《数字经济发展与治理》课件 Ch7. 区块链的经济学分析

区块链的经济学分析数字经济发展与治理07-14Catalogue目录第三节

区块链的经济学展望第二节

区块链的应用场景第一节

区块链的技术基础第一节区块链的技术基础Ⅰ区块链的工作原理Ⅱ密码学在区块链中的应用Ⅲ共识机制Ⅳ智能合约2008年11月，一位网名为中本聪（SatoshiNakamoto）密码学术论坛用户发表了题为《比特币：一种点对点的电子现金系统》的白皮书，提出去中心化的数字货币——比特币这一概念，并为其设计了基础技术区块链2009年，中本聪发布比特币的第一版软件，并挖出了创世区块，启动了比特币网络2019年10月，习近平总书记在中共中央政治局第十八次集体学习时强调：“区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入力度，着力攻克一批关键核心技术，加快推动区块链技术和产业创新发展”。Haber

&Stornetta（1990）在数字文档中引入时间戳的概念，以创建防篡改的历史记录Dwork

&Naor（1992）为防止垃圾电子邮件提出了工作量证明的概念中本聪（2008）将上述概念、加密与“最长链规则”的共识机制相结合创建了一个去中心化、无需信任的数字现金系统区块链的工作原理（一）分布式账本技术（DistributedLedgerTechnology,DLT）通过去中心化网络共同维护和记录交易数据的系统分布式账本技术是区块链的基石为数据管理和交易执行提供了一种全新的模式“记账”：一切可以被数字化记录的观察与事实（一组密码，法院的判决文书）没有单一机构能够控制或篡改数据所有交易都需要节点达成共识后才能被记录“共识机制”确保了数据的一致性和不可篡改性不可篡改性将数据存储在网络中的多个节点上，每个节点都有一份完整的账本副本节点分散在不同的地理位置，由不同的实体控制没有任何一个节点拥有对整个系统的控制权，因此系统不再依赖于单一的中心节点提高了系统的稳健性，即使部分节点出现故障或被攻击，系统仍然能够正常运行所有节点都有权访问和验证账本数据每个参与者都能够看到交易历史和账本状态有助于建立信任，减少欺诈和错误，同时也使得系统更加开放和可访问透明性分布式账本技术的特性去中心化通过区块头中“上一区块哈希”字段，组成链式数据结构区块：当一个新交易产生时，它会被发送到网络中的所有节点。节点会验证交易的有效性，然后将它们打包进一个新的数据块，这些数据块便是区块链式结构：由一系列按照时间顺序连接的数据块组成区块链的工作原理（二）区块（Block）+链（Chain）式结构任何对区块内容的更改都会导致该区块及其之后所有区块的哈希值发生变化从而被网络中的其他节点检测到并拒绝哈希函数哈希函数：一种将输入数据转换成固定长度输出的算法哈希值：哈希函数将任意长度的输入数据转换成固定长度的输出字符串，这一字符串被称为哈希值SHA-256（256位安全哈希算法）：被用于比特币和其他加密货币中单向性从哈希值几乎不可能反推出原始数据，保证了区块链数据的不可篡改性（人有指纹，但是指纹无法计算出人）抗碰撞性好的哈希函数很难找到两个不同的输入数据产生相同的哈希值（“碰撞”），增加了篡改数据而不被检测到的难度雪崩效应微小的数据变化也会导致哈希值发生巨大变化，任何对数据的篡改都会引起哈希值的改变，从而被轻易发现密码学在区块链中的应用：加密算法非对称加密算法公钥：公开的，任何人都可以用来加密信息或验证签名私钥：保密的，只有密钥拥有者才能使用它来解密信息或创建签名每个用户有一对唯一的密钥（私钥签署交易，公钥验证签名的有效性）数字签名使用非对称加密技术来证明交易的发送者身份，确保交易数据的完整性多重签名：多个私钥的共同签名才能执行某些操作，增强安全性钱包和地址钱包：一个包含私钥和公钥的软件或硬件设备，用于管理用户的加密货币资产钱包地址：一个短字符串（公钥的简化形式），用于识别用户身份、接收资金用户通过钱包发起交易，并通过私钥对交易进行签名钱包类型多样化：基于云的钱包、去中心化交易所（DEX）钱包密码学在区块链中的应用：身份验证与交易签名密码学在区块链中的应用：身份验证与交易签名发送方接收方私钥加密的内容公钥加密的内容私钥签名公钥解密私钥解密公钥验证签名不可伪造、不可抵赖通过提供匿名或伪匿名的方式保护用户隐私Monero、Zcash等加密货币可以隐藏交易的发送方、接收方和交易金额允许用户匿名签署交易签名者从群体中选择一组公钥（包括自己的公钥），然后创建一个签名，使得验证者无法确定是哪个公钥的私钥被用来签名匿名性环签名密码学在区块链中的应用：隐私保护零知识证明允许一方向另一方证明某个陈述是正确的，而无需透露任何有关证明的具体信息可以用来验证交易的合法性而不必暴露交易的具体内容Zcash应用了zk-SNARKS这一流行的零知识证明技术共识机制是区块链网络中节点达成一致的过程它确保所有节点对区块链的状态达成一致意见（即使可能存在恶意节点）PoW共识机制谁说了算PoSDPoSPoAxBFTPBFTRaft公有链联盟链工作量证明：计算能力和网络能力强的群体权益证明：持有币量大、持有时间长的群体受托人机制：根据股权量选择出受托人群体授权证明：高度信任群体、权威群体实用拜占庭容错算法：超过2/3多数同意拜占庭容错技术：超过2/3多数同意强领导力机制：被选出的领导共识机制模式适用于比特币、以太坊等准入机制自由进出适用于清算、供应链金融等中本聪提出，广泛应用于加密货币主要目的：确保网络的去中心化与安全性，同时防止恶意攻击和欺诈行为首个共识机制，确立了共识机制的基本框架意义：成功地在去中心化分布系统中实现了兼顾匿名性和安全性的共识工作量证明（ProofofWork，PoW）共识机制：工作量证明要求网络参与者（“矿工”）完成一项计算任务，这项任务需要大量的计算工作量，但验证结果却相对容易比特币：任务是找到一个特定哈希值，这个哈希值必须满足一定的条件；矿工们通过不断尝试不同的数值，直到找到一个满足条件的哈希值（挖矿）最长链原则：由区块形成的链条中，最长链条记录的信息被认为是正确的“区块”+“链”修改系统内的信息，就需要对该区块开始至今记录的全部信息进行修改工作量证明这种修改极其耗费算力，攻击者的收益很可能小于攻击成本实现了共识的形成主要目的：解决PoW能源消耗不断增加的问题，并提高区块链网络的效率和可扩展性基于持有者（持币者）的货币权益来选择网络的验证者和区块的创建者权益证明（ProofofStake，PoS）共识机制：权益证明持有一定数量货币的用户可以被选为验证者（通常是随机的），持有货币数量越多、持有时间越长的用户被选中的概率越高不需要大量的计算资源来解决复杂的数学难题，大大减少了对于能源和算力的消耗风险：缺乏了PoW中依靠算力提供的安全性保障，可能受到PoW不会遇到的一些攻击验证者有动机维护网络的安全和稳定，因为他们的资产价值与网络的健康状态直接相关核心问题：是否存在一种容错机制可以确保“忠诚”的将军能够实现一致行动？实用拜占庭容错（PracticalByzantineFaultTolerance，PBFT）共识机制：实用拜占庭容错高效性：交易确认快（金融领域）确定性（最终性）：共识结果不可逆抗攻击性：允许系统在存在恶意节点或故障节点（最多1/3）的情况下，依然能够达成一致并正常运行资源友好：无需算力（PoW）或代币质押（PoS）PBFT牺牲去中心化换取了高效性与确定性将军中尉中尉中尉中尉进攻进攻进攻撤退撤退拜占庭容错问题一些节点可能会因为恶意攻击或出现故障而发送错误信息给其他节点密码学家尼克·萨博提出（1994年）直到区块链技术的出现，智能合约才得到了实际应用一种运行在区块链上的自动执行合同，允许在没有中介或第三方的情况下，实现合同条款的自动验证与执行存储在区块链上的程序，包含一组预定义的规则和条件条件得到满足时，智能合约会自动执行相应的动作（资产转移、数据记录）不需要任何中介机构操作不可逆，并且对所有网络参与者都是透明的01提出智能合约：基本概念02以太坊（Ethereum）是最早实现智能合约并广泛推广的平台之一执行加密货币交易，允许开发者创建和部署智能合约，从而实现复杂的去中心化应用区块链平台需要特定的编程语言或框架来编写智能合约Solidity：以太坊上最常用的智能合约编程语言图灵完备的、专门为编写智能合约设计编程语言共识机制：确保所有节点对智能合约的状态达成一致加密技术：哈希函数和数字签名，确保智能合约的代码和交易数据的完整性与不可篡改性共识机制和加密技术智能合约：技术基础将编译后的智能合约字节码发送到区块链，并在区块链上创建一个新的合约地址在部署前确保代码的准确性和安全性部署监控：跟踪合约的运行状态、性能和用户交互维护：更新合约逻辑、修复问题无法直接修改，需部署新合约并逐步迁移用户监控与维护执行是由区块链网络中的节点自动验证的合约的状态变化也会被记录在区块链上执行与交互完成预定任务过时过旧安全或合规问题更新：逐步迁移终止或更新智能合约：生命周期确定合约的功能、逻辑和预期行为使用合适的编程语言编写合约代码设计与编写可追踪性与可审计性时间灵活去中心化共识机制不可篡改，所有交易都是可追踪和可审计的减少金融欺诈、医疗欺诈等恶意行为缔约时间灵活，能够潜在地解决由于缔约时序引起的不完全合约问题使得智能合约有望实现更为广泛的应用共识机制确保对整个系统的信任（无须依赖可信任的第三方），智能合约可以自动触发、执行预先设置的操作降低管理成本，提升运行效率智能合约：技术优势第二节区块链的应用场景Ⅰ金融服务Ⅱ供应链管理Ⅲ版权保护Ⅳ

身份认证区块链通过为已有经济活动降本增效释放其经济价值通过“区块链+”：传统经济活动的透明度得到显著提升在线交易的安全性显著提高对于数字产权与个人隐私的保护提升到一个新高度区块链应用传统供应链中存在信息不对称和信任缺失融资难、融资贵（尤其是小微企业）区块链技术提供了一个去中心化的、透明的信息记录平台：提高透明度和可追溯性降低交易成本和时间风险管理和信用增强促进供应链金融创新区块链的应用场景：金融服务（一）供应链金融平台供应链金融区块链技术能够简化流程：跨境支付：提供点对点的支付平台实时清算：降低结算风险促进支付技术创新：微支付区块链的应用场景：金融服务（二）支付清算传统支付清算系统往往需要多个中介机构参与流程复杂、耗时久传统的跨境支付清算流程资产代币化将现实世界中的资产（房地产、艺术品等）转换为数字资产（代币），这些代币可以在区块链上进行交易、管理提高资产流动性、降低投资门槛证券发行和交易通过使用区块链平台，公司可以直接向投资者发行股票或债券，无需传统的承销商和交易所降低交易成本、提高交易效率、提高安全性和信任度增强监管合规性帮助监管机构更有效地监控市场活动帮助企业遵守反洗钱和客户身份验证等监管要求区块链的应用场景：金融服务（三）数字资产和证券区块链的应用场景：金融服务（四）普惠金融提升金融服务可达性：不再局限于银行网点降低交易成本：简化流程、减少中介增强金融服务透明度：所有交易公开改善信用评估和风险管理：低收入群体缺乏信用记录难以获得信贷服务，区块链可以记录个人和企业的交易历史区块链技术有助于实现普惠金融的目标供应链从原材料获取、产品制造到最终产品交付给消费者的整个过程供应商、制造商、分销商、零售商和消费者供应链管理协调和管理供应链中的物料、信息和资金流动的一系列活动目的：提高效率，降低成本，增强客户满意区块链技术提供更高的透明度、安全性和效率提升响应速度、减少浪费，增强供应链的竞争力和抗风险能力区块链的应用场景：供应链管理（一）分布式账本提供了一个不可篡改的记录系统，从生产到最终销售的每个环节都可以被记录、追踪端到端的可追溯性实时数据共享增强质量控制消费者参与和信任建立供应链透明度库存管理和需求预测推动供应链创新区块链的应用场景：供应链管理（二）分布式账本和智能合约等特性，提高数据的准确性、实时性和预测能力，帮助企业更有效地管理库存和预测市场需求实时库存数据更新增强的需求预测模型智能合约自动化补货区块链技术通过去中心化、不可篡改性和透明性等特性，重新定义供应链管理的方式推动产品生命周期管理创新支持可持续发展和社会责任创新合作模式食品安全一直是全球关注的焦点，消费者对食品来源和质量的要求越来越高专栏7-1区块链推动供应链创新：沃尔玛和IBM合作的食品溯源项目沃尔玛和IBM建立的食品区块链溯源系统传统食品供应链涉及多个环节，包括农民、加工商、运输商、零售商等，信息分散在不同的数据库和系统中，一旦出现食品安全问题，溯源困难沃尔玛采用IBM的区块链平台，构建了一个去中心化的食品安全解决方案区块链网络连接了供应链中的所有参与者，每批次的食品在供应链的各环节都会有记录供应链的透明度和效率消费者对食品来源、质量的了解与信心企业的品牌形象和市场竞争力版权创作者对其创作的文学、艺术和科学作品所享有的一系列法律权利复制权、发行权、改编权等，使创作者能够控制作品的使用并从中获益版权保护目的：防止他人未经授权使用、复制或分发作品生效：通常自作品创作完成时自动产生（有些情况需要进行版权登记）区块链技术简化版权注册流程、所有权转移流程监测侵权行为，并为维权提供支持区块链的应用场景：版权保护专栏7-2区块链推动版权保护升级2020年11月16日，最高人民法院印发《关于加强著作权和与著作权有关的权利保护的意见》（以下简称《意见》）。《意见》的出台，旨在通过明确法律适用规则，倡导诚信诉讼，遏制著作权侵权行为。《意见》指出，要推进案件繁简分流试点工作，着力缩短涉及著作权领域类型化案件审理周期。完善知识产权诉讼证据规则，允许当事人通过区块链等方式保存、固定和提交证据，有效解决知识产权权利人举证难问题。从司法层面肯定区块链技术在知识产权案件中的重要地位对后续的知识产权案件具有借鉴作用传统的中心化身份认证系统：依赖单一的认证机构来验证用户身份，容易受到单点故障和数据泄露的风险去中心化的身份认证方案：用户的身份信息分布在整个区块链网络中去中心化身份认证简化身份验证流程促进跨界合作与全球合作区块链的应用场景：身份认证不同国家和地区的组织可以使用基于区块链的身份认证系统来共享身份信息，促进全球合作建立全球信任网络简化国际业务流程增强全球治理传统的身份认证流程：用户需要在不同的网站和服务上重复进行身份验证基于区块链的身份认证方案：用户创建一个数字身份，便可在不同的服务提供商之间共享和验证，无需重复验证第三节区块链的经济学展望Ⅰ区块链对市场结构和竞争的影响Ⅱ区块链的金融效应Ⅲ

区块链的经济治理与社会影响允许参与者在没有中央权威机构的情况下进行交易减少交易成本，提高市场效率所有交易记录都被存储在一个公共的、去中心化的账本上，所有的参与者都可以访问和验证这些信息，确保市场的透明度和公平性去中心化市场的形成区块链对市场结构和竞争的影响（一）去中心化市场传统的中介机构如银行、交易所和经纪人的角色可能会被削弱或取代推动商业模式创新，企业开始探索利用区块链改进产品和服务对消费者权益保护提出新要求较传统中心化市场的优势更优的安全性和隐私保护机制各种形式的资产（如房地产、艺术品、知识产权等）可以被代币化，提高资产流动性对传统中心化市场的影响增加网络吸引力随着区块链网络规模的扩大，更多的市场参与者被吸引加入促进创新和多样化市场对新技术和服务的需求随着用户的增加而增加对市场参与者行为的影响区块链对市场结构和竞争的影响（二）网络效应随着区块链用户数量的增加，区块链网络价值随之增加的现象（梅特卡夫定律）塑造市场竞争力提高市场集中度规模效应为早期进入者和快速增长者提供了强大的竞争优势，形成进入壁垒市场资源向少数大型网络集中，形成寡头竞争或垄断市场化解信息不对称透明性：所有交易记录都被公开记录在分布式账本上，任何人都可以访问和验证这些信息不可篡改性：提高数据质量，帮助市场参与者更好地理解市场动态，做出更加明智的决策去中介化：降低信任成本、提高交易效率影响价格机制区块链对市场结构和竞争的影响（三）提高市场效率实现更准确的价格发现提供实时数据、提高透明度，有助于市场更准确地反映供需关系，形成更公正的价格减少价格操纵，促进新的定价模型透明性和不可篡改性使得操纵市场价格变得更加困难基于使用量的定价模型：依赖实时数据消除中介，降低交易成本实现交易的即时结算促进市场参与，增加市场多样性和竞争力市场透明度加密货币对货币政策的潜在影响影响央行对于货币供应的控制加密货币的高价格波动性对金融稳定性构成风险，迫使央行采取更加积极的货币政策维护金融稳定区块链与货币政策：区块链的金融效应（一）中央银行应对加密货币的做法开发数字货币应对加密货币的挑战（如中央银行数字货币，简称CBDC）加强对加密货币市场的监管和监督：反洗钱与其他国家共同制定国际标准和政策金融稳定性：区块链的金融效应（二）加密货币市场的价格波动性高于传统金融市场市场规模较小，流动性较低参与者包括大量散户，更易受到市场情绪的影响大量投机者的高杠杆交易和短线操作，增加波动金融传染：加密货币市场的波动性通过多种渠道影响传统金融市场随着加密货币市值的增长，其价格波动与传统金融市场资产价格产生联动效应剧烈波动导致资金流入或流出，影响传统金融市场的流动性波动性可能影响投资者的风险偏好跨境支付和资本流动：区块链的金融效应（三）降低跨境支付成本、提高效率和包容度允许参与者直接进行交易，减少中介费用和交易成本实现交易的即时清算与结算，提高支付效率为没有银行账户的人群提供了一种低成本、高效率的跨境支付方式改变资本流动进程资产代币化智能合约：资本流动自动化优化跨境资本管理：实时跟踪对于国际金融体系的影响重塑支付基础设施：传统支付系统需要进行升级或被区块链解决方案所取代倒逼监管机构更新监管框架，以适应新的金融产品和服务金融中介：区块链的金融效应（四）中介角色转变促进金融机构从中介升级为服务提供者：银行和证券公司可以提供增值服务（咨询、资产管理、财务规划等），以满足客户的多元化需求利于金融中介增强客户体验：实时的交易跟踪、透明的费用结构金融中介面临挑战竞争加剧：降低了市场准入门槛，新兴的金融科技公司（Fin-tech）与传统金融中介竞争监管不确定性：区块链技术和加密货币的监管框架在全球范围内尚不统一科技支出压力：金融中介需要进行大量数字技术投资，并培养或吸引相关人才去中心化：意味着没有单一的控制中心，这使得传统的监管方法难以实施匿名性：为用户提供了隐私保护，但同时也可能被用于非法活动（洗钱、非法交易）跨境性质：区块链网络不受地理限制，一个区块链应用可能涉及多个国家和地区的用户，使得监管需要跨国合作监管与自治区块链的经济治理与社会影响（一）应用现有金融监管原则和框架制定针对加密货币交易所的许可要求、反洗钱（AML）和客户身份验证（KYC）规则探索新的区块链自治机制基于智能合约和共识机制能够在区块链网络内部自动执行规则、惩罚违规行为传统监管框架面临的挑战区块链自治机制显著增强了个人数据的安全性加密算法降低数据泄露的风险去中心化减少单点故障的风险提高了用户对于自身数据的控制性允许个人拥有并控制自己的数据通过智能合约和去中心化应用（DApps），个人可以决定如何共享、与谁共享隐私安全区块链的经济治理与社会影响（二）额外的隐私泄露风险并非所有区块