区块链、加密货币与案例：不需要信任中间人的账本

1从中心化到去中心化

计算机的组织方式经历了三个阶段（P6-3）：

账本的历史（P6-5）

5000 多年前，人们用泥板记账（集中式账本）；约 700 年前，意大利北部的商人发明了复式记账；20 世纪 80–90 年代，银行用计算机做集中式电子账本；2009 年，Satoshi Nakamoto 推出了第一个分布式账本。

分布式账本（distributed ledger）：网络里每个成员都独立地保存和更新一份账本，没有中心机构负责广播记录。

2区块链是什么

Blockchain 是一种去中心化、分布式的数字账本技术，以安全、不可篡改、透明的方式记录交易，不需要中心机构（P6-6）。

五个关键特征

组成部分（P6-7）：交易（用数字签名保护的事件记录，验证、排序后打包成块）、不可篡改的账本、去中心化的节点、加密、共识机制，以及可选的智能合约。

“不可篡改”的比喻（P6-8）：像用墨水写的账本，记错了不能擦，只能再记一笔来更正。所以区块链也是一份“历史档案”，可以追溯来源（provenance）。

起源（P6-21）

• 1991 年：Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 提出用密码学保护的区块链来给文档打时间戳，防止篡改，这是概念先驱；
• 2008 年：化名 Satoshi Nakamoto 的人或团体发表比特币白皮书《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》，把密码学、工作量证明和去中心化网络结合起来，做出第一个完整可用的区块链，2009 年上线。

3区块怎么连成链：为什么改不了

一个区块就是一批被打包在一起、同时加入链的交易。每个区块包含三样关键东西（P6-25）：

1. 一批交易记录；
2. 这个区块自己的哈希（它的“指纹”）；
3. 前一个区块的哈希（Prev Hash）。

第 3 条就是“链”的来历：Block 101 里记着 Block 100 的指纹，Block 100 里记着 Block 99 的指纹……一直追溯到第一个区块（genesis block，创世区块）。

动手：试着篡改一个区块

你看到了：改一个字，这个区块的哈希就变了（雪崩效应），下一块记录的 Prev Hash 立刻对不上，整条链从这里开始变红。篡改者要掩盖痕迹，就必须重新计算后面所有区块。再加上两道防线：

• 每个节点都有一份账本，你只改了自己手里那份，别人的副本会“揭发”你；
• 在比特币里，重算每个区块都要做大量工作量证明（下一节），想追上全网算力几乎不可能。

一笔交易的完整生命周期（P6-24～P6-26）

4共识算法：大家怎么同意“下一页账本写什么”

没有中心机构，谁来决定下一个区块？如果谁都能随便写，坏人就可以开几百万个假节点刷假交易。共识算法就是让所有节点对账本当前状态达成一致的规则（P6-13）。

工作量证明 PoW：用算力抽签

比特币的规则：想添加区块，你必须找到一个数（nonce），使得区块内容 + nonce 的 SHA-256 哈希以若干个 0 开头。哈希没法预测，只能一个个试。谁先试出来，谁就有权记账，还能得到奖励。

各种共识算法对照（P6-13、P6-14）

5区块链的类型，以及它和数据库有什么不同

私有链的可见性可以按角色分配（P6-11），例如：客户能写和看全部数据，审计员能看所有交易，供应商 A 只能写和看合作伙伴 A 的数据。

区块链 vs 关系数据库（P6-19）

6智能合约：会自己执行的合同

Smart contract 是存放在区块链上的程序，条件满足时自动执行预先写好的规则，不需要中间人，于是降低了成本、提高了效率（P6-15）。

用途：金融（自动借贷、保险）、房地产（产权转让、托管）、供应链（追踪货物、自动付款）、NFT 和游戏、投票、医疗数据。例子：Uniswap（自动交易）、OpenSea（NFT 买卖）、Chainlink（把链外数据接入合约的“预言机”）。

好处：去掉中间人、减少欺诈、更快、省钱、安全。

课件 P6-70 的例子：在以太坊上买房。买方担心“怎么确认房子真是卖方的”，卖方担心“买方会不会按时付钱”。智能合约把产权和付款绑在一起，条件满足就自动交割，双方都不用信任对方。

7计算题：交易速率 TPS 与吞吐量

例 1：1 MB 的区块，平均交易 250 字节，每 10 分钟（600 秒）出一块。TPB = 1,000,000 ÷ 250 = 4000 笔/块；TPS = 4000 ÷ 600 ≈ 6.67。这差不多就是比特币的量级。

例 2：每 15 秒一块，每块 100 笔：TPS = 100 ÷ 15 ≈ 6.67。

例 3：1000 TPS，每笔 250 字节：1000 × 250 = 250,000 B/s → × 8 = 2,000,000 bit/s → 2 Mbps。

对比（P6-79）：以太坊大约每秒 15 笔，Visa 每秒能处理 65,000 笔。这就是区块链的扩展性问题。

8货币与支付：先搞懂“钱”是什么

货币有三个功能（P6-38）：交换媒介（买东西）、计价单位（标价）、价值储存（存钱）。课件的总结很精辟：MONEY = VALUE = TRUST，钱的本质是信任。

货币的演变（P6-40、P6-41）

以物易物和商品货币（中美洲人用可可豆，但商品会坏、体积大）→ 金银铜等贵金属（太重）→ 纸币（据说最早出现在公元 7 世纪的中国：把金子存在可信的一方，拿到一张写明存了多少金子的票据，这就是银行的雏形）→ 金本位 → 20 世纪 70 年代初放弃金本位，变成 fiat money（法定货币）。

法币不由金银背书，而是由发行国政府背书（fiat 是拉丁语“就这样吧”）。它和一张废纸的区别，只在于人们对政府的信任。缺点：中心化，发行数量不受限制（比如无限量化宽松）。

支付方式（P6-42～P6-44）

电子支付的好处：快、方便、能查账；坏处：欺诈（电商欺诈每年增长约 30%）、缺乏匿名性（个人数据存在支付系统里，加密货币除外）、依赖网络。网上刷信用卡的局限：双方都无法被完全认证；商家要付约 3.5% 加每笔 20–30 美分的手续费；很多人（年轻人、低收入者）没有信用卡。

电子支付的三个目标（P6-49）

• Integrity 完整性：钱不能被伪造，合法交易一定兑现；
• Accountability 可问责：交易事后不能否认，纠纷能高效解决；
• Privacy 隐私：某些参与方的身份不暴露给其他方，数字现金不能被追踪到付款人或收款人。

数字现金的两大难题（P6-55、P6-56）

理想的数字现金应该安全、匿名、便携、可重复使用、好用，但没有已知系统能全部做到。两大难题：

1. 怎样保证匿名？
2. 怎样防止双花（double spending）？数字代币本质上是一个文件，文件可以被复制，同一枚“币”就可能被花两次。银行的解法是用中心化的账本记录谁拥有什么；比特币的解法是用公开的区块链 + PoW，不需要银行。

9加密货币：比特币、以太坊、瑞波

Cryptocurrency：基于互联网、用密码学进行金融交易的交换媒介，最重要的特征是不受任何中心机构控制。双方用公钥和私钥直接转账，手续费很低（P6-59）。

比特币挖矿（P6-63）

原则上谁都能当矿工。为了防止有人开几百万个节点刷假交易，Satoshi 规定：想记账，必须先付出算力，找到把新区块和上一块连起来的哈希（也就是第 4 节的实验）。找到答案的矿工可以添加一笔 coinbase 交易，奖励自己一定数量的比特币，这是产生新比特币的唯一方式。比特币诞生的动机是不信任金融机构、交易成本高，主要关心的是交易安全和双花。

加密货币的优缺点（P6-73）

10DeFi 与商业应用

金融的演变

中世纪意大利出现最早的银行体系：商人坐在长凳（意大利语 banco）上做生意，banco 后来变成了 bank。商人把金币存在金匠的保险库里，金匠把闲置的金币借出去收利息，还分一部分给存款人，这就是现代银行的雏形。世界上最古老的特许银行是 1407 年意大利的圣乔治银行。

DeFi 去中心化金融（P6-78～P6-80）

Decentralized finance：用区块链提供借贷、交易、保险等金融服务，不需要银行。

智能合约在 DeFi 里的作用：自动执行（借款人逾期就自动处置抵押品）、不需要信任中介、透明（谁都能检查代码）、可互操作（多个合约组合成复杂协议，比如自动做市、去中心化交易所、流动性池）、取代中介。

区块链的商业价值

传统的资产转移：每一方（买方、卖方、银行、审计）各记各的账，低效、昂贵、容易出问题。区块链：一个共享、复制、有权限控制的账本，带来共识、溯源、不可篡改、最终确定性（P6-85、P6-86）。四个好处（P6-88）：省时间（几天变成几乎即时）、降成本（减少开销和中介）、降风险（防篡改、防欺诈）、增信任（共享流程和记录）。

应用领域：银行金融、网络安全（数据不能被改）、供应链、IoT、保险、交通（无第三方的拼车）、云存储、投票、医疗、去掉各种中间人（甚至慈善：你捐的钱用在哪里）。

真实例子：BurstIQ（医疗数据共享）、Mediachain（音乐版税，2017 年被 Spotify 收购）、Xage（IoT 安全）；新加坡：GeTS 的跨境贸易区块链、新航 KrisFlyer 数字钱包、义安理工学院用区块链验证文凭、DLT Ledgers（供应链）、KYC 区块链原型、Averspace（房地产）、Cake DeFi。

11两个真实大案，与事件响应

课程最后用两个案例收尾。它们几乎能串起整门课的所有知识点，期末论述题非常适合拿来举例。

案例 1：Equifax 2017（P6-100～P6-106）

教训（对应前面各模块）：

• 做好基础工作：有补丁、有政策，却没执行，这是模块 3 说的“只有政策没有执行”；
• 证书管理：一张过期证书让监控失明（模块 4、5）；
• 限制横向移动：攻击者进来后能从一台机器跳到另一台、从一个库跳到另一个库，如果被隔离在一台机器上，损失会小得多（网络分段、零信任）；
• 数据治理：按“需要知道”（need to know）的原则授权，不要给“可信用户”通用访问权；
• 监控异常：攻击者短时间内执行了 9000 次数据库查询，这本该触发告警（模块 5 的异常检测）。

案例 2：孟加拉央行劫案 2016（P6-107～P6-110）

原因：员工的人为错误和粗心（专家甚至怀疑是内鬼）；SWIFT 本身的弱点；恶意软件很可能是通过共享 U 盘传播的；国际法律漏洞让骗子能轻易开户、存钱、销户。这个案例里，模块 1 到模块 3 的知识全部用上了：恶意软件、社会工程、密码管理、内部威胁、政策执行。

事件响应（Incident Response，P6-112～P6-114）

总有攻击会成功，成功的攻击叫 incident（事件）或 compromise（入侵）。这时进入响应阶段，而响应必须是“按计划行动”：出事的时候才去想该怎么办，就已经晚了。

• 重大事件（值班安全人员处理不了的）要召集 CSIRT（计算机安全事件响应小组），成员包括：高层管理者、安全人员、IT 人员、受影响业务部门的人员，以及公关和法务部门；
• 四个阶段：① Detecting 发现攻击 → ② Stopping 阻止攻击 → ③ Repairing 修复损失 → ④ Punishing 追究攻击者；
• 灾难恢复：IT 灾难恢复（专门的备份站点，或两个站点互为备份）和业务连续性恢复（让整个公司恢复运营，IT 只是其中一部分）；
• 演练（rehearsals）：既能发现计划里的问题，又能提高响应速度，因为时间就是金钱。

12本章小结

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