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区块链的产生要从密码学和分布式计算讲起。1976年，惠特菲尔德·迪菲（Whitfield Diffie）和马丁·赫尔曼（Martin Hellman）发表了一篇开创性的论文《密码学的新方向》（ New Direction in Cryptography ），提出公共密钥加密协议与数字签名概念，将原来的一个密钥一分为二，分成一对密钥，一个密钥用于加密，另一个用于解密。加密密钥公开，称为公钥。解密密钥不公开，由本人秘密持有，称为私钥。这一概念可以说是区块链技术诞生的技术基础。
1976年公钥私钥概念的出现为区块链大厦奠定了一块基石，随后的时间里，各种思潮与技术成果不断出现，进一步促成了区块链大厦的建立。同样是在1976年，弗里德里希·奥古斯特·冯·哈耶克（Friedrich August von Hayek）出版了《货币的非国家化》（ Denationalization of Money ），他在书中提出了非主权货币、竞争发行等概念，认为既然在一般商品、服务市场上自由竞争最有效率，那么为什么不能在货币领域引入自由竞争。同时，他提出了一个革命性的建议，那就是废除中央银行制度，允许私人发行货币，并自由竞争，在这个竞争过程中将会发现最好的货币。
人们对于加密算法技术的探索一直没有停止过。紧接着，罗纳德·李维斯特（Ronald L.Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）发表了 A Method for Obtaining Digital Signatures and Public-Key Cryptosystems 这篇论文，提出了大名鼎鼎的加密算法（Rivest-Shamir-Adle man，RSA）。这是一种非对称加密算法，解决了开放系统中密钥大规模分发的问题，同时还实现了非常独特的认证功能，后来在数字安全领域被广泛使用。这篇文章被认为是《密码学的新方向》的延续。
但RSA算法也存在计算量过大等缺点，因此落地并不顺利。又过了3年，尼尔·科布利茨（Neal Koblitz）和维克多·米勒（Victor Miller）发明了著名的椭圆曲线加密算法（ellipse curve ctyptography，ECC），推动非对称加密体系进入生产实践领域并发挥巨大作用。
哈希算法是现代密码学的又一个飞跃。最早的哈希算法由美国国家安全局设计，于1993年发布。2010年，中国国家密码管理局公布中国商用密码哈希算法标准：网络标准三型（standard missile-3，SM3）密码哈希算法。哈希函数与对称加密、非对称加密不同，是一种快速收敛的算法，从输入到输出的计算非常快，迅速收敛数值，无须耗费巨大的计算资源，因而得到广泛的应用，后来被当作数字货币交易挖矿、交易区块链接以及钱包地址压缩生成的工具。
20世纪90年代后期，亚当·巴克（Adam Back）提出了哈希现金（Hashcash）算法，这是一种工作量证明演算法（proof of work，POW），用于解决垃圾邮件和磁盘操作系统（disk operating system，DoS）攻击问题，这个哈希现金算法后来被比特币系统采用。
1979年，梅克尔·拉尔夫（Merkle Ralf）提出了哈希树（Merkle-tree）数据结构及其相应算法。这是一种基于哈希的树状数据结构，该树中的每一个叶子结点都是一个数据块。它现在被广泛应用于校验分布式网络中数据同步正确性上，对密码学和分布式计算的发展起着非常重要的作用，也是比特币中用来做区块同步校验的重要手段。
1982年，莱斯利·兰伯特（Leslie Lamport）提出了拜占庭将军问题（Byzan tine generals problem），并证明了在将军总数大于3f、背叛者个数小于等于f时，忠诚的将军们可以达成一致。这一理论的提出标志着分布式计算理论和实践正逐渐走向成熟。
随着密码学与算法的发展，区块链技术开始出现在支付、货币等相关领域中。有些密码学家在思考，既然信息可以加密后再签名发出去，那么现金能不能加个数字信封，在进行加密和签名后从一端发送到另外一端去呢。于是，大卫·乔姆（David Chaum）于1982年发表了一篇题为《用于不可追踪的支付系统的盲签名》( Blind Signatures for Untraceable Payment )的论文，提出了基于RSA算法的新型密码协议“盲签名”，利用盲签名构建一个具备匿名性、不可追踪性的电子现金系统。该设想成为最早的数字货币理论。
1998年，华裔工程师戴伟（Wei Dai）和尼克·萨博（Nick Szabo）各自独立提出密码货币的概念，其中戴伟的分散式电子现金系统B-money被公认为比特币的精神先驱，而尼克·萨博的去中心化数字货币系统比特黄金（bit gold）设想基本就是比特币的雏形。B-money引入了工作量证明机制，强调点对点交易和不可篡改的特性。B-money并未采用亚当·巴克提出的哈希现金算法，但其中的一些设计后来被比特币采用。而在尼克·萨博的比特黄金结构中，参与者将贡献计算机算力去解出加密难题。
更大的变化发生在2008年。在这一年，美国爆发次贷危机，引发全球金融危机。在这场危机中，大量的账本操纵现象被暴露出来，人们长期建立起来的信任随之崩塌。也正是在这一年，中本聪发表了论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》（ Bitcoin ： A Peer-to-Peer Electronic Cash System ）。他设计出比特币这一数字现金系统的原型，重新建立了一种基于技术的信任关系，消除单中心依赖，实现点对点交易。他建立起一种基于全网共识的分布式账本（distributed ledger），把通常意义上的集中式簿记分拆为约每十分钟一次的分布式簿记，簿记的权利由全网各个节点竞争选取，簿记数据按时间顺序连接起来并向全网广播。任何节点均可投入计算资源参与簿记权的争夺。攻击者如果没有掌握全网50%以上的计算资源，就无法攻击这套簿记（链接）系统。整个系统运用了密码学、时间戳、分布式账本以及共识机制的设计，塑造了区块链的安全性、分布式、可追溯等特点，试图从技术角度解决陌生人之间的信任与大规模协同问题。
在论文发表的两个月后，比特币第一个序列为0的创始区块诞生了，6天后，序列为1的区块出现，并与序列为0的创始区块相连接形成了链。从这个时间点开始，区块链正式闯入人们的视野。
在比特币之后，区块链以独立主体的形式出现，它的内涵得到不断丰富，价值逐渐被发现。无论是官方的政策文件还是产业界，都逐渐把区块链作为核心技术加以重视，并且对区块链的定义也越来越清晰——分布式存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式；本质是一个去中心化的数据库，以及使用密码学方法产生的数据块，每一个数据块里包含了一次交易的信息；这个数据库由多方共同维护，在共识基础上一起写入数据，共同记账，不允许删除和修改。
区块链最初主要在比特币体系里流行，影响面相对有限。不过，自2009年以来，随着比特币走热，区块链的影响力也逐渐提升，经历了不断的迭代与发展，跳出了比特币等加密货币的局限，回归技术层面，与行业应用相结合，驱动产业发展，在金融、农业、工业、制造业、政务治理等多个领域都产生了大量成果。同时，区块链本身的概念与技术体系也在走向完善。
从系统架构来看，区块链技术是一种全新的信息网络架构，它打破了传统中心化系统的限制，使C端客户的自主掌控能力与话语权得到增强。
从会计学角度来看，它是一种全新的分布式账本技术，采用了新的记账方法。其采用密码学保证传输和访问安全，每个人都可以参加，所有参与者共享账本信息，都能检测验证账本信息。与传统账本技术相比，分布式账本技术的优势在于不易伪造、难以篡改、开放透明、可以追溯、容易审计，不仅能保证多方账本一致，还能做到账证相符、账账相符、账实相符。
从账户角度来看，它是全新的账户体系。传统上，我们所有的金融业务都是围绕银行的账户开展的；而现在，私钥在本地生成，非常隐秘，从中导出公钥，再变换出钱包地址，自己给自己开账户，不需要中介。这使账户体系发生了变革，在金融史上是一个非常重大的变化。
从资产交易角度来看，它是一种全新的价值交换技术，基于这一技术，我们可以创造一种全新的金融市场模式：作为信任机器，资产交易可以去中介化。
从组织行为学角度来看，它使有效的分布式协同作业真正成为可能：没有董事会，没有公司章程，没有等级森严的上下级制度，没有中心化的管理者，大家共建共享，这是经济活动组织形式的变革。
从经济学角度来看，它开创了一种新型的算法经济模式，以去中介化、开放为特征，强调和尊重市场交易的自愿原则，发挥市场价格的激励协调机制的作用，兼具计划和市场两种机制的优点，是一种更加接近市场的经济模式。
综合来看，区块链借助分布式账本、密码学、多节点共识机制、智能合约等技术，可以避免恶意篡改账本，建立强大的信任关系和价值传输网络，重构信任体系，实现价值可传递可编程，并与物联网、人工智能等技术融合，推动社会、产业与企业的发展。
接下来，我们看看区块链是如何工作的。前面讲了，区块链是一个分布式的账本，记录用户间的交易信息，比如“张三在2021年9月1日下午某个时间点给李四转了10000元”，或者说“10000元在这个时间点从这个钱包地址转到了那个钱包地址”。这笔交易，区块链系统上的人都能看到，由系统记录整个交易过程，并可以溯源，防止张三或李四不认账。
在区块链网络中，所有加入进来的计算机都是节点，每个节点都拥有一份这个账本的副本。针对一项交易，在大多数节点同意的情况下，则记录该交易。以比特币为例，在以POW为共识机制的区块链上，矿工成功计算出密码学难题后，就能够增加一个块。有关此交易的信息被哈希加密后，再传递给下一个块，如果有人想更改记录，则必须更改以前的记录。
同时，当一次交易被记录后，其他节点都需要照抄一遍，也就是全网同步备份，这样就把达成的共识或交易信息记录在全网所有节点上，保证数据不会丢失，避免账本被篡改。这个照抄或者备份是系统通过密码学和程序自动完成的，不是人工操作。虽然全网备份，但没有对应的私钥，别人是看不到具体内容的。也就是说，每个人手里都拥有全网的账本，但一个用户只能看到跟自己有关的账本，没有获得授权之前看不到别人的，这就确保了数据的私密与安全。
时间戳： 记完账之后，区块链网络还需要在交易记录上盖章，相当于时间戳，记录具体的上链时间。下次对照时，只要时间戳没有问题，就说明信息没有被篡改过。在区块链体系的转账交易过程中，数据只能被转移，不能被复制。这些数据就代表价值。
开放性： 整个系统是开放的，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。
匿名性： 节点之间的交换遵循固定的算法，数据交互无须信任，交易的双方不需要通过公开身份来获得对方的信任。
区块链里涉及很多概念，比如分布式账本、智能合约、共识机制等，我们再做一个详细的解读。
分布式账本： 就账本的意义来讲，人类最初通过泥板、竹筒、龟甲和结绳等方式记事记账。纸张发明之后，所有的房契、地契、借条、收据等，都能够记录在纸上。几千年以来，人们一直都在寻找优质的记录载体，互联网是目前非常流行的记录工具，而区块链则被视为下一种先进的账本。
区块链是以分布式账本的形式出现的，这又是什么意思呢？传统账本由组织拥有，比如政府单位、企业等，由指定的人员负责记录与管理。主管人员可以更改账本上的信息，无须征求其他利益相关者的意见，其中可能产生虚假账本。而分布式账本的做法存在明显区别，它是一个共享式账本，不存在中心化的管理机构，各个节点的权利和义务是相同的，多人参与记录，无法修改信息。要想修改，需要取得所有利益相关者的同意，然后把这个区块后面所有区块都进行修改，重新上链。
由于交易早期的时候信息就已上链，而且后面的每个阶段都可以查验，因此它保证了信息难以被轻易篡改。同时，由于每台计算机都可以查看最新交易信息，参与交易的组织越多，加密程度就越高，信息就越安全。
智能合约： 智能合约是20世纪90年代密码学家尼克·萨博提出的理念，但当时缺乏条件，并没有得到应用。以太坊出现后，智能合约才开始落地。那么，智能合约是什么呢？智能合约就是用计算机语言取代法律语言，记录条款并由程序自动执行的合约。也就是说，智能合约就是传统合约的数字化版本，跑在区块链网络上，由程序自动执行。
它的特点在于：①部署在区块链上，内容是公开透明的；②因为部署在区块链上，内容不能被修改；③只要区块链存在，就会一直运行，且由区块链上的节点共同维护。
与传统合约相比，智能合约的优势体现在以下几方面。①代码即法律（code is law）。交易者基于对代码的信任，可以在不信任的环境中安心、安全地进行交易，这意味着交易双方不再需要传统的信任关系。②经济高效。只要符合条件，立即自动执行生效。③不需要第三方仲裁。因为智能合约签署的时候，各自已经把费用支付到智能合约地址，智能合约根据最终的结果，自动执行，赢的一方拿走所有的奖励。
智能合约与区块链的结合，被认为是区块链的一次重要升级，代表性的事件是区块链与智能合约技术平台——以太坊的出现，它开启了区块链2.0时代。2013年，被称为“V神”的维塔利克·布特林（Vitalik Buterin）推出了以太坊，同时发布白皮书，在其中详细介绍了智能合约，以及以太坊可以通过智能合约执行复杂的逻辑操作。
在以太坊上，智能合约的语言是Solidity，它是图灵完备且较为上层的语言，扩展了智能合约的能力范畴，并降低了其编写难度。在以太坊网络中，所有人都能够在智能合约的基础上，创建区块链网络中的DApp，并且在所有DApp上都遵守相同的规则。很多联盟链采用Solidity 作为智能合约语言，也有采取Solidity以外的智能合约技术的平台，比如商用分布式应用设计的一款区块链操作系统（enterprise operation system，EOS）采用的是C-PLUS-1编程语言（the c++ programming language，C++），Fabric采用的是chaincode语言。目前，智能合约技术逐步渗透到溯源、存证、供应链等多个业务场景。
共识机制： 在区块链网络中，所有的节点都是独立的、平等的，没有一个做决策的中心点。那么，要想保障网络的正常运转，就有必要设计一套维护系统运作顺序（谁先谁后）和公平性（谁获得奖励）的机制，各个节点需要就账本和奖励等事宜达成一致，这就涉及共识机制。目前，区块链共识机制主要有工作量证明机制（proof of work，POW）、权益证明机制（proof of stake，POS）、委托权益证明机制（delegated proof of stake，DPOS）、权威证明机制（proof of activity，POA）、容量证明机制（proof of capacity，POC）、条件化容量证明机制（condi tional proof of capacity，CPOC）等。这些机制各有优劣势，并且还在不断提升。
POW。获得多少奖励，取决于贡献的工作量，相当于多劳多得。我们常常将POW共识机制形象地称为“挖矿”，要求矿工展开运算来获取记账权和新币。挖矿以耗费大量时间与资源为担保，确保记账工作的真实有效性。那么，算力越高，挖矿时间越长，获得的奖励就越多。
正是在POW的刺激下，参与比特币挖矿的矿工们不断通过算力竞争生成新区块，不断更新比特币公有链上的分布式账本，并维系比特币网络的运行。比特币（bitcoin，BTC）、比特现金（bitcoin cash，BCH）、比特币钻石（bitcoin dia mond，BCD）等加密货币，以及早期的以太坊（ethereum，ETH）、莱特币（Litecoin，LTC）都采用POW共识机制，但问题是，挖矿需要耗费大量的电力能源，处理效率很低，而且面临51%攻击的问题，这使得POW共识机制逐渐被放弃。
POS。这是一种根据持有人持有数字资产的量和时间进行利息分配的制度，通过持币产生利息，用于对验证人/节点进行奖励。它的核心逻辑是，网络参与者拥有的数字资产越多，且持有的时间越长，参与者对网络的贡献就越大，获得下一个区块奖励的概率也就越大。持有币，拥有利息；持币越多，收入越多。
让链上所谓的“权益持有者”来代替POW里的矿工，以“权益所有”代替“挖矿”，不用计算，没有了挖矿过程，也就意味着解决了POW能源消耗的问题，缩短了共识达成的时间，效率提高。但问题也很明显，时间越长，马太效应越明显。持有币越多的人会获得越多的奖励币，从而加大贫富差距，最终产生超过50%的中心化节点，被动产生向非预期的中心化演化的结果。
DPOS。它是基于POW及POS产生的投票选举的共识算法。在DPOS共识制度下，网络参与者根据手中持有的代币投票选出一定数量的代表来负责生产区块和运营网络。这些代表也叫超级节点，相互间的权力是相等的，会获得一定的报酬。如果有些代表未能妥当地行使权力（比如产生区块），就会被投票出局，而网络会选出新的超级节点来取代他们。这种共识机制的优点是大幅度减少了参与验证和记账的节点数量，属于弱中心化，进一步提高效率。
POA。每个活跃节点首先按照POW的机制，需要不断进行哈希计算，当节点计算出正确的哈希值并经过成功验证以后，会将该区块作为数据源，导出N个随机的股权所有者。这些被选出来的股权所有者就是被首先认可的账户，称之为验证人节点。
验证人节点必须先对自身的身份进行认证，这里需要使用被广泛认可并且存在于公证数据库中的身份，这是一个强制性过程。同时，POA算法要求所有的验证人节点全部在线，任意一个验证人节点不在线，新生成的区块就会无法获得验证，从而被丢弃。
POA共识算法会周期性地统计被丢弃区块的数量，并根据该数量来调整验证人节点的数量。若丢弃区块的数量较多，则减少验证人节点数量，反之，则会增加验证人节点数量。它的优点是可以防止那些具备强大算力却只持有少量股权的攻击者发起有效攻击，加之验证人节点依靠资产获利，还使得验证人必须长期持有该资产，有利于资产保值和减少波动；缺点是略微中心化。
POC，也被称为空间证明。网络参与者利用计算机的硬盘空间存储提前运算好的哈希值。硬盘容量越大，储存在硬盘里的哈希值就越多，在区块网络中就越容易匹配到所需的哈希值，从而获得更多的区块奖励。
这种共识算法要求提前计算好哈希值，并存储在硬盘中，所以网络参与者并不需要进行实时计算，只需要在硬盘中进行扫盘，进而找到与区块所匹配的哈希值生成新的区块。与POW比较来看，POC共识算法不仅能够省去大量的计算时间、降低能量消耗，而且参与门槛低，只要有硬盘就能参与到该网络中。缺点在于，POC的广泛采用可能会引发生产更高容量硬盘的竞赛，提高个人参与门槛，并可能引发攻击。
CPOC。这种共识机制在POC共识机制的基础上进行了升级，增加了POS共识机制。在CPOC共识算法中，网络参与者也是利用硬盘空间来存储哈希值，从而参与区块奖励的竞争。但与此同时，网络参与者也能够采用自己持有的数字资产进行质押，从而获得更多的区块奖励。
这种共识机制的优点包括耗能低，利用闲置的硬盘也能参与，且参与成本低；数字资产持有者能够参与其中并获得奖励，支撑网络的内部循环。
作为一类新兴的分布式数据存储技术，区块链在金融、政务、能源、医疗、知识产权、司法、网络安全等行业领域的应用逐步展开，正成为驱动各行业技术创新和产业变革的重要力量。大量应用于金融业、数字资产管理、政务、制造业、供应链等领域的区块链项目出现，同时，大量资金也被投入区块链产业，催生出更多技术创新与模式创新。
一是很多国家和地区将区块链作为战略发展方向。比如，欧盟于2018年举办欧洲区块链观察论坛，并且通过“Horizon 2020”创新项目投入500万欧元作为区块链研发基金；澳大利亚宣布了一项国家区块链路线图战略；英国在2016年发布《分布式账本技术：超越区块链》白皮书；美国则兴起了区块链的创业热潮。
我国也对区块链技术给予高度重视，陆续出台多项政策，将区块链写入《“十四五”规划纲要》，并且将其与大数据、人工智能、机器深度学习等新技术并列为布局重点。据赛迪顾问的统计，2020—2021年，各部委发布的区块链相关政策已超过60项，对比2019年及以前各个年份，政策数据飞速攀升。27个省市出台38项包括建设区块链产业园区、打造区块链产业发展高地在内的区块链专项政策。这充分说明，各部门正积极探索区块链发展方向，全方位推动区块链技术赋能各领域发展。
二是众多大中型科技企业参与区块链，产生了大量成果，其应用涉及金融、跨境支付、电子票据等、工业互联网、电子商务、医疗、教育培训、制造业、农业等行业，形成上中下游的产业链。据中国信通院的数据，2013年至2020年9月，中国以2.1万件的区块链专利申请量领先其他国家，以998件的授权量处于全球领先水平。
产业基础设施进一步完善，联盟链基础设施已成主流，覆盖金融、政务、溯源、交通等多个领域，涌现了跨链、侧链、多链、分片、共识算法、隐私保护等技术。
目前，我国参与区块链技术研发及应用的机构大致可分为三类。一是大型科技公司，以阿里巴巴、百度、腾讯、京东、华为等为主，形成了横跨多个领域的综合性区块链集成解决方案。二是区块链初创企业，聚焦垂直领域应用推广，既有加密货币转型而来的机构，主要探索区块链金融的应用，又有一些探索区块链在政务、供应链金融、社会安全等领域的应用的机构。三是上市公司布局，截至2020年10月，已有超过262家上市公司涉足区块链领域。
区块链技术的现状是，国外以区块链基础技术平台或操作系统的研发为主，国内以区块链的应用开发为主。我国正在全力推进公有链、联盟链、云基础设施等建设，但更多应用开发主要还是有赖于国外开源社区的成果。根据中国信通院发布的《可信区块链标准测试情况通报》，有一半的测试厂商使用了IBM主导的超级账本（hyperledger）区块链底层平台，针对这种情况，我国还需加大自主可控的区块链底层架构研发力度，全力展开基础技术的自主创新。