區塊鏈＋能源，能擦出什麼樣的火花？

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區塊鏈從闖入能源行業的那一天起，就引起了行業內外人群的高度關注，關於能源區塊鏈的爭論與質疑不斷攪動人們的神經。區塊鏈能否如同改變金融行業那樣改變能源行業？對於正在市場化探索中的中國能源行業，區塊鏈又能為我們帶來怎樣的想像？在3月6日的數據俠實驗室中，DT君邀請到能源區塊鏈實驗室合伙人兼首席戰略官、信達證券首席區塊鏈專家曹寅，為大家分享了區塊鏈基礎知識與區塊鏈技術在能源領域的應用。

▍什麼是區塊鏈

從兩個部分聊起，一是從區塊鏈的概念和應用場景來探討：區塊鏈到底是什麼？能實現什麼目的？它的架構是如何來實現的以及還存在哪些問題？二是介紹區塊鏈和能源行業結合的可能性和問題。

首先什麼是區塊鏈？其實區塊鏈解決的就是信任問題。信任是一個亘古不變的難題，現在我們稱之為的信任環境仍然是基於中心化的，比如最常見的銀行就是通過國家、風險準備金或是其它強制條件來實現第三方信任，個人和企業通過銀行賬戶開立，從而實現和交易對手、親戚朋友或是陌生人之間的中介性。

中介信任不僅僅在以銀行業為代表的金融行業很常見，在其他的一些領域如互聯網電子商務也被大量採用。而基於平台的第三方信任促進了互聯網中陌生人和陌生企業之間的交互、交易。

但這也存在一個很嚴重的問題：因為中心化使得平台和第三方具有凌駕於所有交易參與方生產活動方向的權利，從而導致摩擦成本過高。其中銀行業是最常見的，如果要實現跨國賬戶之間的轉賬，不僅僅涉及到具體開戶行和賬戶間的協調，還會涉及到不同國家的清結算系統。

而區塊鏈給了我們一個新的選項——在強中心化的第三方達成的信任環境外，提供去中心化的選擇。

下面我以比特幣的支付清結算作為典型案例來介紹。

比特幣的支付清結算不需要像支付寶、Paypal這樣的第三方支付通道和網路，也不需要像由國家來發牌照的銀聯清結算網路來實現。只要是作為比特幣上的一個節點，都可以參與支付清結算。

其具體過程是先發起一筆交易，這筆交易通過全網進行廣播，所有參與共識的記賬礦工進行算力競爭過程，即競爭「哈希問題」。而「哈希問題」的難度會根據全網算力的比例進行實時調整，以確保算力能夠在十分鐘左右的時間內計算出哈希解，從而得到所有交易的記賬權利。最後把這些交易打包成一個區塊，通過上一區塊的哈希解和這一區塊的哈希解形成鏈式數據結構，經過全網進行廣播後，在所有的比特幣賬本上進行同步，達到交易被全網來進行共識、見證的目的。這種基於交易共識登記完成的過程避免了藉助於第三方提供基礎設施的問題。

總結來說，基於第三方的支付清結算是需要銀行、支付寶或是銀聯才能證明你向誰轉了賬、賬戶餘額有多少錢，但是在比特幣的網路上，所有人都能夠證明你的賬戶公鑰地址的餘額有多少以及每筆交易的歷史路徑。

在去中心化的網路里，全世界有數十萬台記賬伺服器，即礦機，參與全網的登記共識。下圖是劍橋大學去年年終研究出的全球算力地圖。

可以發現算力雖然是分布在各個國家，但仍存在地域密集型的特點。比如雲南、四川、加拿大以及美國的西海岸這些電力價格比較便宜的地方，會存在密集性的分布。同時現在還有一個新的趨勢——因為中國算力政策的影響，大量的中國算力正在出海前往其它地區。這個趨勢對於比特幣的去中心化是一件好事，因為過去很多比特幣的批評者都提出算力存在過度集中於中國的問題，但現在中國的算力正大量地遷往其它的國家，從地理角度來說就確保了比特幣的去中心化。

▍比特幣為何如此神秘

比特幣如此神秘的本質並不在於其價格到底有多高，而是在於它背後的秘密。

上圖展示的是比特幣的首個創世區塊，創世區塊即比特幣的第一個區塊。

2009年1月3日，比特幣的創始人中本聰在創世區塊里留下一句永不可修改的話：「The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks（2009年1月3日，財政大臣正處於實施第二輪銀行緊急援助的邊緣）。」

那為什麼中本聰要把這句話放進去？因為當時正是英國的財政大臣達林被迫考慮第二次出手紓解銀行危機的時刻，而這句話是泰晤士報當天的頭版文章標題。因為區塊鏈的時間戳服務和存在證明，第一個區塊鏈產生的時間和當時正發生的事件被永久性地保留了下來。

雖然說現在有很多人希望撇清比特幣和區塊鏈的關係，但不得不承認區塊鏈誕生於比特幣，沒有比特幣也就不會有區塊鏈技術，更不會有現在用於公益、政府管理或是其它領域的先進技術。

從比特幣角度出發，可以理解成區塊鏈是比特幣網路的資料庫。這樣去理解區塊鏈才能方便大家了解為什麼區塊鏈具有如此大的魔力和神奇性。在比特幣區塊鏈里，其實是解決兩個問題，第一個是雙花問題，即在數字空間里，我們很難去確保身份、數字資產的唯一性問題。但在比特幣的網路里，通過對於交易、未花費餘額的記錄，來確保賬本和交易的唯一性，解決了在數字空間里身份和資產的唯一性問題。第二個是解決了「拜占庭將軍」問題，例如一個公司只會有一個會計，但是在比特幣的區塊鏈里全網會有上百萬個會計。這裡提到的會計就是參與記賬的共識伺服器，這樣的話就會產生一個問題，如何確保大家記得是同一本賬，以及如何避免有人來記假賬、壞賬。

比特幣網路就通過POW共識機制去約束參與者以及激勵每一個有條件參與挖礦的人，為全網提供共識。比特幣通過經濟懲罰和相關獎勵的模式，使網路變得更加龐大。

▍區塊鏈到底在解決什麼

從比特幣衍生開來，我們再來看一下區塊鏈在各個領域的應用到底在解決什麼問題？

本質上區塊鏈作為一種金融科技，肯定是離不開金融場景，那金融其實是對於各種各樣生產要素配置的過程。在金融行業中，最重要的就是底部的清結算工具，而區塊鏈直接顛覆了過去中心化的清結算功能，是賦予每個人都能參與交易網路清結算的工程，起到所有的參與者本身為網路來提供信任的作用。

所以大家可以從三個角度來理解區塊鏈：

1、從工具角度來進行理解，區塊鏈其實就是指通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠資料庫的技術方案，主要表現形式為分散式賬本技術+密碼學技術+共識機制。

2、從生態角度來進行理解，是基於區塊鏈重構的去中心自治商業生態圈。例如現在問大家什麼是互聯網，絕對不會有人說互聯網是七層架構，而是會說互聯網上有很多商業模式，是一個可以實現遠距離的交易、購物的基礎設施。那區塊鏈也是如此，雖然我們現在討論得更多的是區塊鏈如何構建、基礎設施如何設計、管理架構是怎樣的，但大家其實很快就會發現根本沒必要去討論這些，只需要選一條可以適用的主鏈，並基於主鏈開發大量去中心化的商業模式。

3、從理念角度來進行理解，區塊鏈是完全基於數字世界的去中心化或弱中心化的價值新體系。例如現在互聯網已經變為了互聯網思維，而區塊鏈的意識形態也是非常強烈的去中心化，對於金融、社會治理、商業模式都會有很大的革命性影響。

▍區塊鏈的基礎模塊及結構分析

那麼要構建一個區塊鏈的網路，到底需要哪些基礎模塊呢？

首先最基礎的條件——商業網路。在商業網路中必須要有活躍的生產者、消費者以及提供專業服務的機構，同時包含市場參與者的對等架構和夥伴間的共識協議；二是一套共享賬簿，由大家來記錄在商業網路里發生的所有交易互動；三是通過共識機制來確保每一個參與者記賬的節點，確保每份副本的一致性以及儘可能通過共識機制所包含的相關懲罰，來確保合理遵守共識機制的參與者有相應的經濟獎勵；四是構建一套智能合約，確保在區塊鏈的共識網路上，有大量非常豐富且基於智能合約的去中心化商業模式；五是隱私和加密系統，通過相關係統來確保在商業網路上每一個參與者的隱私和安全、ID的唯一性。

下圖是一個典型的比特幣區塊鏈結構分析。

可以看到每一個區塊分成區塊頭和區塊尾，最上面的Block：101是指區塊高度，代表在整個區塊鏈鏈式數據結構上的區塊序列號。下面是上一區塊的哈希值和N-1區塊之間有且唯一的關聯關係，其中挖礦隨機數是礦機競爭過程中隨機產生的，難度是由全網算力來進行的。這樣一系列的制度安排，就確保了區塊頭上的哈希值是有且唯一的，並且可以通過哈希加密和上一區塊形成對應的關係。而計算本區塊哈希值是由本區塊所挖礦的隨機數+難度+時間戳後，再經過兩次哈希才能得到本區塊的哈希值，所以這是一個加密強度極高的安排，確保了黑客無法簡簡單單通過逆向解密哈希。

下圖是區塊鏈的系統架構分析，主要分成3+2層，包括數據層、網路層、共識層、激勵層和應用層。

▍區塊鏈技術不同發展階段在能源場景應用的差異

短期之內，區塊鏈技術僅僅作為一種分散式數據架構的形式存在，同其他分散式資料庫並沒有特別突出的本質區別，區塊鏈的共識作用並不能得到充分發揮，甚至不成熟的區塊鏈共識機制反而會成為區塊鏈技術商業應用的瓶頸。

落實到能源場景來看，在區塊鏈技術1.0時代，在能源場景內，區塊鏈技術起到的也僅僅是信息登記、賬戶管理的賬本功能，相對於中心化體系，其效率、去中心化等特徵並不佔優勢。

隨著共識機制以及智能合約技術的成熟，區塊鏈技術會進入2.0時代，其代表特徵將是高效率的共識機制以及廣泛的智能合約應用。屆時，區塊鏈的賬本屬性將被底層化和平台化，智能合約將成為基於區塊鏈資料庫的app而存在，開發者可以方便的調用各種介面和工具以開發區塊鏈智能合約應用，並為用戶提供服務，可以理解為BaaS（Blockchain as a service,區塊鏈即服務）。

從能源角度來說，在區塊鏈2.0時代，能源行業不同價值鏈環節會存在若干條通用的區塊鏈平台，開發者並不需要重新構建底層賬本，只需要選擇不同區塊鏈平台，並調用開源工具即可方便地開發各種去中心化的能源互聯網應用，並且隨著共識機制的發展，區塊鏈技術可以在部分場景真正實現去中心化且智能化能源生產、配送管理。

區塊鏈3.0時代的意義在於各行各業的去中心化區塊鏈賬本將互相合併或者關聯，這就意味著，能源行業、金融行業、交通行業、生活消費行業、工業生產等行業以及行業內的參與者，將基於區塊鏈共識網路實現真正的大融合。

通過下面這張矩陣圖，大家就會發現目前已有大量的主鏈出現，同時也有大量的主鏈死亡。

如由R3CEV推出的一款分散式賬本平台的Corda，它號稱自己是非區塊鏈的區塊鏈，但目前看來這個項目是失敗的。因為越來越多R3CEV的成員如摩根斯坦利、高盛、花旗都在退出，而R3CEV的Corda區塊鏈目前來看也很難落地。所以區塊鏈就像是一將功成萬骨枯的競爭，現在看起來獨領風騷的區塊鏈主鏈不一定在未來五年之內仍然能夠獨佔鰲頭。

一是具有最豐富活躍的開發者社區的以太坊主鏈；二是超級賬本，尤其是其發布的一款Fabric系統，雖然說它不是一條主鏈，但它使得企業能夠非常方便地部署聯盟鏈和私有鏈，適用於很多的現有成熟企業，並且能夠快速的進入區塊鏈世界；第三個就是比特幣，比特幣的強壯性以及其本身作為一種貨幣的價值，使得比特幣在未來的區塊鏈競爭中仍然佔有非常重要的地位。

所以為什麼說區塊鏈重要，就是因為區塊鏈它將徹底改變目前習以為常的金融體系、社會信任體系的底層架構，從而導致上面的系統交互、規則設定、風控、業務以及對接界面都會發生巨大的變化。核心就是未來的商業模式會從強中心化變成去中心化，公司角色不會再成為整個供需生產消費中不可或缺的樞紐角色，而是作為規則制定方、社區運營方以及秩序維護者。

▍案例介紹：區塊鏈應用需注意什麼

下面我將給大家介紹一些案例，首先是一個失敗的案例。

第一個是DAO，是以太坊上發起的第一個去中心化項目，也是以太坊發起的第一個ICO。這個項目有非常好的理念：通過以太坊智能合約實現去中心化的基金募集、基金管理，但非常可惜，因為沒有考慮清楚技術問題，導致項目在募集過程中就發生了黑客偷幣事件。這個項目雖然失敗了，卻給後面的智能合約開發者、去中心化商業模式開發者留下了非常寶貴的經驗和教訓。所以我建議智能合約代碼一定要通過聘請專業的第三方公司進行代碼審計、漏洞審查，來確保這個代碼放出去後不會出現DAO這樣的問題。

第二個案例是The SONM（雲計算），大家可以發現雖然有大量的算力設備在我們身邊，但平時能用到的算力卻不超過5%，且大部分的時候是關機的。所以The SONM的創始人想通過對算力設備的去中心化眾籌，構建一個虛擬的雲計算網路，來為大量的企業來提供服務。

下圖是The SONM模式的架構圖：

可以發現它是通過Worlds Hubs Servers去吸引大量的閑置算力，進行去中心化的整合，並在開放平台上將算力和需求方結合起來。其代幣可以作為購買算力的支付清結算工具，這樣就避免了雲計算和數據的壟斷，使得大量的閑置設備能夠得到應用，大大降低了常見雲計算服務的成本。

第三個案例是Storj（雲儲存），其原理和The SONM差不多。The SONM加上Storj，可以替代像阿里雲這樣強中心化的雲計算、雲儲存的服務模式。

目前國內已有很多大型機構在嘗試開發各類區塊鏈應用，但絕大部分中國大型國有企業、民營企業、金融機構的區塊鏈POC項目都是作為櫥窗項目，並未投入商業應用。

尤其是像上圖列出的金融機構，其盈利模式的核心就是強中心化，所以從這個角度來說，我並不看好中國的成熟企業，包括像BAT、金融機構在區塊鏈領域的探索，他們的探索註定是無意義的，因為壓力和阻力並不來自於外部，而是來自於內部。

從剛才的案例可以得出結論：區塊鏈是一個工具，真正的區塊鏈應用場景必須是去中心化的，如果不是為了去中心化，大可不必用區塊鏈。

目前區塊鏈還有很多產業性的挑戰有待解決。其中最集中的問題是區塊鏈技術金融複合型人才的缺乏。區塊鏈作為典型的去中心化商業技術，不僅需要深刻地理解區塊鏈架構，還需要理解商業模式，同時又需要有開發出去中心化商業模式的能力。這對人才的多維度要求非常高，而目前國內的區塊鏈人才儲備是遠遠不夠的，這點將大大影響區塊鏈技術在中國的落地。

▍區塊鏈如何運用在能源領域

最後我來介紹一下能源區塊鏈實驗室利用區塊鏈在能源行業的實踐。

我們現在主要在做這幾件事情，首先是協同合作夥伴重點研究基於超級賬本的Fabri聯盟鏈技術。目前我們已經在進行自主改造，使其適應於中國的監管環境、能源行業的物聯網特色。其次是和太坊上現有的去中心化項目合作，從而解決一系列能源行業的基礎問題。同時我們也在做大量的應用開發，如電動汽車綠色電力的登記、碳資產數字化、電力市場去中心化的點對點交易以及綠色金融產品的屬性登記等等。我們還協同合作夥伴在深圳發起了深圳綠色金融專委會，專門做相關的金融科技、綠色金融、可持續金融的政策研究和公關國際合作。最後我們還發起了能源區塊鏈合作社，邀請了很多國內外重要的能源企業、行業相關主管部門以及大型金融機構一起研究區塊鏈加能源技術的場景。

下圖是我們的商業架構，主要是通過在底層會接入大量的能源物聯設備，構建一條泛能源的物聯網路。

目前我們也在超級賬本計劃中爭取發起超級賬本能源項目。

能源行業和區塊鏈的結合有很多可能性，但這個可能性要考慮到中國的政策環境和商業環境，能源行業具有強中心化的性質，使得能源和區塊鏈的結合挑戰非常大。所以如何設計出一條既受到監管允許、滿足能源終端消費者對能源安全、綠色的要求，其實是一個非常大的挑戰。

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