区块链原理设计与应用（吴丰恒：区块链原理和三级市场探索）
区块链原理设计与应用（吴丰恒：区块链原理和三级市场探索）
作者抹链科技执行董事 吴丰恒
本文根据2021年5月20日抹链科技执行董事吴丰恒的专题讲座整理，参加讲座的有长期从事乡村建设、合作经济理论研究和实践活动的人员，包括高校教授、合作社负责人以及从事可持续发展的相关研究人员和实践者。
以下为分享内容：
世界上原本没有“区块链”这个概念，“区块（Block）”和“链（chain）”这两个单词，源于SatoshiNakamoto（中文译为中本聪，邮箱是Satoshin@gmx。com )发表的比特币白皮书《一种点对点的电子现金系统》中文版。
早期将这个白皮书翻译为中文并在中文世界传播的有两个人，一个是比特大陆创始人之一吴忌寒，毕业于北大，另一个是8btc。com的创始人长铗，本名叫刘志鹏，毕业于中国地质大学。
2009年，中本聪按照白皮书的设计，用电脑挖出了第一枚比特币。在2010年，中国已经有少数人参与到了比特币早期挖矿之中。2010年，长铗将工作第一年攒的工资通过淘宝全部买了比特币。2011年吴忌寒是Bitcointalk中文版的版主，也因为这个关系，他把比特币白皮书翻译成了中文。
长铗是一位优秀的科幻小说作家，曾经在2006年、2007年、2008年连续三年获中国科幻最高奖“银河奖”。2011年，长铗创办了国内最早的区块链资讯社区门户8btc巴比特，翻译完的中文版白皮书，最早就发布在了巴比特上。
什么叫“区块”，什么叫“链”？
首先，中本聪提出一种叫做“点对点的电子现金系统”的解决方案，这种解决方案的理念是使“在线支付能够直接由一方发起并支付给另外一方，中间不需要通过任何金融机构”。他为了解决“双重支付”问题，引入了“数字签名”技术，但仅仅通过“数字签名”是不够的。
所以中本聪又构建了一个“时间戳（timestamps）服务器”，“全部交易加上时间戳，将它们合并入一个不断延伸的基于随机散列的工作量证明（proof-of-work）的链条作为交易记录，除非重新完成全部的工作量证明，形成的交易记录将不可更改”。
所谓“时间戳（timestamps）服务器”，通过对“以区块(block)形式存在的一组数据”（这里首次提出“block”概念）实施随机散列而加上时间戳，并将该随机散列进行广播，就像在新闻或世界性新闻组网络（Usenet）的发帖一样。
该时间戳能够证实特定数据必然于某特定时间是存在的，因为只有在该时刻存在了才能获取相应的随机散列值。每个时间戳应当将前一个时间戳纳入其随机散列值中，每一个随后的时间戳都对之前的一个时间戳进行增强(reinforcing)，这样就形成了一个链条（Chain）。
总结一下前面的内容，中本聪想创造一种“中间不需要通过任何金融机构”的电子现金系统，他需要解决支付中“双重支付”问题，建立一个可靠的、对于支付进行记账的系统。他提出了使用“区块（Block）”、“链（chain）”构建“时间戳服务器”，使用“数字签名”技术，还提出将“交易”进行“广播”。
比特币和工作量证明机制
那么比特币是怎样产生的呢？
中本聪定义电子货币（anelectronic coin）是一串数字签名：每一位所有者通过对前一次交易和下一位拥有者的公钥(Publickey)签署一个随机散列的数字签名，并将这个签名附加在这枚电子货币的末尾，电子货币就发送给了下一位所有者。而收款人通过对签名进行检验，就能够验证该链条的所有者。
每创造一个区块，该区块创造者都会获得一定数量的电子货币奖励。基于这样的激励，人们产生维护网络的动力。
中本聪说，“我们约定如此：每个区块的第一笔交易进行特殊化处理，该交易产生一枚由该区块创造者拥有的新的电子货币。”进一步说，“这样就增加了节点支持该网络的激励，并在没有中央集权机构发行货币的情况下，提供一种将电子货币分配到流通领域的方法。”“这种将一定数量新货币持续增添到货币系统中的方法，非常类似于耗费资源去挖掘金矿并将黄金注入到流通领域。”
在比特币系统的工程技术实现中，最终采取了“总量2100万枚，最初每个区块的奖励是50个比特币，随着区块高度增加，每210，000个区块后奖励减半”的措施。即区块1到210，000每个区块的奖励为50BTC，区块210，001到420，000的奖励为25BTC，区块420，001到630，000的补贴为12。5BTC。去年每个区块比特币的产出又经历了一次减半，现在是6。25个BTC。
最开始任何人在都能用自己的电脑去维护比特币网络，也没有人认为比特币有什么价值，随便几万个比特币就出去了，放在现在就是几亿美金，开采也没有难度。
但中本聪设计了一种工作量证明机制。他说，要构建这种点对点现金系统，仅仅拥有“时间戳服务器”也是不够的，“我们还需要一个类似于亚当·柏克（AdamBack）提出的哈希现金（Hashcash）。”
除了“时间戳服务器”，它还引入了SHA-256算法。随机散列值以一个或多个0开始，那么随着0的数目的上升，找到这个解所需要的工作量将呈指数增长。我们通过反复尝试来找到这个随机数，直到找到为止，这样就构建了一个工作量证明机制。
只要CPU耗费的工作量能够满足该工作量证明机制，那么除非重新完成相当的工作量，该区块的信息就不可更改。由于之后的区块是链接在该区块之后的，所以想要更改该区块中的信息，就还需要重新完成之后所有区块的全部工作量。
总结一下，每个节点要在链上去添加一个区块，需要去找到SHA-256算法下正确的解。如果其他节点确认它的解正确，就会在这个区块后面去添加其他区块，延长区块构成的链。节点始终都将最长的链条视为正确的链条，持续工作和延长它。
比特币的白皮书还阐述了攻击者追赶上最长链的概率，过程不再赘述。简言之，链越长，攻击成功的概率随着区块数的增长而指数化下降。
一种增强型、自治网络
我查阅了比特币白皮书所引用的一些文献，这些文献证明比特币系统是一系列学术理论和技术创新的组合，很多并不是中本聪的原创：
例如WDai提出了一种叫做“B-money”的电子现金系统，首次引入了通过解决计算难题和去中心化共识创造货币的思想。关于“时间戳服务器”、“SHA-256”算法的研究在比特币白皮书之前也有很多研究，关于通过“广播”来增强网络安全性的办法，在比特币之前一些自治型网络中已经有采用。
我认为比特币白皮书成功的地方，一是它将多种技术创新融合并沉淀为一种可以工程实现的、不依赖于中心化金融系统的社区型货币；二是它将“Block”和“Chain”的机制结合，引入“SHA-256”算法，创造了一种很难被篡改的新记账技术；三是对于“广播”机制的应用，进一步增强了账本的安全性，发展了一种分布式的账本技术。
最后，比特币系统构建了一个依托于现代互联网基础设施的第二层的、全球性的账本网络，这个账本网络可以全球性传输和结算比特币。这个网络是安全的、去中心化的，使得比特币网络在一些地区成为价值储存的工具，安全性甚至超越了一些国家的法币。总量2100万枚的设计，导致它的稀缺性和对现实资产、货币价格的不断攀升。
它储藏价值的功能和流动性甚至超越了黄金，比特币也因此成为被全球化配置的资产。
比特币在一开始是没有价值的。比特币价格我一直思考比特币价值来源，后来发现可以用“梅特卡夫定律”来做一些解释：一个网络的价值等于该网络内的节点数的平方，而且该网络的价值与联网的用户数的平方成正比。
那么比特币的价值，首先来源于它确实具有去中心化的支付和清算的功能，获得了大量用户。其次，大量具有现实资产的富豪将资产一部分配置为比特币，以抵抗通货膨胀和来自权力阶层的威胁，例如战乱。
总结一下，比特币系统成功以去中心化的方式，在互联网基础上构建了第一个区块链二层网络。
以太坊如何改进比特币
以太坊的创始人叫做VitalikButerin，以太坊和比特币挺不同的一个地方是它们的创始人：比特币的创始人中本聪是谁没人能给出确切的答案，只有冒充他的人不断出现，而以太坊的创始人就是VitalikButerin，他至今仍在领导以太坊。
VitalikButerin是一个1994年出生的俄罗斯裔加拿大人，他在2011年17岁时接触到比特币。前面我也讲到了，另外两个中国人吴忌寒、长铗，2011年他们一个是Bitcointalk中文版的版主，一个创办了巴比特，后来吴忌寒创办了最大的比特币矿业公司比特大陆。
VitalikButerin在2013年也就是他19岁时写了以太坊白皮书，后来带着他的创意到了中国。有意思的是，当时中国人从矿业和投资比特币角度，对全球比特币市场产生了巨大影响，彼时刚刚创业的VitalikButerin也要到中国寻求支持。
Vitalik当时见了火币的联合创始人杜均，被赶走了。杜均曾经主管火币市场部，后来创办了金色财经、节点资本，现在又回归到火币联合创始人的角色。不只是杜均，当时很多人认为Vitalik是骗子。那时Vitalik也到了成都，和一位高校的教授（我的一位合作伙伴）聊，也被认为不靠谱。他后来到了上海，才拿到了投资。
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当初Vitalik在论坛发帖提出以太坊的一些想法，希望融入到比特币的改进中去，后来也被比特币开发者忽视了。他是一个真正被很多人忽视甚至被当作骗子，但现在被中国人称为“天才”、“V神”的传奇创业者。
我看了以太坊白皮书中文翻译版，发现它从系统性上来讲和比特币白皮书还是差一个级别。但以太坊的主要贡献是改进了比特币，引入了智能合约机制，这和比特币仅仅被定义为“一种点对点的现金”相比，在应用范围上有极大扩展。
“中本聪的区块链是第一个可靠的去中心化解决办法。现在，开发者们的注意力开始迅速地转向比特币技术的第二部分、区块链怎样应用于货币以外的领域转移”
Vitalik是这样来描述智能合约的：根据事先任意制订的规则来自动转移数字资产的系统。他还说，“这种合约符合逻辑的扩展就是去中心化自治组织（DAOs）——长期的包含一个组织的资产并把组织的规则编码的智能合约。”
以太坊的目标就是提供一个内置的成熟的图灵完备语言的区块链，用这种语言可以创建合约来编码任意状态转换功能，用户只要简单地用几行代码来实现逻辑，就能够创建以上提及的所有系统以及许多我们还想象不到的其它系统。
因此以太坊简单可以理解为比特币+智能合约+DAOs。以太坊希望从共识机制方面突破“工作量证明机制”的限制，所以它制定了一个迭代计划。在最开始包括现在，以太坊和比特币一样使用PoW机制，但是按照它们的路线图后续会过渡到PoS机制也就是权益证明机制，Vitalik把这个阶段叫做“宁静”。
PoS的原理类似于现实世界中的股份制，拥有股份越多，获得记账机会的概率就越大，其安全性来自于抵押经济的价值。PoS在效率方面相较PoW有进一步提升，不像PoW挖矿需要消耗大量的能源。但PoS也有一些弊端，如果不做改进，它可能会如同现实中的股份制一样让早期参与者获得更大的决策权，导致“富人愈富”，最后走向中心化的、资本权力对于网络的控制。
基于PoS，有一些区块链项目演化为DPoS。它们的逻辑是，在拥有权益的用户中选取代表来治理网络，在有钱人中选取代理人。这的确可以提升PoS网络的效率，但大节点控制和“富人愈富”问题会变得更加严重，目前EOS网络就被认为被一些持有大量EOS的节点控制了，特别是交易所节点。
CUN网络和三级市场
我谈一下改进以太坊的思路，以及通过改进的区块链网络支撑合作经济、三级市场的思路。
在今天讲座的开始，我花了一些时间讲述比特币、以太坊的原理、诉求。它们使用了一些共用的技术，加上使用Block+chain的创新，最终仍然是要实现自己的诉求。比特币是希望创造一种不依赖于现行权威和中间金融机构的社区化货币，以太坊改进比特币，创造了智能合约，自定义规则和不依赖于中间机构去执行这些规则，转移数字资产，继而衍生出现在的大量Defi应用，包括去中心化借贷、去中心化交易。
“时间戳服务器”、“数字签名”、“广播”、“智能合约”，比特币和以太坊对于基于社区自治的技术实现形式都做了很多落地的探索。但我在考虑一个问题，在实现社区自组织的同时，怎样让社区组织的收益更加公平为社区分享。
区块链技术可以被用于记录交易，它是不是也可以被用来记录业务贡献？所以我讲我们要创造一种基于区块链的贡献记录凭证。这种凭证的作用并不是用来替代法币在社会中的主流支付地位，而是提供一种开展互联网社区治理和社区分配的工具。
人们喜欢用比特币诞生来定义区块链这个行业的特性，但在比特币诞生之前呢？我想说的是区块链支撑了比特币的技术实现，但区块链网络和比特币并不是完全绑定的，区块链网络和它的一些核心技术，可以用来做很多事情。
合作经济这样一种理念是可以和区块链网络结合的：首先，基于区块链来记录合作经济体中成员的贡献，基于贡献做治理和分配，以及对贫富悬殊做调节。在保障自由的基础上，保障公平性。第二，合作经济需要形成网络规模经济，以及互相进行价值交换。
我也提出，区块链是下一代互联网的第二层网络。数据是互联网的生产资料，5G、物联网、人工智能等技术是从生产力方面提升了互联网，而区块链网络为互联网加上了治理层、价值层。我认为当前的互联网已经出现了垄断等等问题，而下一代加上了区块链的互联网应该是社区自治和让社区分享到发展收益的互联网。
我和一些朋友经过长久的讨论，决定基于以太坊改进去推动形成一个新的区块链网络，叫做Coopunion Network。CUN没有创始人，只有持有相同理念或接近理念的人，大家按照规则去创建网络，最后通过社区进行治理。基于CUN网络基础设施下一步会产生各种Dapp生态，可以支撑三级市场、合作经济的现实应用。这个网络在在经济上是能可持续的。
CUN网络也有三个阶段：起源、好望角、新一代。
起源为CUN测试网第一阶段。基于以太坊搭建了有21个网络节点的CUN系统，采用具有准入机制的权威证明(Proofof Authority，PoA)共识，通过指定多个信任节点形成权威节点集合，用以执行区块收集、打包、共识与验证，运行稳定后启用正式网络，因此CUN起源阶段具有网络稳定，共识性能高的特性。
好望角为CUN测试网第二阶段。大量节点的加入与CUNP的积累支持进行质押投票选举，采用股权证明(Proofof Stake， PoS)+PoA的方式实现具有质押投票机制的准入共识，结合权益大小从普通节点和原有权威节点中重新选举验证节点集合，用以执行区块收集、打包、共识与验证，避免算力资源浪费，CUN去中心化程度进一步提升，逐步契合合作经济理念。
新一代为CUN主网阶段。网络节点与节点所持CUNP的数量积累到公链规模且趋于稳定，共识网络将向PoS+拜占庭容错(Byzantinefault tolerance， BFT)共识转变，改进BFT类共识，通过多层PBFT减少节点间通信次数，避免节点规模达到100以上后共识效率成指数下降，此外，CUN让社区用户共同主导网络，去中心化程度高将成为网络中最显著的特性，契合合作经济理念。
和以太坊支持比特币的一切功能类似，CUN网络支持以太坊网络的一切功能，包括支持智能合约，还支持CUN20、CUN721规范的数字资产。同时，CUNP作为CUN网络贡献凭证，会分享到网络以及网络应用并产生一定收益，且持有CUNP的人可以投票决定CUN网络发展的重大事项。
和以太坊不一样的另外一点，以太坊网络承载了大量原生数字资产，而CUN网络未来希望承载更多现实资产。CUN定义和创造“可交易的区块链积分”、“可交易的NFT资产”，这些功能都可以服务于农村“三变”改革和三位一体合作经济。
三级市场是参照资本市场的设置，将农村存量资产依靠农民合作组织和资产管理公司标准化、市场化、资本化的过程。借用上市企业先在一级市场完成股权设置及协商定价的制度，让乡村集体经济组织在农村存量资产转为股权过程中，发挥类似股票一级市场“做市商”作用，成为村域内部“资源整合者”，完成村内涉及三产的资源的内部“初次定价”，形成“一级市场”；通过村社集体经济完成“一级市场”形成可经营资产后，自行经营的同时可根据实际情况将村内资产打包成不同的资源包，将使用权对外“招商招租”，与有下乡经营意愿的经济主体建立合作，共同经营，形成“二级市场”。当前全国多个乡域、县域的村社集体经济一级、二级市场发展成熟。在此基础上进一步创新直接融资方式，推动乡村集体资产数字化，实现全域生态资产可拆分交易，进而对接外部市场资金，形成“三级市场”。
这个我和河马做了很多讨论。CUN20、CUN721资产在技术上可以支撑现实资产的链上映射，同时，CUN网络本身和区块链原生资本市场打通，只要这些现实资产在CUN上链，以太坊网络的资产以及其他区块链网络的资产，都可以跨链到CUN参与这部分资产市场。
CUN网络预计在6月中旬推出第一个版本。早期会选择21个节点。欢迎有兴趣的朋友咨询了解，欢迎参与。CUN的网站：https！//www。coopunion。net/
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