区块链如何实例化?

印度用区块链打造智慧城市

近日，印度启动了智能城市项目，作为莫迪总理的首要计划之一，将为其科技市场带来了巨大的发展潜力，区块链就是其中之一。尽管自2015年6月25日发布至今，其大型项目未能达到，目前为止只有1.8％的资金落实使用，但其区块链作底层技术的城市构建思路依然充满潜力，EtherFlyer将带您揭开区块链智慧城市的面纱。

为了创造更宜居城市，智慧城市计划将在100个城市中开展。该其目标是在这些城市中运用创新的数字技术，并与“数字印度”的愿景相结合，实现公民的数字化授权。该项目将把“数字”整合到城市生活的各个方面：从基础设施，医疗保健，教育，清洁，卫生，废物管理等各类服务。

5月17日，印度住房和城市扶贫部发布了关于智能城市计划的最新情况，称到目前为止已完成或正在实施、招标的超一千个项目。EtherFlyer了解到，这些项目的底层技术是区块链，其作用是保证智能城市的运转。区块链的出现将改变城市的基础，甚至是智慧城市的“大脑”，这个机制将适应性、问责制、透明性、准确性和运转效率等关键因素整合到整个城市中。

EtherFlyer先简要介绍一下，区块链是一种分布式账本技术，可以在多个系统中存储信息，实现点对点（P2P）交换，并使用验证过程创建可信、安全的分布式存储，这种方式是民主的，基于共识的。这里的安全可信是指：区块链网络不需要任何中间实体进行任何类型的验证。

最重要的是，区块链（公共）使用工作证明（PoW，ProofofWork）或股权证明（PoS，ProofofStake）来达成共识，一旦信息记录在区块中并上链（区块链），该数据就不能被删除和操纵。这带来了数据的透明，消除了任何形式的篡改和操纵。

从投票，安全，土地登记，物流，医疗保健，配电，银行，证书，出生，死亡，教育，住宅等几乎任何需要登记治理的领域，区块链完全解决了信任问题。虽然印度*尚未开发智能城市中区块链的所有潜能，但已经在上述领域内建立了一系列基于区块链的概念验证（PoC，ProofofConcept）。尤其是在新技术出现的前夕，EtherFlyer认为这概念验证非常重要，对于区块链技术的大规模应用，印度的这一计划很有借鉴性，值得关注。所以EtherFlyer将这个项目的框架描绘出来，希望大家能对区块链“智慧城市”认识更具体，也带来更多启发。

澳洲格里菲斯大学的研究“使用区块链技术确保智能城市安全”中展示了安全框架，提出了如何将区块链与智能设备集成在一起，为智能城市提供安全的通信平台。使用区块链安全框架的主要优势在于，这种机制可以抵御许多威胁。此外，它还提供了许多独特的功能，例如提高可靠性，更好的容错能力，更快更有效的操作和可扩展性。

EtherFlyer认为，结合区块链技术的设备将在智能城市中集成为一个通用平台，所有设备都能够在分布式环境中安全地运行。“未来应设计一个系统级模型，以调查智能城市中使用的不同平台的互操作性和可扩展性，”该论文也说明了这点。

在印度的现有*下，一半的数据是硬盘拷贝，一半是跨部门和组织的系统集成，数据在任何中间环节可被轻易改动，控制或删除，用户必须依赖于对数据运营商，控制系统和处理器的“信任”。例如，对大量身份数据泄漏曾遭到大量投诉，但印度唯一身份识别机构（UIDAI）没有一次承认这个问题。现在的问题不仅仅是数据安全，而是关于组织中人员的“信任”。

为了解决这个问题，印度从爱沙尼亚的管理中得到了启发。爱沙尼亚已完成居民电子数据的构建，而印度的智能城市公民身份数据将运用公共区块链模型，这将一劳永逸地消除组织的“信任”问题。在爱沙尼亚，即使在获取数据节点后，公民也可获知谁查看了其个人信息，查看访问数据的组织列表，访问时的数据以及数据的用途。

区块链可以实现类似的系统，以确保印度投票系统的透明度和安全性。在以往每次选举时，关于操纵电子投票机（EVM），记录和数据的投诉都在增加。区块链将是消除机器“信任危机”的可靠方法，区块链不像机器那样可被随意操纵。印度智慧城市项目将应用到世界上最大的投票系统中，这将是区块链大规模应用的实例，不仅可以降低选举成本，还可以大大提高系统的透明度和效率。

除了银行业务，*和私营医疗机构将推进电子健康记录（EHR），区块链可以改变目前药物、血液、器官、医疗许可证和医生记录等医疗数据的记录方式。EtherFlyer了解到，约70％的健康计划和卫生系统IT主管认为，区块链对医保的操作性有很大帮助。

与其他记录类似，教育证书或记录，出生/死亡证明，土地记录，能源供给以及通讯的所有其他数据都可以上链。EtherFlyer在此说明一下，上链不是要把这些庞大的数据在区块链上运行，而是将区块链作为底层逻辑，保证数据不可篡改与记录透明。

区块链还可用于仓储、冷藏、运输等相关农业数据，以提高透明度，降低复杂性和成本。一旦在公共区块链上添加了与任何主题相关的数据，它就可以取代现有的“不可信”系统，任何人都可以随时获取数据，具体情况取决于授予的权限。在农业方面的垂直应用，EtherFlyer在《区块链在农业供应链上的应用》中有详细的介绍。

NITIAayog一直致力于印度链（当地的一个区块链项目）的概念构建，它被描述为“共享的，印度专属的区块链基础设施”，但自去年以来没有提供进一步更新，而智能城市使命也没有按照计划的方式实施。执行力的缺乏（印度以行政效率低下而闻名），以及利益集团的阻碍，这两点都导致了区块链智能城市推进缓慢。但EtherFlyer认为，这个项目的框架还是非常有远见的，展现了区块链应用的巨大潜力，可以让智慧城市真正意义上变的“聪明”。EtherFlyer所理解的“聪明”不是科技发达或物质丰富，而是在底层逻辑上的公平、公开、透明、不可篡改，这与以飞的去中心化交易理念是一致的。个人通过区块链形成了真实的社会组群而非权利中心，这是未来的“智慧城市”。

首先，熟悉一下区块链的特性（摘自百度百科）：

去中心化

由于使用分布式核算和存储，不存在中心化的硬件或管理机构，任意节点的权利和义务都是均等的，系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护。

开放性

系统是开放的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人公开，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统信息高度透明。

自治性

区块链采用基于协商一致的规范和协议（比如一套公开透明的算法）使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据，使得对“人”的信任改成了对机器的信任，任何人为的干预不起作用。

信息不可篡改

一旦信息经过验证并添加至区块链，就会永久的存储起来，除非能够同时控制住系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，因此区块链的数据稳定性和可靠性极高。

匿名性

由于节点之间的交换遵循固定的算法，其数据交互是无需信任的（区块链中的程序规则会自行判断活动是否有效），因此交易对手无须通过公开身份的方式让对方自己产生信任，对信用的累积非常有帮助。

这些特性，都是根本上的变革，将极大改变我们的生活。其应用场景之一比特币，就完全能够杜绝货币超发、洗黑钱、贪污、避税、假币等各种问题。

在金融领域，除了比特币，现在阿里也在积极应用到公益项目；京东也在做一些创新型的金融产品。

区块链是以比特币为代表的数字加密货币体系的核心支撑技术。区块链技术的核心优势是去中心化，能够通过运用数据加密、时间戳、分布式共识和经济激励等手段，在节点无需互相信任的分布式系统中实现基于去中心化信用的点对点交易、协调与协作，从而为解决中心化机构普遍存在的高成本、低效率和数据存储不安全等问题提供了解决方案。

区块链的应用领域有数字货币、通证、金融、防伪溯源、隐私保护、供应链、娱乐等等，区块链、比特币的火爆，不少相关的top域名都被注册，对域名行业产生了比较大的影响。

以旅游业为例，区块链应用主要集中在旅游出行、旅游社区点评、数字身份管理、信用消费管理、追踪飞行员的职业证书和资格、酒店和航空公司的忠诚度计划、预订管理、消费积分管理这几个应用领域。另外区块链在金融、游戏、娱乐等领域也有应用。

区块链分为公有链和私有链，但其实，用公有链和许可链的概念来区分更合适。

公共链所有人都可加入，为了吸引更多的人加入，其本身也有一定的激励机制。这个激励机制建立在区块链的共识算法之上，采用比特币等做为记账单位。为了让激励更有效，通常又采取锚定法币等方式令记账单位有价值。随着时间的推移，就积累起了一定的公信力，在公有链上可以做存证、支付等业务。

许可链包括一般所说的私有链和联盟链。

用“专有链”来表述指称“私有链”更为恰当。专有链通常在一个大公司或大集团内部使用。在多对多的汇报体系及对账体系之中，管理成本很高，采用区块链技术，实现了信息共享和更有效的监督，就能大大降低成本、提高效率。

联盟链往往是几家企业联合构造的一个区块链，这些企业原本就有关联，或者是上下游甲乙方关系，或者是横向互联合作关系，为了降低成本，提高效率，而采用了区块链技术。

从某种程度上来讲，联盟链和专有链的本质上是一样的，都需要参与者在技术上得到许可才能加入，其中各方也是受限的，因此叫许可链。因为在原本的经济活动中就有关联，所以不再需要区块链上的激励机制，在实际应用中也不一定产生代币。

2.信息公开的区块链之上如何保护隐私？

区块链的应用中，信息是透明的、共享的，那么隐私保护问题如何解决？如何处理监督制衡与隐私保护之间的关系？

其实，区块链上信息的共享是有选择的共享，透明也是有限度的透明。并不是所有的数据都会写入区块链，只有那些需要监督和共享的数据才需写入。另外，对于已经写入区块链的数据，也并非全部透明，那些不透明的数据可能是需要得到授权才能看到。这些是通过加密手段可以实现的。

3.如何在数据高速增长的同时保证处理效率？

随着数据的增长，数据库越来越大，不但增加存储负担，随时处理效果也会受到影响，如何处理效率与数据增长之间的矛盾，是人们非常关心的问题。

而且由于区块链中有多方参与，所以有人可能会认为其处理数据的效率一定比中心化的网络要低。

其实这要视实际需求而定，在大多数情况下，区块链是可以满足效率需求的。

影响处理效率的两大环节，一是验证机制，即验证每一个打包块的真实性；二是共识算法。此二环节耗时最多。

对于许可链来说，可以采取多种办法提高效率。例如在验证机制中不用POW算法，而用验证池的算法。哪些数据写入区块链、哪些数据是透明的、哪些是被监督的，都可以与实际情况结合来定。

4.区块链的真实应用需求。

在当下的各种讨论中，人们畅想了各种各样的区块链应用需求。但其中很多并不是真实的需求。

一个区块链应用需求是否是在真实的，很容易判断，就是看区块链的应用是否解决了实际问题——能否降低成本、提高效率，而不是为了应用区块链而应用区块链。

根据客户方面的反馈，在区块链的实际应用中，最看重的就是安全可控——共识算法、分级授权、联合签名只有在可控的前提下才能应用。再进一步的要求是能够高性能处理，包括对交易的处理效率以及对存储结构的读取效率。第三是私钥与隐私管理。既要透明监督，又要有隐私保护，这当然是必须的。第四是内置的简单合约。之所以是简单合约而非智能合约，也是出于可控性方面的考虑，智能化提高，可控性势必下降。最后，可扩展性，即支持多种类型的交易与存证、支持海量数据与大规模用户，为了更好的用户体验，也一定要有快捷开发与可视化工具，这对于区块链应用的普及是很关键的。

peerledger：存储在背书节点和记账节点

ordererledger:存储在orderservicenode

Chaincode是无状态的。Chaincode存储在节点上，账本只会存储hash值

账本的隔离和隐私性用多通道（MultipleChannels）技术来保护

QuerySystemChaincode(QSCC)

背书节点需提前设定，也作为记账节点

transaction事务处理流1.X

??client应用(向一个或多个Peer节点（背书节点）)发送交易请求(对事务的背书请求)；

??背书节点模拟执行ChainCode，但并不将结果提交到本地账本（Worldstate,不会修改底层账本），只是将结果（读写集）加密签名返回给client应用；

??应用收集所有背书节点的结果后，验证背书策略是否满足和模拟执行结果是否一致（去除不确定无效的交易，1.0未实现）将结果广播给Orderers；

??Orderers执行共识过程，并生成Block，通过消息通道批量的将Block发布给Peer节点（记账节点）；

??各个Peer节点验证交易，并提交到本地账本中.通知client端处理结果

记账节点CommittingPeer：维护账本和状态

合约部署都需要指定背书策略。AND,OR,OutOf

背书策略在chaincode实例化时指定

ESCC

VSCC

账本保存Blockchain和Worldstate（维护当前状态，方便应用快速查询）

Block（s）：Blockheader（Blocknumber，当前区块hash，前区块hash），Blockdata，BlockMetadata（写入时间，写入人，签名）

transactions：header（名字，version），签名，proposal（input参数），Pesponse（执行结果前后的数据），Endorsements（背书节点返回的结果list）

WorldState：kv形式。维护账本当前信息

SmartContract：业务角度。定义组织的业务规则，创建交易，记录到账本，打包进chaincode。操作WorldstateDB：get，put，delete（put和delete会增加新的记录，block。只会删除worldstate的数据，在账本里新增记录）

chaincode可以包含多个合约，实现打包的角度

ChaincodeLifecycle

打包（签名，）--安装（peer）--实例化--运行

更新--运行

一个peer可以安装多个chaincode

SystemChaincode

运行在peer上，LSCC(Lifecycle)，CSCC（配置），QSCC（查询）

Peer

LeaderPeer：连接order推送新的区块，随机传播其它记账节点。选举方式（静态指定，动态生成）。一个分区一个leader。

AnchorPeer：（Gossip协议，降低order负担）节点相互认识。

共识：读写集

网络搭建：

1.配置启动orderService

2.配置启动peer

3.安装chaincode

4.创建channel

5.加入channel

6.实例化chaincode