區(qū)塊鏈技術(shù)及其應(yīng)用

第1章 比特幣與區(qū)塊鏈 1
1.1 比特幣系統(tǒng) 2
1.1.1 比特幣簡(jiǎn)介 2
1.1.2 分布式賬本 3
1.1.3 比特幣的賬戶(hù)地址 4
1.2 比特幣挖礦 5
1.2.1 挖礦的過(guò)程 5
1.2.2 礦場(chǎng)與礦池 6
1.3 比特幣中的區(qū)塊鏈 7
1.3.1 區(qū)塊頭結(jié)構(gòu) 7
1.3.2 區(qū)塊體結(jié)構(gòu) 9
1.3.3 區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu) 10
1.3.4 區(qū)塊的產(chǎn)生 11
1.4 比特幣交易 11
1.4.1 交易結(jié)構(gòu) 11
1.4.2 交易的本質(zhì) 12
1.4.3 比特幣的交易過(guò)程 14
1.5 區(qū)塊鏈的發(fā)展 15
1.5.1 區(qū)塊鏈1.0 15
1.5.2 區(qū)塊鏈2.0 15
1.5.3 區(qū)塊鏈3.0 16
1.5.4 區(qū)塊鏈4.0 16
1.6 區(qū)塊鏈的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì) 17
1.6.1 區(qū)塊鏈的優(yōu)勢(shì) 17
1.6.2 區(qū)塊鏈的劣勢(shì) 17
1.6.3 區(qū)塊鏈面臨的問(wèn)題 19
第2章 區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)知識(shí) 21
2.1 區(qū)塊鏈的體系架構(gòu) 22
2.2 區(qū)塊鏈的分類(lèi) 25
2.2.1 根據(jù)準(zhǔn)入規(guī)則劃分 25
2.2.2 根據(jù)鏈與鏈的關(guān)系劃分 26
2.2.3 根據(jù)適用范圍劃分 27
2.3 密碼技術(shù) 27
2.3.1 公鑰加密體制 27
2.3.2 橢圓曲線(xiàn)密碼算法 30
2.4 哈希算法 31
2.4.1 哈希值的特性 31
2.4.2 哈希函數(shù)處理過(guò)程 32
2.4.3 常用的哈希算法 32
2.4.4 SHA256算法 33
2.5 Merkle樹(shù) 36
2.5.1 Merkle樹(shù)的定義 36
2.5.2 各平臺(tái)中的Merkle樹(shù) 37
2.5.3 Merkle樹(shù)遍歷算法 38
2.6 區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)模型 40
2.6.1 基于交易的模型 40
2.6.2 基于賬戶(hù)的模型 41
2.7 區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù) 41
2.7.1 共識(shí)機(jī)制 41
2.7.2 智能合約 42
第3章 常用的共識(shí)算法 43
3.1 共識(shí)算法概述 44
3.1.1 共識(shí)算法的發(fā)展 44
3.1.2 共識(shí)算法的模型 47
3.1.3 共識(shí)算法的分類(lèi) 48
3.1.4 共識(shí)算法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 49
3.2 分布式系統(tǒng)一致性問(wèn)題 50
3.2.1 分布式系統(tǒng)模型 50
3.2.2 一致性重要定理 51
3.2.3 一致性算法 54
3.2.4 區(qū)塊鏈的一致性問(wèn)題 55
3.3 PBFT算法 56
3.3.1 系統(tǒng)假設(shè) 56
3.3.2 PBFT算法的角色 56
3.3.3 PBFT算法的共識(shí)流程 57
3.4 PoW算法 60
3.4.1 數(shù)學(xué)難題 60
3.4.2 新區(qū)塊驗(yàn)證 61
3.4.3 長(zhǎng)鏈法則 61
3.4.4 PoW算法的安全性 62
3.4.5 基于比特幣PoW算法的改進(jìn) 63
3.4.6 BitcoinNG 65
3.4.7 GHOSTPoW共識(shí)機(jī)制 66
3.5 PoS算法 67
3.5.1 PoS算法的基本思想 67
3.5.2 PoS算法的改進(jìn) 68
3.5.3 PoS算法的特點(diǎn) 69
3.5.4 基于虛擬挖礦的共識(shí)算法 70
3.6 DPoS算法 70
3.7 主流共識(shí)算法的性能對(duì)比 72
第4章 智能合約 73
4.1 智能合約概述 74
4.1.1 智能合約概念的提出 74
4.1.2 智能合約與區(qū)塊鏈 74
4.1.3 智能合約的生命周期 75
4.1.4 智能合約的特點(diǎn) 77
4.2 智能合約架構(gòu) 79
4.2.1 智能合約模型 79
4.2.2 智能合約基礎(chǔ)架構(gòu) 80
4.3 智能合約的關(guān)鍵技術(shù) 83
4.3.1 合約主體 83
4.3.2 數(shù)據(jù)加載方式 84
4.3.3 執(zhí)行環(huán)境 84
4.3.4 驗(yàn)證方法 85
4.3.5 擴(kuò)展性的實(shí)現(xiàn) 85
4.4 區(qū)塊鏈中的智能合約語(yǔ)言 85
4.4.1 智能合約語(yǔ)言 85
4.4.2 比特幣腳本語(yǔ)言 86
4.4.3 以太坊圖靈完備型語(yǔ)言 87
4.4.4 可驗(yàn)證型語(yǔ)言 87
4.4.5 賬本智能合約語(yǔ)言 88
4.4.6 智能合約語(yǔ)言比較 89
4.5 區(qū)塊鏈中智能合約的實(shí)現(xiàn)技術(shù) 90
4.5.1 嵌入式運(yùn)行 90
4.5.2 虛擬機(jī)運(yùn)行 91
4.5.3 容器式運(yùn)行 93
4.5.4 以太坊和 賬本智能合約的比較 96
4.6 智能合約的應(yīng)用 97
4.6.1 金融 97
4.6.2 數(shù)字貨幣 98
4.6.3 管理 98
4.6.4 醫(yī)療 99
4.6.5 物聯(lián)網(wǎng)與供應(yīng)鏈 99
4.6.6 智能法律合約 100
第5章 區(qū)塊鏈開(kāi)發(fā)平臺(tái) 101
5.1 區(qū)塊鏈開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介 102
5.2 以太坊 103
5.2.1 以太坊的特點(diǎn) 103
5.2.2 以太坊的發(fā)展階段 104
5.3 以太坊的基本概念 106
5.3.1 賬戶(hù) 106
5.3.2 交易和消息 107
5.3.3 交易費(fèi)用 110
5.3.4 以太幣 113
5.3.5 以太坊挖礦 114
5.3.6 狀態(tài)轉(zhuǎn)換 116
5.4 以太坊基礎(chǔ) 118
5.4.1 以太坊技術(shù)架構(gòu) 118
5.4.2 以太坊區(qū)塊結(jié)構(gòu) 120
5.4.3 叔區(qū)塊 121
5.4.4 Merkle Patricia樹(shù) 121
5.5 智能合約和以太坊虛擬機(jī) 123
5.5.1 EVM 123
5.5.2 智能合約 125
5.6 GHOST協(xié)議 126
5.6.1 以太坊的安全問(wèn)題 126
5.6.2 叔區(qū)塊的出塊獎(jiǎng)勵(lì) 127
5.7 挖礦算法 128
5.7.1 數(shù)組定義 128
5.7.2 難度調(diào)整 129
5.7.3 權(quán)益證明 130
第6章 Solidity編程基礎(chǔ) 132
6.1 Solidity語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境 133
6.1.1 智能合約的開(kāi)發(fā)流程 133
6.1.2 安裝Node環(huán)境 134
6.1.3 編程工具準(zhǔn)備 138
6.2 Solidity程序框架 139
6.2.1 簡(jiǎn)單的Solidity實(shí)例 139
6.2.2 Solidity源文件結(jié)構(gòu) 140
6.2.3 合約文件結(jié)構(gòu) 142
6.3 Solidity語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類(lèi)型 146
6.3.1 數(shù)據(jù)類(lèi)型概述 146
6.3.2 布爾類(lèi)型 146
6.3.3 整型 146
6.3.4 字節(jié)類(lèi)型 147
6.3.5 枚舉類(lèi)型 147
6.3.6 地址類(lèi)型 148
6.3.7 數(shù)組類(lèi)型 150
6.3.8 結(jié)構(gòu)類(lèi)型 151
6.3.9 字符串類(lèi)型 151
6.3.10 映射 152
6.4 Solidity的控制結(jié)構(gòu) 153
6.4.1 條件語(yǔ)句 153
6.4.2 循環(huán)語(yǔ)句 154
6.4.3 三目運(yùn)算符 156
6.5 Solidity函數(shù) 157
6.5.1 函數(shù)的定義 157
6.5.2 函數(shù)的調(diào)用方式 160
6.5.3 構(gòu)造函數(shù) 161
第7章 智能合約實(shí)例 163
7.1 電子投票系統(tǒng) 164
7.1.1 電子投票概述 164
7.1.2 主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 164
7.1.3 主要的函數(shù)解析 165
7.2 公開(kāi)拍賣(mài)系統(tǒng)和盲拍賣(mài)系統(tǒng) 168
7.2.1 公開(kāi)拍賣(mài)系統(tǒng) 168
7.2.2 盲拍賣(mài)系統(tǒng) 171
7.3 安全的遠(yuǎn)程購(gòu)買(mǎi)合約 176
7.3.1 主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 177
7.3.2 主要函數(shù)解析 177
7.4 微支付通道 179
7.4.1 創(chuàng)建及驗(yàn)證簽名 179
7.4.2 簡(jiǎn)單的支付通道 182
7.4.3 驗(yàn)證支付 185
參考文獻(xiàn) 187