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华为区块链白皮书 版权所有 ? 华为技术有限公司 i 华为区块链白皮书 前言版权所有 ? 华为技术有限公司 ii 前言区块链成为近两年热点话题,因其通过分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密 算法等技术的集成,可有效解决传统交易模式中数据在系统内流转过程中的造假行为,从而 构建可信交易环境,打造可信社会.

近年来各国政府机构,国际货币基金组织以及标准、开 源组织和产业联盟等在纷纷投入区块链产业的拉通和应用.随着区块链的产业价值的逐渐确 定,区块链迅速地成为一场全球参与竞逐的 军备 大赛,中国也开始从国家层面设计区块 链的发展道路(发改委委托信通院组织国内主要区块链公司进行区块链的顶层设计的研讨, 工信部的信软司也在积极确定区块链的顶层设计机构) .2018 年,区块链及相关行业加速发 展,中国将领跑全球进入 区块链可信数字经济社会 ,我们正面临区块链重大的产业机 遇. 区块链的应用已由开始的金融延伸到物联网、智能制造、供应链管理、数据存证及交易 等多个领域,将为云计算、大数据、承载网络等新一代信息技术的发展带来新的机遇,其构 建的可信机制,将改变当前社会商业模式,从而引发新一轮的技术创新和产业变革. 编委会成员 顾问:张文林、龚体、肖然、廖振钦、万汉阳、楚庆、张辉、潘秋菱、祁峰、 伊志权、ZHU PEIYING、刘培、王伟、王小渭、LIAO HENG 研究撰写:张小军、曹朝、胡瑞丰、刘再耀、张亮亮、周瑛达、郭兴民、吴义镇、杜伟、 甘嘉栋、WU SHUANG、姜耀国、William Michael Genovese、朱朝晖、刘健 排版设计:杨少青 审稿:潘秋菱、张小军、胡瑞丰、刘再耀、周瑛达、曹朝 华为区块链白皮书 目录版权所有 ? 华为技术有限公司 iii 目录前言.ii

1 区块链的兴起

1 1.1 区块链的起源.1 1.2 区块链的发展路径

2 1.3 当前区块链认识上的两大误区

3 2 区块链核心技术及原理机制.5 2.1 区块链的概念和特征

5 2.2 区块链的核心技术

6 2.2.1 分布式账本.6 2.2.2 共识机制.7 2.2.3 智能合约.8 2.2.4 密码学.11 2.3 华为在区块链发展中进行的技术创新.12 2.3.1 共识算法创新

12 2.3.2 安全隐私保护

13 2.3.3 离链通道.14

3 区块链国内外产业发展现状.16 3.1 区块链相关产业政策现状.16 3.2 区块链在开源领域的发展现状

17 3.3 区块链在标准领域的发展现状

18 3.4 区块链产业联盟发展现状.19

4 区块链的典型应用场景

22 4.1 数据交易:实现数据交易的过程透明、可审计,重塑社会公信力.23 4.2 身份认证:验证身份的合法性,加速数字化社会发展.24 4.3 新能源:打造清洁能源交易信任基石.25 4.4 车联网:用区块链实现信息准确共享,构建新经济模式.27 4.5 供应链溯源:树立公信力,构建真实交易.28 4.6 运营商云网协同:解决运营商网络碎片化,构建新商业模式

29 4.7 供应链金融:有效减少金融风险,拓展金融业务发展.30 华为区块链白皮书 目录版权所有 ? 华为技术有限公司 iv

5 华为区块链的方案及特点.33 5.1 华为云区块链服务(BCS:Blockchain service)33 5.1.1 区块链服务 BCS 的设计原则和产品定位

33 5.1.2 区块链服务 BCS 的总体逻辑架构.34 5.1.3 区块链服务 BCS 平台功能特性.36 5.1.4 区块链服务 BCS 系统安全保障.41 5.1.5 区块链服务 BCS 的技术特色和优势

43 5.2 华为对区块链的整体构想.46

6 总结:华为对区块链未来发展判断.48 华为区块链白皮书

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1 1 区块链的兴起 1.1 区块链的起源 探寻区块链的机制和发展,比特币永远是无法绕过的话题.区块链作为一种独立的技术 出现,最早可以追溯到比特币系统中.2008 年一个笔名为中本聪的人(或团队)发布了一 篇名为《比特币 ―― 一种点对点的电子现金系统》的文章,又在

2009 年公开了其早期的 实现代码,比特币就此诞生. 抛去比特币价格的跌宕起伏,仅探讨比特币系统本身的设计,可以把它视作一次电子货 币在概念和技术上的实验:在传统的电子支付系统(如银行转账或第三方支付等)中,由银 行或支付服务提供方来对验证并记录系统中发生的交易,账本在中心机构手中;

而比特币在 人类历史上第一次实现了去中心化的电子货币发行和交易,即不需要一个中心化的第三方认 证机构或账务管理系统对交易进行验证和记录,全网共同维护更新一份相同的账本.比特币 的出现使得电子货币系统出现了由传统的 中心化账本+中介 的模式向 公共账本+共识 的模式转变的可能性,而这种转变正是由区块链技术实现的. 比特币白皮书中并没有直接提出 区块链 (Blockchain)这一概念,但其解决交易记录 真实有效并不可篡改的方案可以看做区块链系统的雏形:客户端发起交易后向全网广播等待 确认,系统中的节点将若干待确认的交易和上一个块的 hash 值打包放进一个块(Block)中 并审查块内交易的真实性以形成一个备选区块;

随后试图找到一个随机数使得该侯选区块的 hash 值小于某一特定值,一旦找到该数后系统判定该区块合法,节点向全网进行广播,其他 节点对该区块进行验证后公认该区块合法,此时该区块就会被添加到链上,进而区块中的所 有交易也自然被判定为有效.此后发生的交易则依此法类推链在该区块之后,以此形成一个 华为区块链白皮书

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2 历史交易记录不断堆叠的账本链条.任何对链条上某一块的改动将会导致该块 hash 值的变 化,进而导致后续块的 hash 值变化与原有账本对不上,因此篡改难度极高. 比特币以上述方案为基础,由数千个分布式节点 7x24 小时不间断运行了近

10 年之久, 期间未出现过重大的漏洞.人们逐渐意识到承载比特币运行背后的区块链技术可能极具应用 前景,它不该也不会仅限于在电子货币转账中使用. 1.2 区块链的发展路径 电子现金交易的本质是货币(或类货币)资产价值的转移.实际上区块链所带来的分布 式记账理念不仅仅能够为电子现金交易服务,它可以被用于处理更广义上的价值转移:各类 有形资产和无形资产的所有权归属和流通理论上都可以运用区块链技术进行记录和追踪,并 完成点对点的价值交换.这对于社会商业的信息和资产管理而言将会是一次意义重大的革 新. 然而由于比特币系统设计的非图灵完备性,其系统无法处理更为复杂的业务逻辑.受比 特币启发,于2015 年左右开发上线的公共区块链平台以太坊则将区块链的应用更进一步, 允许开发者在平台上部署智能合约,以处理更为复杂的业务逻辑.智能合约使得通过代码设 定好的业务逻辑能够自动按照触发条件执行而无需人为干预,并且合约部署在区块链上公开 透明.因此区块链技术可以被广泛的运用在涉及合同处理、数据交换、所有权转移的金融、 物联网、物流和共享经济等场景中. 如果从比特币诞生开始计算,区块链技术已有近

10 年的发展历史.目前区块链的发展 方向主要可以分为公有链和联盟链:前者以比特币和以太坊为代表,任何人都可以随时加入 其中,链上记录对所有人公开;

后者则由指定区块链的参与成员组成联盟,成员之间的业务 往来信息被记录在区块链中,限定了使用规模和权限,典型代表如 Linux 基金会旗下的开源 区块链项目 Hyperledger 等. 华为区块链白皮书

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3 表1-1 区块链的发展阶段表 区块链发展阶段 典型事件 作用 2009-2014(区块链 1.0) 比特币系统公布. 区块链技术起源. 2014-2017(区块链 2.0) 以太坊,超级账本 等区块链开源项目 发布. 区块链协议层和框架层 优化,智能合约支持, 公有链和联盟链方向出 现. 2017-? 商业应用项目爆发 出现,但仍未大规 模落地. 区块链在不同行业的应 用探索,可能向 3.0 进化. 近年来区块链的概念不断被炒热,但技术本身并未大规模落地商用,更多的是一些金 融、物流、公益方面的试点.区块链目前在性能、权限和隐私保护、链间互通等方面仍存在 诸多问题,其技术还处于发展阶段.相关咨询和分析报告显示,区块链大规模商用将在 3-5 年之后,因此区块链解决方案仍需要各方进行优化,以满足商用需求. 1.3 当前区块链认识上的两大误区 业界对区块链的声音很多,而在这么多针对区块链的声音中,一类声音是极度夸大区块 链的功能,而另一类极端的声音是极力抨击区块链存在的缺陷.业界针对新技术需要更客观 的评价. 误区一 将比特币等同于区块链.首先当前区块链讲的很热闹,几乎人人都在讲区块链,而更多 的是谈论比特币等虚拟货币带来的经济价值,将比特币等虚拟加密货币作为区块链的概念使 用,实际上虚拟加密货币仅是区块链中的一种应用形式.目前全球有一千多种虚拟货币,并 且数量还在不断增加.虚拟货币(如:比特币)更多的侧重将加密货币作为投资的一种手 华为区块链白皮书

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4 段,而对于企业或政府更多关注的区块链则从技术层面探讨如何借助区块链可靠性机制,解 决多企业交易安全性问题从而带来商业价值,并试图在更多的场景下释放智能合约和分布式 账本带来的科技潜力. 误区二 区块链是一种万能的技术,可替代数据库,替代 Internet.业界一些观点认为区块链颠 覆了数据库,或采用分布式数据库取代集中的传统数据库(Oracle、DB2 等)等说法,其实 这些只是神化了区块链,区块链主要技术由密码学和共识算法所组成,其中大部分都是已有 技术整合而来,并未开辟新的技术体系.区块链技术是对现有技术的一种补充,其在现有的 加密技术上,利用分布式账本和共识机制形成在数据流转过程中防篡改的一种机制保障.区 块链技术中采用的分布式账本,对于替代数据库来说是不存在的,其不会作为独立数据库使 用,因此独立的数据存储仍然存在,并未被替代.区块链无法离开 Internet、数据库等技 术,反而脱离这些技术将无法形成技术体系,因此,区块链是 X+区块链 的技术形态. 华为区块链白皮书

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5 2 区块链核心技术及原理机制 2.1 区块链的概念和特征 区块链(Blockchain)是一系列现有成熟技术的有机组合,它对账本进行分布式的有效 记录,并且提供完善的脚本以支持不同的业务逻辑.在典型的区块链系统中,数据以区块 (block)为单位产生和存储,并按照时间顺序连成链式(chain)数据结构.所有节点共同参 与区块链系统的数据验证、存储和维护.新区块的创建通常需得到全网多数(数量取决于不 同的共识机制)节点的确认,并向各节点广播实现全网同步,之后不能更改或删除. 从外部来看,区块链系统应具备如下特征: ? 多方写入,共同维护 此处的多方仅指记账参与方,不包含使用区块链的客户端.区块链的记账参与方应 当由多个利益不完全一致的实体组成,并且在不同的记账周期内,由不同的参与方主导 发起记账(轮换方式取决于不同的共识机制),而其他的参与方将对主导方发起的记账 信息进行共同验证. ? 公开账本 区块链系统记录的账本应处于所有参与者被允许访问的状态,为了验证区块链记录 的信息的有效性,记账参与者必须有能力访问信息内容和账本历史.但是公开账本指的 是可访问性的公开,并不代表信息本身的公开,因此,业界期望将很多隐私保护方面的 技术,如零知识证明、同态加密、门限加密等,应用到区块链领域,以解决通过密文操 作就能验证信息有效性的问题. 华为区块链白皮书

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6 ? 去中心化 区块链应当是不依赖于单一信任中心的系统,在处理仅涉及链内封闭系统中的数据 时,区块链本身能够创造参与者之间的信任.但是在某些情况下,如身份管理等场景, 不可避免的会引入外部数据,并且这些数据需要可信第三方的信任背书,此时对于不同 类型的数据,其信任应来源于不同的可信第三方,而不是依赖于单一的信任中心.在这 种情况下,区块链本身不创造信任,而是作为信任的载体. ? 不可篡改 作为区块链最为显著的特征,不可篡改性是区块链系统的必要条件,而不是充分条 件,有很多基于硬件的技术同样可以实现数据一次写入,多次读取且无法篡改,典型的 例子如一次性刻录光盘(CD-R).区块链的不可篡改基于密码学的散列算法,以及多方 共同维护的特性,但同时由于这个特性,区块链的不可篡改并不是严格意义上的,称之 为难以篡改更为合适. 2.2 区块链的核心技术 2.2.1 分布式账本 分布式账本技术 DLT (Distributed Ledger Technology)本质上是一种可以在多个网络节 点、多个物理地址或者多个组织构成的网络中进行数据分享、同步和复制的去中心化数据存 储技术.相较于传统的分布式存储系统,分布式账本技术主要具备两种不同的特征: ? 传统分布式存储系统执行受某一中心节点或权威机构控制的数据管理机制,分布式账本 往往基于一定的共识规则,采用多方决策、共同维护的方式进行数据的存储、复制等操 作.面对互联网数据的爆炸性增长,当前由单一中心组织构建数据管理系统的方式正受 到更多的挑战,服务方不得不持续追加投资构建大型数据中心,不仅带来了计算、网络、存储等各种庞大资源池效率的问题,不断推升的系统规模和复杂度也带来了愈加严 峻的可靠性问题.然而,分布式账本技术去中心化的数据维护策略恰恰可以有效减少系 统臃肿的负担.在某些应用场景,甚至可以有效利用互联网中大量零散节点所沉淀的庞 大资源池. 华为区块链白皮书

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7 ? 传统分布式存储系统将系统内的数据分解成若干片段,然后在分布式系统中进行存储, 而分布式账本中任何一方的节点都各自拥有独立的、完整的一份数据存储,各节点之间 彼此互不干涉、权限等同,通过相互之间的周期性或事件驱动的共识达成数据存储的最 终一致性.经过几十年的发展,传统业务体系中的高度中心化数据管理系统在数据可 信、网络安全方面的短板已经日益受到人们的关注.普通用户无法确定自己的数据是否 被服务商窃取或篡改,在受到黑客攻击或产生安全泄露时更加显得无能为力,为了应对 这些问题,人们不断增加额外的管理机制或技术,这种情况进一步推高了传统业务系统........