區塊鏈原理與技術（第2版）

本書以區塊鏈1.0和區塊鏈2.0中**代表性的比特幣和以太坊系統為切入點,講述區塊鏈系統關鍵技術。 本書首先介紹了比特幣系統獨特的地址和交易機制、腳本系統、區塊數據結構、共識機制等關鍵概念;接著，對以太坊系統的賬戶模型、智能合約系統、交易設計機制，以及數據存儲結構等做了深入介紹；然後，在此基礎上進一步介紹了區塊鏈技術所涉及的網絡層和共識層相關理論、實踐與研究前沿；最後，為提高讀者的應用能力,基於以太坊平臺和Solidity語言介紹了DApp的開發,並配套了教學實驗平臺，另外還探討了多個區塊鏈應用場景。 本書可作為高等院校區塊鏈原理與技術等相關課程的教材,也可為相關開發人員、設計人員和自學者深入理解區塊鏈技術的原理和價值提供參考。

目錄

第1章概述1

1.1什麽是區塊鏈技術2

1.1.1比特幣與區塊鏈的誕生3

1.1.2比特幣與區塊鏈4

1.1.3區塊鏈的特點5

1.1.4智能合約與世界電腦6

1.1.5區塊鏈的分類6

1.2區塊鏈技術的現狀7

1.2.1區塊鏈的應用8

1.2.2區塊鏈的挑戰9

1.2.3區塊鏈技術的發展環境11

1.3本書的內容12

1.4課後題13

第2章比特幣15

2.1比特幣簡介15

2.2基礎知識15

2.2.1哈希算法15

2.2.2非對稱加密16

2.2.3數字簽名17

2.2.4主網與測試網18

2.3交易19

2.3.1交易簡介19

2.3.2輸出20

2.3.3輸入21

2.3.4UTXO模型22區塊鏈原理與技術(第2版)目錄2.4腳本系統23

2.4.1鎖定與解鎖23

2.4.2常見腳本類型26

2.4.3多重簽名錢包28

2.5公私密鑰與地址29

2.5.1私鑰30

2.5.2公鑰30

2.5.3普通地址31

2.5.4Base58編碼31

2.5.5其他地址32

2.6區塊與鏈33

2.6.1區塊33

2.6.2區塊頭33

2.6.3Merkle樹34

2.6.4區塊鏈36

2.7共識37

2.7.1PoW37

2.7.2分叉38

2.7.3算力與難度調整39

2.7.4最長鏈原則39

2.8課後題40

第3章以太坊42

3.1以太坊簡介42

3.1.1以太坊的誕生42

3.1.2以太坊與比特幣對比43

3.1.3以太坊的特色與應用43

3.2以太坊基本架構及原理45

3.3賬戶模型與轉賬47

3.3.1賬戶模型47

3.3.2轉賬49

3.3.3Nonce50

3.4智能合約51

3.4.1狀態模型51

3.4.2智能合約簡介52

3.4.3驅動智能合約55

3.5以太坊交易57

3.5.1交易內容57

3.5.2交易費用58

3.5.3交易的周期58

3.6數據結構與存儲60

3.6.1區塊與叔塊60

3.6.2Merkle Patricia Trie62

3.6.3布隆過濾器65

3.7課後題66

第4章區塊鏈網絡層68

4.1P2P網絡68

4.1.1中心化拓撲69

4.1.2全分佈式非結構化拓撲70

4.1.3全分佈式結構化拓撲70

4.1.4半分佈式拓撲71

4.2比特幣網絡72

4.2.1節點類型及其功能72

4.2.2擴展比特幣網絡73

4.2.3比特幣節點通信73

4.2.4比特幣中繼網絡79

4.3以太坊網絡79

4.3.1Kademlia79

4.3.2節點類型及其功能81

4.3.3以太坊節點通信82

4.4網絡層安全86

4.4.1分佈式拒絕服務攻擊87

4.4.2延展性攻擊87

4.4.3女巫攻擊88

4.4.4路由攻擊88

4.4.5日蝕攻擊89

4.5課後題90

第5章區塊鏈共識層92

5.1一致性問題92

5.1.1問題與挑戰93

5.1.2一致性要求93

5.1.3不同的一致性要求94

5.2共識設計的理論限制98

5.2.1FLP不可能原理98

5.2.2CAP原理99

5.3區塊鏈共識算法100

5.3.1拜占庭問題100

5.3.2拜占庭容錯算法101

5.3.3比特幣的工作量證明共識機制107

5.3.4以太坊共識算法Ethash109

5.3.5以太坊共識算法Casper(選學)112

5.3.6EOSIO共識算法BFTDPoS(選學)116

5.3.7Monoxide(選學)120

5.4課後題122

第6章區塊鏈智能合約開發124

6.1智能合約及其背景124

6.2Solidity語言125

6.2.1背景125

6.2.2入門示例125

6.2.3基礎語法129

6.2.4Solidity在線代碼評測系統137

6.3DApp開發示例140

6.3.1私有鏈搭建141

6.3.2智能合約部署與測試142

6.3.3使用Web3.js調用智能合約144

6.4課後題146

第7章區塊鏈應用149

7.1聯盟鏈平臺149

7.1.1背景149

7.1.2Hyperledger Fabric150

7.1.3企業以太坊151

7.2供應鏈金融152

7.2.1應用背景152

7.2.2應用案例152

7.3資產交易153

7.3.1應用背景153

7.3.2應用案例153

7.4司法存證154

7.4.1應用背景154

7.4.2應用案例155

7.5物流溯源156

7.5.1應用背景156

7.5.2應用案例156

7.6票據流通157

7.6.1應用背景157

7.6.2應用案例157

7.7課後題158

參考文獻159