第2章-大數(shù)據(jù)與其他新興技術(shù)的關(guān)系

第2章大數(shù)據(jù)與其他新興技術(shù)的關(guān)系

《大數(shù)據(jù)導(dǎo)論》教材官網(wǎng)：/post/bigdata-introduction/提綱2.1云計(jì)算2.2物聯(lián)網(wǎng)2.3大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系2.4大數(shù)據(jù)與人工智能2.5大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈百度搜索廈門大學(xué)數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站訪問平臺(tái)2.1云計(jì)算2.1.1云計(jì)算概念2.1.2云計(jì)算服務(wù)模式和類型2.1.3云計(jì)算數(shù)據(jù)中心2.1.4云計(jì)算的應(yīng)用2.1.5云計(jì)算產(chǎn)業(yè)2.1.1云計(jì)算概念通過網(wǎng)絡(luò)、以服務(wù)的方式，為千家萬戶提供非常廉價(jià)的IT資源云計(jì)算概念云計(jì)算特點(diǎn)超大規(guī)模計(jì)算、虛擬化、高可靠性和安全性、通用性、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展性、按需服務(wù)、降低成本云計(jì)算示意圖2.1.1云計(jì)算概念水資源獲取方式2.1.1云計(jì)算概念水資源獲取方式——挖井取水（1）初期成本高，周期長(zhǎng)（2）后期需要自己維護(hù)（3）供水量有限2.1.1云計(jì)算概念水資源獲取方式——自來水（1）初期零成本，瞬時(shí)可獲得（2）后期免維護(hù)，使用成本低（3）在供水量方面“予取予求”2.1.1云計(jì)算概念傳統(tǒng)IT資源獲取方式：自建機(jī)房（1）初期成本高，周期長(zhǎng)（2）后期需要自己維護(hù)，使用成本高（3）IT資源供應(yīng)量有限2.1.1云計(jì)算概念企業(yè)不需要自建IT基礎(chǔ)設(shè)施，可以租用云端資源無需自建企業(yè)用戶租用云端資源云計(jì)算（1）初期零成本，瞬時(shí)可獲得（2）后期免維護(hù)，使用成本低（3）在供應(yīng)IT資源量方面“予取予求”2.1.2云計(jì)算服務(wù)模式和類型2.1.2云計(jì)算服務(wù)模式和類型InfrastructureasaServicePlatformasaServiceSoftwareasaServiceSaaSPaaSIaaSGoogleApps,Microsoft“Software+Services”IBMITfactory,GoogleAppEngine,FAmazonEC2,IBMBlueCloud,SunGridServerStorageServerStorageVisualizationInfrastructurePlatformApplication從一個(gè)集中的系統(tǒng)部署軟件，使之在一臺(tái)本地計(jì)算機(jī)上(或從云中遠(yuǎn)程地)運(yùn)行的一個(gè)模型。由于是計(jì)量服務(wù)，SaaS允許出租一個(gè)應(yīng)用程序，并計(jì)時(shí)收費(fèi)IaaS將基礎(chǔ)設(shè)施(計(jì)算資源和存儲(chǔ))作為服務(wù)出租PaaS類似于IaaS，但是它包括操作系統(tǒng)和圍繞特定應(yīng)用的必需的服務(wù)SaaS2.1.3云計(jì)算數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心是云計(jì)算的溫床云計(jì)算推動(dòng)數(shù)據(jù)中心向虛擬化和云架構(gòu)的轉(zhuǎn)型，不斷提高IT基礎(chǔ)架構(gòu)的靈活性，以降低IT、能源和空間成本，從而讓客戶能夠快速地提高業(yè)務(wù)敏捷性“那些正在興建最大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的公司一般都在云計(jì)算方面擁有巨大野心”

--《數(shù)據(jù)中心知識(shí)》雜志主編

RichMiller

2.1.4云計(jì)算的應(yīng)用政務(wù)云上可以部署公共安全管理、容災(zāi)備份、城市管理、應(yīng)急管理、智能交通、社會(huì)保障等應(yīng)用，通過集約化建設(shè)、管理和運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)信息資源整合和政務(wù)資源共享，推動(dòng)政務(wù)管理創(chuàng)新，加快向服務(wù)型政府轉(zhuǎn)型教育云可以有效整合幼兒教育、中小學(xué)教育、高等教育以及繼續(xù)教育等優(yōu)質(zhì)教育資源，逐步實(shí)現(xiàn)教育信息共享、教育資源共享及教育資源深度挖掘等目標(biāo)中小企業(yè)云能夠讓企業(yè)以低廉的成本建立財(cái)務(wù)、供應(yīng)鏈、客戶關(guān)系等管理應(yīng)用系統(tǒng)，大大降低企業(yè)信息化門檻，迅速提升企業(yè)信息化水平，增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力醫(yī)療云可以推動(dòng)醫(yī)院與醫(yī)院、醫(yī)院與社區(qū)、醫(yī)院與急救中心、醫(yī)院與家庭之間的服務(wù)共享，并形成一套全新的醫(yī)療健康服務(wù)系統(tǒng)，從而有效地提高醫(yī)療保健的質(zhì)量2.1.5云計(jì)算產(chǎn)業(yè)云計(jì)算產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，近些年得到了迅速發(fā)展，形成了成熟的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，產(chǎn)業(yè)涵蓋硬件與設(shè)備制造、基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)、軟件與解決方案供應(yīng)商、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）、終端設(shè)備、云安全、云計(jì)算交付/咨詢/認(rèn)證等環(huán)節(jié)2.2物聯(lián)網(wǎng)2.2.1物聯(lián)網(wǎng)的概念2.2.2物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)2.2.3物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用2.2.4物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)2.2.1物聯(lián)網(wǎng)的概念物聯(lián)網(wǎng)是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，它利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等通過新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息化和遠(yuǎn)程管理控制圖

物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.2.2物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)包括識(shí)別和感知技術(shù)（二維碼、RFID、傳感器等）、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與融合技術(shù)等圖

矩陣式二維碼圖

采用RFID芯片的公交卡圖

不同類型的傳感器2.2.3物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能交通、智慧醫(yī)療、智能家居、環(huán)保監(jiān)測(cè)、智能安防、智能物流、智能電網(wǎng)、智慧農(nóng)業(yè)、智能工業(yè)等領(lǐng)域，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用2.2.4物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈主要包括核心感應(yīng)器件提供商、感知層末端設(shè)備提供商、網(wǎng)絡(luò)提供商、軟件與行業(yè)解決方案提供商、系統(tǒng)集成商、運(yùn)營(yíng)及服務(wù)提供商等六大環(huán)節(jié)圖物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈2.3大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)代表了IT領(lǐng)域最新的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，三者既有區(qū)別又有聯(lián)系圖大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)之間的關(guān)系2.4大數(shù)據(jù)與人工智能2.4.1人工智能概念2.4.2人工智能關(guān)鍵技術(shù)2.4.3人工智能的應(yīng)用2.4.4人工智能產(chǎn)業(yè)2.4.5大數(shù)據(jù)與人工智能的關(guān)系2.4.1人工智能概念人工智能（ArtificialIntelligence），英文縮寫為AI，是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以與人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。2.4.2人工智能關(guān)鍵技術(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)知識(shí)圖譜自然語言處理人機(jī)交互計(jì)算機(jī)視覺生物特征識(shí)別AR/VR2.4.2人工智能關(guān)鍵技術(shù)圖2-13機(jī)器學(xué)習(xí)處理過程1.機(jī)器學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)三個(gè)關(guān)鍵詞：算法、經(jīng)驗(yàn)、性能，其處理過程如圖所示。在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過算法構(gòu)建出模型并對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估的性能如果達(dá)到要求，就用該模型來測(cè)試其他的數(shù)據(jù)；如果達(dá)不到要求，就要調(diào)整算法來重新建立模型，再次進(jìn)行評(píng)估。如此循環(huán)往復(fù)，最終獲得滿意的模型來處理其他數(shù)據(jù)。2.4.2人工智能關(guān)鍵技術(shù)2.知識(shí)圖譜知識(shí)圖譜（KnowledgeGraph）又稱為科學(xué)知識(shí)圖譜，在圖書情報(bào)界稱為知識(shí)域可視化或知識(shí)領(lǐng)域映射地圖，是顯示知識(shí)發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一系列各種不同的圖形，用可視化技術(shù)描述知識(shí)資源及其載體，挖掘、分析、構(gòu)建、繪制和顯示知識(shí)及它們之間的相互聯(lián)系。2.4.2人工智能關(guān)鍵技術(shù)3.自然語言處理自然語言處理是計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域與人工智能領(lǐng)域中的一個(gè)重要方向。它研究能實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間用自然語言進(jìn)行有效通信的各種理論和方法。自然語言處理的應(yīng)用包羅萬象，例如：機(jī)器翻譯、手寫體和印刷體字符識(shí)別、語音識(shí)別、信息檢索、信息抽取與過濾、文本分類與聚類、輿情分析和觀點(diǎn)挖掘等2.4.2人工智能關(guān)鍵技術(shù)4.人機(jī)交互人機(jī)交互是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的交互關(guān)系的學(xué)科。系統(tǒng)可以是各種各樣的機(jī)器，也可以是計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)和軟件。人機(jī)交互界面通常是指用戶可見的部分。用戶通過人機(jī)交互界面與系統(tǒng)交流，并進(jìn)行操作。人機(jī)交互是與認(rèn)知心理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等密切相關(guān)的綜合學(xué)科。2.4.2人工智能關(guān)鍵技術(shù)5.計(jì)算機(jī)視覺計(jì)算機(jī)視覺是一門研究如何使機(jī)器“看”的科學(xué)，更進(jìn)一步地說，是指用攝影機(jī)和電腦代替人眼對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和測(cè)量的機(jī)器視覺，并進(jìn)一步做圖形處理，成為更適合人眼觀察或傳送給儀器檢測(cè)的圖像2.4.2人工智能關(guān)鍵技術(shù)6.生物特征識(shí)別生物特征識(shí)別技術(shù)涉及的內(nèi)容十分廣泛，包括指紋、掌紋、人臉、虹膜、指靜脈、聲紋、步態(tài)等多種生物特征，其識(shí)別過程涉及到圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、語音識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等多項(xiàng)技術(shù)2.4.2人工智能關(guān)鍵技術(shù)7.VR/AR虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）是以計(jì)算機(jī)為核心的新型視聽技術(shù)。結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，在一定范圍內(nèi)生成與真實(shí)環(huán)境在視覺、聽覺、觸感等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境。利用TiltBrush在虛擬三維空間里繪畫采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬弓箭2.4.3人工智能的應(yīng)用0203040506070801LOREM智能制造智能家居智能金融智能交通智能安防智能醫(yī)療智能物流智能零售2.4.3人工智能的應(yīng)用1.智能制造智能制造（IntelligentManufacturing，IM）是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等2.4.3人工智能的應(yīng)用2.智能家居智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備（如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、影音服務(wù)器、影柜系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、暖通控制、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時(shí)控制等多種功能和手段2.4.3人工智能的應(yīng)用3.智能金融01智能獲客03大數(shù)據(jù)風(fēng)控05智能客服02身份識(shí)別04智能投資顧問06金融云2.4.3人工智能的應(yīng)用4.智能交通智能交通是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。2.4.3人工智能的應(yīng)用5.智能安防智能安防是兼顧了整體城市管理系統(tǒng)、環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、交通管理系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)等應(yīng)用的綜合體系特別是車聯(lián)網(wǎng)的興起，在公共交通管理上、車輛事故處理上、車輛偷盜防范上可以更加快捷準(zhǔn)確的跟蹤定位處理還可以隨時(shí)隨地的通過車輛獲取更加精準(zhǔn)的災(zāi)難事故信息、道路流量信息、車輛位置信息、公共設(shè)施安全信息、氣象信息等等信息來源2.4.3人工智能的應(yīng)用6.智能醫(yī)療借助于物聯(lián)網(wǎng)/云計(jì)算技術(shù)、人工智能的專家系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)的智能化設(shè)備，可以構(gòu)建起完善的物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療體系，使全民平等地享受頂級(jí)的醫(yī)療服務(wù)，解決或減少由于醫(yī)療資源缺乏，導(dǎo)致看病難、醫(yī)患關(guān)系緊張、事故頻發(fā)等現(xiàn)象2.4.3人工智能的應(yīng)用7.智能物流圖

京東智能分揀使用智能搜索、推理規(guī)劃、計(jì)算機(jī)視覺以及智能機(jī)器人等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸過程的自動(dòng)化運(yùn)作和高效率優(yōu)化管理，提高物流效率2.4.3人工智能的應(yīng)用8.智能零售人工智能在零售領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，無人便利店、智慧供應(yīng)鏈、客流統(tǒng)計(jì)等等都是的熱門方向2.4.4人工智能產(chǎn)業(yè)01020403智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)智能信息及數(shù)據(jù)智能技術(shù)服務(wù)智能產(chǎn)品2.4.4人工智能產(chǎn)業(yè)1.智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)010203智能芯片智能傳感器分布式計(jì)算框架2.4.4人工智能產(chǎn)業(yè)2.智能信息及數(shù)據(jù)在人工智能數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理和分析方面的企業(yè)主要有兩種：一種是數(shù)據(jù)集提供商另一種是數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理和分析綜合性廠商2.4.4人工智能產(chǎn)業(yè)3.智能技術(shù)服務(wù)提供人工智能的技術(shù)平臺(tái)和算法模型提供人工智能的整體解決方案提供人工智能在線服務(wù)2.4.4人工智能產(chǎn)業(yè)4.智能產(chǎn)品智能機(jī)器人智能運(yùn)載工具智能終端自然語言處理計(jì)算機(jī)視覺生物特征識(shí)別VR/AR人機(jī)交互2.4.5大數(shù)據(jù)與人工智能的關(guān)系圖

人工智能和大數(shù)據(jù)的百度指數(shù)2.4.5大數(shù)據(jù)與人工智能的關(guān)系1.人工智能與大數(shù)據(jù)的聯(lián)系人工智能需要數(shù)據(jù)來建立其智能，特別是機(jī)器學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)技術(shù)為人工智能提供了強(qiáng)大的存儲(chǔ)能力和計(jì)算能力2.人工智能與大數(shù)據(jù)的區(qū)別人工智能與大數(shù)據(jù)也存在著明顯的區(qū)別，人工智能是一種計(jì)算形式，而大數(shù)據(jù)是一種傳統(tǒng)計(jì)算，它不會(huì)根據(jù)結(jié)果采取行動(dòng)，只是尋找結(jié)果二者要達(dá)成的目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的手段不同2.5大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈2.5.1從比特幣說起2.5.2區(qū)塊鏈原理2.5.3區(qū)塊鏈定義2.5.4區(qū)塊鏈的應(yīng)用2.5.5大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈的關(guān)系2.5.1從比特幣說起一切的開始比特幣2.5.1從比特幣說起2008年10月31日

中本聰?shù)谋忍貛耪撐摹侗忍貛?一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》2.5.1從比特幣說起2009年1月3日，在位于芬蘭赫爾辛基的服務(wù)器上，至今匿名的神秘技術(shù)極客中本聰生成了第一個(gè)比特幣區(qū)塊，即所謂的比特幣“創(chuàng)世區(qū)塊”2.5.1從比特幣說起在創(chuàng)世區(qū)塊的備注中，中本聰寫入了當(dāng)天英國(guó)《泰晤士報(bào)》的頭版頭條標(biāo)題：TheTimes03/Jan/2009Chancelloronbrinkofsecondbailoutforbanks”

“《泰晤士報(bào)》，2009年1月3日，財(cái)政大臣站在第二次救助銀行的邊緣”2.5.1從比特幣說起5元小明給了我5塊錢小明：5元小紅：0元中本聰為什么要?jiǎng)?chuàng)造比特幣2.5.1從比特幣說起傳統(tǒng)模式：國(guó)家/銀行/權(quán)威機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)記賬小明->小紅5塊錢問題：手續(xù)費(fèi)？中介系統(tǒng)癱瘓、中介違約、中介欺瞞（民生銀行30億假理財(cái)）、甚至是中介耍賴（塞浦路斯對(duì)銀行儲(chǔ)戶一次性征稅）？銀行倒閉？被盜？記錯(cuò)帳？國(guó)家貨幣貶值？超發(fā)貨幣？5元小明給了我5塊錢小明：5元小紅：0元2.5.1從比特幣說起在數(shù)字世界中如何創(chuàng)建一個(gè)無須中介或者說去中心化的數(shù)字現(xiàn)金一直是一個(gè)難題2.5.2區(qū)塊鏈原理貨幣最重要的行為就是交易，交易會(huì)產(chǎn)生記錄法幣是由我們信任的中心化機(jī)構(gòu)（政府、銀行）記賬我們的信任往往會(huì)被辜負(fù)為了避免以上問題，是否有一種貨幣可以不用中心化機(jī)構(gòu)來記賬，這也是比特幣發(fā)行的初衷編號(hào)轉(zhuǎn)賬人收款人金額……………………501王小明陳云20502張一山劉大虎80503林彤文司馬鷹松500504李文全趙明亮180505央行1000506央行某某1000……………………1.從記賬開始講起2.5.2區(qū)塊鏈原理不由傳統(tǒng)的“可信”的中介機(jī)構(gòu)記賬，那么誰來記賬？怎樣保證新的記賬者不會(huì)篡改交易記錄呢？黑客攻擊篡改交易記錄怎么辦？這就是比特幣要解決的第一個(gè)問題：防篡改2.比特幣要解決的第一個(gè)問題：防篡改2.5.2區(qū)塊鏈原理哈希函數(shù)的作用將任意長(zhǎng)度的字符串，轉(zhuǎn)變成固定長(zhǎng)度的輸出（比如256位），輸出的值就被稱為哈希值很難找到兩個(gè)不同的x和y，使得h(x)=h(y)，也就是說，兩個(gè)不同的輸入，會(huì)有不同的輸出根據(jù)已知的輸出，很難找到對(duì)應(yīng)的輸入圖2-27使用哈希函數(shù)轉(zhuǎn)換的效果2.5.2區(qū)塊鏈原理圖2-28把一個(gè)大賬本拆分成很多個(gè)區(qū)塊2.5.2區(qū)塊鏈原理在每個(gè)區(qū)塊上，增加區(qū)塊頭，其中記錄了父區(qū)塊的哈希值通過每個(gè)區(qū)塊存儲(chǔ)父區(qū)塊的哈希值，把所有區(qū)塊按照順序組織起來，形成區(qū)塊鏈圖2-29區(qū)塊鏈?zhǔn)疽鈭D2.5.2區(qū)塊鏈原理區(qū)塊鏈如何防止交易記錄被篡改？是否可以解決51%攻擊問題？以2017年11月16日的價(jià)格計(jì)算，在比特幣網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行51%攻擊每天的成本包含大約31.4億美元的硬件成本和560萬美元的電力成本圖2-29區(qū)塊鏈?zhǔn)疽鈭D2.5.2區(qū)塊鏈原理區(qū)塊鏈的本質(zhì)比特幣和區(qū)塊鏈的本質(zhì)：就是一個(gè)人人可見的大賬本，只記錄交易核心技術(shù)：通過密碼學(xué)+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，保證賬本記錄不被篡改核心功能：創(chuàng)造信任。法幣依靠政府公信力，比特幣依靠技術(shù)圖2-29區(qū)塊鏈?zhǔn)疽鈭D2.5.2區(qū)塊鏈原理3、在比特幣的世界中如何進(jìn)行交易如何交易：地址和私鑰進(jìn)行交易，需要賬號(hào)和密碼，對(duì)應(yīng)公鑰和私鑰私鑰：一串256位二進(jìn)制數(shù)字。獲取不需要申請(qǐng)，甚至不需要電腦，可以拋硬幣256次來生成地址由私鑰轉(zhuǎn)化而成，地址不能反推私鑰地址即身份，代表了比特幣世界的ID一個(gè)地址（私鑰）產(chǎn)生以后，只有進(jìn)入?yún)^(qū)塊鏈賬本，才被大家知道兩者不同之處：1、銀行卡密碼可以修改，但是，私鑰一旦生成，就無法修改2、銀行卡需要申請(qǐng)，而地址和私鑰自己就可以生成3、銀行卡實(shí)名制，地址和秘鑰是匿名的4、個(gè)人申請(qǐng)銀行卡有限制，但是地址和私鑰可以無限生成圖2-30銀行卡和比特幣的對(duì)比2.5.2區(qū)塊鏈原理在比特幣的世界中，私鑰就是一切2.5.2區(qū)塊鏈原理數(shù)字簽名技術(shù)張三已經(jīng)有了地址、私鑰，想要轉(zhuǎn)賬給李四10元如何將這條交易記錄添加到區(qū)塊鏈中呢？張三通過簽名函數(shù)Sign()，使用自己的私鑰對(duì)本次交易進(jìn)行簽名任何人都可以通過驗(yàn)證函數(shù)Verify()，來驗(yàn)證此次簽名是否由持有張三私鑰的張三本人發(fā)出的，是就返回True，反之返回False。Sign()和Verify()由密碼學(xué)保證不被破解。圖2-31簽名函數(shù)和驗(yàn)證函數(shù)2.5.2區(qū)塊鏈原理4.比特幣要解決的第二個(gè)問題：去中心化記賬中心化記賬的缺點(diǎn)然而歷史上所有由中心化機(jī)構(gòu)記賬的加密數(shù)字貨幣嘗試，都失敗了中心化記賬的缺點(diǎn)：1、拒絕服務(wù)攻擊2、厭倦后停止服務(wù)3、中心機(jī)構(gòu)易被攻擊。比如破壞服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)守自盜，法律終止，政府干預(yù)所以比特幣需要解決第二個(gè)問題：去中心化2.5.2區(qū)塊鏈原理去中心化記賬：人人都可以記賬，每個(gè)人都可以保留完整賬本。任何人都可以下載開源程序，參與P2P網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)聽全世界發(fā)送的交易，成為記賬節(jié)點(diǎn)，參與記賬2.5.2區(qū)塊鏈原理去中心化記賬流程1、某人發(fā)起一筆交易以后，他向全網(wǎng)廣播2、每個(gè)記賬節(jié)點(diǎn)，持續(xù)監(jiān)聽、傳播全網(wǎng)的交易。收到一筆新交易，驗(yàn)證準(zhǔn)確性以后，將其放入交易池，并繼續(xù)向其他節(jié)點(diǎn)傳播3、因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)傳播，同一時(shí)間，不同記賬節(jié)點(diǎn)的交易池不一定相同4、每隔10分鐘，從所有記賬節(jié)點(diǎn)當(dāng)中，按照某種方式抽取1名，將其交易池作為下一個(gè)區(qū)塊，并向全網(wǎng)廣播5、其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)最新的區(qū)塊中的交易，刪除自己交易池中已經(jīng)記錄的交易，繼續(xù)記賬，等待下一次被選中2.5.2區(qū)塊鏈原理如何分配記賬權(quán)（PoW機(jī)制：工作量證明機(jī)制）記賬節(jié)點(diǎn)通過計(jì)算一下數(shù)學(xué)題，來爭(zhēng)奪記賬權(quán)除了從零開始遍歷隨機(jī)數(shù)碰運(yùn)氣以外，沒有其他辦法。解題的過程，又叫挖礦，記賬節(jié)點(diǎn)被稱為礦工誰先解對(duì)，誰就獲得記賬權(quán)某記賬節(jié)點(diǎn)率先找到解，就向全網(wǎng)公布，其他節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證無誤之后，在新區(qū)塊之后，重新開始下一輪計(jì)算，這種方式被稱為PoW圖2-32PoW機(jī)制的數(shù)學(xué)原理2.5.2區(qū)塊鏈原理比特幣全貌區(qū)塊鏈（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+哈希函數(shù)），保證賬本不能被篡改數(shù)字簽名技術(shù)，保證只有自己才能夠動(dòng)自己的賬戶P2P網(wǎng)絡(luò)和POW共識(shí)，保證去中心化的運(yùn)作方式2.5.3區(qū)塊鏈定義區(qū)塊鏈?zhǔn)抢脡K鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗(yàn)證與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問安全的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計(jì)算范式。2.5.3區(qū)塊鏈定義區(qū)塊（Block）記錄一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的交易和狀態(tài)結(jié)果，是對(duì)當(dāng)前賬本狀態(tài)的一次共識(shí)；鏈（Chain）由一個(gè)個(gè)區(qū)塊按照發(fā)生順序串聯(lián)而成，是整個(gè)狀態(tài)變化的日志記錄交易（Transaction）一次操作，導(dǎo)致賬本狀態(tài)的一次改變，如添加一條記錄2.5.4區(qū)塊鏈的應(yīng)用從科技層面來看，區(qū)塊鏈涉及數(shù)學(xué)、密碼學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)編程等很多科學(xué)技術(shù)問題。從應(yīng)用視角來看，簡(jiǎn)單來說，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式的共享賬本和數(shù)據(jù)庫，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集體維護(hù)、公開透明等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)保證了區(qū)塊鏈的“誠(chéng)實(shí)”與“透明”，為區(qū)塊鏈創(chuàng)造信任奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而區(qū)塊鏈豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，基本上都基于區(qū)塊鏈能夠解決信息不對(duì)稱問題，實(shí)現(xiàn)多個(gè)主體之間的協(xié)作信任與一致行動(dòng)。金融領(lǐng)域物流領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域版權(quán)保護(hù)教育行業(yè)數(shù)字政務(wù)公益和慈善實(shí)體資產(chǎn)社交2.5.5大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈的關(guān)系1.大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈的區(qū)別（1）數(shù)據(jù)量。區(qū)塊鏈技術(shù)是分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式，區(qū)塊鏈處理的數(shù)據(jù)量更小，是細(xì)致的處理方式。而大數(shù)據(jù)管理的是海量數(shù)據(jù)，要求廣度和數(shù)量，處理方式上也會(huì)更粗糙。（2）結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化。區(qū)塊鏈?zhǔn)墙Y(jié)構(gòu)定義嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膲K，通過指針組成的鏈，是典型的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而大數(shù)據(jù)需要處理的更多的是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。（3）獨(dú)立和整合。區(qū)塊鏈系統(tǒng)為保證安全性，信息是相對(duì)獨(dú)立的，而大數(shù)據(jù)的重點(diǎn)是信息的整合分析。（4）直接和間接。區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式賬本，本質(zhì)上就是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，而大數(shù)據(jù)指的是對(duì)數(shù)據(jù)的深度分析和挖掘，是一種間接的數(shù)據(jù)。2.5.5大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈的關(guān)系1.大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈的區(qū)