区块链：技术原理与应用实践

本书以全景方式介绍了区块链的过去与未来，从历史背景、基础知识、技术原理、产业应用、发展趋势等方面，讲述了区块链是怎样不断发展、变化并对社会产生影响的。

从区块链1.0时代的数字货币，到区块链2.0时代的数字金融，再到如今的区块链3.0，我们从信息互联网走向了价值互联网。如何用法律法规约束和监管区块链，如何推动区块链应用落地，如何将区块链与5G、大数据、人工智能等技术协同利用，充分发挥新一代信息技术的价值，是当下区块链行业发展的难题。这些在本书中都能得到解答。

区块链发展至今，在如密码学、智能合约、超级账本等关键技术上取得了重大突破，涌现了一大批诸如DAO、DeFi、NFT等优秀应用场景。面向未来，区块链在新能源、碳中和、知识产权、工业互联网等领域，会产生什么样的效应，催生什么样的应用，本书也做了详细探讨。本书对想了解区块链技术的普通用户以及想更深入理解区块链技术的专业人士都是大有裨益的。

本书适合想要系统性、全局性了解当前区块链技术的从业者，想要学习和实践区块链技术的传统IT从业者，研究和探索区块链技术的高校与研究机构人士，以及其他对区块链技术感兴趣的读者。

唐毅，上海和数信息科技集团董事长，苏州科技大学电子信息工程学院兼职教授，中国科学院上海高等研究院和数智能区块链与能源系统应用联合研究实验室副理事长，区块链领域专家。

以全景方式介绍了区块链的过去与未来，详解了区块链基础知识、技术原理、产业应用、发展趋势

前言

提到区块链，绝大部分人第一时间想到的就是比特币，更深一层可能还 会想到数字货币和银行的加密算法。我们之所以要了解区块链，是因为我们 正站在一个时代的分水岭上—工业 4.0。和前几次的工业革命不同，工业 4.0 是利用信息化技术促进产业变革的时代。信息和信用在这个时代变得格外重 要，无论是人工智能还是物联网系统，都必须在非常准确的信息中才能发挥 它应有的作用。

但事实并没有那么美好，由于过去信息都被存储在中心化的数据库中， 掌握数据库的人就有了修改它的权利。信息被篡改的情况时有发生而且防不 胜防，即使是银行这样高度依赖信用体系的机构，也经常出现算错账或者错 误划扣的现象。这就意味着现在社会急需一个技术的出现，能让我们在互联 网上的信息被层层加密，甚至是点对点地掌握信息，最终做到不可篡改。而 加密技术、点对点去中心化传输、不可篡改等这些都正是区块链技术的合集。

区块链技术作为具有革命性意义的新一代信息技术，是各类技术的有机 结合体，其涉及内容多、迭代速度快，全面掌握该技术并非易事。但是从某 种程度上讲，中本聪所创建的比特币和区块链技术不仅仅是一次技术革命， 更是一场伟大的思想革命，这种思想革命对于每个人来说都具有认知升级的 作用。

同时，区块链的发展历程折射出了人类的一种现实处境—很多复杂事 情，不存在所谓的终极解决方案。技术没有边界，思想也没有边界，这就是 区块链世界乃至全人类都无法逃避的宿命。在探索区块链技术的道路上，无 前 言 I I 区块链：技术原理与应用实践 数天才投入其中。了解它，就如同置身一场顶尖的智力追逐赛。这些天才们 是如何从简单的问题中探索出了巨大的世界，又是如何在相互碰撞和相互质 疑的过程中找到了新的方向？

纵观区块链的发展历程，区块链技术发展经历了多少次的尝试已经没有 人能数得清了：从 1992 年密码朋克组织的诞生，到哈希算法的出现，再到比 特币、以太坊等。本书详细讲解了区块链发展的 30 年历程，精细化拆解了区 块链技术的工作原理、技术构成以及对应的方法论等。除了区块链技术和加 密法的碰撞之外，本书以日常生活中的事例出发，带来大量系统有趣的知识。

通过本书，可以即刻收获以下知识：

（1）了解数字货币的核心价值，防止上当受骗。本书讲解了比特币的 概念和工作原理，数字资产钱包的概念，以及矿工、挖矿等术语。带领读者 了解这些技术的细节和背后的核心价值，这些稳固的知识，会帮助读者分辨 出什么是真正的数字资产，什么又是骗局。

（2）了解区块链的构成，以及智能合约和以太坊的技术原理。本书系 统地讲解了区块链是如何构成的，它包含了哪些重要的知识点，以及这些知 识点还可以被运用到什么地方等常识。只有将这些碎片化的知识构建成一个 框架之后，才能令读者系统和正确地掌握区块链的核心，真正对区块链有所 了解。

（3）体会区块链技术的理论来源。没有理论就没办法构成技术，区块 链的发展就是在一本又一本白皮书的出现之后才有了技术的发展。其实不只 是区块链，任何一种引领时代的新技术都是如此。而本书可以为读者解惑什 么才是区块链技术的最大推动力，从而令读者可以对区块链技术多一分敬畏。

第一章69 区块链的发展历史

1.1 区块链的史前时代2

1.1.1 密码朋克组织 2

1.1.2 经济危机与比特币诞生前夜 4

1.2 公有链浪潮6

1.2.1 比特币诞生后的历程 6

1.2.2 暗网与竞争币10

1.2.3 DPoS 机制和以太坊15

1.3 神秘极客—中本聪 19

第二章69 区块链的基本概念

2.1 区块链的概念及原理 24

2.1.1 数字资产不等于货币24

2.1.2 不同的账本我们应该听谁的25

2.1.3 账本所有权问题28

2.1.4 为什么记账29

2.1.5 记账的千年演变史31

2.1.6 区块高度和记账本33

目 录

I V

区块链：技术原理与应用实践

2.1.7 区块链资产钱包35

2.1.8 共识，人类协作的新方式38

2.1.9 博弈论：区块链共识的理论基础40

2.1.10 为什么在区块链世界里达成共识那么难42

2.2 智能合约 46

2.2.1 智能合约的起源46

2.2.2 智能合约的诞生48

2.3 区块链的“三观” 49

2.3.1 区块链的世界观：为解决信任问题而生49

2.3.2 区块链的历史观：数字文明的新篇章51

2.3.3 区块链的价值观：科技向善52

2.4 去中心化 54

2.4.1 去中心化并非去掉中心54

2.4.2 去中心化世界要怎么解决安全问题56

2.4.3 监管与去中心化是否有冲突，两者能否共存58

2.5 密码学 61

2.5.1 密码学去魅：我们为什么要从俚语开始讲起61

2.5.2 密码学的发展史65

2.5.3 RSA 加密：区块链为什么绝对安全68

2.5.4 概率论：数学让密码学进化71

2.5.5 维吉尼亚密码：没有人想用的强悍加密法74

2.5.6 《密码法》的颁布对区块链行业会带来哪些影响77

第三章69 区块链技术与应用

3.1 区块链技术 81

3.1.1 分布式自治组织81

3.1.2 零知识证明：虚拟的可信第三方83

3.1.3 隔离见证87

3.1.4 区块链预言机91

V

目　录

3.1.5 分叉：性格不合也能理直气壮地分开94

3.1.6 安全多方计算：对区块链至关重要96

3.1.7 知识图谱：工业互联网一定要用到它99

3.1.8 IPFS：区块链不可能三角的可能解 101

3.1.9 数字孪生技术：在虚拟与现实之间 104

3.1.10 DIKW 模型：数据要素的特征和价值 106

3.1.11 闪电网络：改变加密消息传递方式 110

3.1.12 区块链和同态加密技术：数据安全的“防弹衣” 113

3.1.13 门限签名：资产安全技术的新方向 115

3.1.14 分片技术 118

3.1.15 侧链：区块链扩容 122

3.1.16 数字签名与数字证书 125

3.2 区块链应用129

3.2.1 区块链可以解决什么样的问题 130

3.2.2 区块链应该做什么 132

3.2.3 数字账户如何重塑账户体系 136

3.2.4 区块链 + 人工智能：改变商业的格局 138

3.2.5 区块链 + 智慧城市，如何打造链上可信城市 141

3.2.6 区块链在知识产权领域的实际作用 144

3.2.7 区块链带来金融服务下沉与迭代 147

3.2.8 区块链技术正在构建新的经济体 150

3.2.9 区块链对支付系统的影响（一）：法定货币的 Token 化 153

3.2.10 区块链对支付系统的影响（二）：稳定币和央行数字货币之间的区别 157

3.2.11 工业互联网的底层技术：基于区块链分布式治理架构 163

3.2.12 区块链商业化的推动力：跨链技术如何拓宽区块链的实用性 165

3.2.13 新基建技术核心：区块链与隐私计算 168

3.2.14 数字身份与区块链结合，如何实现多重身份的交叉管理 170

3.2.15 区块链和分布式存储设施结合：如何构建新一代的数据基础设施 176

V I

区块链：技术原理与应用实践

第四章69 关于区块链的 20 个问题

4.1 DCEP：央行数字货币到底会带来什么181

4.2 为什么说数字人民币是 M0183

4.3 加密资产背后的价值到底是什么188

4.4 加密资产和游戏币有什么不同190

4.5 加密经济学的未来在哪192

4.6 我的数据为什么我自己做不了主194

4.7 让全世界都感到害怕：扎克伯格和他的 Libra 凭什么196

4.8 都是应用，App 和 DApp 之间有什么区别199

4.9 通证经济在什么地方行得通201

4.10 从身份到契约，什么是价值交换的基础204

4.11 万物皆可上链吗209

4.12 如何看待区块链的生产关系转变 211

4.13 随机数对区块链的重要影响有哪些216

4.14 机器间的大规模协作，需要区块链做什么219

4.15 如何理解价值互联网的 DAO 去中心化治理222

4.16 区块链如何成为大规模价值结算协议226

4.17 如何从 2008 年美国次贷危机看 DeFi 的发展以及行业走向231

4.18 DeFi 构建的去中心化货币市场是什么237

4.19 为什么 NFT 能震动艺品市场239

4.20 Web 3.0，区块链赋能以后会有什么新机遇243

附录69 全球化 2.0 是在分布式经济状态下进行的