區塊鏈導論：基礎、技術與應用

目錄

基礎篇

第1章緒論31.1區塊鏈誕生的背景3

1.2比特幣的誕生4

1.2.1技術起源4

1.2.2破繭成蝶5

1.3基本概念與術語解析5

1.3.1區塊鏈定義5

1.3.2進制6

1.3.3哈希函數7

1.3.4梅克爾樹7

1.3.5比特幣的塊鏈式數據結構8

1.3.6比特幣挖礦8

1.3.7比特幣的公私鑰和地址9

1.3.8比特幣轉賬交易與驗證10

1.3.9加密數字貨幣10

1.4區塊鏈的主要特點10

1.4.1分布式自信任10

1.4.2安全與完整性11

1.4.3共享開放與隱私保護11

1.4.4引入新的商業模式11

1.5區塊鏈的演進12

1.5.1區塊鏈1.0——分布式賬本12

1.5.2區塊鏈2.0——分布式可編程計算平臺13

1.5.3區塊鏈3.0——價值互聯網14

1.6主要技術類型14

1.6.1公有鏈14

1.6.2聯盟鏈15

1.6.3私有鏈15

1.7現實意義16

1.7.1為價值互聯網提供技術支撐16

1.7.2支持數據確權，保障數據主權與數字權益16

1.7.3提升協作效率，實現大規模協作自治16

1.7.4創新治理模式，建立算法治理新模式17

1.7.5優化社會關系，改變資源與利益的分配規則17

1.8本章小結17

習題18

第2章區塊鏈的體系結構19

2.1體系結構概述19

2.2數據層21

2.2.1數據結構21

2.2.2數據安全22

2.2.3數據層面臨的挑戰23

2.3網絡層24

2.3.1P2P節點組網方式24

2.3.2數據傳播機制26

2.3.3數據驗證機制27

2.4共識層27

2.4.1拜占庭將軍問題的意義與影響28

2.4.2一致性問題的詳細描述28

2.4.3共識算法的分類與應用場景29

2.4.4常用共識算法簡介30

2.5合約層30

2.5.1智能合約的編程語言31

2.5.2智能合約的開發、部署與運行31

2.5.3預言機32

2.6應用層32

2.6.1相關概念32

2.6.2區塊鏈工具34

2.6.3區塊鏈應用案例36

2.6.4應用層面臨的挑戰39

2.7激勵機制40

2.7.1共識層的激勵機制40

2.7.2合約層的激勵機制40

2.7.3應用層的激勵機制41

2.8本章小結41

習題42

技術篇

第3章密碼技術453.1概述45

3.2對稱密碼與加密標準46

3.2.1換位密碼47

3.2.2代換密碼49

3.2.3數據加密標準與高級加密標準50

3.3公鑰密碼的誕生及典型算法55

3.3.1有關整數運算的基本概念56

3.3.2模運算56

3.3.3兩個數學難題58

3.3.4歐拉定理58

3.3.5RSA密碼體制59

3.4哈希函數、梅克爾樹和數字簽名61

3.4.1密碼學哈希函數61

3.4.2梅克爾樹63

3.4.3數字簽名64

3.4.4橢圓曲線簽名算法及其在比特幣中的應用66

3.5國產密碼71

3.6本章小結72

習題72

第4章P2P網絡73

4.1概述73

4.1.1基本概念73

4.1.2P2P網絡的發展74

4.1.3P2P網絡的性質74

4.1.4TCP/IP簡介75

4.2P2P網絡的分類與資源共享機制77

4.2.1集中式P2P78

4.2.2純分布式P2P78

4.2.3混合式P2P81

4.2.4結構化P2P81

4.2.5P2P網絡應用示例89

4.3P2P網絡與區塊鏈93

4.3.1比特幣P2P網絡93

4.3.2以太坊的節點發現機制95

4.3.3網絡層面臨的挑戰98

4.4本章小結98

習題99

第5章共識算法100

5.1共識算法概述100

5.1.1共識算法的概念100

5.1.2共識算法的基礎理論101

5.1.3共識算法的分類102

5.2故障容錯類共識算法103

5.2.1主從同步/異步讀寫103

5.2.2多數派讀寫104

5.2.3多階段提交協議104

5.2.4Paxos共識算法106

5.2.5Raft共識算法108

5.3拜占庭容錯類共識算法110

5.3.1拜占庭將軍問題110

5.3.2實用拜占庭容錯共識算法111

5.3.3工作量證明共識算法114

5.3.4權益證明共識算法119

5.3.5委托權益證明共識算法120

5.4共識算法的發展趨勢121

5.5本章小結123

習題123

第6章智能合約124

6.1定義與概述124

6.1.1發展簡史125

6.1.2基礎架構125

6.2智能合約的生命周期127

6.2.1智能合約的開發與編譯127

6.2.2智能合約的部署129

6.2.3智能合約的觸發與執行130

6.3主要智能合約平臺132

6.3.1以太坊智能合約平臺132

6.3.2超級賬本智能合約平臺139

6.4智能合約漏洞和金融安全問題142

6.4.1基於以太坊的智能合約漏洞分類142

6.4.2增強智能合約安全的措施與建議148

6.4.3分布式金融及應用安全149

6.5智能合約面臨的挑戰151

6.5.1性能與成本問題151

6.5.2智能合約的靈活性問題151

6.5.3預言機機制問題151

6.5.4可操作性問題152

6.6高級智能合約描述語言簡介152

6.7本章小結153

習題153

第7章典型區塊鏈平臺154

7.1比特幣154

7.1.1比特幣簡介154

7.1.2比特幣相關概念155

7.1.3比特幣的結構與原理161

7.1.4比特幣共識163

7.1.5比特幣的現狀164

7.2以太坊165

7.2.1以太坊簡介165

7.2.2以太坊基本架構165

7.2.3以太坊的區塊結構167

7.2.4賬戶與交易171

7.2.5智能合約簡述174

7.2.6以太幣與燃料178

7.2.7共識、擴展性和安全保護180

7.3超級賬本182

7.3.1超級賬本簡介182

7.3.2基本架構182

7.3.3賬本數據結構183

7.4其他平臺185

7.5區塊鏈擴容185

7.5.1去中心化與性能問題186

7.5.2安全與效率問題186

7.5.3區塊與性能的平衡問題186

7.5.4節點數量與擴展問題187

7.5.5解決思路和措施187

7.6本章小結190

習題190

應用篇

第8章區塊鏈與法律1938.1我國與區塊鏈有關的法律政策體系193

8.1.1基本法律193

8.1.2普通法律194

8.1.3行政法規194

8.1.4部委規章及規範性文件195

8.1.5司法解釋及指導性案例195

8.1.6行業標準及自律規範195

8.2全球區塊鏈應用的監管政策196

8.2.1新加坡的監管政策196

8.2.2歐盟的監管政策197

8.2.3英國的監管政策197

8.2.4美國的監管政策198

8.2.5我國的監管政策199

8.3區塊鏈面臨的監管問題和解決思路200

8.3.1責任主體分散監管問題201

8.3.2數據難以篡改問題201

8.3.3加密數字貨幣監管問題201

8.3.4創新帶來的監管問題201

8.3.5監管與隱私保護平衡問題202

8.3.6主要解決思路202

8.4區塊鏈技術的發展機遇203

8.4.1全球主要國家加快布局區塊鏈技術發展203

8.4.2我國高度重視區塊鏈產業發展204

8.4.3智能合約有助於實現契約社會205

8.4.4新一代信息技術促進法律代碼化206

8.5基於區塊鏈的智能合約面臨的法律風險206

8.5.1智能合約的解釋與轉化問題206

8.5.2智能合約的效力認定問題208

8.5.3The DAO事件的啟示208

8.5.4智能合約的跨境法律問題209

8.6區塊鏈技術驅動下的司法創新209

8.6.1杭州互聯網法院210

8.6.2北京互聯網法院210

8.6.3廣州互聯網法院211

8.7區塊鏈技術發展的法律思考211

8.7.1探索創新，推進智能法律合約應用進程211

8.7.2促進相關立法，進一步彌補法律空白212

8.7.3完善行業標準制定，加快促進區塊鏈標準化發展212

8.7.4鼓勵技術專家與法律專家合作212

8.7.5探索全球治理模式213

8.8本章小結213

習題213

第9章區塊鏈金融214

9.1區塊鏈技術的金融應用優勢214

9.2區塊鏈技術在金融領域的應用215

9.2.1穩定幣與央行數字貨幣215

9.2.2支付結算218

9.2.3場外衍生品交易219

9.2.4資產證券化220

9.2.5供應鏈金融221

9.2.6征信223

9.2.7保險223

9.2.8金融監管224

9.2.9區塊鏈在金融應用中的總結與展望224

9.3區塊鏈金融前沿應用225

9.3.1分布式金融226

9.3.2非同質化通證232

9.3.3數字人民幣238

9.3.4總結與展望239

9.4本章小結240

習題240

第10章趨勢展望241

10.1數字時代的主要特征241

10.1.1數據成為新的生產要素241

10.1.2數字產品催生消費模式革新242

10.1.3社會協作組織方式將發生改變242

10.1.4隱私保護日益受到重視242

10.1.5虛擬空間的價值流動促進數字經濟發展243

10.2數字時代面臨的主要技術挑戰244

10.2.1隱私數據保護不足244

10.2.2數據要素流通困難244

10.2.3多方協作難以高效244

10.2.4信息互聯網難以實現價值確權和傳遞245

10.3區塊鏈賦能數字時代246

10.3.1區塊鏈的底層邏輯246

10.3.2構建自我主權身份和算法信任的分布式平臺247

10.3.3引入權益證明促進價值流轉247

10.3.4創建高效的組織協作模型248

10.3.5有望成為價值互聯網結構中的“細腰”249

10.3.6技術演化環境仍需重視250

10.4分布式身份標識250

10.4.1身份的概念和分布式身份的特征251

10.4.2區塊鏈“地址+私鑰”身份標識251

10.4.3靈魂綁定通證——分布式的原生憑證252

10.4.4主要應用場景253

10.5自帶激勵的分布式組織254

10.5.1基本概念254

10.5.2DAO的發展歷程254

10.5.3主要特征256

10.5.4DAO的設立和治理模式257

10.6互聯網發展進入Web3價值互聯網新階段258

10.6.1Web3簡述259

10.6.2Web3的分布式創新應用260

10.7虛實交融的元宇宙262

10.7.1元宇宙概述262

10.7.2元宇宙的主要特征263

10.7.3元宇宙的經濟系統264

10.7.4虛實交互映射266

10.7.5虛實融合舉例267

10.8本章小結269

習題270