信息技術(shù)導(dǎo)論-區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈技術(shù)

10.1區(qū)塊鏈的基本概念10.10區(qū)塊鏈的應(yīng)用場(chǎng)景本章內(nèi)容10.2區(qū)塊鏈的核心技術(shù)

掌握區(qū)塊鏈的基本概念

熟悉區(qū)塊鏈的核心技術(shù)理解區(qū)塊鏈的特性教學(xué)目標(biāo)

了解區(qū)塊鏈的應(yīng)用場(chǎng)景10.1區(qū)塊鏈的概念

10.1區(qū)塊鏈的概念

第十章

10.1.1數(shù)字貨幣講到區(qū)塊鏈，數(shù)字貨幣是我們繞不開的一個(gè)話題。貨幣是人類發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重大發(fā)明，主要用于流通買賣。實(shí)物貨幣貨幣的形態(tài)經(jīng)理了多個(gè)階段：代用貨幣金屬貨幣信用貨幣數(shù)字貨幣電子貨幣計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

貨幣的弊端現(xiàn)實(shí)生活中很多人認(rèn)為信用卡相對(duì)紙幣形式更方便。相對(duì)于信用卡這樣的集中式支付體系來(lái)說(shuō)，紙幣提供了更好的匿名性。另外，一旦碰到系統(tǒng)故障、斷網(wǎng)、沒(méi)有刷卡機(jī)器等情況，信用卡就不可用了。所以說(shuō)無(wú)論是紙幣還是信用卡模式，都需要額外的系統(tǒng)（例如銀行）來(lái)完成生產(chǎn)、分發(fā)、管理等操作，帶來(lái)很大的額外成本和使用風(fēng)險(xiǎn)。諸如偽造、信用卡詐騙、盜刷、轉(zhuǎn)賬等安全事件屢見不鮮。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

貨幣的弊端有人會(huì)說(shuō)，當(dāng)前銀行貨幣形式都是數(shù)字化的，我們的資產(chǎn)都是通過(guò)賬號(hào)來(lái)記錄的。這點(diǎn)說(shuō)的沒(méi)有問(wèn)題，這種模式也有人稱為“數(shù)字貨幣1.0時(shí)代”，但是它的本質(zhì)上是有一個(gè)安全可靠的第三方記賬機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

貨幣的弊端這種中心化控制下的數(shù)字貨幣實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，但需要一個(gè)中心管控系統(tǒng)。但是，很多時(shí)候并不存在一個(gè)安全可靠的第三方記賬機(jī)構(gòu)來(lái)充當(dāng)這個(gè)中心管控的角色。例如，貿(mào)易兩國(guó)可能缺乏足夠的外匯儲(chǔ)備；網(wǎng)絡(luò)上的匿名雙方進(jìn)行直接買賣；交易的兩個(gè)機(jī)構(gòu)彼此互不信任，找不到雙方都認(rèn)可的第三方擔(dān)保；匯率的變化；可能無(wú)法連接到第三方的系統(tǒng)；第三方的系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)故障等情況計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

數(shù)字貨幣綜上所述，我們需要一種數(shù)字貨幣，不僅能保持既有貨幣的這些特性，還能消除紙質(zhì)貨幣的缺陷，這種貨幣類型無(wú)疑將帶來(lái)巨大的社會(huì)變革，極大提高經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的運(yùn)作效率。我們需要的是一個(gè)不存在第三方記賬機(jī)構(gòu)的情況下，可以交易的數(shù)字貨幣。這種貨幣主要解決的以下幾個(gè)難題：（1）判定貨幣的真?zhèn)危?）雙方貨幣的交易（3）避免其他貨幣類型帶來(lái)的雙重支付計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

比特幣比特幣出現(xiàn)之前已經(jīng)存在一些數(shù)字貨幣，但它們或多或少都依賴一個(gè)第三方系統(tǒng)的信用擔(dān)保。直到比特幣的出現(xiàn)將工作量證明機(jī)制與共識(shí)機(jī)制結(jié)合到一起，首次實(shí)現(xiàn)了一套去中心化的數(shù)字貨幣系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

比特幣的特點(diǎn)比特幣可以做傳統(tǒng)貨幣能做的所有事，例如買賣商品、給個(gè)人或組織匯款、貸款。比特幣能中立、公正、無(wú)法被篡改地記錄發(fā)生過(guò)的每一筆交易不同于傳統(tǒng)貨幣，比特幣是完全虛擬的。它不但沒(méi)有實(shí)體，本質(zhì)上也沒(méi)有一種虛擬物品代表比特幣。比特幣隱含在收發(fā)幣的轉(zhuǎn)賬記錄中。用戶只要有證明其控制權(quán)的密鑰，用密鑰解鎖，就可以發(fā)送比特幣。這些密鑰通常存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的數(shù)字錢包里。擁有密鑰是使用比特幣的唯一條件，這讓控制權(quán)完全掌握在每個(gè)人手中比特幣是一個(gè)分布式的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此沒(méi)有“中央”服務(wù)器，也沒(méi)有中央發(fā)行機(jī)構(gòu)。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

發(fā)展與展望比特幣與法定貨幣的兌換價(jià)格也伴隨著比特幣概念的炒作水漲船高，我國(guó)明令禁止數(shù)字幣的交易。如果你還在自我沉醉在比特幣的世界，那你就完全走錯(cuò)了。隨著比特幣的火爆，各國(guó)真正開始關(guān)注的是比特幣背后的區(qū)塊鏈技術(shù)。目前，區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)脫離開比特幣，在包括金融、貿(mào)易、征信、物聯(lián)網(wǎng)、共享經(jīng)濟(jì)等諸多領(lǐng)域嶄露頭角?，F(xiàn)在當(dāng)人們提到“區(qū)塊鏈”時(shí)，往往已經(jīng)與比特幣沒(méi)有直接聯(lián)系了，除非特別指出是承載比特幣交易系統(tǒng)的“比特幣區(qū)塊鏈”。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

區(qū)塊鏈起源區(qū)塊鏈技術(shù)起源于化名為“中本聰”（SatoshiNakamoto）的學(xué)者在2008年發(fā)表的奠基性論文《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子現(xiàn)金系統(tǒng)》。狹義來(lái)講，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N按照時(shí)間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連的方式組合成的一種鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以密碼學(xué)方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。廣義來(lái)講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)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(lái)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(wèn)的安全、利用由自動(dòng)化腳本代碼組成的智能合約來(lái)編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計(jì)算范式。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

區(qū)塊鏈本質(zhì)區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？它本質(zhì)是自帶信任化和防止篡改的分布式記錄系統(tǒng)。首先，區(qū)塊鏈的主要作用是儲(chǔ)存信息。任何需要保存的信息，都可以寫入?yún)^(qū)塊鏈，也可以從里面讀取，所以它是數(shù)據(jù)庫(kù)。其次，任何人都可以架設(shè)服務(wù)器，加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。區(qū)塊鏈的世界里面，沒(méi)有中心節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是平等的，都保存著整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。你可以向任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，寫入/讀取數(shù)據(jù)，因?yàn)樗泄?jié)點(diǎn)最后都會(huì)同步，保證區(qū)塊鏈一致。最后，區(qū)塊鏈技術(shù)支持一組特定的參與方共享數(shù)據(jù)。它可以收集和共享多個(gè)來(lái)源的事務(wù)數(shù)據(jù)，能夠?qū)?shù)據(jù)細(xì)分為以加密哈希形式的唯一標(biāo)識(shí)符，然后把它鏈接在一起的形成共享區(qū)塊，并通過(guò)單一信息源確保數(shù)據(jù)完整性，消除數(shù)據(jù)重復(fù)，提高數(shù)據(jù)安全性。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

區(qū)塊鏈基本原理區(qū)塊鏈交易過(guò)程涉及基本概念包括：（1）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）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)。（3）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。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

區(qū)塊鏈基本原理區(qū)塊鏈交易過(guò)程如圖上圖所示，如果把區(qū)塊鏈作為一個(gè)狀態(tài)機(jī)，則每次交易就是試圖改變一次狀態(tài)，每次生成區(qū)塊就是參與者對(duì)于其中包括的所有交易改變狀態(tài)的結(jié)果確認(rèn)。在操作過(guò)程中，首先假設(shè)存在一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)記錄本（這方面的技術(shù)相對(duì)成熟），這個(gè)記錄本只允許添加，不允許刪除。其結(jié)構(gòu)是一個(gè)線性的鏈表，由一個(gè)個(gè)“區(qū)塊”串聯(lián)組成，這也是其名稱“區(qū)塊鏈”的來(lái)源。新的數(shù)據(jù)要加入，必須放到一個(gè)新的區(qū)塊中加入。而這個(gè)塊（以及塊里的交易）是否合法，可以通過(guò)一些手段快速檢驗(yàn)出來(lái)。維護(hù)節(jié)點(diǎn)都可以提議一個(gè)新的區(qū)塊，然而必須經(jīng)過(guò)一定的共識(shí)機(jī)制來(lái)對(duì)最終選擇的區(qū)塊達(dá)成一致。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

比特幣交易客戶端發(fā)起一項(xiàng)交易后，會(huì)廣播到網(wǎng)絡(luò)中并等待確認(rèn)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)會(huì)將一些等待確認(rèn)的交易記錄打包在一起，組成一個(gè)候選區(qū)塊。然后，試圖找到一個(gè)nonce串（比特幣用在共識(shí)算法中的一個(gè)數(shù)字）放到區(qū)塊里，候選區(qū)塊利用哈希算法（hash）一旦算出來(lái)正確答案，這個(gè)區(qū)塊在格式上就合法了，就可以進(jìn)行全網(wǎng)廣播。大家拿到提案區(qū)塊，進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)確實(shí)符合約定條件了，就承認(rèn)這個(gè)區(qū)塊是一個(gè)合法的新區(qū)塊，被添加到鏈上。當(dāng)然，在實(shí)現(xiàn)上還會(huì)有很多的細(xì)節(jié)。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

區(qū)塊鏈的特性1.不可偽造區(qū)塊鏈的記錄原理需要所有參與記錄的節(jié)點(diǎn)，來(lái)共同驗(yàn)證交易記錄的正確性。由于所有節(jié)點(diǎn)都在記錄全網(wǎng)的每一筆交易，因此，一點(diǎn)出現(xiàn)某節(jié)點(diǎn)記錄的信息和其他節(jié)點(diǎn)不符，其他節(jié)點(diǎn)就不會(huì)承認(rèn)該記錄，該記錄也不會(huì)被寫入?yún)^(qū)塊。2.不可虛構(gòu)當(dāng)發(fā)送者廣播交易信息的時(shí)候，區(qū)塊鏈中參與記錄的節(jié)點(diǎn)需要做的是通過(guò)歷史記錄驗(yàn)證發(fā)送者是否有能力旅行該交易，而不是驗(yàn)證廣播的交易信息是否為真。通過(guò)歷史數(shù)據(jù)的校驗(yàn)功能，區(qū)塊鏈建立了信任的基礎(chǔ)，也保證了信息的不可虛構(gòu)。3.不可篡改改變某一個(gè)區(qū)塊以及區(qū)塊內(nèi)的交易信息幾乎不可能的。如果該區(qū)塊被改變，那么之后的每一個(gè)區(qū)塊都將被改變。因此試圖篡改數(shù)據(jù)的人必須同時(shí)入侵至少全球參與記錄的51%的節(jié)點(diǎn)來(lái)篡改數(shù)據(jù)。以上從技術(shù)角度上來(lái)講，幾乎不可能的。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

區(qū)塊鏈的分類公開鏈，顧名思義，任何人都可以參與使用和維護(hù)，典型的如比特幣區(qū)塊鏈，信息是完全公開的。如果引入許可機(jī)制，包括私有鏈和聯(lián)盟鏈兩種。私有鏈則是集中管理者進(jìn)行限制，只能得到內(nèi)部少數(shù)人可以使用，信息不公開。聯(lián)盟鏈則介于兩者之間，由若干組織一起合作維護(hù)一條區(qū)塊鏈，該區(qū)塊鏈的使用必須是有權(quán)限的管理，相關(guān)信息會(huì)得到保護(hù)，典型如銀聯(lián)組織。10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是區(qū)塊鏈系統(tǒng)連接各對(duì)等節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)技術(shù)，學(xué)術(shù)界將其翻譯為對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，在多數(shù)媒體上則被稱為“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”或“端對(duì)端”網(wǎng)絡(luò)，是建構(gòu)在互聯(lián)網(wǎng)上的一種連接網(wǎng)絡(luò)。不同于中心化網(wǎng)絡(luò)模式，P2P網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)地位平等，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有相同的網(wǎng)絡(luò)權(quán)力，不存在中心化的服務(wù)器。所有節(jié)點(diǎn)間通過(guò)特定的軟件協(xié)議共享部分計(jì)算資源、軟件或者信息內(nèi)容。在比特幣出現(xiàn)之前，P2P網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)已被廣泛用于開發(fā)各種應(yīng)用，如即時(shí)通信軟件、文件共享和下載軟件、網(wǎng)絡(luò)視頻播放軟件、計(jì)算資源共享軟件等。P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是構(gòu)成區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)的核心技術(shù)之一。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

非對(duì)稱加密算法指使用公私鑰對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸進(jìn)行加密和解密。公鑰可公開發(fā)布，用于發(fā)送方加密要發(fā)送的信息，私鑰用于接收方解密接收到的加密內(nèi)容。公私鑰對(duì)計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，主要用于加密較少的數(shù)據(jù)。常用的非對(duì)稱加密算法有RSA和ECC。對(duì)稱加密技術(shù)在區(qū)塊鏈的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括信息加密、數(shù)字簽名和登錄認(rèn)證等，在區(qū)塊鏈的價(jià)值傳輸中，要利用公鑰和私鑰來(lái)識(shí)別身份。1．信息加密：確保信息的安全性、由信息發(fā)送者A使用接受者B的公鑰對(duì)信息加密后，再發(fā)送給B，B利用自己的私鑰對(duì)信息解密。比特幣交易的加密即屬于此場(chǎng)景。2．?dāng)?shù)字簽名：確保數(shù)字簽名的歸屬性、由發(fā)送者A采用自己的私鑰加密信息后發(fā)送給B，B使用A的公鑰對(duì)信息解密、從而可確保信息是由A發(fā)送的。3．登錄認(rèn)證：是由客戶端使用私鑰加密登錄信息后，發(fā)送給服務(wù)器，后者接收后采用該客戶端的公鑰解密并認(rèn)證登錄信息。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

非對(duì)稱加密算法如在比特幣交易過(guò)程中，公鑰和私鑰、比特幣地址的生成也是由非對(duì)稱加密算法來(lái)保證的。這樣不對(duì)稱的加密方式，增強(qiáng)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式交易的安全性。對(duì)稱加密雙方使用相同的密鑰，如果一方的密鑰遭泄露，那么整個(gè)通信就會(huì)被破解。而非對(duì)稱加密使用一對(duì)密鑰，一個(gè)用來(lái)加密，一個(gè)用來(lái)解密，而且公鑰是公開的，密鑰是自己保存的，在通信前不需要先同步密鑰，避免了在同步私鑰過(guò)程中被黑客盜取信息的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

分布式賬本分布式賬本是一種數(shù)據(jù)庫(kù)類型，可在分散網(wǎng)絡(luò)的成員之間共享，復(fù)制和同步。分布式賬本記錄網(wǎng)絡(luò)參與者之間的交易，例如資產(chǎn)或數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)的參與者對(duì)分布式賬本中記錄的更新進(jìn)行管理并達(dá)成共識(shí)。不涉及中央機(jī)構(gòu)或第三方調(diào)解人，例如金融機(jī)構(gòu)或票據(jù)交換所。分布式賬本中的每個(gè)記錄都有一個(gè)時(shí)間戳和唯一的加密簽名，從而使分布式賬本中的所有交易都可以被審核，并不會(huì)被篡改。不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的數(shù)字化所有權(quán)記錄（因不需要中央管理員或中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）；這種賬本能在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)之間相互復(fù)制，且各項(xiàng)交易均由私鑰簽署。計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

分布式賬本

先定一個(gè)小目標(biāo)！

存儲(chǔ)的是什么？理論上可以記錄一定量的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，至于是音頻還是文本、視頻都沒(méi)有區(qū)別，但是受制于區(qū)塊大小限制和交易手續(xù)費(fèi)，很少有人會(huì)用保存大量數(shù)據(jù)。在這個(gè)賬本里存儲(chǔ)的資產(chǎn)可以是金融、法律定義上的實(shí)體，也可以是電子的資產(chǎn)計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

分布式賬本

先定一個(gè)小目標(biāo)！

誰(shuí)在記賬？每產(chǎn)生一筆交易，就需要有人進(jìn)行記賬。在現(xiàn)實(shí)生活中，是由會(huì)計(jì)做這件事情；而在加密貨幣的世界中，是由礦工做這件事情。作為激勵(lì)，我們則需要支付一定的手續(xù)費(fèi)給礦工，例如0.00000001個(gè)比特幣

第十章

分布式賬本在傳統(tǒng)記賬方式中，出現(xiàn)過(guò)漏賬、假賬等情況1、整個(gè)系統(tǒng)中所有參與的用戶都能看到這個(gè)記賬過(guò)程，安全得多2、分布式記賬是通過(guò)權(quán)益證明（Token）來(lái)激勵(lì)用戶參與系統(tǒng)記賬（使用分布式賬本）（傳統(tǒng)記賬方式）10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

第十章

共識(shí)機(jī)制10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

智能合約先定一個(gè)小目標(biāo)！

什么是智能合約？本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，智能合約是一段程序，它以計(jì)算機(jī)指令的方式實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)合約的自動(dòng)化處理。簡(jiǎn)單講，智能合約就是雙方在區(qū)塊鏈資產(chǎn)上交易時(shí)，觸發(fā)執(zhí)行的一段代碼，這段代碼就是智能合約?！爸悄芎霞s程序不只是一個(gè)可以自動(dòng)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，它本身就是一個(gè)系統(tǒng)參與者，對(duì)接收到的信息進(jìn)行回應(yīng)，可以接收和儲(chǔ)存價(jià)值，也可以向外發(fā)送信息和價(jià)值。這個(gè)程序就像一個(gè)可以被信任的人，可以臨時(shí)保管資產(chǎn)，總是按照事先的規(guī)則執(zhí)行操作。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)就是，你可以提前規(guī)定好合約的內(nèi)容，當(dāng)在滿足觸發(fā)合約條件的時(shí)候，程序就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行合約內(nèi)容計(jì)算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

智能合約執(zhí)行步驟多方用戶