区块链核心技术与应用

知名专家联袂推荐，实力专家联合撰写，全面性、透彻性毋庸置疑。深度讲解区块链核心技术、平台与应用开发，涵盖架构、共识、加密、P2P、比特币、以太坊、Hyperledger、EOS、潜力框架、问题与测评等。本书分为三篇，内容解读如下。

基础篇（第1～6章），着重讲解区块链技术思想、通用架构和核心技术。该部分写作时注意通俗易懂且兼顾全局，是学习基石与蓝图，涵盖区块链思想与价值、通用架构模型、基础概念与核心技术（加密、共识、P2P网络等）。

实战篇（第7～9章），讲解主流的区块链开发平台比特币、以太坊、Hyperledger Fabric的核心机制、技术细节，并给出点对点的电子现金系统、智能合约开发、完整的Fabric网络构建与应用开发三个案例。

进阶篇（10～12章），为进一步提升读者开发能力、眼界与研究方向，涵盖三个方面：① 可能的发展方向，以及一些富有潜力、特色的区块链平台（EOS、Cardano、IOTA等）；② 区块链开发需要考虑的各种问题，包括技术局限、各种安全问题与漏洞、应对措施；③区块链测评，从6个层面和8大类质量指标来设计区块链项目评测点和测试用例。

邹均，广电运通区块链科技有限公司CEO、中关村区块链联盟副秘书长。主编技术畅销书《区块链技术指南》，在领先的国际会议和期刊上发表论文20余篇，其中区块链论文获IEEE ICWS论文奖，共识算法论文由国际期刊《Transaction on Service Computing》收录并刊登。曾荣获澳中校友会“杰出校友奖”、麦考瑞大学“校长奖”。

于斌，现任北邮在线教育投资集团总裁、中国电子学会区块链专委会委员、中关村区块链产业联盟专家，是上海财经大学，亚洲财经商学院特聘教授。北京邮电大学通信与信息系统专业博士，主编《金融科技概论》等专著4本，曾获得科技进步二等奖，教育部一等奖。网络教育、金融科技、区块链等领域专家。

庄鹏， IBM全球服务金融服务部高级顾问经理、资深架构师。14年金融行业架构设计与战略咨询规划经验。拥有服务转型、大型企业级分布式系统架构设计、大数据分析、金融支付方面的丰富实施经验。近三年专注于区块链和分布式账本架构研究，区块链相关应用和数字货币咨询研究，多次作为区块链峰会的讲师、培训专家。

邢春晓，清华大学信息技术研究院和互联网产业研究院副院长，主要研究领域：计算机软件与理论，数据库和数据仓库、大数据管理和分析，知识工程和软件工程、区块链与数字经济、智慧城市（政务，商务，文化和医疗健康）等领域。发表学术论文350余篇，其中SCI 40余篇、EI 150余篇，发明专利40项。

张海宁（Henry Zhang），VMware中国研发中心技术总监，加拿大西蒙弗雷泽大学计算机科学硕士，Harbor开源企业级容器镜像仓库创始人，超级账本Cello项目贡献者，Cloud Foundry中国社区早期技术布道师之一，“亨利笔记”公众号作者。目前着重关注企业区块链应用、容器和云计算等领域的研究和开发工作。

蒋勇，技术畅销书《白话区块链》作者。专注于分布式系统设计，10年企业信息化经历。2012年开始接触比特币及其相关技术，熟悉区块链1代技术（比特币）、2代技术（以太坊、超级账本），并进行过源码级原理研究，目前在进行智能合约安全编译以及多链架构的研发设计。

唐屹，教授，中山大学博士，广州大学数学与信息科学学院信息科学系主任。曾访问美国北卡罗来纳州立大学、香港浸会大学等高校。专注于区块链安全与应用、网络信息安全、分布式计算等领域的研究，为国外知名安全公司开发过椭圆曲线密码软件，获密码科技进步二等奖（省部级）。主持或参与完成多项项目，在国内外学术期刊和会议上发表学术论文多篇。

邵周，中国计算机学会区块链专委会委员、中关村区块链联盟金融专委会专家、TOGAF认证企业架构师、信息安全与风险管理专家，是以结果为导向的技术领导者，也是较早一批关注和实践物联网、区块链等技术的布道者和践行者。研究方向有高性能区块链、分布式存储、分布式算力、可衡量注意力、跨链协同、加密资产锚定等，著有数本科技书籍。目前就职于亚洲基础设施投资银行。

郭莹城，IBM高级软件架构师、咨询师、敏捷开发技术教练、极客、登山爱好者。11年电信、金融、电子政务软件研发经验，参与了新一代深圳证券交易所交易系统，以及多个外资银行的核心系统研发，对Lisp编译器有研究与心得，精通Java、Scala、Go、Python、Ruby、Lisp多种编程语言，Hyperledger与以太坊智能合约研究者，区块链P2P算法专家，IBM区块链研究小组成员。

刘胜，联动优势科技有限公司首席架构师、中国电子学会区块链专委会委员、可信区块链联盟副理事长。承担区块链和数字货币等课题的研究，参与《可信区块链》《支付清算行业可信区块链》等标准编写。20余年移动支付、数字证书认证、安全支付、区块链等领域一线研发和底层架构经验，带领团队自主研发针对行业联盟链场景的区块链底层框架UChains（优链）。提交并公开发明专利50多项，其中区块链专利8项，已授权发明专利5项，曾获2015年北京市科学技术三等奖。

范金刚，食品区块链、金融区块链和能源区块链行业专家，太一云技术股份有限公司常务副总裁、中国区块链生态联盟副理事长、中国电子学会区块链专委会执行秘书长。曾任中关村区块链产业联盟副秘书长。主持开展过区块链基础平台测评工作，组织并策划了第一届中国区块链技术创新应用大赛等活动。2016年在《电力信息与通信技术》杂志上发表学术论文《区块链在能源互联网中的应用》。

张桂刚，清华大学博士后、中国科学院自动化研究所副研究员、研究生导师。主要从事人工智能、大数据及区块链研究。出版专著1部，发表SCI/EI论文60余篇。

陈家豪，广州大学硕士。从2016年开始接触区块链，在读期间主导通用加密货币钱包的开发、区块链网络安全分析等。参与VMware公司区块链即服务项目BOV（Blockchain On Vsphere）开发，是Hyperledger社区Cello项目的代码贡献者之一。擅长虚拟化、区块链安全、密码学应用等技术，熟悉区块链平台比特币、以太坊、超级账本并有相关开发经验。

你要看的都在这：架构设计、底层技术、框架应用、开发难点、测评细节

作者阵容豪华：技术畅销书作者、一线践行者、理论界大咖

目　　录 Contents

作者简介

序一　处于“十字路口”的区块链技术及其应用

序二　用发展的眼光看待区块链

序三　区块链与系统安全

前言

第一篇　核心技术篇

第1章　互联网下半场的主角——区块链 2

1.1　当代互联网的局限 3

1.2　计算模式的演变 4

1.2.1　分布式计算的出现 4

1.2.2　分布式计算的挑战 5

1.2.3　比特币“突围” 6

1.2.4　比特币的局限 8

1.3　区块链的演化路径 9

1.3.1　区块链与互联网意义 9

1.3.2　区块链概念的提出 9

1.3.3　区块链的社会价值和意义 9

1.4　小结 12

第2章　区块链基本概念 13

2.1　区块链技术研究缘由 13

2.1.1　区块链用例描述：比特币 14

2.1.2　区块链需要研究哪些关键技术 17

2.2　区块链模型 18

2.2.1　数据区块 20

2.2.2　链式结构 21

2.2.3　Merkle树 22

2.3　网络通信层关键技术 22

2.4　数据安全与隐私保护关键技术 26

2.5　共识层关键技术 32

2.6　区块链技术标准 33

2.7　小结 34

第3章　区块链架构 36

3.1　区块链架构和传统IT架构的异同 36

3.2　区块链架构模型 37

3.2.1　区块链系统的共性 37

3.2.2　区块链的差异性 40

3.3　区块链的参考模型 42

3.3.1　一个参考架构 42

3.3.2　区块链高阶架构模型 43

3.3.3　区块链跨链本质与架构模型 52

3.3.4　区块链部署模型 56

3.4　区块链的数据模型 58

3.5　区块链的能力模型 62

3.6　小结 64

第4章　密码学 65

4.1　哈希算法 66

4.1.1　密码学哈希函数简介 66

4.1.2　哈希函数的性质及应用 67

4.1.3　区块链中的哈希函数 69

4.2　Merkle树 70

4.2.1　哈希指针 70

4.2.2　Merkle哈希树 72

4.3　公钥密码算法 73

4.3.1　密码算法简介 73

4.3.2　公钥密码算法 74

4.3.3　区块链中使用的椭圆曲线 75

4.3.4　数字证书 75

4.4　数字签名 76

4.4.1　数字签名简介 76

4.4.2　数字签名标准与ECDSA算法 77

4.4.3　其他的数字签名方法 78

4.5　零知识证明 79

4.6　区块链中的隐私问题 80

4.7　小结 82

第5章　共识算法 83

5.1　分布式共识算法背景 83

5.1.1　拜占庭将军问题 85

5.1.2　共识系统的基本定义 88

5.1.3　Fisher-Lynch-Paterson定理 89

5.1.4　CAP定理 91

5.2　强一致性非拜占庭共识算法 93

5.2.1　Viewstamped Replicaton 93

5.2.2　Paxos共识算法 96

5.2.3　其他类Paxos共识协议 98

5.2.4　强一致性非拜占庭共识算法小结 100

5.3　强一致性拜占庭容错共识算法 101

5.4　非强一致共识算法 PoW机制 104

5.5　PoS机制 110

5.5.1　点点币PoS机制 111

5.5.2　NXT PoS机制 112

5.5.3　Tendermint PoS机制 113

5.5.4　Ethereum Casper PoS机制 116

5.5.5　LPoS机制 117

5.5.6　DPoS机制 117

5.6　Ripple共识算法 118

5.7　小结 120

第6章　P2P网络 122

6.1　P2P网络简介 122

6.2　P2P网络核心数据结构与算法 127

6.2.1　P2P网络数据结构与算法 127

6.2.2　主流数据结构DHT与算法 128

6.2.3　区块链P2P网络协议 136

6.3　小结 147

第二篇　实战篇

第7章　比特币 150

7.1　比特币的特点 150

7.2　比特币的P2P网络 153

7.2.1　点对点的钱包节点分类 153

7.2.2　全节点的分布式存储 154

7.2.3　交易和区块在节点间的传播同步 156

7.3　比特币的发行机制 157

7.3.1　总量上限2100万的实现 157

7.3.2　打包区块的原理 158

7.3.3　矿池与矿工的关系 161

7.4　比特币的账号系统 163

7.4.1　私钥与公钥 163

7.4.2　签名信息与校验签名 165

7.4.3　脑口令 165

7.4.4　荣耀地址与批量地址 167

7.4.5　多重签名地址 168

7.4.6　隔离验证SW地址 177

7.5　比特币的生态系统 177

7.6　开发实施一个比特币存证应用 179

7.6.1　环境准备 179

7.6.2　示例程序 182

7.7　小结 184

第8章　以太坊 185

8.1　以太坊关键概念 186

8.2　以太坊的架构 188

8.2.1　以太坊数据模型 189

8.2.2　以太坊的应用架构 195

8.3　以太坊智能合约 197

8.3.1　合约类型和调用示例 197

8.3.2　合约编译和部署过程 199

8.3.3　Solidity高级合约语言 201

8.3.4　案例：构建、编译与部署一个智能合约 203

8.4　以太坊适用场景剖析 216

8.5　小结 217

第9章　超级账本Fabric 218

9.1　Fabric基础架构 219

9.1.1　架构概述 219

9.1.2　主要组件 220

9.1.3　P2P网络 221

9.1.4　通道 222

9.1.5　分布式账本 222

9.1.6　共识机制 223

9.1.7　智能合约（链码） 224

9.1.8　成员服务提供者 225

9.1.9　交易流程 225

9.2　架构详细原理 227

9.2.1　成员身份管理 227

9.2.2　通道的结构 232

9.2.3　链码 238

9.3　应用开发流程 245

9.3.1　前期准备 246

9.3.2　定义Fabric集群 246

9.3.3　启动Fabric集群 248

9.3.4　链码设计 248

9.3.5　链码部署 251

9.3.6　SDK简介 251

9.3.7　应用的API开发 254

9.3.8　界面开发 257

9.3.9　集成 260

9.3.10　测试应用 261

9.3.11　扩展应用中的组织数目 263

9.4　小结 271

第三篇　进阶篇

第10章　其他区块链平台 274

10.1　区块链架构存在的问题和挑战 274

10.2　区块链平台的典型需求和发展方向 276

10.2.1　区块链平台的典型需求 276

10.2.2　区块链平台的发展方向 277

10.3　其他区块链平台 278

10.3.1　以太坊：区块链龙头的转型升级 278

10.3.2　EOS：区块链操作系统 281

10.3.3　Cardano：具有隐私和法规的区块链 289

10.3.4　基于区块链的支付协议：Ripple与Stellar 291

10.3.5　侧链代表：RootStock、Polkadot和Cosmos 294

10.3.6　分片扩容：Zilliqa叫板Visa 296

10.3.7　垮链技术：价值互联网的纽带 297

10.3.8　DAG：区块链的革新 300

10.3.9　Hashgraph：区块链的新竞争者 304

10.3.10　区块链存储 306

10.3.11　安全和隐私保护 310

10.4　一句话解释主要加密货币 310

10.5　小结 312

第11章　区块链常见问题剖析 313

11.1　区块链的技术局限 313

11.1.1　区块链不可能三角 313

11.1.2　数据冗余 313

11.1.3　区块链安全性 314

11.1.4　挖矿和其他共识协议的弱点 315

11.1.5　交易速度 316

11.2　区块链的安全问题 317

11.2.1　51%攻击问题 317

11.2.2　女巫攻击 317

11.2.3　交易所 318

11.2.4　以太坊智能合约安全漏洞 320

11.2.5　区块链安全性的测试指标 321

11.3　挖矿和共识协议的弱点 322

11.3.1　中本聪一失之虑 322

11.3.2　挖矿和算力集中困境 322

11.3.3　其他共识算法及其问题 323

11.4　交易效率问题 323

11.4.1　比特币和以太坊的交易效率困境 323

11.4.2　比特币扩容 324

11.4.3　比特币的隔离验证、闪电网络与侧链 324

11.4.4　基于DAG的提速技术 326

11.4.5　其他提速思路 328

11.5　系统升级维护问题 328

11.5.1　硬分叉史记 328

11.5.2　系统升级维护难题和分叉 329

11.6　小结 329

第12章　区块链评测 330

12.1　评测的难点 331

12.2　评测的策略 333

12.3　应用层评测 337

12.4　合约层评测 338

12.5　激励层评测 340

12.6　共识层评测 341

12.7　网络层评测 345

12.8　数据层评测 345

12.9　辅助工具 347

12.10　小结 350

后记 351