区块链技术及应用 微课版

【内容特点】 （1）内容全面，结构合理：每章内容分理论知识、应用、习题三部分。 （2）取长补短，讲清原理：理论部分借鉴国外同类教材的优点，弥补现有教材的不足，力图用更有针对性的例题，清晰地讲解区块链技术的原理。 （3）融合实例，助力理解：本书更注重应用，与科技发展动态紧密结合，用现实生活和工作中的具体实例去映证书中讲述的理论知识，让学生理解得更透彻。 【资源特点】 本书配套文本类、视频类、电子手册类、服务群类等多种资源，助力打造新形态精品教材，此外，编者还计划编写与主教材配套的实验指导电子手册，以指导学生针对区块链技术课程更好地、可实操地开展实验教学。 【服务特点】 作者可以提供直播以及QQ服务群等支持。

为了适应Web 3.0时代下区块链技术发展的新趋势，同时培养高素质的区块链技术人才，编者精选了区块链的相关内容，充分融合了国内外相关领域的教学优势，以区块链基础知识为核心，辅以大量的典型实践应用案例，编撰了本书。本书以清晰明了的方式阐述区块链技术的相关知识，并反映该领域的前沿技术发展情况。 本书共12章，从区块链的发展历史、基本概念、基本原理和应用开始介绍，然后针对区块链技术中的2个重要模块—密码学和共识机制进行了详细介绍，接着依次介绍智能合约、区块链安全与隐私、分布式账本、比特币、以太坊、超级账本Fabric、FISCO BCOS和区块链运维技术，最后介绍了区块链技术综合案例实践。本书基本概念准确，条理清晰，内容精练，重点突出，理论联系实际。 本书可作为高校区块链工程、软件工程、计算机科学与技术等专业区块链技术相关课程的教材，也可供相关领域的技术人员参考使用。

郝兴伟，山东大学计算机基础教学研究中心主任，山东大学计算机通识教育首席教授，第七届山东省教学名师，首届山东大学教学卓越奖获得者，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会委员，信息技术新工科产学研联盟大学计算机通识教育工作委员会主任，全国高校计算机基础教学研究会文科专委会副主任，中国大学生计算机设计大赛国赛济南决赛区负责人。在教学研究、国家规划教材建设、国家精品课程建设、国家一流课程建设、MOOC建设、产学合作、学科竞赛等方面成果丰硕，连续五届获国家和山东省教学成果奖。

   第 1章 区块链技术概述 1

1.1 区块链的发展历史 1

1.1.1 “密码朋克”文化 2

1.1.2 比特币的发展 3

1.1.3 技术关键词 4

1.2 区块链的基本概念 6

1.2.1 区块链的定义 6

1.2.2 区块链与现有技术关系 7

1.3 区块链的基本原理 8

1.3.1 体系结构 8

1.3.2 技术架构 11

1.3.3 运行原理 13

1.3.4 技术生态 14

1.4 区块链的应用 15

1.4.1 溯源存证 15

1.4.2 资产证券化 16

1.4.3 供应链金融 17

1.4.4 多方数据审计 18

1.4.5 去中心化金融 18

思考题 19

第 2章 密码学 21

2.1 哈希算法 21

2.1.1 哈希算法的基本概念 22

2.1.2 哈希算法的特点 23

2.1.3 哈希算法的应用 25

2.2 密码学知识 29

2.2.1 对称加密和非对称加密 30

2.2.2 椭圆曲线密码学 35

2.2.3 默克尔树 38

2.2.4 数字签名和数字证书 40

2.3 国密算法标准 44

2.3.1 SM2国密算法 45

2.3.2 SM3国密算法 47

2.3.3 SM4国密算法 49

思考题 51

第3章 共识机制 53

3.1 共识机制概述 53

3.1.1 共识机制的概念 53

3.1.2 分布式一致性问题 54

3.1.3 拜占庭将军问题 55

3.1.4 FLP与CAP 58

3.1.5 硬分叉与软分叉 59

3.2 共识算法 61

3.2.1 PoW共识算法 61

3.2.2 PoS共识算法 62

3.2.3 DPoS共识算法 63

3.2.4 PoA共识算法 64

3.2.5 PBFT共识算法 64

3.2.6 Raft共识算法 65

3.3 应用案例 66

3.3.1 在区块链中的案例 66

3.3.2 在分布式数据库中的

案例 67

3.3.3 在去中心化应用中的

案例 68

3.3.4 在物联网中的案例 68

思考题 69

第4章 智能合约 71

4.1 智能合约的产生 71

4.1.1 智能合约起源 72

4.1.2 智能合约与区块链 72

4.1.3 以太坊的诞生 73

4.1.4 以太坊智能合约 73

4.2 智能合约的分类 74

4.2.1 比特币脚本语言 75

4.2.2 Solidity合约 77

4.2.3 WebAssembly合约 78

4.2.4 其他合约语言 79

4.3 智能合约的应用 83

4.3.1 智能合约的特点 83

4.3.2 智能合约的现状和前景 84

4.3.3 智能合约的应用场景 84

思考题 85

第5章 区块链安全与隐私 86

5.1 区块链安全概述 86

5.2 区块链安全威胁 87

5.2.1 网络层攻击 87

5.2.2 数据层攻击 89

5.2.3 智能合约的安全风险 91

5.2.4 用户安全与隐私泄露 93

5.3 区块链安全保障 93

5.3.1 加密技术应用 93

5.3.2 共识机制选择 94

5.3.3 权限管理 94

5.3.4 智能合约审计 95

5.3.5 多重签名 95

5.4 区块链隐私保护 96

5.4.1 区块链隐私保护技术概述 96

5.4.2 匿名性与伪匿名性技术 107

5.4.3 隐私保护协议与隐私链 110

思考题 115

第6章 分布式账本 117

6.1 基本概念 117

6.1.1 分布式账本的定义 117

6.1.2 分布式账本的目的 119

6.1.3 分布式账本的作用 120

6.1.4 分布式账本与区块链 122

6.2 技术要点 123

6.2.1 分布式账本中的去中心化 123

6.2.2 数据验证和安全性 124

6.2.3 数据一致性和可靠性 125

6.3 应用案例与领域 127

6.3.1 超级账本 127

6.3.2 OpenLedger 130

6.3.3 金融领域 133

6.3.4 物流领域 134

6.3.5 供应链领域 135

6.3.6 数字身份验证领域 135

思考题 136

第7章 比特币 137

7.1 比特币的技术原理 137

7.1.1 比特币架构 138

7.1.2 区块结构 140

7.2 比特币的运作机制 143

7.2.1 比特币密钥 144

7.2.2 比特币钱包 147

7.2.3 交易模型 149

7.3 比特币进阶 154

7.3.1 比特币网络 155

7.3.2 挖矿模式 157

7.3.3 分叉与侧链 159

思考题 161

第8章 以太坊 163

8.1 以太坊的技术原理 163

8.1.1 以太坊架构 164

8.1.2 区块结构 166

8.2 以太坊的关键技术 168

8.2.1 共识算法 168

8.2.2 EVM 170

8.2.3 交易模型 173

8.3 以太坊智能合约 175

8.3.1 合约模型 175

8.3.2 Solidity语言 178

8.3.3 开发与部署 181

思考题 183

第9章 超级账本Fabric 185

9.1 超级账本Fabric的技术原理 185

9.1.1 核心概念 185

9.1.2 基本特点 187

9.1.3 总体架构 187

9.1.4 交易流程 189

9.2 部署与测试 190

9.2.1 基础软件环境安装 190

9.2.2 超级账本Fabric组件部署 192

9.2.3 示例链码测试 195

9.3 应用举例 209

9.3.1 应用描述 209

9.3.2 链码开发 211

9.3.3 链码部署与应用 215

思考题 218

第 10章 FISCO BCOS 219

10.1 FISCO BCOS简介 219

10.1.1 什么是FISCO BCOS 219

10.1.2 FISCO BCOS的总体架构 220

10.1.3 FISCO BCOS的核心优势 220

10.1.4 FISCO BCOS的整体架构 221

10.2 单群组WeBASE的一键部署 222

10.3 基于SmartDev的开发案例 227

10.3.1 区块链应用开发组件SmartDev 227

10.3.2 SmartDev-Scaffold的生成原理 230

10.3.3 配置SmartDev-Scaffold 231

10.3.4 使用SmartDev-Scaffold开发DApps 234

思考题 236

第 11章 区块链运维技术 238

11.1 节点管理 238

11.1.1 安装与配置 238

11.1.2 监控与性能优化 239

11.1.3 升级与维护 240

11.2 网络管理 242

11.2.1 网络拓扑设计 242

11.2.2 安全性配置 243

11.3 数据管理 244

11.3.1 数据备份与恢复 244

11.3.2 数据一致性与同步 246

11.4 安全性管理 247

11.4.1 密钥管理与安全存储 247

11.4.2 安全审计与日志管理 248

11.5 性能调优 249

11.5.1 区块链性能监测与分析 249

11.5.2 交易处理速度优化 250

11.6 应急响应与恢复 252

11.6.1 应急响应机制 252

11.6.2 灾难恢复与业务连续性 253

思考题 254

第 12章 综合案例实践 256

12.1 区块链开发平台与工具 256

12.1.1 多语言SDK 256

12.1.2 智能合约开发

工具 266

12.1.3 开发框架 273

12.2 警用UAV执法存证的区块链系统 275

12.2.1 客户需求与系统

设计 275

12.2.2 存证合约实现 277

12.2.3 后端系统设计 278

12.2.4 Web前端实现 280

思考题 282