毕马威区块链研究报告.docx

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作者介绍
Sigrid Seibold
咨询资本市场主管,KPMG LLP
Sigird拥有25年银行业和资本市场工作 经验。她主要运用其在数据管理和数字 化技术(如金融和区块链领域)方面的专 长为大型投资银行提供服务。作为一位
备受尊崇的行业思维领袖，她曾多次发表涵盖不同资本市场主题
的白皮书,其中包括区块链在投资银行中的应用，并在《华尔街日 报》等主要报纸上发表文章。
George Samman
区块链顾问及咨询师
Geoge是一名区块链顾问/咨询师，并是 Startupbootcamp中专注于区块链及 比特币的企业家。他撰写了一个关于区 块链技术的博客,并为SAMMANTICS编
写使用案例。从2013年起，他已与伙伴共同创办并服务于多家专 注于比特币及区块链技术的初创公司。他亦为多个区块链刊物供 稿，并是一家华尔街公司的组合基金经理、市场分析师和技术分 析师。他拥有特许市场分析师(CMT)认证。
麦高仕(James McKeogh)
合伙人，咨询
麦高仕是毕马威咨询行业的合作人，已 经在毕马威工作17年,并有3年在伦敦巴 克莱财富公司的工作经历。
麦高仕主要从事金融领域,也从事过制
药、制造业、石油和天然气工业、公共部门和零售业等行业。杰姆
斯在香港工作已经超过6年,专门从事在数据分析、数字和支付 等毕马威服务的新兴技术。麦高仕同时领导着涉及该生态系统各 个方面的毕马威金融科技项目一从业务孵化器和加速器,到投资 者和大型企业。
张峻铭
合伙人，金融科技创新
张峻铭先生有25年银行业咨询经验。在 核心银行、企业转型、业务流程重组和 信用风险管理方面具有丰富的业务和技 术专长。从事过大规模的转型项目，包
括IT战略规划、网点运营、客户关系管理、精益运营改善，电子银 行、KPI和数据分析等,最近几年主要参与金融科技和区块链技
术相关工作。
KPMG
目录
1 抓住机遇-区块链及其它
2 区块链的基本要素
3 共识
10 主要发现
14 区块链适合您的企业吗？
15 掌控前方的道路
17 附录一:主要术语
19 附录二:共识机制评估问卷
24 附录三:问卷反馈集锦
25 鸣谢

抓住机遇一区块链及其它
E 块链是比特币的核心技术,是一个去中心化的数据库 账本。起初,区块链技术并没有得到人们的广泛关注, 但如今,世界上很多大型银行和科技公司都已逐渐意 识到区块链将会是继互联网之后的另一个颠覆性的科技发展技 术,并开始对其进行大量投资。
区块链技术有望实现数字身份的建立,并使传统的纸张密集型流程自动化,这使得 区块链技术成为未来金融服务的万灵丹。尽管有一些人对区块链技术持审慎态度, 但有一件事是明确的,那就是毕马威中国将会继续研究和分析不同的案例,这也是 毕马威中国与客户约定的一部分。我们相信，随着金融服务机构逐步意识到区块鞋 的影响和作用，他们将会逐步把区块链技术应用到日常操作中。
术语
区块链、分布式账本以及共识机制有 可互换使用。本刊中,下列术语具有以 下定义：
区块链：一种管理持续增长的、按序整 理成区块并受保护以防篡改的交易记 录的分布式账本数据库。
分布式账本:不同于传统数据库技术 的数字化所有权记录（因不需要中央 管理员或中央数据存储）；这种账本能 在点对点网络的不同节点之间相互复 制,且各项交易均由私钥签署。
共识机制:区块链或分布式账本技术 应用的一种无需依赖中央机构来鉴定 和验证某一数值或交易的机制。共识 机制是所有区块链和分布式账本应用 的基础。
节点:保存账本副本的共识网络或服 务器的成员或系统,并可担任不同角 色,如发出、验证、接收和通知等。概括 而言,节点可被视作虚拟机实例。
区块链的基本要素
#共识一价值互联的不变协议

区块链作为分布式账本的其中一种，将交易以区块的形式进 行排序和验证,并施以保护以防篡改。电脑网络通过加密的审 计线索来保存和验证交易的共识记录分布式账本意味着不 存在单一的中央机构（如结算所）来验证和执行交易，而参与 者的电脑则被用作网络内的节点。
这些节点的部分或全部将按商定算法（即共识机制）来验证, 并在合适的情况下,执行拟定交易。这些交易随后被加密并储 存于节点的关联区块中,形成审计线索。
由于该技术在参与者的节点上运行,能提供所需保密度,因此 交易各方之间无需设置中间人,点与点之间亦无需进行信任 验证。在有效执行的情况下，区块链具有快速、保密、可靠和低 成本的优势。
区块涟的核心是参与者之间的共识（参见图1第三、四步）。共 识之所以是关键,是因为在没有中央机构的情况下,参与者必 须就规则及其应用方法达成一致;并同意使用这些规则来接 受及记录拟定交易。

图1:区块链是什么？
区块遭是在分布式账本中排序及验证交易的方式。应用区块链时,电脑网络以加密的审计线索来保存及验证交易的共识

记录。
通过一致性验证和确认
□田 传播
-多方交易
-所有交易都 被记录，包 括交易的日 期，时间，当 事人和要做 交易的金额
-网络核实，验证和 批准；确认被广播 到其他节点
-共识（商定的数学 机制）被记录，并 作为信任机制的 基础
“区块”被广播到 每一方和他们在 网络中的节点
-计算机节点的 网络验证，通过 运行一个连续复 制账本的软件来 验证
-已确认的区块以 线性和时间顺序 加入链
-提供了一个透明 的交易记录；审计 线索;可追溯的数 字指笈
不可变的加密区块
剧本
交易完成
-区块链中 一个完成 的区块将 让位于另 一个区块
小
交易启动
在网上发布
-本次交易按次序被
加入到网络中的“
区块”后提交
-可以新增条目但不
能删除
-网络中的每个节点
拥有账本的完整
应用的共识机制
-数据是普遍和持 续的，并生成一个 可靠的交易记录

如图1所示,交易一经创建和发布,即著有交易发起人的签名， 签署表示获得授权以支付金钱、订立合同或传递与交易相关 的数据指标交易在签署后即可生效并包含执行需要的所有 交易被发送至区块链网络的一个节点,该节点将根据预先设 定标准来验证交易。无效交易会被废弃,而有效交易则会被传 送至另外三到四个关联节点,这些节点将进一步验证交易并 将交易传到其对等端，直至该交易到达网络中的所有节点。这 种蔓延式的方法确保有效交易在数秒之内到达网络中的所有 节点。只要发送者使用多于一个节点来确保交易传播，那么它 就不需要信任用来传播交易的节点。接受者亦不需要信任发 送者,原因是交易已被签署,且不包含任何机密信息或证书, 如密钥。
一旦交易被验证并纳入区块,该交易便会在整个网络中传播。 在整个网络达成共识和网络中的其他节点接受新区块后该 区块就并入区块链中。一经区块链的记录和足够多的节点确 认,该交易将成为公共账本的永久组成部分，区块链网络中的 所有节点亦会视之为有效。
可建立共识的机制很多,程序员和企业亦一直致力于开发新 的机制。区块链采用何种共识机制是如何定义一个区块链的 核心。
我们将于下文介绍当前最主流的共识机制。您会看到并不是 所有这些共识机制都是区块链。某些机制在“遭外”仍可作为 双边协议运作，对此我们将进行更详尽的分析。注:刊末附有 术语表,为非专业人士解释某些常用术语。

□
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共识概念:昨日与今天
建立共识当然不是一个新的概念。共识在人类开始群体 生活之时便已存在。从最基本的层面上说，共识只是一 种让一个多样化团体在不发生冲突的情况下作出决策 的方法。根据Edward Shils的“共识理念”，共识的达成 需以下三个条件：
- 团体成员共同接受法律、规则和规范
- 团体成员一致认可实施这些法规的机构
- •身份认同或团结意识，这样团体成员才会承认他们就 达成的共识而言是平等的。
共识开始时作为社会运作的一个概念，但如今已成为计 算机科学的重要组成部分。在过去30多年，电脑世界中 的共识机制已从一个抽象概念发展成分布式账本技术 的重要支柱。
在分布式账本中，共识机制是大部分（或全部）网络成员 就某条数据或拟定交易的价值达成一致,并就此对账本 进行更新的机制。换言之,共识机制是在参与节点之间 管理一系列连贯事实的规则和程序。】
共识算法允许关联机器连接起来进行工作,并在某些成 员失效的情况下，工作仍能正常进行。这种容错能力是 区块链和分布式账本的另一主要优势,并有内置冗余余 量以作备用。
共识一价值互联的不变协议3

共识协议或共识平台是分布式账本技术的核心。 用以建立共识的算法多种多样,并建基于性能、可 扩展性、一致性、数据容量、治理、安全性和失效冗 余等方面的要求。
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坦口
共识机制如何运作
共识机制的基本决定参数：
- 去中心化治理:单一中央机构不能提供交易不可改变性。
- 节点结构：节点通过既定方式来交换信息，可分多个阶段或 层级。
- 身份验证:此流程验证参与者的身份。
- 完整性:验证交易的完整性,如通过加密算法。
- 不可否认性:验证假定发送者确实发送了信息。
- 隐私性:协助确保只有既定接收人才能读取信息。
- 容错性:即使某些节点或服务器失效或运行减慢，网络仍能 高效、快速地运行。
- 性能:包括吞吐量、实时性、可扩展性和延迟。
不同共识机制中的参数会存在巨大差异。我们在描述下列特 定机制时将分析这些差异。
上述参数的一部分通过加密法中四个主要方法来执行,这四 个方法使用数学公式来尝试确保安全性和隐私性。这四种方 法包括公钥、私钥、散列法以及分层确定性密钥。
共识机制和分布式账本技术概况
图2展示了当前市面常见的分布式账本技术。
注:主要术语定义请见附录1
图2:分布式共识机制概览
节点到节点
联合共识
开源分布式总账Openchain poet （消逝时间量证明），由英特尔 公司（Sawtooth Lake项目）开发•
・指纳入本文分析范围的共识系蜕/分布式账本技 术。详见下文的“主要发现”堂节。
注:某些DLT允许使用多种共识机制，且这丝共识 机制是可供设定的。右图为分布式机制的主要分类 以供本文评估。
PBFT （实用拜占庭容错尸
派生PBFT（超级账本项目广
RBFT （冗余拜占庭容错,例如:Evernym）*
SBFT （简化拜占庭容错,例如:Chain）
分布式并行*
Corda(R3CEV)*
Ripple （发展成跨 账本协议广
Stellar （Ripple的分支）」
MultiChain* Tendermint*
Graphene* Steem* BitShares*
工作♦
证明
其派生方案
基于领导
PAXOS/
PBFT 及
股权证明
专有分布式账本
股权委托
证明
轮转
的共识（包括）
基于RAFT国
J衍生方案
比特币
彩色币 专有 Metacoins
DAG（有向无环图）• 公证通
Casper*
Ethereum(转移至 PoS)

BigChainDB*
RAFT
Paxos(包括多种变种，如
FastPaxos,Egalitarian
Paxos 等)
Juno (Raft-Hardened
Tangaroa； JP Project)*
Tangaroa* Mencius
Viewstamped replication ZAB
因技术更新日新月异,以下共识机制的种类和描述仅是近期 某一时点（2016年4、5月）的概览。本文的目的并不是完整展 示当前所有共识机制,而仅描述那些当前作为区块链建立的 技术选项而被热切讨论和探索的机制。我们特此说明,这些共 识机制中的大部分在区块鞋和分布式账本产生前已被应用 我们的分析中未包含任何传统的集中化数据库。
拜占庭将军问题
现代共识机制的基础于1962年提出。RAND Corporation^ 一名工程师Paul Baran在论文《论分布式通讯网络》中提出了 加密签名的概念。这些数字化签名不久就成为了系统对修改 数据或文档的用户进行验证的方法。
二十年后,三名学者发表了一篇关于去中心化系统可靠性问 题的论文。在《拜占庭将军问题》3中，作者Leslie Lamport. Robert Shostak、和Marshall Pease提出了一个思维实验:假 设有一组将军，各自统领着拜占庭军队的一部分，包围了一个 敌军城市。将军之间只能靠信使进行通讯。但为了攻占这个城 市，他们必须就作战计划达成一致。
问题在于,一个或多个将军已可能发生叛变,并试图误传信息 以破坏作战计划。对此，我们的问题是,这支军队可存在多少 已叛变的将军而仍可正常地统一作战？
此情景可与在没有中央机构验证相关资产和交易的情况下的 数字化货币、资产托管和价值转移进行直接类比。在分布式账 本中,不同的参与者节点就像将军,需确定一个可接受的失效 水平:在系统不需要拒绝交易的情况下,可容许多少恶意交易 （可容许多少已叛变的将军）？这是因为一定数量的失效可能 不会损害系统整体的可靠性。
在这些作者提出的情景中，由于每两个将军由信使联系，我们 可以制定一套算法,在肯定三分之二或以上将军是忠诚时,该 系统（拜占庭军队）便是可靠的。
对于计算机上的分布式金融交易而言，问题更为复杂;有一段 时间,业界甚至认为这个问题是不可解决的。
拜占庭将军问题的解决方案以及比特币
Miguel Castro和Barbara Liskov在 1999年提出实用拜占 庭容错算法（PBFT）,成为该问题的解决方案。PBFT可以最 小延迟处理大量的直接点对点（或分布式）信息。这意味着程 序员可建立安全和适应性强的私人分布式网络。从1999年 起,PBFT已通过多种途径得以实施，并进一步发展成各种技 术迭代。
首先在1999年发展起来的是“工作量证明”。工作量证明是指 系统用户须重复运行算法以验证系统内其他参与者的交易。 到目前为止，该方法仍然是最受业界认可的共识实现方法。
工作量证明系统以去中心化的点对点加密协议来运行区块 道。这些系统不设中央机构,但假定“忠诚”节点至少控制系统 的大部分计算能力。（至少半数军人受忠诚将军掌控。）这些系 统是公开或无需设置权限的系统,即系统内节点不需要知道 其他节点的身份。
比特币是工作量证明系统的最知名应用。一个名为Satoshi Nakamoto的个人或团队于2008年10以一篇名为《比特币： 点对点电子现金系统》的论文提出了比特币技术。4该技术随 即作为开源代码被应用，并于2009年1月发布，成为当前最有 名的电子货币。比特币技术基于“挖矿”，即参与者电脑验证交 易并将其加入公有账本,就此赚取新的比特币。
很多其他方法紧随比特币陆续涌现。图3 （下页）展示了比特币 出现前后的技术发展。我们将于下文探讨其他技术分支。
开采比特币的其他途径
股权证明产生于2012年。此方法旨在创建一个机制，以惩罚 那些不遵循共识协议的节点。参与者必须以预设数额的电子 资产（比特币）对共识结果下注。如果结果没有实现,恶意节点 将损失这些资产。
在股权证明系统中，比特币挖矿要求参与者“下注”，参与者需 根据他们已拥有的比特币数量来开采新币或输入新交易。在 工作量证明系统中,能否成功挖矿则取决于实际的计算工作。
与工作量证明系统对比股权证明系统的优势在于其要求更 少的计算工作。由于相关计算需要高昂成本,计算量的减少可 降低系统成本和准入门槛。5参与者拥有越多比特币和更高受 控计算能力,开采新区块的可能性就越高。
共识一价值互联的不变协议5

5
3 LAMPORT. L.f Shostak, R., and Pease,巩年拜占庭将至问速K美国计笠机学会程序语言和系统汇 刊,4,3 "982年 7月）,382-401
4 https://bitcoin.org/bitcoin.pdf
-全球隹ife危机削弱了全破
共识
工作量证用机，掰 一次被讨论 （Adam Back）
Napster. Kazaa, Limewire 与
BrtTorren喉示了 P2P分布式 计算的潜力
缶务的信任
-Perfect Money,又一个全
球性的数字货存找试
可论分布式通讯网络K PaulBaran
公钥基咄架构引入
（GC HQ/DiffieHeiman）^
::占魄军问
!法论文发表
荷兰Digger Heath- Brown）
Brtcoin.org域名注册
-Mencius

1962年

70年代 197&? 1979年 1982年 198a5 1987年 1988年 90年代 1994年 1996年 1997年1998年 1999年 2001年 2002年 2004年 2006年 2007年 2008年

•
, RalphMerkte 的
I 哈希技术专利哈希利
।
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1
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:椭位独统电码体制
■ (Joseph H. Siveman)
•
力1密朗克”运动 在国际加宙界流 行起来
1
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'集中式大型机分布式
;计矍的出现
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实用拜占庭容错够文）
-PBFT（机制发氤


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；小斯科展 .试数字货币
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在创建数字货币过程中, LibertyReserve 是另一个 失败感
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:-基于黄金价格的致字
,货币eGold
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Sybil首次反发
BfianZill

- -RIPEMD在比利时第一
:次提出加密敌列接木
।
• 1
-工作量证明
T发剧
1

学术论文
实际的共识定义（目前正在卖物
实的会试

另一个名为股权委托证明（DPOS）的系统尝试结合股权证明 系统和工作量证明系统的特点。DPOS通过所谓“见证人”来 执行一个去中心化的投票程序,以防止潜在的网络中心化
比特市之后的发展
开发者一直致力于提出新的机制以提升比特币应用。2014 年,法国企业家FlavienCharlon创建了 Coinprism,通过使用 名为“彩色币”的开源协议在比特币区块链基础上创造数字化 资产，使比特币区块遭可用于货币以外的用途。某些大型金融 市场企业（如花旗集团6和美国纳斯达克丁）已于2015年开始尝 试使用彩色币。
同时出现的还有Metacoin,一种以新层级形式建立于另一种 区块链基础上的币种。8
尽管这些技术拥有各种显而易见的潜力，但将其应用于高度 监管的金融机构仍是不可行的,原因如下七
5http://wv/w.ibtimes.co.uK（,codename-citicoin-bankinggiant-built-threeinternal-blockchains-test- bitcoin-technology-1508759
6https://v/
7
8 ba2/1447863337472/watermarked-tokens-and-pseudonymityonpubl>c-blockchains-swanson.pdf
9

-源自比特币及其它基于工作量证明的区块链的安全系统不 适用于受监管的金融结算（其激励被扭曲）
-结算的法律终局性不足
-监管风险仍较高。
区块链之外的技术方案
为寻找能可靠应用于金融机构并被监管者接受的共识机制, 开发者将注意力投向不是基于比特币或工作量证明系统的技 术方案。于2012年开发的Ripple就是首个有重要影响的新方 案。Ripple的代码库基于比特币区块疑，但并非使用工作量证 明共识oRipple网络使用的是“Ripple共识账本”，具有以下特 占・ 八、、•
-该系统由参与者和历史记录定义，并非由基础技术定义。
-通过开放式点对点广播来传播信息。
-其货币使用XRP标记系统,而不是依靠挖矿。
-总网内存在称为“独特节点列表”（UNL）的集合信任共识子 网,整个系统如同一个联合体。
-各参与服务器根据其管理员的设置方式来管理自身UNL。