区块链技术及应用

目 录
第1章 区块链概述 1
1．1 什么是区块链 1
1．1．1 区块链的定义 1
1．1．2 区块链的特点 2
1．1．3 区块链与大数据、云计算的关系 2
1．1．4 区块链的局限性 4
1．2 区块链的发展 4
1．2．1 区块链的发展历程 4
1．2．2 区块链的几个阶段 12
1．3 区块链的分类 13
1．3．1 公有链 13
1．3．2 联盟链 14
1．3．3 私有链 14
1．3．4 侧链 15
1．3．5 互联链 15
1．4 区块链体系结构 15
1．5 区块链+应用 17
本章小结 23
思考题 23
第2章 区块链开发基础 25
2．1 Python的特点和应用领域 25
2．2 模块 25
2．2．1 使用和安装 25
2．2．2 基本模块 26
2．3 基于Tkinter的图形界面开发 27
2．4 Web开发 29
2．4．1 HTTPS简介 29
2．4．2 Web框架 29
本章小结 30
思考题 30
第3章 区块链核心技术解析 31
3．1 区块链加密技术 31
3．1．1 安全哈希函数 31
3．1．2 加解密技术 37
3．1．3 时间戳技术 42
3．1．4 梅克尔树技术 42
3．1．5 数字签名 43
3．1．6 数字证书 46
3．1．7 密钥分存 47
3．1．8 匿名技术 47
3．1．9 隐私模型 48
3．2 区块链核心问题 48
3．2．1 一致性问题 48
3．2．2 拜占庭将军问题与算法 50
3．2．3 FLP不可能原理 52
3．2．4 CAP原理 53
3．3 区块链共识机制 54
3．3．1 PoW机制 54
3．3．2 PoS：权益证明机制 55
3．3．3 DPoS授权权益机制 56
3．3．4 分布式一致性算法 57
3．3．5 共识机制比较 63
3．3．6 跨链共识算法 63
3．4 编程案例 69
3．4．1 MD5算法的实现 69
3．4．2 RSA算法的实现 72
本章小结 74
思考题 74
第4章 区块链数据存储 75
4．1 哈希指针与区块链 75
4．1．1 哈希指针 75
4．1．2 区块链 75
4．2 梅克尔树简介 76
4．2．1 二叉树 76
4．2．2 梅克尔树 77
4．3 区块链存储案例分析 78
4．3．1 100%准备金证明 78
4．3．2 分布式存储 79
4．4 编程案例 80
4．4．1 哈希列表的实现 80
4．4．2 梅克尔树的实现 82
本章小结 85
思考题 85
第5章 区块链网络构建 86
5．1 网络架构 86
5．1．1 网络中的节点 86
5．1．2 区块链的运行机制 87
5．2 去中心化 88
5．2．1 去中心化的定义 88
5．2．2 工作量证明机制 89
5．2．3 区块链共识 90
5．3 基于开源区块链项目 92
5．3．1 Hyperledger 92
5．3．2 Interledger 93
5．3．3 Steem 95
5．4 编程案例 96
5．4．1 实现私有链 96
5．4．2 实现公有链 109
本章小结 127
思考题 127
第6章 以太坊技术解析 128
6．1 以太坊技术 128
6．1．1 以太坊整体架构 128
6．1．2 以太坊核心名词 129
6．1．3 以太坊单位与Gas 130
6．1．4 叔块与奖励计算 130
6．1．5 以太坊智能合约 131
6．2 超级账本项目 133
6．2．1 Fabric项目 133
6．2．2 Sawtooth Lake项目 137
6．2．3 Libra项目 139
6．3 智能合约开发框架Truffle 142
6．3．1 Truffle框架的特性 142
6．3．2 基于Truffle框架的实例 142
6．4 编程案例 154
6．4．1 利用Solidity实现一个拥有投票功能的智能合约 154
6．4．2 宠物商城 155
本章小结 164
思考题 164
第7章 区块链技术改进 165
7．1 增强匿名性 165
7．1．1 区块链的匿名性分析 165
7．1．2 混币交易 166
7．1．3 零知识证明 168
7．2 加强去中心化 168
7．2．1 挖矿市场研究 168
7．2．2 反矿机挖矿算法 172
7．2．3 Scrypt算法 173
7．2．4 混合哈希函数 175
7．2．5 矿池与反矿池挖矿算法 176
7．2．6 中心化与去中心化之争 177
7．3 能源消耗与生态环保 178
7．3．1 工作量证明机制的能源消耗 178
7．3．2 有效工作量证明 179
7．3．3 虚拟挖矿 180
7．3．4 改进的PBFT算法 182
7．4 功能扩展与性能改进 186
7．4．1 共同挖矿 186
7．4．2 侧链（跨链）结构 188
7．4．3 闪电网络 192
7．4．4 基于区块链的随机数发生器 193
7．5 编程案例 196
7．5．1 Scrypt加密算法 196
7．5．2 随机并联混合哈希算法 196
7．5．3 有效工作量证明算法 202
本章小结 203
思考题 203
第8章 区块链安全性分析 204
8．1 针对区块链的恶意攻击与应对策略 204
8．1．1 针对区块链系统的DDoS攻击 204
8．1．2 分叉攻击 205
8．1．3 拒绝服务攻击 208
8．1．4 临时保留区块攻击 209
8．1．5 区块丢弃攻击 209
8．1．6 惩罚分叉攻击 210
8．1．7 虚拟挖矿的潜在风险 211
8．2 针对分布式存储的攻击和防御 212
8．2．1 Sybil攻击和Eclipse攻击 212
8．2．2 基于工作量证明机制的Sybil攻击防御方案 213
8．3 攻击案例分析 214
8．3．1 币安黑客事件 214
8．3．2 “The DAO”事件与以太坊分叉 217
8．4 编程案例 220
8．4．1 分叉攻击模拟 220
8．4．2 Sybil攻击防御模拟 221
本章小结 222
第9章 区块链项目实战案例 223
9．1 基于区块链的婚恋平台开发 223
9．1．1 系统整体架构设计 223
9．1．2 矿工节点实现 225
9．1．3 二级机构节点实现 244
9．2 基于区块链的智能物联网协作控制系统开发 256
9．2．1 网络架构 256
9．2．3 智能物联网节点实现 257
本章小结 270
参考文献 271