區(qū)塊鏈技術及其應用

第1章 比特幣與區(qū)塊鏈 1
1.1 比特幣系統(tǒng) 2
1.1.1 比特幣簡介 2
1.1.2 分布式賬本 3
1.1.3 比特幣的賬戶地址 4
1.2 比特幣挖礦 5
1.2.1 挖礦的過程 5
1.2.2 礦場與礦池 6
1.3 比特幣中的區(qū)塊鏈 7
1.3.1 區(qū)塊頭結構 7
1.3.2 區(qū)塊體結構 9
1.3.3 區(qū)塊鏈結構 10
1.3.4 區(qū)塊的產(chǎn)生 11
1.4 比特幣交易 11
1.4.1 交易結構 11
1.4.2 交易的本質(zhì) 12
1.4.3 比特幣的交易過程 14
1.5 區(qū)塊鏈的發(fā)展 15
1.5.1 區(qū)塊鏈1.0 15
1.5.2 區(qū)塊鏈2.0 15
1.5.3 區(qū)塊鏈3.0 16
1.5.4 區(qū)塊鏈4.0 16
1.6 區(qū)塊鏈的優(yōu)勢和劣勢 17
1.6.1 區(qū)塊鏈的優(yōu)勢 17
1.6.2 區(qū)塊鏈的劣勢 17
1.6.3 區(qū)塊鏈面臨的問題 19
第2章 區(qū)塊鏈的基礎知識 21
2.1 區(qū)塊鏈的體系架構 22
2.2 區(qū)塊鏈的分類 25
2.2.1 根據(jù)準入規(guī)則劃分 25
2.2.2 根據(jù)鏈與鏈的關系劃分 26
2.2.3 根據(jù)適用范圍劃分 27
2.3 密碼技術 27
2.3.1 公鑰加密體制 27
2.3.2 橢圓曲線密碼算法 30
2.4 哈希算法 31
2.4.1 哈希值的特性 31
2.4.2 哈希函數(shù)處理過程 32
2.4.3 常用的哈希算法 32
2.4.4 SHA256算法 33
2.5 Merkle樹 36
2.5.1 Merkle樹的定義 36
2.5.2 各平臺中的Merkle樹 37
2.5.3 Merkle樹遍歷算法 38
2.6 區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)模型 40
2.6.1 基于交易的模型 40
2.6.2 基于賬戶的模型 41
2.7 區(qū)塊鏈的關鍵技術 41
2.7.1 共識機制 41
2.7.2 智能合約 42
第3章 常用的共識算法 43
3.1 共識算法概述 44
3.1.1 共識算法的發(fā)展 44
3.1.2 共識算法的模型 47
3.1.3 共識算法的分類 48
3.1.4 共識算法的評價標準 49
3.2 分布式系統(tǒng)一致性問題 50
3.2.1 分布式系統(tǒng)模型 50
3.2.2 一致性重要定理 51
3.2.3 一致性算法 54
3.2.4 區(qū)塊鏈的一致性問題 55
3.3 PBFT算法 56
3.3.1 系統(tǒng)假設 56
3.3.2 PBFT算法的角色 56
3.3.3 PBFT算法的共識流程 57
3.4 PoW算法 60
3.4.1 數(shù)學難題 60
3.4.2 新區(qū)塊驗證 61
3.4.3 長鏈法則 61
3.4.4 PoW算法的安全性 62
3.4.5 基于比特幣PoW算法的改進 63
3.4.6 BitcoinNG 65
3.4.7 GHOSTPoW共識機制 66
3.5 PoS算法 67
3.5.1 PoS算法的基本思想 67
3.5.2 PoS算法的改進 68
3.5.3 PoS算法的特點 69
3.5.4 基于虛擬挖礦的共識算法 70
3.6 DPoS算法 70
3.7 主流共識算法的性能對比 72
第4章 智能合約 73
4.1 智能合約概述 74
4.1.1 智能合約概念的提出 74
4.1.2 智能合約與區(qū)塊鏈 74
4.1.3 智能合約的生命周期 75
4.1.4 智能合約的特點 77
4.2 智能合約架構 79
4.2.1 智能合約模型 79
4.2.2 智能合約基礎架構 80
4.3 智能合約的關鍵技術 83
4.3.1 合約主體 83
4.3.2 數(shù)據(jù)加載方式 84
4.3.3 執(zhí)行環(huán)境 84
4.3.4 驗證方法 85
4.3.5 擴展性的實現(xiàn) 85
4.4 區(qū)塊鏈中的智能合約語言 85
4.4.1 智能合約語言 85
4.4.2 比特幣腳本語言 86
4.4.3 以太坊圖靈完備型語言 87
4.4.4 可驗證型語言 87
4.4.5 賬本智能合約語言 88
4.4.6 智能合約語言比較 89
4.5 區(qū)塊鏈中智能合約的實現(xiàn)技術 90
4.5.1 嵌入式運行 90
4.5.2 虛擬機運行 91
4.5.3 容器式運行 93
4.5.4 以太坊和 賬本智能合約的比較 96
4.6 智能合約的應用 97
4.6.1 金融 97
4.6.2 數(shù)字貨幣 98
4.6.3 管理 98
4.6.4 醫(yī)療 99
4.6.5 物聯(lián)網(wǎng)與供應鏈 99
4.6.6 智能法律合約 100
第5章 區(qū)塊鏈開發(fā)平臺 101
5.1 區(qū)塊鏈開發(fā)平臺簡介 102
5.2 以太坊 103
5.2.1 以太坊的特點 103
5.2.2 以太坊的發(fā)展階段 104
5.3 以太坊的基本概念 106
5.3.1 賬戶 106
5.3.2 交易和消息 107
5.3.3 交易費用 110
5.3.4 以太幣 113
5.3.5 以太坊挖礦 114
5.3.6 狀態(tài)轉換 116
5.4 以太坊基礎 118
5.4.1 以太坊技術架構 118
5.4.2 以太坊區(qū)塊結構 120
5.4.3 叔區(qū)塊 121
5.4.4 Merkle Patricia樹 121
5.5 智能合約和以太坊虛擬機 123
5.5.1 EVM 123
5.5.2 智能合約 125
5.6 GHOST協(xié)議 126
5.6.1 以太坊的安全問題 126
5.6.2 叔區(qū)塊的出塊獎勵 127
5.7 挖礦算法 128
5.7.1 數(shù)組定義 128
5.7.2 難度調(diào)整 129
5.7.3 權益證明 130
第6章 Solidity編程基礎 132
6.1 Solidity語言的開發(fā)環(huán)境 133
6.1.1 智能合約的開發(fā)流程 133
6.1.2 安裝Node環(huán)境 134
6.1.3 編程工具準備 138
6.2 Solidity程序框架 139
6.2.1 簡單的Solidity實例 139
6.2.2 Solidity源文件結構 140
6.2.3 合約文件結構 142
6.3 Solidity語言的數(shù)據(jù)類型 146
6.3.1 數(shù)據(jù)類型概述 146
6.3.2 布爾類型 146
6.3.3 整型 146
6.3.4 字節(jié)類型 147
6.3.5 枚舉類型 147
6.3.6 地址類型 148
6.3.7 數(shù)組類型 150
6.3.8 結構類型 151
6.3.9 字符串類型 151
6.3.10 映射 152
6.4 Solidity的控制結構 153
6.4.1 條件語句 153
6.4.2 循環(huán)語句 154
6.4.3 三目運算符 156
6.5 Solidity函數(shù) 157
6.5.1 函數(shù)的定義 157
6.5.2 函數(shù)的調(diào)用方式 160
6.5.3 構造函數(shù) 161
第7章 智能合約實例 163
7.1 電子投票系統(tǒng) 164
7.1.1 電子投票概述 164
7.1.2 主要的數(shù)據(jù)結構 164
7.1.3 主要的函數(shù)解析 165
7.2 公開拍賣系統(tǒng)和盲拍賣系統(tǒng) 168
7.2.1 公開拍賣系統(tǒng) 168
7.2.2 盲拍賣系統(tǒng) 171
7.3 安全的遠程購買合約 176
7.3.1 主要的數(shù)據(jù)結構 177
7.3.2 主要函數(shù)解析 177
7.4 微支付通道 179
7.4.1 創(chuàng)建及驗證簽名 179
7.4.2 簡單的支付通道 182
7.4.3 驗證支付 185
參考文獻 187