区块链+能源,能擦出什么样的火花?

区块链从闯入能源行业的那一天起,就引起了行业内外人群的高度关注,关于能源区块链的争论与质疑不断搅动人们的神经。区块链能否如同改变金融行业那样改变能源行业?对于正在市场化探索中的中国能源行业,区块链又能为我们带来怎样的想象?在3月6日的数据侠实验室中,DT君邀请到能源区块链实验室合伙人兼首席战略官、信达证券首席区块链专家曹寅,为大家分享了区块链基础知识与区块链技术在能源领域的应用。

▍什么是区块链

从两个部分聊起,一是从区块链的概念和应用场景来探讨:区块链到底是什么?能实现什么目的?它的架构是如何来实现的以及还存在哪些问题?二是介绍区块链和能源行业结合的可能性和问题。

首先什么是区块链?其实区块链解决的就是信任问题。信任是一个亘古不变的难题,现在我们称之为的信任环境仍然是基于中心化的,比如最常见的银行就是通过国家、风险准备金或是其它强制条件来实现第三方信任,个人和企业通过银行账户开立,从而实现和交易对手、亲戚朋友或是陌生人之间的中介性。

中介信任不仅仅在以银行业为代表的金融行业很常见,在其他的一些领域如互联网电子商务也被大量采用。而基于平台的第三方信任促进了互联网中陌生人和陌生企业之间的交互、交易。

但这也存在一个很严重的问题:因为中心化使得平台和第三方具有凌驾于所有交易参与方生产活动方向的权利,从而导致摩擦成本过高。其中银行业是最常见的,如果要实现跨国账户之间的转账,不仅仅涉及到具体开户行和账户间的协调,还会涉及到不同国家的清结算系统。

而区块链给了我们一个新的选项——在强中心化的第三方达成的信任环境外,提供去中心化的选择。

下面我以比特币的支付清结算作为典型案例来介绍。

比特币的支付清结算不需要像支付宝、Paypal这样的第三方支付通道和网络,也不需要像由国家来发牌照的银联清结算网络来实现。只要是作为比特币上的一个节点,都可以参与支付清结算。

其具体过程是先发起一笔交易,这笔交易通过全网进行广播,所有参与共识的记账矿工进行算力竞争过程,即竞争“哈希问题”。而“哈希问题”的难度会根据全网算力的比例进行实时调整,以确保算力能够在十分钟左右的时间内计算出哈希解,从而得到所有交易的记账权利。最后把这些交易打包成一个区块,通过上一区块的哈希解和这一区块的哈希解形成链式数据结构,经过全网进行广播后,在所有的比特币账本上进行同步,达到交易被全网来进行共识、见证的目的。这种基于交易共识登记完成的过程避免了借助于第三方提供基础设施的问题。

总结来说,基于第三方的支付清结算是需要银行、支付宝或是银联才能证明你向谁转了账、账户余额有多少钱,但是在比特币的网络上,所有人都能够证明你的账户公钥地址的余额有多少以及每笔交易的历史路径。

在去中心化的网络里,全世界有数十万台记账服务器,即矿机,参与全网的登记共识。下图是剑桥大学去年年终研究出的全球算力地图。

可以发现算力虽然是分布在各个国家,但仍存在地域密集型的特点。比如云南、四川、加拿大以及美国的西海岸这些电力价格比较便宜的地方,会存在密集性的分布。同时现在还有一个新的趋势——因为中国算力政策的影响,大量的中国算力正在出海前往其它地区。这个趋势对于比特币的去中心化是一件好事,因为过去很多比特币的批评者都提出算力存在过度集中于中国的问题,但现在中国的算力正大量地迁往其它的国家,从地理角度来说就确保了比特币的去中心化。

▍比特币为何如此神秘

比特币如此神秘的本质并不在于其价格到底有多高,而是在于它背后的秘密。

上图展示的是比特币的首个创世区块,创世区块即比特币的第一个区块。

2009年1月3日,比特币的创始人中本聪在创世区块里留下一句永不可修改的话:“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks(2009年1月3日,财政大臣正处于实施第二轮银行紧急援助的边缘)。”

那为什么中本聪要把这句话放进去?因为当时正是英国的财政大臣达林被迫考虑第二次出手纾解银行危机的时刻,而这句话是泰晤士报当天的头版文章标题。因为区块链的时间戳服务和存在证明,第一个区块链产生的时间和当时正发生的事件被永久性地保留了下来。

虽然说现在有很多人希望撇清比特币和区块链的关系,但不得不承认区块链诞生于比特币,没有比特币也就不会有区块链技术,更不会有现在用于公益、政府管理或是其它领域的先进技术。

从比特币角度出发,可以理解成区块链是比特币网络的数据库。这样去理解区块链才能方便大家了解为什么区块链具有如此大的魔力和神奇性。在比特币区块链里,其实是解决两个问题,第一个是双花问题,即在数字空间里,我们很难去确保身份、数字资产的唯一性问题。但在比特币的网络里,通过对于交易、未花费余额的记录,来确保账本和交易的唯一性,解决了在数字空间里身份和资产的唯一性问题。第二个是解决了“拜占庭将军”问题,例如一个公司只会有一个会计,但是在比特币的区块链里全网会有上百万个会计。这里提到的会计就是参与记账的共识服务器,这样的话就会产生一个问题,如何确保大家记得是同一本账,以及如何避免有人来记假账、坏账。

比特币网络就通过POW共识机制去约束参与者以及激励每一个有条件参与挖矿的人,为全网提供共识。比特币通过经济惩罚和相关奖励的模式,使网络变得更加庞大。

▍区块链到底在解决什么

从比特币衍生开来,我们再来看一下区块链在各个领域的应用到底在解决什么问题?

本质上区块链作为一种金融科技,肯定是离不开金融场景,那金融其实是对于各种各样生产要素配置的过程。在金融行业中,最重要的就是底部的清结算工具,而区块链直接颠覆了过去中心化的清结算功能,是赋予每个人都能参与交易网络清结算的工程,起到所有的参与者本身为网络来提供信任的作用。

所以大家可以从三个角度来理解区块链:

1、从工具角度来进行理解,区块链其实就是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案,主要表现形式为分布式账本技术+密码学技术+共识机制。

2、从生态角度来进行理解,是基于区块链重构的去中心自治商业生态圈。例如现在问大家什么是互联网,绝对不会有人说互联网是七层架构,而是会说互联网上有很多商业模式,是一个可以实现远距离的交易、购物的基础设施。那区块链也是如此,虽然我们现在讨论得更多的是区块链如何构建、基础设施如何设计、管理架构是怎样的,但大家其实很快就会发现根本没必要去讨论这些,只需要选一条可以适用的主链,并基于主链开发大量去中心化的商业模式。

3、从理念角度来进行理解,区块链是完全基于数字世界的去中心化或弱中心化的价值新体系。例如现在互联网已经变为了互联网思维,而区块链的意识形态也是非常强烈的去中心化,对于金融、社会治理、商业模式都会有很大的革命性影响。

▍区块链的基础模块及结构分析

那么要构建一个区块链的网络,到底需要哪些基础模块呢?

首先最基础的条件——商业网络。在商业网络中必须要有活跃的生产者、消费者以及提供专业服务的机构,同时包含市场参与者的对等架构和伙伴间的共识协议;二是一套共享账簿,由大家来记录在商业网络里发生的所有交易互动;三是通过共识机制来确保每一个参与者记账的节点,确保每份副本的一致性以及尽可能通过共识机制所包含的相关惩罚,来确保合理遵守共识机制的参与者有相应的经济奖励;四是构建一套智能合约,确保在区块链的共识网络上,有大量非常丰富且基于智能合约的去中心化商业模式;五是隐私和加密系统,通过相关系统来确保在商业网络上每一个参与者的隐私和安全、ID的唯一性。

下图是一个典型的比特币区块链结构分析。

可以看到每一个区块分成区块头和区块尾,最上面的Block:101是指区块高度,代表在整个区块链链式数据结构上的区块序列号。下面是上一区块的哈希值和N-1区块之间有且唯一的关联关系,其中挖矿随机数是矿机竞争过程中随机产生的,难度是由全网算力来进行的。这样一系列的制度安排,就确保了区块头上的哈希值是有且唯一的,并且可以通过哈希加密和上一区块形成对应的关系。而计算本区块哈希值是由本区块所挖矿的随机数+难度+时间戳后,再经过两次哈希才能得到本区块的哈希值,所以这是一个加密强度极高的安排,确保了黑客无法简简单单通过逆向解密哈希。

下图是区块链的系统架构分析,主要分成3+2层,包括数据层、网络层、共识层、激励层和应用层。

▍区块链技术不同发展阶段在能源场景应用的差异

短期之内,区块链技术仅仅作为一种分布式数据架构的形式存在,同其他分布式数据库并没有特别突出的本质区别,区块链的共识作用并不能得到充分发挥,甚至不成熟的区块链共识机制反而会成为区块链技术商业应用的瓶颈。

落实到能源场景来看,在区块链技术1.0时代,在能源场景内,区块链技术起到的也仅仅是信息登记、账户管理的账本功能,相对于中心化体系,其效率、去中心化等特征并不占优势。

随着共识机制以及智能合约技术的成熟,区块链技术会进入2.0时代,其代表特征将是高效率的共识机制以及广泛的智能合约应用。届时,区块链的账本属性将被底层化和平台化,智能合约将成为基于区块链数据库的app而存在,开发者可以方便的调用各种接口和工具以开发区块链智能合约应用,并为用户提供服务,可以理解为BaaS(Blockchain as a service,区块链即服务)。

从能源角度来说,在区块链2.0时代,能源行业不同价值链环节会存在若干条通用的区块链平台,开发者并不需要重新构建底层账本,只需要选择不同区块链平台,并调用开源工具即可方便地开发各种去中心化的能源互联网应用,并且随着共识机制的发展,区块链技术可以在部分场景真正实现去中心化且智能化能源生产、配送管理。

区块链3.0时代的意义在于各行各业的去中心化区块链账本将互相合并或者关联,这就意味着,能源行业、金融行业、交通行业、生活消费行业、工业生产等行业以及行业内的参与者,将基于区块链共识网络实现真正的大融合。

通过下面这张矩阵图,大家就会发现目前已有大量的主链出现,同时也有大量的主链死亡。

如由R3CEV推出的一款分布式账本平台的Corda,它号称自己是非区块链的区块链,但目前看来这个项目是失败的。因为越来越多R3CEV的成员如摩根斯坦利、高盛、花旗都在退出,而R3CEV的Corda区块链目前来看也很难落地。所以区块链就像是一将功成万骨枯的竞争,现在看起来独领风骚的区块链主链不一定在未来五年之内仍然能够独占鳌头。

一是具有最丰富活跃的开发者社区的以太坊主链;二是超级账本,尤其是其发布的一款Fabric系统,虽然说它不是一条主链,但它使得企业能够非常方便地部署联盟链和私有链,适用于很多的现有成熟企业,并且能够快速的进入区块链世界;第三个就是比特币,比特币的强壮性以及其本身作为一种货币的价值,使得比特币在未来的区块链竞争中仍然占有非常重要的地位。

所以为什么说区块链重要,就是因为区块链它将彻底改变目前习以为常的金融体系、社会信任体系的底层架构,从而导致上面的系统交互、规则设定、风控、业务以及对接界面都会发生巨大的变化。核心就是未来的商业模式会从强中心化变成去中心化,公司角色不会再成为整个供需生产消费中不可或缺的枢纽角色,而是作为规则制定方、社区运营方以及秩序维护者。

▍案例介绍:区块链应用需注意什么

下面我将给大家介绍一些案例,首先是一个失败的案例。

第一个是DAO,是以太坊上发起的第一个去中心化项目,也是以太坊发起的第一个ICO。这个项目有非常好的理念:通过以太坊智能合约实现去中心化的基金募集、基金管理,但非常可惜,因为没有考虑清楚技术问题,导致项目在募集过程中就发生了黑客偷币事件。这个项目虽然失败了,却给后面的智能合约开发者、去中心化商业模式开发者留下了非常宝贵的经验和教训。所以我建议智能合约代码一定要通过聘请专业的第三方公司进行代码审计、漏洞审查,来确保这个代码放出去后不会出现DAO这样的问题。

第二个案例是The SONM(云计算),大家可以发现虽然有大量的算力设备在我们身边,但平时能用到的算力却不超过5%,且大部分的时候是关机的。所以The SONM的创始人想通过对算力设备的去中心化众筹,构建一个虚拟的云计算网络,来为大量的企业来提供服务。

下图是The SONM模式的架构图:

可以发现它是通过Worlds Hubs Servers去吸引大量的闲置算力,进行去中心化的整合,并在开放平台上将算力和需求方结合起来。其代币可以作为购买算力的支付清结算工具,这样就避免了云计算和数据的垄断,使得大量的闲置设备能够得到应用,大大降低了常见云计算服务的成本。

第三个案例是Storj(云储存),其原理和The SONM差不多。The SONM加上Storj,可以替代像阿里云这样强中心化的云计算、云储存的服务模式。

目前国内已有很多大型机构在尝试开发各类区块链应用,但绝大部分中国大型国有企业、民营企业、金融机构的区块链POC项目都是作为橱窗项目,并未投入商业应用。

尤其是像上图列出的金融机构,其盈利模式的核心就是强中心化,所以从这个角度来说,我并不看好中国的成熟企业,包括像BAT、金融机构在区块链领域的探索,他们的探索注定是无意义的,因为压力和阻力并不来自于外部,而是来自于内部。

从刚才的案例可以得出结论:区块链是一个工具,真正的区块链应用场景必须是去中心化的,如果不是为了去中心化,大可不必用区块链。

目前区块链还有很多产业性的挑战有待解决。其中最集中的问题是区块链技术金融复合型人才的缺乏。区块链作为典型的去中心化商业技术,不仅需要深刻地理解区块链架构,还需要理解商业模式,同时又需要有开发出去中心化商业模式的能力。这对人才的多维度要求非常高,而目前国内的区块链人才储备是远远不够的,这点将大大影响区块链技术在中国的落地。

▍区块链如何运用在能源领域

最后我来介绍一下能源区块链实验室利用区块链在能源行业的实践。

我们现在主要在做这几件事情,首先是协同合作伙伴重点研究基于超级账本的Fabri联盟链技术。目前我们已经在进行自主改造,使其适应于中国的监管环境、能源行业的物联网特色。其次是和太坊上现有的去中心化项目合作,从而解决一系列能源行业的基础问题。同时我们也在做大量的应用开发,如电动汽车绿色电力的登记、碳资产数字化、电力市场去中心化的点对点交易以及绿色金融产品的属性登记等等。我们还协同合作伙伴在深圳发起了深圳绿色金融专委会,专门做相关的金融科技、绿色金融、可持续金融的政策研究和公关国际合作。最后我们还发起了能源区块链合作社,邀请了很多国内外重要的能源企业、行业相关主管部门以及大型金融机构一起研究区块链加能源技术的场景。

下图是我们的商业架构,主要是通过在底层会接入大量的能源物联设备,构建一条泛能源的物联网络。

目前我们也在超级账本计划中争取发起超级账本能源项目。

能源行业和区块链的结合有很多可能性,但这个可能性要考虑到中国的政策环境和商业环境,能源行业具有强中心化的性质,使得能源和区块链的结合挑战非常大。所以如何设计出一条既受到监管允许、满足能源终端消费者对能源安全、绿色的要求,其实是一个非常大的挑战。

注:以上内容根据曹寅在数据侠线上实验室的演讲实录整理,内容有所删减,图片来自其现场PPT。本文仅为作者观点,不代表DT财经立场。

作者 | 曹寅

编辑 | 项静: xiangjing@dtcj.com

题图 | 站酷海洛

▍数据侠门派

本文数据侠曹寅,能源区块链创始合伙人兼首席战略官、信达证券首席区块链专家,同时也担任多家著名能源和金融企业战略顾问,以及深圳互联网金融协会研究部总监。他从2015年开始在国内研究推广区块链应用,并且作为能源互联网概念在中国的最早提出者之一,以支撑课题组成员和子课题组组长身份参与了国家能源局“中国能源互联网行动计划”的制定和推广,并在行动计划中提出应用区块链技术作为未来能源市场基础架构。

原文发布于微信公众号 - DT数据侠(DTdatahero)

原文发表时间:2018-03-22

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