节 点间建立信任关系,传递的是信任。是信任机器 trust Blockchain is the trust machine THE BUSENESS PLAN 区块链核心技术原理 区块链核心 数字加 密 & 数字货币 数字加密 哈希函数 哈希指针 数据结构 数字签名 数字加密技术通过加密操作把信息和交易数据封装在不可修改的数据块 中。严格安全加密的数据块在分布式的网络间传递数字货币和数字资 产。 密码通过哈希
11、函数加密后,拿到的结果 没有人可以反向计算出加密前的密码, 但是可以校验 保证哈希指针链接的数据链 一旦产生不可更改 只有自己可以签名,任何人可 校验但是又没有人能修改,移 动或删除。 区块链核心 数字加密 哈希函数there are no hash functions proven to be collisionresistant. The cryptographic hash functions that we rely on in practice are just functions for which people have tried really, really hard to
12、find collisions and have not yet succeeded. The hiding property asserts that if were given the output of the hash function y = H(x) , theres no feasible way to figure out what the input, x , was. search puzzle , a mathematical problem which requires searching a very large space in order to find the
13、solution Cryptographic Hash Function 抗密码碰撞 隐蔽性 迷宫遍历 任意长度的任 意字符串输入 产生固定长 度的输出 可以有效的 计算出结果 区块链核心 比特币采 用的哈希函数 SHA-256 Input Value 256 bits Compute Message (block#1) Comput e Message (block#2) Comput e Message (block#n) Output Hash 256 bits 512 bits SHA-256 哈希函数哈希函数. SHA-256 通过 通过 Merkle-Damgard 变换把任变换把
14、任 意意 长度的信息长度的信息 / 字符转换成多个哈希函数的字符转换成多个哈希函数的 512 个字节的输入个字节的输入 值值 不断迭代加密产生不断迭代加密产生 256 个字节的加密后的字符串。 个字节的加密后的字符串。 区块链核心 哈希指 针和数据结构 如果攻击者篡改了区块链上的任何数据,篡改过的数据都无法产生正确的(唯一 的)指向下一个数据块的哈希指针。就是篡改者把整个区块链的数据和指针,也 因为不知道原始输入密码而无法产生第一个头指针。从而导致网络上所有的节点 都会探测到这样的篡改企图。 区块链核心 哈希指 针和数据结构 Merkle Tre e Merkle 树 , 所有的数据块按配对存
15、储然后哈希指针存储在树结构上的父节点。父节点 的哈希指针又再配对作为输入产生新的哈希指针作为父节点,这样一直到把所有叶节 点的数据都能存储在这个树结构里。 区块链核心 哈希指 针和数据结构 区块链核心 数字签 名 数字签名模式:一个数字签名模式有下面三个算法 组成 : (sk, pk) := generateKeys( keysize ) 密钥生成函数将任意输入产生一对密钥,私钥 sk 被 私藏并用来对数据签名。公钥 pk 可以分发给所有 人拿来做校验用,任何人拿到公钥都可以校验出签 名者。 sig := sign( sk , message ) 签名函数用私钥 sk 和需要签名的数据产生数字
16、签名 isValid := verify( pk , message , sig ) 校验函数用签名者的公钥,签名的数据,签名本身 可以校验出签名的真实性。 要求 : 真实的签名一定可以通过校验函数校验 verify ( pk , message , sign ( sk , message ) = true 数字签名不可伪造 THE BUSENESS PLAN 分布式共识机制 - 所有节点同意全网校验过的交易记录 区块链核心技术和原理 区块链 去中心化和分布 式共识机制 区块链通过不同的分布式共识协议获得自己特有的去中心化结果 区块链通讯协议实现的去中心化通过如下 五个逻辑来实现差异化: 谁维
17、护(存储 / 交 换)交易记录账本 ? 01 谁有权限决定一笔交易 是合法的? 02 谁是初始数字资产的 产生者 ? 03 谁可以修改系统规则 ? 04 数字资产交换谁怎么获 利 ? 05 区块链 去中心化和分 布式共识机制 常见类 型 12 34 所有人可访问,完全去中心化 ,任何人任何时间都可以访问 系统读数据确认交易并竞争交 易记录修改权 Public Chain Private Chain Consortium Chain Permissioned Chain 严格限制的参与节点,指定的组织控制 区块数据写权限。高效,高私密性,低 成本减少被攻击的可能。很多大型的金 融机构偏好这种类型
18、。 由多家机构管理,管理机构运营 的多个节点,只有这些特定节点 可以有读写交易数据,数据在这 些节点间传递,共同记账。 每一个参与节点都必须得到许可,没有 许可不可以访问系统。私有链和联盟链 属于许可链。许可链上的可以不需要指 令牌。 也存在混合链,所有的节点根据情况有不同的许可和权限。 ( Enterprise Blockchain ) 区块链 去中心化和分 布式共识机制 分布式同时协议: 假设有 n 个节点每个节点都有一个输入值,有些节点是存在故障或有意进行恶意攻击 一个有效的分布式共识机制必须做到: 1价值共识是由所有的诚实节点做出的 2价值必须是由诚实节点产生 交易记录广播: 如果 A
19、lice 要支付数字货币给 Bob , Alice 必须把交易记录向整个点对点 分布的比特币网络广播这笔交易 . 1. 激励机制 2. 合理的延迟保证随机性 区块链 去中心化和分布 式共识机制 比特币共识算法 ( 简化版 ) 假设随机选取的节点不是被攻击的假身份节点 。 新交易记录向所有节点 全网广播01 每个节点都将接收到的交易 数据写到区块链数据块中02 写节点是随机的并马上把 结果数据块全网广播 03 任一节点接受新的数据块前 必须对所有的交易记录校验 通过 ( 未支付,签名合法) 04 接受节点将自己的哈希加到 所认可的数据块中做背书05 区块链 去中心化和分布 式共识机制 要花掉币必
20、须有所有权产生合法的 交易记录。需要篡改持币人的数字 签名。只要数字签名模式足够安全 ,外人无法通过篡改数字签名来盗 窃数字资产(比特币) 如果 Alice 收到 Bob 签名并支付的数 字货币而拒绝接受并将认可的数据块 写入自己广播出去的区块链中,那 Bob 只需要稍微等一下,所有诚实的 校验过 Bob 合法签名和支付的节点 广播过来接受的数据块就可以确保支 付被记录,广播和接受传递。 同一个币被同时花在两笔不同的交 易中的时候只有一个交易记录会被 合法写入区块链中。比如如果 Alice 成功的将已经支付给 Bob 的货币在支 付给自己,那她支付给 Bob 的交易记 录就会通不过校验而添加不
21、到再新一 轮追加的数据块中,原支付成为孤链 而被摒弃。 Stealing Asset Denial of Service Attack Double Spending Attack 为什么比特币共识机制有效?因为它成功的防止了如下几种攻击 : 区块链 去中心化和分布 式共识机制 双花企图 (Double Spending attempt.) Alice creates two transactions: one in which she sends Bob Bitcoins, and a second in which she double spends those Bitcoins by s
22、ending them to a different address that she controls. As they spend the same Bitcoins, only one of these transactions can be included in the block chain. The arrows are pointers from one block to the previous block that it extends including a hash of that previous block within its own contents. CA i
23、s used to denote a coin owned by Alice. This is what Alices doublespend attempt looks like from Bob the merchants viewpoint. In order to protect himself from this attack, Bob should wait until the transaction with which Alice pays him is included in the block chain and has several confirmations 区块链核
24、心技术 以太 坊,超级账本与智能合约 以太坊 Ethereum 和超级账本 Hyperledger 都是是一个开源的区块链底层系统技术构架, 就像安卓一样,提供了非常丰富的 API 和接口 ,让许多人在上面能够快速开发出各种区块链 应用,而以太坊和超级账本很大的特色就是能 够实现智能合约。另外还有银行联盟 R3(Corda) ,跨境资产转移 Ripple 。 区块链为智能合约提供可信执行环境,智能 合约为区块链扩展应用。智能合约一旦设立 指定后,能够无需中介的参与自动执行,并 且没有人可以阻止它的运行。而在以太坊和 超级账本上的智能合约,能够控制区块链上 各种数字资产进行复杂的操作 智能合约
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