一、区块链共识方法是什么(区块链共识机制有哪些)

区块链常见的三大共识机制

区块链是建立在P2P网络，由节点参与的分布式账本系统，最大的特点是“去中心化”。也就是说在区块链系统中，用户与用户之间、用户与机构之间、机构与机构之间，无需建立彼此之间的信任，只需依靠区块链协议系统就能实现交易。

可是，要如何保证账本的准确性，权威性，以及可靠性？区块链网络上的节点为什么要参与记账？节点如果造假怎么办？如何防止账本被篡改？如何保证节点间的数据一致性？……这些都是区块链在建立“去中心化”交易时需要解决的问题，由此产生了共识机制。

所谓“共识机制”，就是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；当出现意见不一致时，在没有中心控制的情况下，若干个节点参与决策达成共识，即在互相没有信任基础的个体之间如何建立信任关系。

区块链技术正是运用一套基于共识的数学算法，在机器之间建立“信任”网络，从而通过技术背书而非中心化信用机构来进行全新的信用创造。

不同的区块链种类需要不同的共识算法来确保区块链上最后的区块能够在任何时候都反应出全网的状态。

目前为止，区块链共识机制主要有以下几种：POW工作量证明、POS股权证明、DPOS授权股权证明、Paxos、PBFT（实用拜占庭容错算法）、dBFT、DAG（有向无环图）

接下来我们主要说说常见的POW、POS、DPOS共识机制的原理及应用场景

概念：

工作量证明机制（Proofofwork），最早是一个经济学名词，指系统为达到某一目标而设置的度量方法。简单理解就是一份证明，用来确认你做过一定量的工作，通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量。

工作量证明机制具有完全去中心化的优点，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自由进出，并通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。

应用：

POW最著名的应用当属比特币。在比特币网络中，在Block的生成过程中，矿工需要解决复杂的密码数学难题，寻找到一个符合要求的BlockHash由N个前导零构成，零的个数取决于网络的难度值。这期间需要经过大量尝试计算（工作量），计算时间取决于机器的哈希运算速度。

而寻找合理hash是一个概率事件，当节点拥有占全网n%的算力时，该节点即有n/100的概率找到BlockHash。在节点成功找到满足的Hash值之后，会马上对全网进行广播打包区块，网络的节点收到广播打包区块，会立刻对其进行验证。

如果验证通过，则表明已经有节点成功解迷，自己就不再竞争当前区块，而是选择接受这个区块，记录到自己的账本中，然后进行下一个区块的竞争猜谜。网络中只有最快解谜的区块，才会添加的账本中，其他的节点进行复制，以此保证了整个账本的唯一性。

假如节点有任何的作弊行为，都会导致网络的节点验证不通过，直接丢弃其打包的区块，这个区块就无法记录到总账本中，作弊的节点耗费的成本就白费了，因此在巨大的挖矿成本下，也使得矿工自觉自愿的遵守比特币系统的共识协议，也就确保了整个系统的安全。

优缺点

优点：结果能被快速验证，系统承担的节点量大，作恶成本高进而保证矿工的自觉遵守性。

缺点：需要消耗大量的算法，达成共识的周期较长

概念：

权益证明机制（ProofofStake），要求证明人提供一定数量加密货币的所有权。

权益证明机制的运作方式是，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。

应用：

2012年，化名SunnyKing的网友推出了Peercoin（点点币），是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。PPC最大创新是其采矿方式混合了POW及POS两种方式，采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络安全。

为了实现POS，SunnyKing借鉴于中本聪的Coinbase，专门设计了一种特殊类型交易，叫Coinstake。

上图为Coinstake工作原理，其中币龄指的是货币的持有时间段，假如你拥有10个币，并且持有10天，那你就收集到了100天的币龄。如果你使用了这10个币，币龄被消耗（销毁）了。

优缺点：

优点：缩短达成共识所需的时间，比工作量证明更加节约能源。

缺点：本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算，转账真实性较难保证

概念：

授权股权证明机制（DelegatedProofofStake），与董事会投票类似，该机制拥有一个内置的实时股权人投票系统，就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会，所有股东都在这里投票决定公司决策。

授权股权证明在尝试解决传统的PoW机制和PoS机制问题的同时，还能通过实施科技式的民主抵消中心化所带来的负面效应。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表，而非全体用户。在这样的区块链中，全体节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。

同时，区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力。如果必要，全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格，重新选举新的代表，实现实时的民主。

应用：

比特股（Bitshare）是一类采用DPOS机制的密码货币。通过引入了见证人这个概念，见证人可以生成区块，每一个持有比特股的人都可以投票选举见证人。得到总同意票数中的前N个（N通常定义为101）候选者可以当选为见证人，当选见证人的个数（N）需满足：至少一半的参与投票者相信N已经充分地去中心化。

见证人的候选名单每个维护周期（1天）更新一次。见证人然后随机排列，每个见证人按序有2秒的权限时间生成区块，若见证人在给定的时间片不能生成区块，区块生成权限交给下一个时间片对应的见证人。DPoS的这种设计使得区块的生成更为快速，也更加节能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式达成共识，他们投票选出的N个见证人，可以视为N个矿池，而这N个矿池彼此的权利是完全相等的。持股人可以随时通过投票更换这些见证人（矿池），只要他们提供的算力不稳定，计算机宕机，或者试图利用手中的权力作恶。

优缺点：

优点：缩小参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证

缺点：中心程度较弱，安全性相比POW较弱，同时节点代理是人为选出的，公平性相比POS较低，同时整个共识机制还是依赖于代币的增发来维持代理节点的稳定性。

区块链有几种共识算法？

RippleConsensus（瑞波共识算法）

使一组节点能够基于特殊节点列表达成共识。初始特殊节点列表就像一个俱乐部，要接纳一个新成员，必须由51%的该俱乐部会员投票通过。共识遵循这核心成员的51%权力，外部人员则没有影响力。由于该俱乐部由“中心化”开始，它将一直是“中心化的”，而如果它开始腐化，股东们什么也做不了。

5、PBFT：PracticalByzantineFaultTolerance（实用拜占庭容错算法）

PBFT是一种状态机副本复制算法，即服务作为状态机进行建模，状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制。每个状态机的副本都保存了服务的状态，同时也实现了服务的操作。将所有的副本组成的集合使用大写字母R表示，使用0到|R|-1的整数表示每一个副本。为了描述方便，假设|R|=3f+1，这里f是有可能失效的副本的最大个数。尽管可以存在多于3f+1个副本，但是额外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。

PBFT算法主要特点如下：客户端向主节点发送请求调用服务操作；主节点通过广播将请求发送给其他副本；所有副本都执行请求并将结果发回客户端；客户端需要等待f+1个不同副本节点发回相同的结果，作为整个操作的最终结果。

什么是区块链共识？

所谓“共识机制”，是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，我们就可以认为全网对此也能够达成共识。再通俗一点来讲，如果中国一名微博大V、美国一名虚拟币玩家、一名非洲留学生和一名欧洲旅行者互不相识，但他们都一致认为你是个好人，那么基本上就可以断定你这人还不坏。

区块链作为一种按时间顺序存储数据的数据结构，可支持不同的共识机制。共识机制是区块链技术的重要组件。区块链共识机制的目标是使所有的诚实节点保存一致的区块链视图，同时满足两个性质：

1）一致性。所有诚实节点保存的区块链的前缀部分完全相同。

2）有效性。由某诚实节点发布的信息终将被其他所有诚实节点记录在自己的区块链中。

区块链的四种共识机制

区块链的共识机制可以分为以下四类:权益证明机制、工作量证明机制、Pool验证和池股份授权证明机制。

区块链，就是一个又一个区块组成的链条。每一个区块中保存了一定的信息，它们按照各自产生的时间顺序连接成链条。这个链条被保存在所有的服务器中，只要整个系统中有一台服务器可以工作，整条区块链就是安全的。这些服务器在区块链系统中被称为节点，它们为整个区块链系统提供存储空间和算力支持。

区块链---共识算法

PoW算法是一种防止分布式服务资源被滥用、拒绝服务攻击的机制。它要求节点进行适量消耗时间和资源的复杂运算，并且其运算结果能被其他节点快速验算，以耗用时间、能源做担保，以确保服务与资源被真正的需求所使用。

PoW算法中最基本的技术原理是使用哈希算法。假设求哈希值Hash(r)，若原始数据为r（raw），则运算结果为R（Result）。

R=Hash(r)

哈希函数Hash()的特性是，对于任意输入值r，得出结果R，并且无法从R反推回r。当输入的原始数据r变动1比特时，其结果R值完全改变。在比特币的PoW算法中，引入算法难度d和随机值n，得到以下公式：

Rd=Hash(r+n)

该公式要求在填入随机值n的情况下，计算结果Rd的前d字节必须为0。由于哈希函数结果的未知性，每个矿工都要做大量运算之后，才能得出正确结果，而算出结果广播给全网之后，其他节点只需要进行一次哈希运算即可校验。PoW算法就是采用这种方式让计算消耗资源，而校验仅需一次。

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PoS算法要求节点验证者必须质押一定的资金才有挖矿打包资格，并且区域链系统在选定打包节点时使用随机的方式，当节点质押的资金越多时，其被选定打包区块的概率越大。

POS模式下，每个币每天产生1币龄，比如你持有100个币，总共持有了30天，那么，此时你的币龄就为3000。这个时候，如果你验证了一个POS区块，你的币龄就会被清空为0，同时从区块中获得相对应的数字货币利息。

节点通过PoS算法出块的过程如下：普通的节点要成为出块节点，首先要进行资产的质押，当轮到自己出块时，打包区块，然后向全网广播，其他验证节点将会校验区块的合法性。

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DPoS算法和PoS算法相似，也采用股份和权益质押。

但不同的是，DPoS算法采用委托质押的方式，类似于用全民选举代表的方式选出N个超级节点记账出块。

选民把自己的选票投给某个节点，如果某个节点当选记账节点，那么该记账节点往往在获取出块奖励后，可以采用任意方式来回报自己的选民。

这N个记账节点将轮流出块，并且节点之间相互监督，如果其作恶，那么会被扣除质押金。

通过信任少量的诚信节点，可以去除区块签名过程中不必要的步骤，提高了交易的速度。

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拜占庭问题：

拜占庭是古代东罗马帝国的首都，为了防御在每块封地都驻扎一支由单个将军带领的军队，将军之间只能靠信差传递消息。在战争时，所有将军必须达成共识，决定是否共同开战。

但是，在军队内可能有叛徒，这些人将影响将军们达成共识。拜占庭将军问题是指在已知有将军是叛徒的情况下，剩余的将军如何达成一致决策的问题。

BFT：

BFT即拜占庭容错，拜占庭容错技术是一类分布式计算领域的容错技术。拜占庭假设是对现实世界的模型化，由于硬件错误、网络拥塞或中断以及遭到恶意攻击等原因，计算机和网络可能出现不可预料的行为。拜占庭容错技术被设计用来处理这些异常行为，并满足所要解决的问题的规范要求。

拜占庭容错系统：

发生故障的节点被称为拜占庭节点，而正常的节点即为非拜占庭节点。

假设分布式系统拥有n台节点，并假设整个系统拜占庭节点不超过m台（n≥3m+1），拜占庭容错系统需要满足如下两个条件：

另外，拜占庭容错系统需要达成如下两个指标：

PBFT即实用拜占庭容错算法，解决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题，算法的时间复杂度是O(n^2)，使得在实际系统应用中可以解决拜占庭容错问题

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PBFT是一种状态机副本复制算法，所有的副本在一个视图（view）轮换的过程中操作，主节点通过视图编号以及节点数集合来确定，即：主节点p=vmod|R|。v：视图编号，|R|节点个数，p：主节点编号。

PBFT算法的共识过程如下：客户端（Client）发起消息请求（request），并广播转发至每一个副本节点（Replica），由其中一个主节点（Leader）发起提案消息pre-prepare，并广播。其他节点获取原始消息，在校验完成后发送prepare消息。每个节点收到2f+1个prepare消息，即认为已经准备完毕，并发送commit消息。当节点收到2f+1个commit消息，客户端收到f+1个相同的reply消息时，说明客户端发起的请求已经达成全网共识。

具体流程如下：

客户端c向主节点p发送REQUEST,o,t,c请求。o:请求的具体操作，t:请求时客户端追加的时间戳，c：客户端标识。REQUEST:包含消息内容m，以及消息摘要d(m)。客户端对请求进行签名。

主节点收到客户端的请求，需要进行以下交验：

a.客户端请求消息签名是否正确。

非法请求丢弃。正确请求，分配一个编号n，编号n主要用于对客户端的请求进行排序。然后广播一条PRE-PREPARE,v,n,d,m消息给其他副本节点。v：视图编号，d客户端消息摘要，m消息内容。PRE-PREPARE,v,n,d进行主节点签名。n是要在某一个范围区间内的[h,H]，具体原因参见垃圾回收章节。

副本节点i收到主节点的PRE-PREPARE消息，需要进行以下交验：

a.主节点PRE-PREPARE消息签名是否正确。

b.当前副本节点是否已经收到了一条在同一v下并且编号也是n，但是签名不同的PRE-PREPARE信息。

c.d与m的摘要是否一致。

d.n是否在区间[h,H]内。

非法请求丢弃。正确请求，副本节点i向其他节点包括主节点发送一条PREPARE,v,n,d,i消息,v,n,d,m与上述PRE-PREPARE消息内容相同，i是当前副本节点编号。PREPARE,v,n,d,i进行副本节点i的签名。记录PRE-PREPARE和PREPARE消息到log中，用于ViewChange过程中恢复未完成的请求操作。

主节点和副本节点收到PREPARE消息，需要进行以下交验：

a.副本节点PREPARE消息签名是否正确。

b.当前副本节点是否已经收到了同一视图v下的n。

c.n是否在区间[h,H]内。

d.d是否和当前已收到PRE-PPREPARE中的d相同

非法请求丢弃。如果副本节点i收到了2f+1个验证通过的PREPARE消息，则向其他节点包括主节点发送一条COMMIT,v,n,d,i消息，v,n,d,i与上述PREPARE消息内容相同。COMMIT,v,n,d,i进行副本节点i的签名。记录COMMIT消息到日志中，用于ViewChange过程中恢复未完成的请求操作。记录其他副本节点发送的PREPARE消息到log中。

主节点和副本节点收到COMMIT消息，需要进行以下交验：

a.副本节点COMMIT消息签名是否正确。

b.当前副本节点是否已经收到了同一视图v下的n。

c.d与m的摘要是否一致。

d.n是否在区间[h,H]内。

非法请求丢弃。如果副本节点i收到了2f+1个验证通过的COMMIT消息，说明当前网络中的大部分节点已经达成共识，运行客户端的请求操作o，并返回REPLY,v,t,c,i,r给客户端，r：是请求操作结果，客户端如果收到f+1个相同的REPLY消息，说明客户端发起的请求已经达成全网共识，否则客户端需要判断是否重新发送请求给主节点。记录其他副本节点发送的COMMIT消息到log中。

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如果主节点作恶，它可能会给不同的请求编上相同的序号，或者不去分配序号，或者让相邻的序号不连续。备份节点应当有职责来主动检查这些序号的合法性。

如果主节点掉线或者作恶不广播客户端的请求，客户端设置超时机制，超时的话，向所有副本节点广播请求消息。副本节点检测出主节点作恶或者下线，发起ViewChange协议。

ViewChange协议：

副本节点向其他节点广播VIEW-CHANGE,v+1,n,C,P,i消息。n是最新的stablecheckpoint的编号，C是2f+1验证过的CheckPoint消息集合，P是当前副本节点未完成的请求的PRE-PREPARE和PREPARE消息集合。

当主节点p=v+1mod|R|收到2f个有效的VIEW-CHANGE消息后，向其他节点广播NEW-VIEW,v+1,V,O消息。V是有效的VIEW-CHANGE消息集合。O是主节点重新发起的未经完成的PRE-PREPARE消息集合。PRE-PREPARE消息集合的选取规则：

副本节点收到主节点的NEW-VIEW消息，验证有效性，有效的话，进入v+1状态，并且开始O中的PRE-PREPARE消息处理流程。

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在上述算法流程中，为了确保在ViewChange的过程中，能够恢复先前的请求，每一个副本节点都记录一些消息到本地的log中，当执行请求后副本节点需要把之前该请求的记录消息清除掉。

最简单的做法是在Reply消息后，再执行一次当前状态的共识同步，这样做的成本比较高，因此可以在执行完多条请求K（例如：100条）后执行一次状态同步。这个状态同步消息就是CheckPoint消息。

副本节点i发送CheckPoint,n,d,i给其他节点，n是当前节点所保留的最后一个视图请求编号，d是对当前状态的一个摘要，该CheckPoint消息记录到log中。如果副本节点i收到了2f+1个验证过的CheckPoint消息，则清除先前日志中的消息，并以n作为当前一个stablecheckpoint。

这是理想情况，实际上当副本节点i向其他节点发出CheckPoint消息后，其他节点还没有完成K条请求，所以不会立即对i的请求作出响应，它还会按照自己的节奏，向前行进，但此时发出的CheckPoint并未形成stable。

为了防止i的处理请求过快，设置一个上文提到的高低水位区间[h,H]来解决这个问题。低水位h等于上一个stablecheckpoint的编号，高水位H=h+L，其中L是我们指定的数值，等于checkpoint周期处理请求数K的整数倍，可以设置为L=2K。当副本节点i处理请求超过高水位H时，此时就会停止脚步，等待stablecheckpoint发生变化，再继续前进。

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在区块链场景中，一般适合于对强一致性有要求的私有链和联盟链场景。例如，在IBM主导的区块链超级账本项目中，PBFT是一个可选的共识协议。在Hyperledger的Fabric项目中，共识模块被设计成可插拔的模块，支持像PBFT、Raft等共识算法。

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Raft基于领导者驱动的共识模型，其中将选举一位杰出的领导者(Leader)，而该Leader将完全负责管理集群，Leader负责管理Raft集群的所有节点之间的复制日志。

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下图中，将在启动过程中选择集群的Leader（S1），并为来自客户端的所有命令/请求提供服务。Raft集群中的所有节点都维护一个分布式日志（复制日志）以存储和提交由客户端发出的命令（日志条目）。Leader接受来自客户端的日志条目，并在Raft集群中的所有关注者（S2，S3，S4，S5）之间复制它们。

在Raft集群中，需要满足最少数量的节点才能提供预期的级别共识保证，这也称为法定人数。在Raft集群中执行操作所需的最少投票数为(N/2+1)，其中N是组中成员总数，即投票至少超过一半，这也就是为什么集群节点通常为奇数的原因。因此，在上面的示例中，我们至少需要3个节点才能具有共识保证。

如果法定仲裁节点由于任何原因不可用，也就是投票没有超过半数，则此次协商没有达成一致，并且无法提交新日志。

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数据存储：Tidb/TiKV

日志：阿里巴巴的DLedger

服务发现：Consuletcd

集群调度：HashiCorpNomad

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只能容纳故障节点(CFT)，不容纳作恶节点

顺序投票，只能串行apply，因此高并发场景下性能差

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Raft通过解决围绕Leader选举的三个主要子问题，管理分布式日志和算法的安全性功能来解决分布式共识问题。

当我们启动一个新的Raft集群或某个领导者不可用时，将通过集群中所有成员节点之间协商来选举一个新的领导者。因此，在给定的实例中，Raft集群的节点可以处于以下任何状态:追随者(Follower)，候选人(Candidate)或领导者(Leader)。

系统刚开始启动的时候，所有节点都是follower，在一段时间内如果它们没有收到Leader的心跳信号，follower就会转化为Candidate；

如果某个Candidate节点收到大多数节点的票，则这个Candidate就可以转化为Leader，其余的Candidate节点都会回到Follower状态；

一旦一个Leader发现系统中存在一个Leader节点比自己拥有更高的任期(Term)，它就会转换为Follower。

Raft使用基于心跳的RPC机制来检测何时开始新的选举。在正常期间，Leader会定期向所有可用的Follower发送心跳消息（实际中可能把日志和心跳一起发过去）。因此，其他节点以Follower状态启动，只要它从当前Leader那里收到周期性的心跳，就一直保持在Follower状态。

当Follower达到其超时时间时，它将通过以下方式启动选举程序：

根据Candidate从集群中其他节点收到的响应，可以得出选举

二、大数据与区块链

这个故事还是要从比特币谈起

比特币这个电子现金系统是同时去中介化(个人与个人之间的电子现金无须可信第三方中介的介入)和去中心化(由某个机构负责维护)的(交易双方可以在无须建立信任关系的前提下完成交易)

哈希函数:将任意长的字符串，转变成固定长度的输出(计算过程不能太复杂)，只要输入字符串发生微小变化，哈希函数的输出就会完全不同。

区块链:把大的东西切分成很多个区块进行存储，只要其中有一个东西被篡改，下边的数据都不一样，就会被发现

采用区块链(数据结构哈希函数)，保障账本不能被篡改，采用数字签名技术，保证只有自己才能够使用自己的账户，采用p2p网络和pow共识机制，保证去中心化的运作方式

区块链是利用块链式数据结构来验证与存储数据，利用分布式节点共识算法来生成和更新数据，利用密码学的方式保证数据传输和访问安全的一种全新的分布式基础架构与计算机范式。

三要素:

区块链的本质就是分布式账本，是一种数据库。区块链用哈希算法实现信息不可篡改，用公钥，私钥来标识身份，以去中心化和去中介化的方式，来集体维护一个可靠数据库。

大数据与区块链的区别主要表现在以下几个方面。

(1)数据量。区块链技术是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。区块链处理的数据量小，具有细致的处理方式。而大数据管理的是海量数据，要求广度和数量，处理方式上会更粗糙。

(2)结构化和非结构化。区块链是结构定义严谨的块，通过指针组成的链，是典型的结构化数据，而大数据需要处理的更多的是非结构化数据。

(3)独立和整合。区块链系统为保证安全性，信息是相对独立的，而大数据的重点是信息的整合分析。

(4)直接和间接。区块链是一个分布式账本，本质上就是一个数据库，而大数据指的是对数据深度分析和挖掘，是一种间接的数据。

(5)CAP理论。C(Consistency)是一致性，它是指任何一个读操作总是能够读到之前完成的写操作的结果，也就是在分布式环境中，多点的数据是一致的。A(Availability)是可用性，它是指快速获取数据，可以在确定的时间内返回操作结果。P(Tolerance of Network Partition)是分区容忍性，它是指当出现网络分区的情况时(即系统中的一部分节点无法和其他节点进行通信)，分离的系统也能够正常运行。CAP理论告诉我们，一个分布式系统不可能同时满足一致性、可用性和分区容忍性这3个需求，最多只能同时满足其中2个，正所谓“鱼和熊掌不可兼得”。大数据通常选择实现AP，区块链则选择实现CP。

(6)基础网络。大数据底层的基础设施通常是计算机集群，而区块链的基础设施通常是P2P网络。

(7)价值来源。对于大数据而言，数据是信息，需要从数据中提炼得到价值。而对于区块链而言，数据是资产，是价值的传承。

(8)计算模式。在大数据的场景中，是把一件事情分给多个人做，比如，在MapReduce计算框架中，一个大型任务会被分解成很多个子任务，分配给很多个节点同时去计算。而在区块链的场景中，是让多个人重复做一件事情，比如，P2P网络中的很多个节点同时记录一笔交易。

三、区块链发展趋势如何

行业主要企业：中国平安(601318)、东港股份(002117)、信息发展(300469)、远光软件(002063)、博思软件(300525)、飞天诚信(300386)、四方精创(300468)、工商银行(601398)、顺丰控股(002352)

本文核心数据：中国区块链市场规模、中国区块链招标数量、中国区块链企业数量

行业概况

1、定义

狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。

广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

区块链并不是一项单一的技术，而是一个新技术的组合。其中每项技术都各司其职，解决了不同难题，组合在一起形成了区块链。区块作为区块链的基本结构单元，由区块头和包含了交易数据的区块主体两部分组成。

2、产业链剖析：下游行业涉及范围广

区块链产业链的上游主要是底层的技术及基础设施。底层技术包括核心基础组件、协议和算法。以比特币、莱特币、以太坊为代表，搭建了基于区块链技术的分布式算法、数字秘钥、数据存储、P2P网络协议、共识机制等网络环境、交易规则及矿工加入网络节点的奖励机制，代表性企业有小蚁、量子链、万象区块链等;基础设施则主要是矿机。

中游则是平台层，主要是面向开发者提供基于区块链技术的应用，是在底层技术的基础上提供智能合约、信息安全、数据服务等产品化服务，提高开发者在平台层开发应用的便捷性和可拓展性。

下游则是垂直行业应用层。表现为核心应用组件，包括智能合约、可编程资产、激励机制、成员管理等。

行业发展历程：正处于区块链3.0时代

从全球区块链的发展历程来看，2008年，署名为“中本聪”的匿名人士发表论文《比特币：对等网络电子现金系统》，最初期望是推出一种可以自由流通的点对点电子现金，比特币的发行代表了区块链技术的开端;之后在2013年以太坊的推出，直接推动区块链进入到2.0时代;2017年底，稳定币的流行以及及MakerDAO上线，推动区块链进入3.0时代，到2019年6月，Facebook发布Libra白皮书，引起全球各界的关注与讨论，各国监管部门先后发声，显示出区块链技术在重塑全球金融基础设施方面的巨大潜力。进入2021年后，基于NFT的标识技术兴起，率先在艺术领域展开应用。

行业政策背景：推动区块链全方位发展

2016年，国务院发布《“十三五”国家信息化规划》首次将区块链列入新技术范畴并作前沿布局，标志着我国开始推动区块链技术和应用发展。此后国家个地方接连出台区块链相关政策，为区块链的发展提供了良好的环境。

2019年2月，国家互联网信息办公室发布的《区块链信息服务管理规定》正式施行，规范了我国区块链行业发展所发布的备案依据。出台《规定》旨在明确区块链信息服务提供者的信息安全管理责任，规范和促进区块链技术及相关服务健康发展，规避区块链信息服务安全风险，为区块链信息服务的提供、使用、管理等提供有效的法律依据。本次“管理规定”的出台也意味着我国对于区块链信息服务的“监管时代”正式来临。

2019年10月底，中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行了第十八次集体学习，中央领导明确强调把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展。这充分表明了区块链技术已上升到了国家高度。在中央政治局集体学习上做讲解的浙江大学教授、中国工程院院士陈纯，10月12日在由中国计算机学会主办的2019CCF区块链技术大会上表示，国内区块链产业发展正迎来“春风”，中国区块链技术的研究热点将集中于联盟区块链的关键技术、区块链监管技术两个方面。

行业发展现状

1、2020年市场规模增速超90%

2016-2018年，大型IT互联网企业纷纷布局区块链，初创企业进入井喷模式，产业规模不断扩大，根据IDC的数据，中国区块链行业经历了从2017年的0.85亿美元级别市场规模，到2020年的5.61亿美元级别产业规模的改变。

2、相关企业数量快速增长

在企业数量方面，2020H1我国提供区块链专业技术支持、产品、解决方案等服务，且有投入或产出的新增区块链企业数量达303家，全国同比增长274.07%。截至2020年末，我国区块链相关企业数量达到64062家，同比增长52.88%。

3、区块链金融是最大下游应用市场

根据《中国区块链发展白皮书(2020)》的披露，随着区块链应用落地加快推进，“区块链+”业务已经成为互联网骨干企业进军区块链行业的发展重点，在金融业务之外，积极部署互联网、溯源、供应链&物流、数字资产、政务及公共服务、知识产权、法律、医疗等多领域的应用。其中，金融是区块链技术应用场景中探索最多的领域，在供应链金融、贸易融资、支付清算、资金管理等细分领域都有具体的项目落地。

4、区块链招标数量逐年增多

从年份来看，2016-2020年，政府在区块链相关项目上的招标数一直呈指数型增长，一方面得益于区块链技术的应用价值日益凸显，另一方面也体现出政府对于区块链的需求和重视程度都有所增加。

行业竞争状况

1、区域竞争：北京广东区块链技术研发相关企业分布最多

在公司分布方面，截至2021年上半年，企业分布阶梯化明显。其中北京、广东分别以348家和341家区块链开发相关企业位居第一梯队，江苏、上海、浙江企业数量分别达164、127、81家。

区块链产业园区作为区块链产业集群发展的重要载体，各地方政府正在加快推进建设。从产业园的位置分布来看，北京、上海、杭州、广州、重庆、青岛、长沙等城市区块链产业园区数量较多，形成以北京、山东为主的环渤海聚集效应，以浙江、上海、江苏为主的长江三角洲聚集效应，以广东为主的珠江三角洲聚集效应和以重庆、湖南为主的湘黔渝聚集效应。结合产业园的定位发展，均是以为企业服务为前提，打造区块链创新平台和产业高地，这样的定位也为企业的聚集效应提供了基础。

2、企业竞争：阿里巴巴区块链实力最强

2021年3月，在中国移动通信联合会区块链专业委员会、中国科技体制改革研究会数字经济发展研究小组和中国区块链企业百强榜组委会指导下，链塔智库从数千个项目、企业名单中进行筛选、评估，最终发布2020中国区块链企业百强榜。

在2020年疫情爆发的大背景下，2020年区块链百强榜对企业考察的维度进行了一定程度的调整，以突出2020年度优秀区块链企业的表现。其中分为五大主要维度，分别是商业经营权重占比25%，技术研发权重占比20%，产品应用权重占比30%，团队组成权重占比15%和市场推广占比10%。

行业发展前景及趋势预测

1、目前仍旧处于导入期

目前，我国区块链行业正处在导入期，行业呈现出两个主要特点：一是大型行业企业积极应用区块链技术来改进其自身的业务，但仍以尝试为主，主要的应用场景也都为行业中的非核心业务。如中国平安、中国银联、蚂蚁金服等企业在区块链应用探索中仅限于非核心业务;二是以区块链技术服务为主的企业的业务发展大多处在起步阶段，产品技术体系和商业模式还不够成熟，需求方对区块链的认识还有待提高。区块链在司法存证、政务管理、民生服务、食品溯源、供应链管理等场景中已经形成了一些应用案例，但还有待进一步优化和完善。

2、预计2026年市场容量超160亿美元

区块链技术是中国新一代信息技术自主创新突破的重点方向，蕴含着巨大的创新空间，在芯片、大数据、云计算等领域，创新活动日趋活跃，创新要素不断积聚。区块链技术在各行各业的应用不断深化，将催生大量的新技术、新产品、新应用、新模式。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国区块链行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。