商用区块链技术与实践

"传统区块链解决了信任问题，但是仍然难以满足性能、成本、安全等要求。区块链系统的扩展性、安全性和隐私保护能力制约了区块链的实际落地，本书首先介绍了区块链的基础技术，然后对解决上述问题所需的关键技术进行了详细的介绍和深入分析，包括扩容技术方案、跨链技术方案、隐私保护方案，满足了商业应用的需求，并通过介绍bubichain的技术架构和开发指南，展示了商用区块链系统需要具备的产品化能力。 区块链商用的前景广阔，本书为你打开了区块链商业应用的大门！"

本书首先介绍了区块链技术的诞生、演进历程，以及产品化、商用化区块链需求的紧迫性，进而对商用区块链展开了探索，分析了商用区块链的目标和难题，介绍了解决这些难题需要的区块链关键技术，范围覆盖了密码学基础、账本结构、共识算法、智能合约，以及关系区块链扩展性的扩容和跨链技术。最后，本书开放了作者团队多年研发和积累的区块链开发接口，读者基于这些接口可以轻易地构建并部署自己的区块链应用。现在市场上的区块链相关书籍种类繁多，想要了解区块链技术原理、体系架构、典型项目介绍的选择也很多。然而有这么一部分读者，他们不仅渴望了解区块链技术，而且更想拿到打开区块链商业应用大门的钥匙，目前这类书籍凤毛麟角。本书的作者团队结合在区块链商业应用领域多年的积累与经验，围绕着应用简单、落地见效这个目标，从关键技术选型、区块链扩展到接口开发应用、典型案例介绍，打造了一本兼顾区块链技术与应用实践的钥匙类实用图书。

本书由布比区块链团队核心开发者共同编著。该团队由大学教授、中国科学院博士、资深区块链专家等组成。他们对区块链技术的本质和理论知识有深入的研究与独到见解，在区块链共识机制、智能合约、跨链技术、多链分片、隐私保护技术等方面具有深厚积累，并拥有数十项区块链核心专利技术；他们拥有区块链业务开发经验，透彻地理解区块链的技术内涵与应用外延，准确地理解客户需求与区块链技术间的契合价值，在过去的三年多时间里与上千家机构有过区块链技术科普和应用落地的交流，拥有丰富的区块链商业落地经验；过去四年，他们荣获过国内外多家专业机构（如福布斯、毕马威、中国计算机学会、中关村区块链产业联盟等）的奖项100余次。

第1部分 区块链及其商业应用
第1章 区块链技术的演进3
1.1 比特币3
1.1.1 起源3
1.1.2 发展5
1.1.3 技术创新8
1.2 以太坊9
1.2.1 以太坊的诞生9
1.2.2 智能合约11
1.2.3 去中心化应用程序14
1.2.4 未来规划15
1.3 商用区块链17
1.4 本章小结18
第2章 探索商用区块链19
2.1 价值流通的网络19
2.1.1 商用区块链的目标20
2.1.2 商用区块链的难题21
2.2 区块链产品架构22
2.2.1 账户中心23
2.2.2 分布式账本服务24
2.2.3 扩展服务26
2.2.4 策略与管理27
2.3 商用产品的技术特性28
2.3.1 技术突破28
2.3.2 产品成熟度32
2.4 本章小结35
第2部分 商用区块链的关键技术
第3章 密码学基础技术39
3.1 哈希算法39
3.1.1 定义39
3.1.2 常用的哈希算法40
3.1.3 SHA256算法42
3.2 加密和解密算法42
3.2.1 对称密码体制43
3.2.2 非对称密码体制44
3.2.3 ED25519算法45
3.3 国密算法45
3.3.1 非对称密码算法SM246
3.3.2 哈希算法 SM346
3.4 数字证书47
3.4.1 数字证书的基本介绍47
3.4.2 数字证书的应用48
3.5 默克尔树48
3.5.1 原理与实现49
3.5.2 简单支付证明51
3.6 本章小结51
第4章 区块链账本52
4.1 区块54
4.1.1 区块的结构55
4.1.2 区块的生成58
4.1.3 区块的同步60
4.1.4 区块的前后关联61
4.2 账户64
4.2.1 账户模型65
4.2.2 账户地址68
4.3 资产69
4.3.1 原始数字资产69
4.3.2 基于账户的资产69
4.4 交易70
4.4.1 交易的定义70
4.4.2 操作72
4.4.3 交易事务处理77
4.4.4 交易缓存队列78
4.5 费用83
4.5.1 交易费用简介83
4.5.2 费用的计算83
4.5.3 费用的配置84
4.6 激励86
4.7 账本的升级86
4.7.1 简介86
4.7.2 消息定义86
4.7.3 升级过程87
4.8 P2P网络88
4.8.1 P2P网络设计89
4.8.2 广播消息90
4.8.3 连接数92
4.9 本章小结92
第5章 共识算法93
5.1 共识算法概要93
5.1.1 PoW算法93
5.1.2 PoS算法95
5.1.3 DPoS算法95
5.1.4 PBFT算法96
5.2 Firework共识算法介绍97
5.2.1 概述97
5.2.2 结合验证节点池选取协议的BFT算法98
5.3 高性能算法BFT99
5.3.1 系统模型99
5.3.2 状态机副本协议100
5.3.3 Quorum机制105
5.3.4 超时处理106
5.4 安全、高效的验证池选取算法106
5.4.1 动态选取模型107
5.4.2 角色划分108
5.4.3 准入和退出机制109
5.4.4 选取机制109
5.4.5 配置更新111
5.5 本章小结112
第6章 智能合约113
6.1 智能合约概要113
6.1.1 虚拟机介绍113
6.1.2 虚拟机设计的原则115
6.2 智能合约实现115
6.2.1 智能合约介绍115
6.2.2 合约执行过程116
6.2.3 智能合约的安全117
6.3 智能合约开发简介119
6.3.1 DEMO介绍119
6.3.2 语法介绍120
6.3.3 内置接口和内置变量121
6.3.4 异常处理122
6.3.5 合约创建与执行123
6.4 智能合约安全开发指南123
6.5 本章小结124
第7章 扩容技术方案125
7.1 概述125
7.1.1 背景125
7.1.2 区块链扩容126
7.1.3 多链Orbits扩容方案127
7.2 双层多态的主-子链体系Orbits127
7.2.1 架构设计127
7.2.2 主-子链介绍128
7.3 高可扩展性的多链账本130
7.3.1 多链账本设计130
7.3.2 多链账本的数据结构132
7.3.3 多级联动的账本索引设计132
7.4 共识算法133
7.4.1 主链的共识机制133
7.4.2 子链的共识机制134
7.5 挑战者机制141
7.5.1 子链的安全性威胁141
7.5.2 实现方案142
7.6 激励机制143
7.6.1 共识激励144
7.6.2 提案激励145
7.6.3 存储激励145
7.7 本章小结146
第8章 跨链技术方案147
8.1 概述147
8.1.1 背景147
8.1.2 跨链的难点148
8.2 多态跨链体系Canal149
8.3 中继链151
8.3.1 平行链介绍151
8.3.2 平行链跨链映射152
8.3.3 跨链证据校验152
8.4 可插拔组件152
8.4.1 网关节点介绍152
8.4.2 公证人模式153
8.4.3 可信硬件模式155
8.4.4 哈希时间锁定157
8.5 费用与激励机制158
8.6 本章小结159
第9章 隐私保护方案160
9.1 概述160
9.1.1 背景160
9.1.2 隐私保护方案Cocoon161
9.2 隐私保护方案161
9.2.1 金额隐藏的设计与实现161
9.2.2 非交互的设计与实现164
9.2.3 地址隐匿的设计与实现166
9.2.4 为何要使用Schnorr 聚合签名168
9.2.5 怎样与区块链系统适配168
9.3 审计170
9.4 本章小结171
第3部分 商用区块链的应用实践
第10章 bubichain的开发与使用175
10.1 SDK支持175
10.1.1 Java SDK开发175
10.1.2 其他语言版本184
10.2 API介绍184
10.2.1 了解密钥对184
10.2.2 HTTP 接口192
10.2.3 WebSocket接口200
10.3 部署与运维202
10.3.1 节点安装202
10.3.2 节点运维205
10.4 本章小结214
第11章 bubichain开发指南215
11.1 应用开发示例215
11.1.1 存证应用215
11.1.2 智能合约开发216
11.1.3 区块链钱包221
11.1.4 区块链浏览器224
11.1.5 区块链智能合约IDE226
11.2 数字资产协议的设计与实现228
11.2.1 数字资产协议的设计原则228
11.2.2 数字资产设计与实现示例228
11.3 本章小结244
第12章 区块链商用案例介绍245
12.1 供应链金融245
12.1.1 行业痛点245
12.1.2 解决方案246
12.1.3 区块链的价值248
12.2 数据安全共享和交易251
12.2.1 行业痛点251
12.2.2 解决方案252
12.2.3 区块链的价值254
12.3 供应链溯源254
12.3.1 行业痛点254
12.3.2 解决方案255
12.3.3 区块链的价值257
12.4 本章小结258