BIM+区块链,让城市建设更智慧
这篇文章，我们聊聊区块链和建筑行业的结合及应用。
在开始正文之前，先解释一下BIM的概念。
BIM (Building Information Modeling) 建筑信息模型化。美国国家BIM标准里面对BIM做了如下的解释：
(1) 以数位化方法表达一个设施的物理和功能特性。
(2) 一个共享的知识资源。
(3) 分享跟这个设施相关的信息，在设施的整个生命周期中为所有的对策提供可靠依据的过程。
(4) 在建设项目的不同阶段中，各参与者经由在信息模型中嵌入、提取、更新和修改信息，以支持与反应各自职责的协同作业。
建筑业是当今全球范围最大的行业之一，未来依然将是世界经济增长的关键驱动力。
建筑业在我国国民经济中的地位举足轻重。国家统计局数据显示，2020年我国国内生产总值为 101万亿 元，其中建筑业总产值为 26万亿 ，占比超过 25% 。
建筑业是一个古老的行业，早在2000多年前的古人就修筑了万里长城、古埃及的金字塔这样的宏伟工程。但是发展至今，建筑业的整体管理水平和效率依然很低，其主要原因大概可归结为以下五点：
1）项目的一次性；
2）组织的松散性和临时性；
3）管理的碎片化；
4）合作的多方性和低效性；
5）生产过程的非标准化和非工业化。
以上原因带来的问题也显而易见：
1） 信任缺失 ，由于项目的一次性、组织的临时性、合作的多方性，带来不可避免的信任缺失。
2） 效率低下 ，由于组织的松散型和临时性，生产过程的非标准化和非工业化，高耗低效，整个建筑行业施工企业的利润水平平均只有3%左右
3） 风险可控性弱 ，由于缺乏系统性的标准化管理体系、管理碎片化，导致工程延期、设计变更、费用索赔几乎每个项目都不可避免。
国内建筑信息化经历了三个阶段，目前正处于第三阶段：
第一阶段： 设计信息化 ，90年代“甩图板”工程推动国内 CAD 技术应用的普及；
第二阶段： 企业信息化管理 ，2005年计算机辅助管理问题解决实现项目和企业管理信息化；
第三阶段： 全生命周期信息化 ，2015年BIM 技术的应用助力建筑业全生命周期信息集成。
1.为何要在建筑领域实施BIM？
住建部 在《 住房城乡建设部关于印发推进建筑信息模型应用指导意见的通知 》中对BIM应用的意义有详细解释，指导意见指出： BIM要为产业链贯通、工业化建造和繁荣建筑创作提供技术保障。也就是说BIM是建筑业工业化转型的技术基础 。
2.BIM具体能干什么？
1）实现建筑全生命期各参与方在同一多维建筑信息模型基础上的数据共享；
2）支持对工程环境、能耗、经济、质量、安全等方面的分析、检查和模拟；
3）为项目全过程的方案优化和科学决策提供依据；
4）支持各专业协同工作、项目的虚拟建造和精细化管理。
3.建筑工业化的意义
1）工业化生产的材质和装配式的建造方式更容易形成一套规范化系统，确保产品品质；
2）装配式建筑的大部分构件均在工厂完成，整体交付比传统建筑快 30%~50%；
3）装配式建筑现场以干法作业为主，可有效减少能源消耗以及环境污染，低碳环保；
4）装配式建筑由于其可拆除的特性还可以实现重复利用；
5）装配式建造成本的下降空间就目前而言，远高于传统建筑，后期运维费用更低，全生命周期具有更大的成本优势。
建筑工业化转型已成为国家级战略
住建部等各部位近年来陆续出台多项促进建筑业工业化、数字化、绿色建造、智能建造的重要政策。
2021年3月，国务院发布了《十四五规划和2035年远景目标纲要》，纲要明确提出要 发展智能建造，推广绿色建材、装配式建筑和钢结构住宅，建设低碳城市的发展目标 。
4.建筑业BIM数字化的重要意义
大力发展建筑工业化、数字化、智能化升级，加大智能建造在工程建设各环节应用，实现建筑业转型升级是建筑业乃至国家近10到20年的战略目标。因此，BIM数字化技术在本次建筑业转型升级过程中必将起到基础性重要作用。
建筑工业化转型的方向是 标准化+工厂化+装配式 ，BIM解决的是这个过程中的 数字集成及可视化 问题。
虽然BIM是建筑业工业化转型过程中不可或缺的技术，但是它并不能有效解决生产关系的问题，比如协作多方之间的信任、效率、复杂体系下的碎片化管理等问题。
而解决信任、协作、效率、复杂体系下的碎片化管理恰恰是区块链技术的天然优势，能够很好的与BIM技术形成互补。
因此我们说： 工业化生产（BIM支持）+数字化协作（区块链支持）+大数据决策（AI技术)=智慧建造
我们把建筑全寿命周期分为规划设计、建造、运维三个阶段来举例说明
1.规划设计阶段
跨部门协作审批将是区块链技术应用的主要场景。
规划设计阶段的特点是行政监管角色多，协作审批手续多，区块链技术的去中心化特征恰好适配此类场景，可以极大的提高协作审批效率（多地政府已开始了区块链政务审批系统的试点）。
我们假设规划设计阶段的监管单位有发改委、国土、交通、住建、水利等，再者相关单位包括建设单位、规划设计等咨询单位，他们在区块链上都有各自的节点，并且各自都有自己的信息化管理系统。
当咨询单位创建好第一阶段的BIM概念模型（比如适用于项目建议书），并加载GIS信息、规模、占地、造价等各项经济指标，将模型数据上区块链。
BIM概念模型及项目建议书经建设单位确认后，由建设单位向发改委启动审批手续，区块链智能合约自动发起所有审核流程。
发改委通过密钥访问区块链上BIM概念模型，必要时加载周边基础设施的BIM模型及GIS信息，分析该项目是否符合城市发展总体规划及项目的可行性，将审批结果上区块链，智能合约自动将审批结果的数据文件发送回建设单位。
同样，建设单位启动土地预审相关手续办理，智能合约启动，国土部门通过密钥访问区块链上的BIM占地模型，并进行审查，将审批结果上区块链，智能合约将批复结果的数据文件发送回建设单位。
与此同时，任何监管部门都可通过密钥验证发改委、国土等部门审批结果的真实性。
随着后续可行性研究、初步设计、施工图设计不断对模型的完善，发改委、国土、交通、住建等行业监管部门随时可以通过密钥访问区块链上该项目的BIM模型数据，实时监测项目有没有违规设计、建造。
所有审批工作的流程在线上自动运行，但不再是基于一个中心化的平台，而是基于去中心化的区块链技术，可有效降低协作成本，提高协作效率，并保证数据的隐私和安全。
2.建造阶段
同样我们假设施工单位、监理单位及其他第三方咨询机构在区块链上也有自己的节点，也都有自己的信息化系统，那么他们都可以通过密钥访问区块链上该项目的BIM模型数据。
我们简单地把建造过程分为计划、采购、生产、验收、支付几个环节。并且假设模型和施工阶段的WBS分解结构是一一对应的。
· 计划环节：
承包人可以通过Office系列的Projec软件，或者国内广联达的斑马进行计划编制，将计划数据文件导入区块链上的BIM模型，BIM模型就有了4D的进度可视化属性（如Autodesk系列的InfraWorks可展示），数据中还可以包括资源、资金等计划。所有参建方都可以基于该BIM模型同步开展项目管理。
· 采购环节：
建筑行业具有高度分散和复杂的供应链体系，供应商和承包人的合作可能是临时性的或者一次性的，因此信任较难建立、协作效率较低。
我们先说区块链是如何解决交易的信任问题的。
区块链是用智能合约来完成交易的，比如对于买方，交易之前智能合约首先检测买方数字钱包（央行数字人民币）的余额（抑或者银行授信、担保额度）是否满足交易标的，如果满足则锁定，当买方验收并签收了卖方的货物后，智能合约将锁定的数字人民币点对点自动汇入卖方的数字钱包。
因此区块链解决的并不是买卖双方的互信问题，而是信任已经不再是问题了。
建筑工程中砂石材料用量大，而且采购频繁、来源分散，是建材供应链中最不易掌控的材料之一。
我们假设承包人在料仓中安装了摄像头，承包人的采购系统通过摄像头检测出料仓余料低于预定的阈值（计算机视觉识别技术），系统调用计划数据（Project导入BIM模型的数据）发现未来的用量需求大于料仓总容量，则启动智能合约自动完成砂石料的订单，甚至可以从多个供应商中选择价格最低的。
砂石料供应商不需要加入任何系统，只需要在区块链节点上创建自己的账户就可以完成与承包人的自动化交易协作。
在运输过程中，供应商将运输车辆或船舶的GPS位置通过IOT硬件实时上区块链，承包人的采购系统就可以通过密钥实时追踪到货物的位置，系统可以对材料供货时间是否对生产计划造成影响进行分析（搜索算法），以便重新启动智能合约进行补救。
每一批材料的采购批次、到货时间都可以写入BIM模型对应的位置并写入区块链账本，智能合约将提醒监理单位按材料到场批次组织验收或试验检测工作。
系统可以把项目经理从繁杂的订单、询价、账务处理中解脱出来，更好的投入到更重要的事项上。
· 生产环节：
生产过程必然离不开人和设备。
工业化的一个必然的结果就是效率和质量的提高，而人和设备的过程行为质量将决定产品质量的形成过程。
因此过去以结果为导向的施工过程管理必然要转向工业化的以过程为导向的施工管理，那么每一个分项工程由哪些个班组生产，对每一组混凝土的施工配合比参数进行实时（IOT硬件）监测并写入BIM模型对应的位置，同时将这些数据写入区块链账本，永久保存、不可篡改，生产过程的所有数据应该真实、可信。
我们假设大型构建由吊装设备进行安装，再假设如果在暴雨天气、或者风力超过六级的情况下不适合吊装作业，那么吊装设备通过IOT硬件（或者网络通讯）感应到这种极限状态后，区块链智能合约将提醒现场管理人员将设备恢复到安全状态，直至危险状态解除。
生产过程中每一台设备运行的油耗、用电将通过IOT硬件进行监测，并将这些数据写入区块链账本。
区块链智能合约自动对耗能进行碳排放指标计算（GBT 51366-2019），一旦发现碳排放超过了核定指标，自动在碳交易市场购买新的指标。
前面提到的所有生产设备上的IOT硬件都无需接入参建各方的系统，参建各方只需要通过设备的密钥就可以进行数据访问。也许这个密钥被设备开发商设计成了一个客户端（如APP），那么参建各方只需要安装一个客户端就可以访问设备生成的所有数据。
· 验收环节
我们假设混凝土构建的强度由试验设备（IOT硬件）将数据直接写入BIM模型对应的位置，并写入区块链账本。
构建的外观尺寸、钢筋数量或许可以利用三维激光扫描设备生成点云，与BIM设计模型进行比对，可以根据质量检验评定标准精确计算出蜂窝麻面的百分比，验收精度将远高于人工计算的精度，写入BIM模型的对应位置和区块链账本。
所有参与验收的人员和数据写入区块链账本后永久保存，不可篡改。
假如发生质量问题，区块链上的账本记录就像按时间顺序排列的一笔流水账，从当前记录开始一直向前追溯，谁验收的？谁制造的？谁运输的？谁采购的？谁供应的一目了然。
· 支付阶段：
随着数字人民币的正式发行，并且支持可编程性，当数字人民币进入工程款支付领域后，可以说每一笔工程款的去向已基本固定，都可以在区块链进行追踪，根本不可能发生工程款挪用现象。那么当工程质量经过验收合格，符合智能合约设定的条件，则自动触发智能合约点对点的支付操作。不再经过银行，还可以降低企业的财务成本。
因此根据基本建设程序的规定，未来资金未落实的项目必然得不到开工审批，获得开工审批的项目，承包人、专业分包人、材料供应商甚至劳务人员再也无需担心拖欠工程款的问题了。
当BIM模型与实体建筑物实施锚定，实现数字资产化后，数字资产的所有权在区块链就可以实现流动。
我们假如一个实体工程构件在业主尚未支付工程款以前的所有权还暂时保留在承包人手里，当一个承包人资金出现困难，恰好区块链上的BIM数字资产（锚定了实体工程构件）证明了一定的未来收益（业主未来支付的一笔工程款），那么承包人完全可以将这部分数字资产的所有权进行抵押贷款，智能合约可以锁定未来业主支付的那一笔工程款，用于承包人赎回该笔数字资产的所有权。
3. 运维阶段
在运维阶段很好的一个场景就是设备与设备之间的智能交互。
我们假设一台无人驾驶的巡逻车通过计算机视觉识别系统发现公路上沥青路面的一处缺陷，触发智能合约启动另外一台沥青路面维修车，该维修车同样用智能合约自动下单采购所需要的沥青混合料修复材料，并自动行驶至缺陷处完成修复，在此过程中只有少量的或者根本无需人的干预。
综上所述，区块链技术+BIM可以更好地实现智慧建造，反过来BIM模型又可以作为区块链技术的数据仪表盘，随着IOT硬件的不断涌现（尤其在运维阶段），数据的不断填充，模型的不断刷新，维度越来越饱满，所见即所得，区块链+BIM将会成为一个更加智慧的智慧建造决策系统。
文章中我们列举了规划设计、建造、运维三个阶段中一些点的应用，而现实中的应用场景远不止这些例子，这些例子也仅仅起到以点带面的探讨。
文章中提到的所有技术都是现今已有的或是已经实现的功能（如区块链政务系统、供应链追踪，质量溯源等），欠缺的只是把这些技术整合起来，就像区块链技术原本也不是一项新技术，而是把分布式存储、非对称加密、共识算法等计算机现有技术整合起来，成就了这一伟大发明。
也许有人会说，BIM正向设计在我国建筑行业还未普及，基于BIM的4D、5D数字化建造管理才开始普及，此时探讨区块链技术+BIM的智慧化建造是不是为时过早？
而我想说的是，
BIM的概念早在1975年美国乔治亚理工大学ChuckEastman博士就提出了，2002年Autodesk公司正式提出BIM理念和技术，从3D的可视化开始已经发展到了今天8D的概念。
区块链技术也是早在2008年由中本聪提出，至今除了数字货币，在其他非数字货币领域也有了极为广泛的应用。
就像人工智能技术，
1956年由计算机专家约翰·麦卡锡首次提出，但一直受限于计算机技术和硬件止步不前，直至2012年的ImageNET挑战赛中视觉识别准确率达到95%以上，超越人眼的极限，在突破了计算机硬件和技术限制之后人工智能技术的应用迎来了大爆发，才有了近年来我们手机中美颜相机、语音识别、智能推送等生活应用的集中爆发。
所以说，任何一项技术，在它大规模应用爆发前，能量一直在积累，这是一个必经的过程。一方面可能是技术、硬件的限制，另一个很重要的原因就是懂得人太少、参与的人太少，一旦大家都懂了、都会了，这种爆发力就会自然而然的蓬勃出来。
就像我们在不停地吹一个气球，总有一天它会炸开 。
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区块链原理?
区块链是一种分布式共享记账的技术，它要做的事情就是让参与的各方能够在技术层面建立信任关系。
区块链可以大致分成两个层面，一是做区块链底层技术;二是做区块链上层应用，即基于区块链的改造、优化或者创新应用。
区块链的核心意义到底是什么，我们的理解是，区块链最核心的意义是参与方之间建立数据信用，通过单方面的对抗，在明确规定下打造单方面的生态共同保障完整机会，这是一个体系，这种建立可以结束没有区块链之前的问题，没有区块链之前，在数据共享的时候是无法做到有新的共享，即使做定向也只是给你一个接口，区块链有了以后，让参与方是实现信用的共享，欢迎关注兄弟连区块链学院。
区块链的基本要素包括
1-包含一个分布式数据库
2-分布式数据库是区块链的物理载体，区块链是交易的逻辑载体，所有核心节点都应包含该条区块链数据的全副本
3-区块链按时间序列化区块，且区块链是整个网络交易数据的唯一主体
4-区块链只对添加有效，对其他操作无效
5-基于非对称加密的公私钥验证
6-记账节点要求拜占庭将军问题可解/避免
7-共识过程（consensus progress）是演化稳定的，即面对一定量的不同节点的矛盾数据不会崩溃。
8-共识过程能够解决double-spending问题。
区块链的五个特点：
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。
得益于区块链的去中心化特征，比特币也拥有去中心化的特征 [6] 。
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。
一文看懂互联网区块链
一文看懂互联网区块链
一文看懂互联网区块链，要了解区块链，就不得不从互联网的诞生开始研究区块链的技术发展简史，从中发掘区块链产生的动因，并由此推断区块链的未来。下面让我们一文看懂互联网区块链。
一文看懂互联网区块链1
区块链的鼻祖就是麻将，最早的区块链是中国人发明的！区块链就跟麻将一样，只不过麻将的区块比较少而已，麻将只有136个区块，各地麻将规则不同可视作为比特币的硬分叉。
麻将作为最古老的区块链项目，四个矿工一组，最先挖出13位正确哈希值的获得记账权以及奖励，采用愿赌服输且不能作弊出老千的共识机制！
麻将去中心化，每个人都可以是庄，完全就是点对点。
矿池=棋牌室的老板抽佣。
不可篡改，因为说服其他三个人需要消耗太多算力和体力。
典型的价值互联网。我兜里的价值用不了八圈，就跑到他们兜里去了。
中国人基本上人手打得一手好麻将，区块链方面生产了全球70%~80%的矿机，并拥有全世界最多的算力，约占77%的算力
麻将其实是最早的的区块链项目：
1，四个矿工一组，先碰撞出13个数字正确哈希值的矿工可以获得记账权并得到奖励。
2，不可篡改。因为说服其他三个人需要消耗太多算力和体力。
3，典型的价值互联网。我兜里的价值数字货币www.gendan5.com/digitalcurrency/btc.html用不了八圈，就跑到他们兜里去了。
4、去中心化，每个人都可以是庄，完全就是点对点。
5、UTXO，未花费的交易支出。
还有另外一种赊账的区块链玩法，假设大家身上都没现金
细究一下，在大家达成共识时，我们看不到任何中介或者第三方出来评判丙赢了，大家给丙的奖励也不需要通过第三方转交给丙，都是直接点对点交易，这一过程就是去中心化，牌友们（矿工）各自记录了第一局的战绩，丙大胡自摸十三幺，乙杠了甲东风，记录完成后就生成了一个完整的区块，但要记住，这才只是第一局，在整个区块链上，这才仅仅是一个节点，开头说的8局打完，也就是8个节点（区块），8个区块连接在一起就形成了一个完整账本，这就是区块链。因为这个账本每人都有一个，所以就是分布式账本，目的就是为了防止有人篡改记录，打到最后，谁输谁赢一目了然。
4个男士（甲乙丙丁）凑在一块打麻将来钱，大家都没带现金，于是请一美女（中心化）用本子记账，记录每一局谁赢了多少钱、谁输了多少钱？最后结束时，大家用支付宝或微信支付结总账，但是如果这位美女记账时记错了或者预先被4人中的某人买通了故意记错，就保证不了这个游戏结果的公正公平合理性，你说是不是？那怎么办呢？如果你“打麻将”能用“区块链”作为游戏规则改编为如下：
4个男士（甲乙丙丁）凑在一块打麻将来钱，大家都没带现金，乙说让她带来的美女记账，甲说这位美女我们都不认识，于是甲乙丙丁4人一致约定每个人每局牌都在自己的手机上（区块链节点）同时记账（去中心化），最后打完麻将，直接手机上以电子货币结账时，大家都对一下记账的的结果，本来应该是一样的记账结果。
假设本来结果是甲手机上记的账：乙欠甲10元。但乙手机上的记录却是不欠，可是其余2人（丙、丁）和甲的记账一样，那还是按照少数服从多数规则结算，另外大家心里对乙的诚信印象就差评了，下次打麻将就不会带乙一起玩了。
除非乙预先买通（丙、丁）2人让其故意作假，但乙买通他们2人的代价是10万元（赖账10元的1万倍），那常理上乙只能选择放弃，因为做假成本太高了。
假设即使乙在打牌的过程中，偷偷愿意以高价10万元预先买通丙、丁做这笔巨亏的傻猫交易，但区块链的规则是按时间戳记账的，原来是下午1点钟记账乙欠甲10元的，即丙和丁下午3点钟再改账时，时间是不可逆的，只能记下午3点钟，那就又不吻合游戏规则了。
实际上在2017年博主已经开发出了一套麻将币
中国最早的区块链项目：四个矿工一组，最先从 148 个随机数字中碰撞出 14 个数字正确哈希值的矿工，可以获得一次记账权激励，由于分布式记账需要得到其他几位矿工的共识，因此每次记账交易时间长约十几分钟。
一文看懂互联网区块链2
一、比特币诞生之前，5个对区块链未来有重大影响的互联网技术
1969年，互联网在美国诞生，此后互联网从美国的四所研究机构扩展到整个地球。在应用上从最早的军事和科研，扩展到人类生活的方方面面，在互联网诞生后的近50年中，有5项技术对区块链的未来发展有特别重大的意义。
1、1974诞生的TCP/IP协议：决定了区块链在互联网技术生态的位置
1974年，互联网发展迈出了最为关键的一步，就是由美国科学家文顿瑟夫和罗伯特卡恩共同开发的互联网核心通信技术－－TCP/IP协议正式出台。
这个协议实现了在不同计算机，甚至不同类型的网络间传送信息。所有连接在网络上的计算机，只要遵照这个协议，都能够进行通讯和交互。
通俗的说，互联网的数据能穿过几万公里，到达需要的计算机用户手里，主要是互联网世界形成了统一的信息传播机制。也就是互联网设备传播信息时遵循了一个统一的法律-TCP/IP协议。
理解TCP/IP协议对掌握互联网和区块链有非常重要的意义，在1974年TCP/IP发明之后，整个互联网在底层的硬件设备之间，中间的网络协议和网络地址之间一直比较稳定，但在顶层应用层不断涌现层出不穷的创新应用，这包括新闻，电子商务，社交网络，QQ，微信，也包括区块链技术。
也就是说区块链在互联网的技术生态中，是互联网顶层-应用层的一种新技术，它的出现，运行和发展没有影响到互联网底层的基础设施和通讯协议，依然是按TCP/IP协议运转的众多软件技术之一。
2、1984年诞生的思科路由器技术：是区块链技术的模仿对象
1984年12月，思科公司在美国成立，创始人是斯坦福大学的一对夫妇，计算机中心主任莱昂纳德·波萨克和商学院的计算机中心主任桑蒂·勒纳，他们设计了叫做“多协议路由器”的联网设备，放到互联网的通讯线路中，帮助数据准确快速从互联网的一端到达几千公里的另一端。
整个互联网硬件层中，有几千万台路由器工作繁忙工作，指挥互联网信息的传递，思科路由器的一个重要功能就是每台路由都保存完成的互联网设备地址表，一旦发生变化，会同步到其他几千万台路由器上（理论上），确保每台路由器都能计算最短最快的路径。
大家看到路由器的运转过程，会感到非常眼熟，那就是区块链后来的重要特征，理解路由器的意义在于，区块链的重要特征，在1984年的路由器上已经实现，对于路由器来说，即使有节点设备损坏或者被黑客攻击，也不会影响整个互联网信息的传送。
3、随万维网诞生的B/S（C/S）架构：区块链的对手和企图颠覆的对象
万维网简称为Web，分为Web客户端和服务器。所有更新的信息只在Web服务器上修改，其他几千，上万，甚至几千万的客户端计算机不保留信息，只有在访问服务器时才获得信息的数据，这种结构也常被成为互联网的B/S架构，也就是中心型架构。这个架构也是目前互联网最主要的架构，包括谷歌、Facebook、腾讯、阿里巴巴、亚马逊等互联网巨头都采用了这个架构。
理解B/S架构，对与后续理解区块链技术将有重要的意义，B/S架构是数据只存放在中心服务器里，其他所有计算机从服务器中获取信息。区块链技术是几千万台计算机没有中心，所有数据会同步到全部的计算机里，这就是区块链技术的核心，
4、对等网络（P2P）：区块链的父亲和技术基础
对等网络P2P是与C/S(B/S)对应的另一种互联网的基础架构，它的特征是彼此连接的多台计算机之间都处于对等的地位，无主从之分，一台计算机既可作为服务器，设定共享资源供网络中其他计算机所使用，又可以作为工作站。
Napster是最早出现的P2P系统之一，主要用于音乐资源分享，Napster还不能算作真正的对等网络系统。2000 年3月14 日，美国地下黑客站点Slashdot邮寄列表中发表一个消息，说AOL的Nullsoft 部门已经发放一个开放源码的Napster的克隆软件Gnutella。
在Gnutella分布式对等网络模型中，每一个联网计算机在功能上都是对等的，既是客户机同时又是服务器，所以Gnutella被称为第一个真正的对等网络架构。
20年里，互联网的一些科技巨头如微软，IBM，也包括自由份子，黑客，甚至侵犯知识产权的犯罪分子不断推动对等网络的发展，当然互联网那些希望加强信息共享的理想主义者也投入了很大的热情到对等网络中。区块链就是一种对等网络架构的软件应用。它是对等网络试图从过去的沉默爆发的标杆性应用。
5、哈希算法：产生比特币和代币（通证）的关键
哈希算法将任意长度的数字用哈希函数转变成固定长度数值的算法，著名的哈希函数如：MD4、MD5、SHS等。它是美国国家标准暨技术学会定义的加密函数族中的一员。
这族算法对整个世界的运作至关重要。从互联网应用商店、邮件、杀毒软件、到浏览器等、，所有这些都在使用安全哈希算法，它能判断互联网用户是否下载了想要的东西，也能判断互联网用户是否是中间人攻击或网络钓鱼攻击的受害者。
区块链及其应用比特币或其他虚拟币产生新币的过程，就是用哈希算法的函数进行运算，获得符合格式要求的数字，然后区块链程序给予比特币的奖励。
包括比特币和代币的挖矿，其实就是一个用哈希算法构建的小数学游戏。不过因为有了激烈的竞争，世界各地的人们动用了强大的服务器进行计算，以抢先获得奖励。结果导致互联网众多计算机参与到这个小数学游戏中，甚至会耗费了某些国家超过40%的电量。
二、区块链的诞生与技术核心
区块链的诞生应该是人类科学史上最为异常和神秘的发明和技术，因为除了区块链，到目前为止，现代科学史上还没有一项重大发明找不到发明人是谁。
2008年10月31号，比特币创始人中本聪（化名）在密码学邮件组发表了一篇论文——《比特币：一种点对点的电子现金系统》。在这篇论文中，作者声称发明了一套新的不受政府或机构控制的电子货币系统，区块链技术是支持比特币运行的基础。
论文预印本地址在http://www.bitcoin.org/bitcoin.pdf，从学术角度看，这篇论文远不能算是合格的论文，文章的主体是由8个流程图和对应的解释文字构成的, 没有定义名词、术语，论文格式也很不规范。
2009年1月,中本聪在SourceForge网站发布了区块链的应用案例-比特币系统的开源软件，开源软件发布后, 据说中本聪大约挖了100万个比特币.一周后，中本聪发送了10个比特币给密码学专家哈尔·芬尼，这也成为比特币史上的第一笔交易。伴随着比特币的蓬勃发展，有关区块链技术的研究也开始呈现出井喷式增长。
向大众完整清晰的解释区块链的确是困难的事情，我们以比特币为对象，尽量简单但不断深入的介绍区块链的技术特征。
1、区块链是一种对等网络（P2P）的软件应用
我们在前文提过，在21世纪初，互联网形成了两大类型的应用架构，中心化的B/S架构和无中心的对等网络（P2P）架构，阿里巴巴，新浪，亚马逊，百度等等很多互联网巨头都是中心化的B/S架构，简单的说，就是数据放在巨型服务器中，我们普通用户通过手机，个人电脑访问阿里，新浪等网站的服务器。
21世纪初以来，出现了很多自由分享音乐，视频，论文资料的软件应用，他们大部分采用的是对等网络（P2P）架构，就是没有中心服务器，大家的个人计算机都是服务器，也都是客户机，身份平等。但这类应用一直没有流行起来，主要原因是资源消耗大，知识版权有问题等。区块链就是这种领域的一种软件应用。
2、区块链是一种全网信息同步的对等网络（P2P）软件应用
对等网络也有很多应用方式，很多时候，并不要求每台计算机都保持信息一致，大家只存储自己需要的的信息，需要时再到别的计算机去下载。
但是区块链为了支持比特币的金融交易，就要求发生的每一笔交易都要写入到历史交易记录中，并向所有安装比特币程序的计算机发送变动信息。每一台安装了比特币软件的计算机都保持最新和全部的.比特币历史交易信息。
区块链的这个全网同步，全网备份的特征也就是常说的区块链信息安全，不可更改来源。虽然在实际上依然不是绝对的安全，但当用户量非常大时，的确在防范信息篡改上有一定安全优势。
3、区块链是一种利用哈希算法产生”通证（代币）”的全网信息同步的对等网络（P2P）软件应用
区块链的第一个应用是著名的比特币，讨论到比特币时，经常会提到的一个名词就是“挖矿”，那么挖矿到底是什么呢？
形象的比喻是，区块链程序给矿工（游戏者）256个硬币，编号分别为1,2,3……256，每进行一次Hash运算，就像抛一次硬币，256枚硬币同时抛出，落地后如果正巧编号前70的所有硬币全部正面向上。矿工就可以把这个数字告诉区块链程序，区块链会奖励50个比特币给矿工。
从软件程序的角度说，比特币的挖矿就是用哈希SHA256函数构建的数学小游戏。区块链在这个小游戏中首先规定了一种获奖模式：给出一个256位的哈希数，但这个哈希数的后70位全部是0，然后游戏者（矿工）不断输入各种数字给哈希SHA256函数，看用这个函数能不能获得位数有70个0的数字，找到一个，区块链程序会奖励50个比特币给游戏者。实际的挖坑和奖励要更复杂，但上面的举例表达了挖矿和获得比特币的核心过程。
2009年比特币诞生的时候，每笔赏金是50个比特币。诞生10分钟后，第一批50个比特币生成了，而此时的货币总量就是50。随后比特币就以约每10分钟50个的速度增长。当总量达到1050万时(2100万的50%)，赏金减半为25个。当总量达到1575万(新产出525万，即1050的50%)时，赏金再减半为12.5个。根据比特币程序的设计，比特币总额是2100万。
从上述介绍看，比特币可以看做一个基于对等网络架构的猜数小游戏，每次正确的猜数结果奖励的比特币信息会传递给所有游戏者，并记录到每个游戏者的历史数据库中。
4、区块链技术因比特币的兴起产生的智能合约，通证、ICO与区块链基础平台
从上面的介绍看，比特币的技术并不是从天上掉下来的新技术，而是把原来多种互联网技术，如对等网络架构，路由的全网同步，网络安全的加密技术巧妙的组合在一起，算是一种组合创新的算法游戏。
由于比特币通过运作成为可以兑换法币，购买实物，通过升值获得暴利，全世界都不淡定了。抱着你能做，我也能做的态度，很多人创造了自己的仿比特币软件应用。同时利用政府难以监管对等网络的特点，各种山寨币与比特币一起爆发。这其中出现了很多欺诈和潜逃事件，逐步引起各国政府的关注。
区块链基础平台：用区块链技术框架创建货币还是有相当的技术难度，这时区块链基础平台以太坊等基础技术平台出现了，让普通人也可以方便的创建类“比特币”软件程序，各显神通，请人入局挖币，炒币，从中获得利益。
通证或代币：各家“比特币”、“山寨币”如果用哈希算法创建的猜数小游戏，产生自己的“货币”时，这个“货币”统称“通证”或“代币”。
ICO:由于比特币和以太币已经打通与各国法币的兑换，其他新虚拟币发币时，只允许用比特币和以太币购买发行的新币，这样的发币过程就叫ICO，ICO的出现放大了比特币，以太币的交易量。同时很多ICO项目完全建立在虚无的项目上，导致大量欺诈案例频发。进一步加深了社会对区块链生成虚拟货币的负面认识。
智能合约:可以看做区块链上的一种软件功能，是辅助区块链上各种虚拟币交易的程序，具体的功能就像淘宝上支付宝的资金托管一样，当一方用户收到的货物，在支付宝上进行确认后，资金自动支付个给买家货主，智能合约在比特币等区块链应用上也是承担了这个中介支付功能。
三、区块链技术在互联网中的历史地位和未来前景
1、区块链处于互联网技术的什么位置？是顶层的一种新软件和架构。
我们在前面的TCP/IP介绍中提到，区块链与浏览器、QQ、微信、网络游戏软件、手机APP等一样，是互联网顶层-应用层的一种软件形式。它的运行依然要靠TCP/IP的架构体系传输数据。只是与大部分应用层软件不同，没有采用C/S（B/S）的中心软件架构。而是采用了不常见的对等网络架构，从这一点说，区块链并不能颠覆互联网基础结构。
2、区块链想要颠覆谁？想颠覆万维网的B/S（C/S）结构。
它试图要颠覆其实是89年年诞生的万维网B/S,C/S结构。前面说过。由于89年年欧洲物理学家蒂姆· 伯纳斯· 李发明万维网并放弃申请专利。此后近30年中，包括谷歌，亚马逊，facebook，阿里巴巴，百度，腾讯等公司利用万维网B/S（C/S）结构，成长为互联网的巨头。
在他们的总部，建立了功能强大的中心服务器集群，存放海量数据，上亿用户从巨头服务器中获取自己需要的数据，这样也导致后来云计算的出现，而后互联网巨头把自己没有用完的中心服务器资源开放出来，进一步吸取企业，政府，个人的数据。中心化的互联网巨头对世界，国家，互联网用户影响力越来越大。
区块链的目标是通过把数据分散到每个互联网用户的计算机上，试图降低互联网巨头的影响力，由此可见区块链真正的对手和想要颠覆的是1990年诞生的B/S（C/S）结构。但能不能颠覆掉，就要看它的技术优势和瓶颈。
3、区块链的技术缺陷：追求彻底平等自由带来的困境
区块链的技术缺陷首先来自与它的对等网络架构上，举个例子，目前淘宝是B/S结构，海量的数据存放在淘宝服务器集群机房里，几亿消费者通过浏览器到淘宝服务器网站获取最新信息和历史信息。
如果用区块链技术，就是让几亿人的个人电脑或手机上都保留一份完整的淘宝数据库，每发生一笔交易，就同步给其他几亿用户。这在现实中是完全无法实现的。传输和存储的数据量太大。相当于同时建立几亿个淘宝网站运行。
因此区块链无法应用在数据量大的项目上，甚至小一点的网站项目用区块链也会吃力。到2018年，比特币运行了近10年，积累的交易数据已经让整个系统面临崩溃。
于是区块链采用了很多变通方式，如建立中继节点和闪电节点，这两个概念同样会让人一头雾水，通俗的说，就是区块链会向它要颠覆的对象B/S结构进行了学习，建立数据服务器中心成为区块链的中继节点，也用类浏览器的终端访问，这就是区块链的闪电节点。
这种变动能够缓解区块链的技术缺陷，但确让区块链变成它反对的样子，中心化。由此可见，单纯的区块链技术由于技术特征有重大缺陷，无法像万维网一样应用广泛，如果技术升级，部分采用B/S（C/S）结构,又会使得区块链有了中心化的信息节点，不在保持它诞生时的梦想。
4、从互联网大脑模型看区块链的未来前景
我们知道互联网一般是指将世界范围计算机网络互相联接在一起的网际网络，在这基础上发展出覆盖全世界的全球性互联网络称互联网，即是互相连接一起的网络结构。
从1969年互联网诞生以来，人类从不同的方向在互联网领域进行创新，并没有统一的规划将互联网建造成什么结构，当时间的车轮到达2017年，随着人工智能，物联网，大数据，云计算，机器人，虚拟现实，工业互联网等科学技术的蓬勃发展，当人类抬起头来观看自己的创造的巨系统，互联网大脑的模型和架构已经越来越清晰。
通过近20年的发展依托万维网的B/S,C/S结构，腾讯QQ，微信，Facebook，微博、twitter亚马逊已经发展出类神经元网络的结构。互联网设备特别是个人计算机，手机在通过设备上的软件在巨头的中心服务器上映射出个人数据和功能空间，相互加好友交流，传递信息。互联网巨头通过中心服务器集群的软件升级，不断优化数亿台终端的软件版本。在神经学的体系中，这是一种标准的中枢神经结构。
区块链的诞生提供了另外一种神经元模式，不在巨头的集中服务中统一管理神经元，而是每台终端，包括个人计算机和个人手机成为独立的神经元节点，保留独立的数据空间，相互信息进行同步，在神经学的体系中，这是一种没有中心，多神经节点的分布式神经结构。
有趣的是，神经系统的发育出现过这两种不同类型的神经结构。在低等生物中，出现过类区块链的神经结构，有多个功能相同的神经节，都可以指挥身体活动和反应，但随着生物的进化，这些神经节逐步合并，当进化成为高等生物时，中枢神经出现了，中枢神经中包含大量神经元进行交互。
四、关于区块链在互联网未来地位的判断
1、对比特币的认知：一个基于对等网络架构（P2P）的猜数小游戏，通过高明的金融和舆论运作，成为不受政府监管的”世界性货币”。
2、对区块链的认知：一个利用哈希算法产生”通证（代币）”的全网信息同步的对等网络(P2P)软件应用。
3、区块链有特定的用途，如大规模选举投票，大规模赌博，规避政府金融监管的金融交易等等领域，还是有不可替代的用处。
4、在更多时候，区块链技术会依附于互联网的B/S,C/S结构，实现功能的扩展，但总体依然属于互联网已有技术的补充。对于区块链目前设想的绝大部分应用场景，都是可以用B/S,C/S结构实现，效率可以更高和技术也可以更为成熟。
5、无论是从信息传递效率和资源消耗，还是从神经系统进化看，区块链无法成为互联网的主流架构，更不能成为未来互联网的颠覆者和革命者。
6、当然B/S,C/S结构发展出来的互联网巨头也有其问题，但这些将来可以通过商业的方式，政治的方式逐渐解决。
区块链架构设计有哪些?
区块链作为一种架构设计的实现，与基础语言或平台等差别较大。区块链是加密货币背后的技术，是当下与VR虚拟现实等比肩的热门技术之一，本身不是新技术，类似Ajax，可以说它是一种技术架构，所以我们从架构设计的角度谈谈区块链的技术实现。无论你擅长什么编程语言，都能够参考这种设计去实现一款区块链产品。与此同时，梳理与之相关的知识图谱和体系，帮助大家系统去学习研究。
从架构设计上来说，区块链可以简单的分为三个层次，协议层、扩展层和应用层。其中，协议层又可以分为存储层和网络层，它们相互独立但又不可分割。
区块链架构图
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