FISCO BCOS區塊鏈技術實踐——開發與應用

"李建輝，博士，教授，佛山市人大代表，民盟中央科技委委員，民盟佛山市委委員，現任佛山職業技術學院區塊鏈技術應用專業帶頭人，電子信息學院教授，兼任廣東研究生聯合培養基地自動控制專業碩士研究生導師，廣州大學電子信息專業碩士研究生導師。主要研究信息安全與多重分形理論及應用，對區塊鏈、復雜網絡、高性能計算和信創體系建設等新一代信息技術有較深入的研究與實踐。劉滿蘭，碩士，講師，佛山職業技術學院電子信息學院區塊鏈技術應用專業一線教師，潛心紮根一線教學，熟悉崗課賽證融通的教學方式，多次獲得教學質量優秀獎，指導學生參加競賽多次獲得獎項。出版《區塊鏈技術原理與應用》《Java編程任務式教程》等5部教材，發表論文10余篇，主要研究方向為大數據應用和區塊鏈技術應用。陳永族：佛山職業技術學院區塊鏈技術應用專業畢業，現就讀於廣東東軟學院本科軟件工程專業，專註於區塊鏈底層技術應用、智能合約開發及系統架構設計，具有紮實的Java與Go語言開發基礎，熟悉FISCO BCOS、Hyperledger等主流聯盟鏈平臺的搭建與運維，對Web3.0技術落地有深刻理解。擅長從行業痛點出發，進行深度的系統需求分析與架構設計，並能通過全棧開發（SpringBoot、Vue）將區塊鏈技術轉化為實際落地的應用系統，其獨立開發的“水環境可信監管系統”，實現了傳感器硬件與區塊鏈網絡的無縫交互，體現了其在物聯網與區塊鏈結合領域的創新實踐能力。曾斬獲2024金磚國家職業技能大賽國際總決賽（區塊鏈技術）二等獎、2024年廣東省職業技能大賽區塊鏈技術應用賽項二等獎、廣東省藍橋杯Java軟件開發賽項二等獎等各類競賽獎項，更在理論與實踐結合方面積累了豐富經驗。"

目錄

第 1章 區塊鏈概論 1

1.1 區塊鏈技術基本原理 2

1.1.1 區塊鏈技術的疊代 2

1.1.2 區塊鏈技術的基本原理 3

1.1.3 練一練：觀察區塊結構和交易信息 4

1.2 區塊鏈的分類及對比分析 6

1.2.1 區塊鏈的分類 6

1.2.2 典型公有鏈和聯盟鏈的特點與適用場景 7

1.2.3 練一練：認識 Metamask 錢包 9

1.3 FISCO BCOS 的產生背景與技術定位 11

1.3.1 FISCO BCOS 的產生背景 11

1.3.2 FISCO BCOS 的技術特點及其應用案例 11

1.3.3 練一練：了解關鍵技術和版本疊代情況 12

1.4 本章小結 14

習題 15

第 2章 FISCO BCOS 入門 17

2.1 FISCO BCOS 原理和特性 18

2.1.1 FISCO BCOS 整體架構 18

2.1.2 FISCO BCOS 性能 22

2.1.3 練一練：了解 FISCO BCOS 標準版本和國密版本 28

2.2 FISCO BCOS 的部署與工具 29

2.2.1 FISCO BCOS 的部署 30

2.2.2 FISCO BCOS 的交易解析工具 32

2.2.3 練一練：部署一個包含 4 個節點的 FISCO BCOS 網絡 35

2.3 FISCO BCOS 應用實踐 36

2.3.1 制造業生產協同及質量溯源方案 36

2.3.2 多企業間鏈上協同與治理方案 38

2.3.3 練一練：了解 FISCO BCOS 社區資源和更多開源工具 40

2.4 本章小結 41

習題 41

第 3章 Solidity 智能合約編程語言 43

3.1 Solidity 語言概述與開發工具集 44

3.1.1 Solidity 語言概述 44

3.1.2 Solidity 開發工具集 44

3.1.3 練一練：使用 WeBASE 部署第一個智能合約 HelloWorld 46

3.2 Solidity 語法體系結構 49

3.2.1 基本數據類型與變量聲明 50

3.2.2 控制結構與函數定義 53

3.2.3 結構體、枚舉、映射與數組的使用 57

3.2.4 合約繼承機制 59

3.2.5 練一練：實現 USB 接口 62

3.3 本章小結 64

習題 64

第 4章 FISCO BCOS 智能合約開發與部署 66

4.1 智能合約設計原則與模式 66

4.1.1 安全性設計模式 67

4.1.2 可維護性設計模式 71

4.1.3 生命周期管理類設計模式 75

4.1.4 鑒權類設計模式 76

4.1.5 行為控制類設計模式 76

4.1.6 練一練：將以下智能合約修改為符合安全設計原則的智能合約 79

4.2 智能合約編譯與部署流程 79

4.2.1 使用 Solidity 在 FISCO BCOS 上編寫智能合約 80

4.2.2 編譯合約到字節碼 81

4.2.3 部署智能合約至 FISCO BCOS 網絡 81

4.2.4 智能合約接口調用與交易執行 82

4.2.5 練一練：在 WeBASE 平臺完成投票智能合約的編譯、部署和調用 82

4.3 本章小結 85

習題 86

第 5章 智能合約測試與安全性保障 87

5.1 單元測試與集成測試 88

5.2 智能合約測試實踐 89

5.2.1 練一練：使用 Truffle 測試智能合約 89

5.2.2 練一練：使用 Ganache 集成測試智能合約 91

5.2.3 練一練：使用 Embark 測試智能合約 94

5.3 安全性審計與常見漏洞防範 96

5.3.1 智能合約的安全審計與漏洞防範 96

5.3.2 練一練：使用 Zeppelin-solidity 安全庫提升合約安全性 99

5.4 本章小結 101

習題 101

第 6章 基於 FISCO BCOS 的商品溯源系統的設計與實現 103

6.1 概述 103

6.2 系統需求分析 103

6.2.1 業務流程分析 103

6.2.2 功能需求分析 104

6.2.3 非功能需求分析 105

6.2.4 上鏈數據分析 106

6.3 系統架構設計 106

6.3.1 系統總體架構設計 106

6.3.2 區塊鏈網絡架構設計 107

6.3.3 智能合約設計 108

6.3.4 數據存儲設計 109

6.3.5 接口設計 109

6.4 區塊鏈環境部署與智能合約開發測試 110

6.4.1 FISCO BCOS 環境準備 110

6.4.2 智能合約開發 110

6.4.3 合約的編譯與部署 117

6.4.4 智能合約測試 123

6.5 應用系統開發 124

6.5.1 開發環境搭建 124

6.5.2 後端開發 131

6.5.3 前端開發 137

6.5.4 系統部署 153

6.6 本章小結 157

第 7章 基於 FISCO BCOS 的醫療健康系統的設計與實現 158

7.1 概述 158

7.2 系統需求分析 159

7.2.1 業務流程分析 159

7.2.2 功能需求分析 161

7.2.3 非功能需求分析 162

7.2.4 上鏈數據分析 162

7.3 系統架構設計 163

7.3.1 系統總體架構設計 163

7.3.2 區塊鏈網絡架構設計 164

7.3.3 智能合約設計 164

7.3.4 數據存儲設計 166

7.3.5 接口設計 166

7.4 區塊鏈環境部署與智能合約開發測試 168

7.4.1 FISCO BCOS 環境準備 168

7.4.2 智能合約開發 168

7.4.3 合約編譯與部署 181

7.4.4 智能合約測試 191

7.5 應用系統開發 196

7.5.1 開發環境搭建 196

7.5.2 後端軟件開發 202

7.5.3 前端軟件開發 208

7.5.4 系統部署 218

7.6 本章小結 221

第 8章 技能大賽真題解析—基於FISCO BCOS 的房屋租賃系統的設計與實現 222

8.1 大賽題目要求 222

8.1.1 背景 222

8.1.2 項目描述 223

8.1.3 題目描述 224

8.2 需求分析與架構設計 225

8.2.1 核心業務流程分析 225

8.2.2 系統架構設計 225

8.3 系統部署與運維 226

8.3.1 區塊鏈網絡結構說明 226

8.3.2 區塊鏈平臺部署 227

8.4 智能合約開發與測試 232

8.4.1 合約設計 232

8.4.2 合約開發 233

8.4.3 合約編譯與部署 240

8.4.4 合約部署驗證 241

8.4.5 合約測試 248

8.5 應用系統開發 252

8.5.1 後端軟件開發 253

8.5.2 前端開發 267

8.5.3 系統部署 279

8.6 本章小結 281

第 9章 技能大賽真題解析—基於 FISCO BCOS 的養老保險系統的設計與實現 282

9.1 大賽題目要求 282

9.1.1 背景描述 282

9.1.2 項目描述 283

9.1.3 題目描述 284

9.2 需求分析與架構設計 286

9.2.1 用戶群體需求分析 286

9.2.2 核心業務流程分析 286

9.2.3 系統架構設計 288

9.3 系統部署與運維 289

9.3.1 區塊鏈網絡結構說明 289

9.3.2 區塊鏈平臺部署 290

9.4 智能合約開發與測試 293

9.4.1 合約設計 293

9.4.2 合約開發 294

9.4.3 合約編譯與部署 302

9.4.4 合約部署驗證 303

9.4.5 合約測試 316

9.5 應用系統開發 321

9.5.1 後端開發 321

9.5.2 前端開發 329

9.5.3 系統部署 346

9.6 本章小結 347

參考文獻 349