区块链原理与实践

目 录
第1章 认识区块链 1
1．1 区块链概述 1
1．1．1 分布式账本 1
1．1．2 共识机制 4
1．1．3 非对称密码算法 8
1．1．4 智能合约 10
1．1．5 区块链的典型工作流程 11
1．1．6 其他相关概念 12
1．2 区块链的分类 16
1．3 区块链的特点 18
1．4 区块链技术发展历程 19
1．5 典型区块链系统 21
1．5．1 比特币 21
1．5．2 以太坊 25
1．5．3 超级账本 30
1．6 区块链的技术发展方向 32
1．6．1 可扩展性 32
1．6．2 隐私保护 34
1．6．3 安全问题 34
1．6．4 监管问题 35
1．7 区块链在信息时代的作用 35
1．7．1 区块链的作用 35
1．7．2 区块链的价值 37
本章小结 38
思考与练习 39
参考文献 40
第2章 数据层 41
2．1 哈希函数 41
2．1．1 哈希函数的定义与性质 41
2．1．2 SHA-1算法 42
2．1．3 SHA-2算法 45
2．1．4 RIPEMD-160算法 47
2．1．5 SM3算法 48
2．2 非对称加密算法与数字签名 52
2．2．1 RSA密码体制 53
2．2．2 椭圆曲线密码体制 53
2．2．3 SM2算法 57
2．3 Merkle树 57
本章小结 59
思考与练习 59
参考文献 59
第3章 网络层 60
3．1 P2P网络 60
3．2 区块链网络拓扑结构 61
3．3 区块链网络技术 64
3．3．1 比特币网络技术 64
3．3．2 以太坊网络 65
3．3．3 Fabric网络 69
本章小结 72
思考与练习 72
参考文献 72
第4章 共识层 73
4．1 分布式一致性问题 73
4．2 共识算法概述 76
4．3 CFT类型算法详解 78
4．3．1 Paxos算法 78
4．3．2 Raft算法 81
4．4 BFT类算法 87
4．4．1 PoW算法 87
4．4．2 PoS算法 90
4．4．3 DPoS算法 92
4．4．4 实用拜占庭容错 94
4．5 新型区块链共识算法 100
4．6 目前共识机制存在的问题 106
4．7 共识算法演进 108
本章小结 109
思考与练习 110
参考文献 110
第5章 激励层 111
5．1 激励层概述 111
5．2 激励层发行机制 112
5．2．1 比特币的发行机制 112
5．2．2 以太坊中的发行机制 112
5．2．3 IPFS激励层Filecoin中的发行机制 113
5．3 激励层分配机制 114
5．3．1 比特币中的分配机制 114
5．3．2 以太坊中的分配机制 115
5．3．3 IPFS激励层Filecoin的分配制度 117
本章小结 117
思考与练习 118
参考文献 118
第6章 智能合约层 119
6．1 智能合约概述 119
6．2 智能合约的特点 120
6．3 智能合约的应用 120
6．4 比特币智能合约 121
6．5 以太坊智能合约 124
6．5．1 以太坊账户模型 125
6．5．2 以太坊智能合约的调用 126
6．5．3 智能合约执行的成本 126
6．5．4 以太坊虚拟机 127
6．5．5 智能合约在以太坊中的生命周期 128
6．5．6 以太坊智能合约实例 129
6．6 Hyperledger Fabric智能合约 130
本章小结 135
思考与练习 135
参考文献 135
第7章 应用层 136
7．1 区块链的金融应用 136
7．2 区块链的实体经济应用 137
7．3 区块链的行业服务应用 139
7．4 典型区块链应用开发环境及流程 140
7．4．1 比特币应用开发 140
7．4．2 以太坊应用开发 142
7．4．3 超级账本Fabric 143
本章小结 144
思考与练习 144
参考文献 144
第8章 区块链安全 146
8．1 区块链安全概述 146
8．1．1 区块链面临的安全威胁 146
8．1．2 区块链的安全目标 147
8．2 区块链安全威胁 149
8．2．1 数据层的安全威胁 150
8．2．2 网络层的安全威胁 152
8．2．3 激励层的安全威胁 157
8．2．4 共识层的安全威胁 159
8．2．5 合约层的安全威胁 161
8．2．6 应用层的安全威胁 163
8．3 区块链安全技术 163
8．3．1 区块链数据安全技术 163
8．3．2 区块链身份保护技术 170
8．3．3 区块链共识安全技术 173
8．3．4 区块链智能合约安全技术 175
8．3．5 区块链内容安全技术 176
8．3．6 区块链使用安全技术 178
本章小结 178
思考与练习 178
参考文献 179
第9章 比特币系统 180
9．1 比特币简介 180
9．2 比特币的原理 181
9．2．1 比特币的体系结构 181
9．2．2 比特币网络 184
9．2．3 比特币系统更新 185
9．3 共识机制 186
9．3．1 比特币共识算法 186
9．3．2 比特币挖矿 189
9．4 区块结构和交易信息 192
9．4．1 区块及交易结构分析 192
9．4．2 区块及交易示例 196
9．5 比特币运行 201
9．5．1 交易构建和验证 201
9．5．2 区块构建和传播 203
9．6 比特币钱包 203
9．7 比特币源码解读 204
9．7．1 Bitcoin Core简介 204
9．7．2 Bitcoin Core编译 204
9．7．3 模块分析 209
9．7．4 bitcoind启动过程源码分析 210
9．7．5 区块结构源码分析 213
9．7．6 交易结构源码分析 214
9．7．7 交易过程源码分析 214
9．8 Bitcoin Core操作 215
9．8．1 生成目录和文件说明 216
9．8．2 命令行及配置文件说明 217
9．8．3 bitcoin-qt．exe的使用 219
9．8．4 bitcoind．exe/bitcoin-cli．exe RPC命令 221
9．8．5 bitcoind．exe/bitcoin-cli．exe regtest测试 222
思考与练习 224
参考文献 225
第10章 以太坊系统 226
10．1 以太坊详解 226
10．1．1 以太坊体系结构 226
10．1．2 以太坊工作流程及运行原理 227
10．1．3 以太坊区块结构和链结构 236
10．2 以太坊开发环境 237
10．2．1 以太坊开发工具及框架 238
10．2．2 以太坊开发环境的搭建 242
10．3 以太坊智能合约开发 244
10．3．1 智能合约运行环境 244
10．3．2 智能合约开发语言 248
10．4 应用系统开发实例 262
本章小结 264
思考与练习 265
参考文献 265
第11章 超级账本Fabric 266
11．1 超级账本简介 266
11．1．1 超级账本设计思想 266
11．1．2 超级账本顶级项目 267
11．2 Fabric基础 269
11．2．1 Fabric概况 269
11．2．2 Fabric版本演进及特点 270
11．2．3 Fabric架构 272
11．2．4 Fabric数据存储结构 278
11．2．5 Fabric交易流程 278
11．3 Fabric链码 281
11．3．1 Fabric链码的概念 281
11．3．2 Fabric链码结构 283
11．3．3 区块链开发者模式 284
11．4 Fabric环境搭建 285
11．4．1 开发环境准备 285
11．4．2 Fabric网络搭建 286
11．5 Fabric链码示例解析 286
11．6 基于Fabric的电子合同存证系统开发实例 292
11．6．1 实例需求分析 292
11．6．2 实例区块链网络架构 294
11．6．3 实例详细设计 295
本章小结 304
思考与练习 304
参考文献 305
附录A 安装VMware和Ubuntu 306
附录B 安装Go语言环境 309
附录C 安装Docker 310
附录D Fabric常用工具 312
附录E 拉取Fabric镜像 313
附录F 搭建Fabric网络 316
附录G 以太坊投票智能合约代码示例 324
附录H 以太坊积分商城项目智能合约代码示例 327
附录I 以太坊积分商城项目DApp代码示例 338