信息技術（第2版）（拓展模塊）拓展模塊6 區(qū)塊鏈；7 教案修改

2/12課題名稱模塊6區(qū)塊鏈授課類型理實一體授課對象授課課時所授課程授課地點所授教材一、學情分析本課程授課對象為高職各專業(yè)大一學生，課程開設在大一第二學期，學生情況在知識儲備、學習特點和信息素養(yǎng)的情況如下。1.知識儲備學生在高職或高中已經學習了信息技術課程，并且在大一第一學期已經完成了高職信息技術（基礎模塊）的學習，具備了基礎的信息技術知識和技能。2.學習特點授課對象都是零零后的學生，在學習方面表現(xiàn)出如下特點。（1）喜歡實踐動手操作，厭煩枯燥乏味的理論講解；（2）喜歡任務式引導，情境設定，參與其中，厭煩平淡無極的說教；（3）樂于接受可視化教學資源，反感靜態(tài)紙質學習材料；（4）偏愛顆?；⒛K化的學習過程，排斥時間冗長的教學過程；（5）對挑戰(zhàn)性的題目感興趣，對基礎性題目求知欲偏低；（6）喜好電腦與互聯(lián)網的應用，線上操作所見即所得可以引發(fā)學習興趣。3.信息素養(yǎng)學生通過高職或高中信息技術課程的學習，具備了基礎的信息技術學科素養(yǎng)，但是在數(shù)字化學習與創(chuàng)新方面仍需加強二、教學內容1.知識目標2.能力目標初步掌握初步掌握3.素養(yǎng)目標通過小組學習，培養(yǎng)與人溝通、協(xié)同工作、口才表達等能力1.教學重點八、教學環(huán)節(jié)教學環(huán)節(jié)教學內容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)一課程導入與學習任務(10分鐘)區(qū)塊鏈是分布式數(shù)據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式。從本質上說，區(qū)塊鏈是一個分布式的共享賬本和數(shù)據庫，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集體維護、公開透明等特點，在金融、供應鏈、公共服務、數(shù)字版權等領域具有廣泛的應用前景。本主題包含區(qū)塊鏈基礎知識、區(qū)塊鏈應用領域、區(qū)塊鏈核心技術等內容?！緦W習任務】通過本節(jié)內容的學習，完成下列學習任務：

1.在學習過程中認真復習，梳理記錄好學習筆記；2.8.感受區(qū)塊鏈的魅力，激發(fā)對興趣，拓展視野和思維；9.通過小組學習，培養(yǎng)與人溝通、協(xié)同工作、口才表達等能力；10.完成單元考核評價中的相關任務。教師活動1.介紹區(qū)塊鏈導入。3.介紹區(qū)塊鏈小節(jié)的學習任學生活動2.積極思考，回答問題。3.明確本小節(jié)的學習任務4.思考記錄1.講授教學法，介紹區(qū)塊鏈概述、本節(jié)知識圖譜及學習任務，使學生了解本節(jié)教學內容的全貌教學環(huán)節(jié)教學內容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)二了解區(qū)塊鏈的基本知識(40分鐘)12.1.1區(qū)塊鏈的概念1.區(qū)塊鏈的概念（1）區(qū)塊鏈是什么？簡單來說，它是由現(xiàn)代密碼學保護，并以串聯(lián)方式銜接在一起的交易記錄。你也可以把它理解成N個賬本，每個用戶手里都有一份，內容隨時更新，但只能添加信息，不能修改信息。得到卓克密碼學課簡單來說，就是一套“加密的、分布式的、多方參與的記賬技術”。（2）區(qū)塊鏈的類比案例--石頭貨幣的故事在原始社會，人們通常用不容易大量獲取的物品作為貨幣，例如牲畜、鹽、稀有的貝殼、珍稀鳥類羽毛、寶石、沙金、石頭等。據1910年WilliamHenryFurness出版的《石幣之島》上記載，密克羅尼西亞西部有一個與世隔絕的小島，叫做雅浦島，而在這個原始小部落里，有一種非常特殊的貨幣———石頭幣。如圖6-3所示。島上居民是航行了約400公里，在其他島嶼上，從洞穴和巖石掩體中采集石灰石，并在現(xiàn)場加工成石頭貨幣后運回雅浦島。采集者在公共聚會上向全島居民介紹了新采集的石頭幣,使島上的每個人都知道哪些個人或氏族團體擁有特定石盤的所有權。每個石頭幣都根據尺寸，形狀，均勻度，石材質量和旅途中的風險分配了一個值。經過當?shù)厥最I的檢查和核實后，石頭幣被展示在公共場所，如圖12-3所示。石頭幣的大小、重量和保存的歷史年限，也決定了它具體的價值有多少，能換來多少東西。石頭幣的所有權可以被轉移，比如，作為結婚禮物，送給安全的政治盟友，或者在暴風雨之后與附近島嶼的居民交換食物。這些交易也發(fā)生在全島居民內部。石頭幣有各種大小，最大的直徑能有三五米，而小的只有三四厘米，可以想象，移動石頭幣是一件非常費勁的事情，所以大家在雅浦島上交易的時候，基本是不用把石頭搬來搬去的。需要做的就是——記賬。無論是誰獲得了一個石頭幣，它都保留在原來的位置。更有意思的是，島上有戶人家，祖先曾得到一枚巨大的石頭幣，但在運回雅浦島途中遇到了海難，石頭沉到了大海。但是由于見證者很多，當?shù)氐木用袢匀幌嘈牛m然石頭從物理上來說已經找不到了，但是這戶人家依然擁有這枚石幣代表的價值，他們還是可以用這枚虛擬的石頭幣來購買各種物資。具體的買賣依舊是記在大家的賬本上。這個例子揭示了錢的一個重要屬性：一個經濟體的貨幣系統(tǒng)完全可以是一個大賬本，而錢的流動（你掙了錢還是花了錢），都是一筆筆的記賬。就像你用支付寶花12塊錢買了個麥當勞雞肉漢堡的時候，并沒有什么錢真正在被轉移，而只是阿里巴巴公司記了一筆賬——你的支付寶賬戶里減12塊錢，麥當勞店的賬戶里加12塊錢，就結束了。這個案例有許多區(qū)塊鏈的特征，有助于我們理解區(qū)塊鏈技術。2.區(qū)塊鏈的定義區(qū)塊鏈（英語：blockchain或blockchain）是借由密碼學串接并保護內容的串連交易記錄（又稱區(qū)塊）。每一個區(qū)塊包含了前一個區(qū)塊的加密散列、相應時間戳記以及交易數(shù)據（通常用默克爾樹算法計算的散列值表示），這樣的設計使得區(qū)塊內容具有難以篡改的特性。用區(qū)塊鏈所串接的分布式賬本能讓兩方有效紀錄交易，且可永久查驗此交易。wiki百科區(qū)塊鏈(Blockchain)是一種由多方共同維護，使用密碼學保證傳輸和訪問安全，能夠實現(xiàn)數(shù)據一致存儲、難以篡改、防止抵賴的記賬技術，也稱為分布式賬本技術(DistributedLedgerTechnology)。狹義：區(qū)塊鏈是一種按照時間順序將數(shù)據區(qū)塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數(shù)據結構，并以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。廣義：區(qū)塊鏈技術是利用塊鏈式數(shù)據結構來驗證與存儲數(shù)據、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據、利用密碼學的方式保證數(shù)據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據的一種全新的分布式基礎架構與計算方式。通俗理解：區(qū)塊鏈技術是一種整個系統(tǒng)內所有個體都參與記賬的方式。系統(tǒng)內所有個體（成員）都有一個在系統(tǒng)內部公開的數(shù)據庫，我們可以把這個數(shù)據庫看成是整個區(qū)塊鏈的賬本。在日常生活中，大部分系統(tǒng)都是中心化的，例如：我們去銀行取錢，記賬的是銀行。我們使用的微信，負責記賬的是騰訊。我們使用的支付寶，是阿里在記賬。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的每個個體（成員）都可以有機會參與記賬。在一定時間段內如果有數(shù)據變化，系統(tǒng)中每個個體（成員）都可以來進行記賬，系統(tǒng)會評判這段時間內記賬最快最好的個體（成員），讓他把記錄的內容寫到賬本，并將這段時間內賬本內容對整個系統(tǒng)進行公開，任何個體（成員）都可以隨時查看。這樣系統(tǒng)中的每個個體（成員）都了一本完整的賬本。就這樣，區(qū)塊鏈技術解決了中介信用問題，這也是區(qū)塊鏈的一個重大突破。在區(qū)塊鏈之前，比特幣可能已經被大家所熟知，比特幣是區(qū)塊鏈技術的一種實踐，區(qū)塊鏈不是比特幣。12.1.2區(qū)塊鏈的技術特性區(qū)塊鏈中，交易信息以一個個信息塊的形式記錄，這些塊以鏈條方式，按時間順序連接起來。新生成的交易信息記錄塊，不斷地被加到區(qū)塊鏈中。區(qū)塊鏈是一個賬本，是一個不斷增長的文件，每筆交易按時間順序記錄，它是分布式、去中心化的賬本。區(qū)塊鏈中的記錄是永久性的，一旦交易記入區(qū)塊鏈，它將永久存在，不會被刪除。區(qū)塊鏈中的記錄是不可修改的，一旦交易記入區(qū)塊鏈，就不能修改。區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈使用密碼學技術將信息被鎖定在區(qū)塊鏈中以確保記錄是安全的。區(qū)塊鏈技術具有四個主要特征：去中心化、共識機制、可追溯性以及高度信任。第一，去中心化。區(qū)塊鏈是由眾多節(jié)點共同組成的點對點網狀結構，不依賴第三方中介平臺或硬件設施，沒有中心管制，通過分布式記錄和存儲的形式，各個節(jié)點之間實現(xiàn)數(shù)據信息的自我驗證、傳遞和管理。數(shù)據在每個節(jié)點互為備份，各節(jié)點地位平等共同維護系統(tǒng)功能，因此系統(tǒng)不會因為任意節(jié)點的損壞或異常而影響正常運行，使得基于區(qū)塊鏈的數(shù)據存儲具有較高的安全可靠性。第二，共識機制。共識機制主要指網絡中的所有節(jié)點間如何達成共識的認證原則，去認定一份交易信息的有效性，保證信息的真實可靠。有了該機制，區(qū)塊鏈應用中便無需依賴中心機構來鑒定和驗證某一數(shù)值或交易。共識機制可以減少偽冒交易的發(fā)生，只有超過51%的節(jié)點成員達成共識，數(shù)據交易才能發(fā)生，有利于保證每份副本信息的一致性，建立適用于不同應用場景的交易驗證規(guī)則，從而在效率與安全之間取得平衡。第三，可追溯性。區(qū)塊鏈中的數(shù)據信息全部存儲在帶有時間戳的鏈式區(qū)塊結構里，具有極強的可追溯性和可驗證性。區(qū)塊鏈中任意兩個區(qū)塊間都通過密碼學方法相關聯(lián)，可以追溯到任何一個區(qū)塊的數(shù)據信息。第四，高度信任。區(qū)塊鏈是建立信任關系的新技術，這種信任依賴于算法的自我約束，任何惡意欺騙系統(tǒng)的行為都會遭到其他節(jié)點的排斥和抑制。區(qū)塊鏈技術具有開源、透明的特性，系統(tǒng)參與者能夠知曉系統(tǒng)的運作規(guī)則和數(shù)據內容，任意節(jié)點間的數(shù)據交換通過數(shù)字簽名技術進行驗證，按照系統(tǒng)既定的規(guī)則運行，保證數(shù)據信任。12.1.3區(qū)塊鏈的分類區(qū)塊鏈有三種分類方式，根據網絡范圍劃分為公有鏈(PublicBlockchain)、聯(lián)盟鏈(ConsortiumBlockchain)和私有鏈(PrivateBlockchain)三種,根據部署環(huán)境劃分為主鏈和測試鏈，根據對接類型劃分為單鏈和多鏈，如圖12-10所示。（1）公有區(qū)塊鏈公有區(qū)塊鏈（PublicBlockChains)是指：世界上任何個體或者團體都可以發(fā)送交易，且交易能夠獲得該區(qū)塊鏈的有效確認，任何人都可以參與其共識過程。公有區(qū)塊鏈是最早的區(qū)塊鏈，也是應用最廣泛的區(qū)塊鏈，公有鏈的典型代表是比特幣、以太坊區(qū)塊鏈，任何人都可以通過交易或挖礦讀取和寫入數(shù)據。公有區(qū)塊鏈有開源(OpenSource)和匿名(Anonymity)兩個特征，開源是指由于整個系統(tǒng)的運作規(guī)則公開透明，這個系統(tǒng)是開源系統(tǒng);匿名是指由于節(jié)點之間無需信任彼此，所有節(jié)點也無需公開身份，系統(tǒng)中每一個節(jié)點的匿名和隱私都受到保護。（2）聯(lián)盟（行業(yè)）區(qū)塊鏈聯(lián)盟區(qū)塊鏈（ConsortiumBlockChains)：由某個群體內部指定多個預選的節(jié)點為記賬人，每個塊的生成由所有的預選節(jié)點共同決定（預選節(jié)點參與共識過程），其他接入節(jié)點可以參與交易，但不過問記賬過程(本質上還是托管記賬，只是變成分布式記賬，預選節(jié)點的多少，如何決定每個塊的記賬者成為該區(qū)塊鏈的主要風險點），其他任何人可以通過該區(qū)塊鏈開放的API進行限定查詢。聯(lián)盟區(qū)塊鏈主要的應用在機構間的交易、結算或清算等B2B場景。例如，銀行間進行支付、結算、清算的系統(tǒng)就能夠采用聯(lián)盟鏈的形式，將各家銀行的網關節(jié)點作為記賬節(jié)點。（3）私有區(qū)塊鏈私有區(qū)塊鏈（PrivateBlockChains)：僅僅使用區(qū)塊鏈的總賬技術進行記賬，可以是一個公司，也可以是個人，獨享該區(qū)塊鏈的寫入權限，讀取權限或者對外開放，或者被一定程度地進行了限制。本鏈與其他的分布式存儲方案沒有太大區(qū)別。傳統(tǒng)金融都是想實驗嘗試私有區(qū)塊鏈，私鏈的應用產品還在摸索當中。私有鏈的特點是交易速度快，保護隱私，而且交易成本極低；但是它也有一些缺點，私有鏈可以被操作價格，也能夠修改代碼的，風險較大。教師活動1.講授區(qū)塊鏈的概念、定義技術特性及分類。2.介紹區(qū)塊鏈的類比案例--石頭貨幣的故事，通過討論分析，進一步加深對區(qū)塊鏈的理解。學生活動2.積極思考，回答問題。3.參與互動討論，理解區(qū)塊鏈的概念。1.講授教學法，介紹區(qū)塊鏈的概念、定義技術特性及分類，使學生了解區(qū)塊鏈的概念。2.案例教學法，介紹區(qū)塊鏈的類比案例--石頭貨幣的故事，互動討論區(qū)塊鏈的含義，促進學生對區(qū)塊鏈的理解。教學環(huán)節(jié)教學內容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)三區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程(30分鐘)3.區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程（1）區(qū)塊鏈的醞釀階段區(qū)塊鏈的誕生最早可以追溯到密碼學和分布式計算。1976年，迪菲和赫爾曼發(fā)表了一篇開創(chuàng)性論文《密碼學的新方向》（NewDirectionsinCryptography）首次提出公共密鑰加密協(xié)議與數(shù)字簽名概念，構成了現(xiàn)代互聯(lián)網中廣泛使用的加密算法體系的基石，同時這也是密碼貨幣和區(qū)塊鏈技術誕生的技術基礎,圖-12-3是迪菲和赫爾曼。同年，哈耶克出版了《貨幣的非國家化》，哈耶克從經濟自由主義出發(fā)，提出了非主權貨幣（貨幣非國家化）、競爭發(fā)行（由私營銀行發(fā)行競爭性的貨幣，即自由貨幣）等概念，從理論層面引導去中心化密碼貨幣技術的發(fā)展，圖12-4是哈耶克。圖6-3赫爾曼(左)和迪菲(右)圖6-4諾貝爾經濟學獎得主哈耶克1979年，MerkleRalf提出了Merkle-Tree數(shù)據結構和相應的算法，現(xiàn)在被廣泛應用于校驗分布式網絡中數(shù)據同步的正確性，對密碼學和分布式計算的發(fā)展起著重要作用，這也是比特幣中用來做區(qū)塊同步校驗的重要手段。1982年，萊斯利.蘭伯特（Lamport）提出拜占庭將軍問題，并證明了在將軍總數(shù)大于3f，背叛者個數(shù)小于等于f時，忠誠的將軍們可以達成一致，標志著分布式計算理論和實踐正逐漸走向成熟。同年，大衛(wèi)·喬姆公布了密碼學支付系統(tǒng)ECash，隨著密碼學的發(fā)展，具有遠見的密碼貨幣先驅們開始嘗試將其運用到貨幣、支付等相關領域，ECash是密碼貨幣最早的先驅之一。1991年。區(qū)塊鏈技術是最早由計算機科學家斯圖爾特·哈伯(StuartHaber)和w·斯科特·斯托內塔(W.ScottStornetta)提出的，如圖12-5和圖12-6所示，他們介紹了一種方案，用于在數(shù)字文檔上加蓋時間戳，防止文檔被篡改。他們開發(fā)了一個系統(tǒng)，使用加密的安全區(qū)塊鏈來存儲有時間戳的文檔。圖16-5w·斯科特·斯托內塔圖6-6計算機科學家斯圖爾特·哈伯1992年，默克爾(Merkle)樹被納入到區(qū)塊鏈的設計中，大大提高了區(qū)塊鏈的效率。默克爾(Merkle)樹被用來創(chuàng)建一個“安全的區(qū)塊鏈”，它存儲了一系列數(shù)據記錄，每條數(shù)據記錄都與前一條數(shù)據記錄相連。這個鏈中的最新記錄包含了整個鏈的歷史。1993年，尼克?薩博（NickSzabo）就提出了“智能合約”這個概念，如今，“智能合約”是以太坊區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)的核心部分。1998年，華裔工程師戴偉（WeiDai）和尼克·薩博各自獨立提出密碼貨幣的概念，如圖12-7和圖12-8所示，其中戴偉的B-Money被公認為比特幣的精神先驅，而尼克·薩博的比特黃金（Bitgold)設想基本就是比特幣的雛形，他提出比特黃金的去中心化的數(shù)字貨幣的概念被認為是比特幣的起源，其內容揭示了現(xiàn)代貨幣的根本問題，即“依賴中心化的權威第三方”，尼克·薩博還在1993年提出了“智能合約”這個概念，如今，“智能合約”是以太坊區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)的核心部分。圖6-7華裔工程師戴偉圖6-8尼克·薩博2004年，計算機科學家哈爾?芬尼(HalFinney)推出了一個名為“可重用工作量證明”(RPoW)的系統(tǒng)，作為數(shù)字現(xiàn)金的原型。這是加密貨幣歷史上一個重要一步。RPoW系統(tǒng)通過接收不可交換或不可替換的基于Hashcash的工作令牌證明來工作，從而創(chuàng)建一個rsa簽名的令牌，該令牌可以進一步在人與人之間傳輸。RPoW通過保持在可信服務器上注冊令牌的所有權，解決了雙重支付(DoubleSpend)問題。該服務器旨在讓全世界的用戶實時驗證其正確性和完整性。（2）區(qū)塊鏈的誕生區(qū)塊鏈起源于比特幣，2008年11月1日，一位自稱中本聰(SatoshiNakamoto)的人發(fā)表了《比特幣:一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》一文，闡述了基于P2P網絡技術、加密技術、時間戳技術、區(qū)塊鏈技術等的電子現(xiàn)金系統(tǒng)的構架理念，這標志著比特幣的誕生。兩個月后理論步入實踐，2009年1月3日第一個序號為0的創(chuàng)世區(qū)塊誕生。幾天后2009年1月9日出現(xiàn)序號為1的區(qū)塊，并與序號為0的創(chuàng)世區(qū)塊相連接形成了鏈，標志著區(qū)塊鏈的誕生

。（3）區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程區(qū)塊鏈誕生至今已有十余年，概括起來講可以分為區(qū)塊鏈1.0時代、區(qū)塊鏈2.0時代、區(qū)塊鏈3.0時代三個階段，如圖6-9所示。圖6-9區(qū)塊鏈發(fā)展的三個階段區(qū)塊鏈1.0時代，2009年比特幣的誕生標志著區(qū)塊鏈1.0時代的到來，被稱為區(qū)塊鏈貨幣時代，作為所有交易的公共賬簿。通過利用點對點網絡和分布式時間戳服務器，區(qū)塊鏈數(shù)據庫能夠進行自主管理。該時期的區(qū)塊鏈技術主要應用在數(shù)字貨幣的兌換、轉移和支付方面，以比特幣為代表，主要是為了解決貨幣和支付手段的去中心化管理。區(qū)塊鏈2.0時代，

2013年以太坊的出現(xiàn)標志著區(qū)塊鏈2.0時代的到來。被稱為區(qū)塊鏈合約時代。以智能合約為代表，更宏觀地為整個互聯(lián)網應用市場去中心化，而不僅僅是貨幣的流通?？梢岳脜^(qū)塊鏈技術實現(xiàn)更多數(shù)字資產的轉換，從而創(chuàng)造數(shù)字資產的價值。所有的金融交易、數(shù)字資產都可以被改造后在區(qū)塊鏈上使用，包括股票、私募股權、眾籌、債券、對沖基金、期貨、期權等金融產品，或者數(shù)字版權、證明、身份記錄、專利等數(shù)字記錄。以太坊（英文Ethereum）是一個開源的有智能合約功能的公共區(qū)塊鏈平臺，通過其專用加密貨幣以太幣提供去中心化的以太虛擬機來處理點對點合約。得益于以太坊開源、智能合約的特點，區(qū)塊鏈技術在2.0時代得到快速發(fā)展，2015年經濟學人發(fā)布《重塑世界的區(qū)塊鏈技術》后，區(qū)塊鏈技術在全球掀起一股金融科技狂潮。區(qū)塊鏈3.0時代，2015年聯(lián)盟鏈的出現(xiàn)標志著區(qū)塊鏈3.0時代的到來，被稱為區(qū)塊鏈治理時代。以IBM主導誕生的全球第一個聯(lián)盟鏈為代表，成立了開源組織Hyperleger（超級賬本），底層技術為Fabric（超級賬本框架）；國內也研發(fā)了自主聯(lián)盟鏈Hyperchain，提供面向商業(yè)級的支撐能力。該時代是一個信息互聯(lián)網向價值互聯(lián)網轉變的時代，是區(qū)塊鏈技術和實體經濟、實體產業(yè)相結合的時代，將鏈式記賬、智能合約和實體領域結合起來，實現(xiàn)去中心化的自治，發(fā)揮區(qū)塊鏈的價值，區(qū)塊鏈技術在這一時代的應用將超越金融領域，可以廣泛應用于政務、物流、醫(yī)療等各個領域。教師活動講授區(qū)塊鏈的醞釀階段、誕生和發(fā)展歷程。學生活動2.積極思考，回答問題。3.了解區(qū)塊鏈的醞釀階段、誕生和發(fā)展歷程。講授教學法，通過介紹區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程、發(fā)展趨勢和應用場景，使學生了解區(qū)塊鏈的發(fā)展發(fā)展脈絡與趨勢教學環(huán)節(jié)教學內容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)四了解區(qū)塊鏈的應用領域(30分鐘)1RPA系統(tǒng)架構與功能區(qū)塊鏈自誕生以來，其應用領域日趨廣泛，目前，區(qū)塊鏈的應用已延伸到物聯(lián)網、智能制造、供應鏈管理、數(shù)字資產交易、企業(yè)金融等多個領域，將為云計算、大數(shù)據、移動互聯(lián)網等新一代信息技術的發(fā)展帶來新的機遇，有能力引發(fā)新一輪的技術創(chuàng)新和產業(yè)變革。本節(jié)介紹區(qū)塊鏈在金融、供應鏈、公共服務和數(shù)字版權等領域的應用。12.2.1區(qū)塊鏈技術在金融領域的應用區(qū)塊鏈技術天然具有金融屬性，它正對金融業(yè)產生顛覆式變革，區(qū)塊鏈在國際匯兌、信用證、股權登記和證券交易所等金融領域有著潛在的巨大應用價值，國內區(qū)塊鏈技術在金融領域應用的部分案例如圖12-11所示。支付結算方面，在區(qū)塊鏈分布式賬本體系下，市場多個參與者共同維護并實時同步一份“總賬”，短短幾分鐘內就可以完成現(xiàn)在兩三天才能完成的支付、清算、結算任務，降低了跨行跨境交易的復雜性和成本。同時，區(qū)塊鏈的底層加密技術保證了參與者無法篡改賬本，確保交易記錄透明安全，監(jiān)管部門方便地追蹤鏈上交易，快速定位高風險資金流向。證券發(fā)行交易方面，傳統(tǒng)股票發(fā)行流程長、成本高、環(huán)節(jié)復雜，區(qū)塊鏈技術能夠弱化承銷機構作用，幫助各方建立快速準確的信息交互共享通道，發(fā)行人通過智能合約自行辦理發(fā)行，監(jiān)管部門統(tǒng)一審查核對，投資者也可以繞過中介機構進行直接操作。數(shù)字票據和供應鏈金融方面，區(qū)塊鏈技術可以有效解決中小企業(yè)融資難問題。目前的供應鏈金融很難惠及產業(yè)鏈上游的中小企業(yè)，因為他們跟核心企業(yè)往往沒有直接貿易往來，金融機構難以評估其信用資質?；趨^(qū)塊鏈技術，我們可以建立一種聯(lián)盟鏈網絡，涵蓋核心企業(yè)、上下游供應商、金融機構等，核心企業(yè)發(fā)放應收賬款憑證給其供應商，票據數(shù)字化上鏈后可在供應商之間流轉，每一級供應商可憑數(shù)字票據證明實現(xiàn)對應額度的融資。12.2.2區(qū)塊鏈技術在物流領域的應用當前，物流行業(yè)已成為支撐國民經濟和社會發(fā)展的基礎性產業(yè)，供應鏈創(chuàng)新與應用也被上升為國家戰(zhàn)略，用技術推進物流創(chuàng)新發(fā)展成為共識。物流行業(yè)因其鏈條長、環(huán)節(jié)多的行業(yè)特性，長期以來存在協(xié)同難、追溯難、征信難、融資難等痛點，而區(qū)塊鏈技術作為創(chuàng)造信任的新模式，其分布式、不可篡改、可追溯的技術特性恰好為解決這些痛點提供了技術方案。我國區(qū)塊鏈技術目前在物流行業(yè)正聚焦四大應用方向：流程優(yōu)化、物流追蹤、物流征信和物流金融，在流程優(yōu)化方面，通過區(qū)塊鏈和電子簽名技術不僅可以實現(xiàn)無紙化簽收，還可以依靠智能合約完成自動對賬，實現(xiàn)對賬過程的高度智能和高度信任；在物流征信方面，通過將服務評分、配送時效、權威機構背書等可信的交易數(shù)據上鏈，可以實現(xiàn)可管控的信用數(shù)據共享和驗證，為消費者提供高信任的物流服務；在物流追蹤方面，包括跨境物流、商品追溯、?；愤\輸?shù)确矫?，實現(xiàn)產品從生產、加工、運輸、銷售等全流程的透明化；在物流金融方面，通過征信評級、賬款查詢、資產評估等幫助金融機構完善中小型企業(yè)畫像，解決融資難問題，還可以讓監(jiān)管機構參與到鏈中，規(guī)避金融風險，如圖12-12所示。圖12-12京東物鏈平臺方案目前，包括京東物流、中國郵政、中遠海運、中外運、福佑卡車、中儲發(fā)展、G7、微軟加速器（北京）等企業(yè)在內，“物流+區(qū)塊鏈技術應用聯(lián)盟”成員均在區(qū)塊鏈技術應用進行了大量探索。例如中遠海運使用區(qū)塊鏈解決跨境物流問題，中外運將區(qū)塊鏈技術融入智慧物流建設，京東物流則聯(lián)合福佑卡車打造快運對賬區(qū)塊鏈解決方案，成為用技術解決物流對賬業(yè)務的典型案例。通過區(qū)塊鏈和供應鏈的創(chuàng)新結合，正在助力物流行業(yè)朝著更高效、協(xié)同、智能的方向發(fā)展。此外，區(qū)塊鏈還在和物聯(lián)網、大數(shù)據、人工智能等技術深入結合，推動建立多方信任的智能物流生態(tài)系統(tǒng)，促進整個物流行業(yè)轉型升級。12.2.3區(qū)塊鏈技術在政務領域的應用區(qū)塊鏈可以讓數(shù)據跑起來，大大精簡辦事流程。區(qū)塊鏈的分布式技術可以讓政府部門集中到一個鏈上，所有辦事流程交付智能合約，辦事人只要在一個部門通過身份認證以及電子簽章，智能合約就可以自動處理并流轉，順序完成后續(xù)所有審批和簽章。區(qū)塊鏈發(fā)票是國內區(qū)塊鏈技術最早落地的應用。稅務部門推出區(qū)塊鏈電子發(fā)票“稅鏈”平臺，稅務部門、開票方、受票方通過獨一無二的數(shù)字身份加入“稅鏈”網絡，真正實現(xiàn)“交易即開票”“開票即報銷”——秒級開票、分鐘級報銷入賬，大幅降低了稅收征管成本，有效解決數(shù)據篡改、一票多報、偷稅漏稅等問題。扶貧是區(qū)塊鏈技術的另一個落地應用。利用區(qū)塊鏈技術的公開透明、可溯源、不可篡改等特性，實現(xiàn)扶貧資金的透明使用、精準投放和高效管理，區(qū)塊鏈在數(shù)字政務領域的應用場景如圖12-13所示。圖13-區(qū)塊鏈在政務領域的應用12.2.4區(qū)塊鏈技術在數(shù)字版權領域的應用區(qū)塊鏈技術可實現(xiàn)對數(shù)字內容的全生命周期管理，解決數(shù)字內容的確權、用權、維權、交易等環(huán)節(jié)存在的問題，其應用越來越受關注，國家版權保護中心及多省市政府積極推進區(qū)塊鏈技術在數(shù)字版權領域的應用，互聯(lián)網科技巨頭、區(qū)塊鏈技術創(chuàng)業(yè)企業(yè)、專業(yè)內容生產平臺積極布局區(qū)塊鏈+數(shù)字版權領域，業(yè)內已有多個代表性應用。1.什么是數(shù)字版權關于數(shù)字版權，目前學界、業(yè)界尚無統(tǒng)一的定義。從現(xiàn)有的對數(shù)字版權的討論中，我們可以將數(shù)字版權理解為數(shù)字作品的創(chuàng)作者享有的對數(shù)字作品進行保存、復制、發(fā)行并以此獲得相應利益的權利。數(shù)字版權所對應的的數(shù)字作品主要有兩類，一類是傳統(tǒng)作品的數(shù)字化，如將紙質版書籍轉化成電子版；另一類是原生數(shù)字作品，即圖文影音、軟件、游戲等以數(shù)字化的方式在互聯(lián)網絡上存在、流轉的智力產品。當前，我國已經基本形成以《中華人民共和國著作法》為核心的數(shù)字版權保護法律體系。我國與數(shù)字版權保護相關的法律法規(guī)主要包括《中華人民共和國著作權法》、《互聯(lián)網著作權行政保護辦法》、《信息網絡傳播權保護條例》等。2.原有數(shù)字版權領域存在的問題數(shù)字作品天然具有可復制、易篡改、非獨占等特點，加上消費者版權意識薄弱，數(shù)字作品被盜用、濫用的現(xiàn)象非常普遍。同時由于在線信息流轉速度加快、傳播網絡日益復雜，導致維權舉證困難、維權成本過高，相關權益往往難以得到有效保障。尤其在短視頻和自媒體盛行的當下，人人都是創(chuàng)作者，由此引發(fā)的洗稿剽竊等行為更是屢禁不止。3.區(qū)塊鏈技術在數(shù)字版權領域的應用區(qū)塊鏈技術在數(shù)字版權領域的應用，主要體現(xiàn)在對數(shù)字內容的全生命周期管理，解決數(shù)字內容的確權、用權、維權、交易等環(huán)節(jié)存在的問題，實現(xiàn)數(shù)字版權登記、智能交易、侵權監(jiān)測等功能，如圖12-14所示。圖12-14區(qū)塊鏈技術在數(shù)字版權領域應用教師活動區(qū)塊鏈在金融、物流、政務和數(shù)字版權領域的應用學生活動2.積極思考，回答問題。3.了解區(qū)塊鏈的典型應用場景。4.思考記錄1.講授教學法，通過區(qū)塊鏈在金融、物流、政務和數(shù)字版權領域的應用，使學生了解區(qū)塊鏈的典型應用場景環(huán)節(jié)五了解區(qū)塊鏈的核心技術55分鐘)區(qū)塊鏈核心技術有分布式的數(shù)據庫、密碼學的公私鑰體系、P2P網絡和共識機制。12.3.1區(qū)塊鏈的系統(tǒng)架構區(qū)塊鏈系統(tǒng)由數(shù)據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成，每層分別完成一項核心功能，各層之間互相配合，實現(xiàn)一個去中心化的信任機制，如圖12-15所示。圖12-15區(qū)塊鏈系統(tǒng)架構（1）數(shù)據層-描述區(qū)塊鏈技術的物理形式區(qū)塊鏈網絡本質上是一個P2P（點對點）網絡。每一個節(jié)點既接收信息，也產生信息。節(jié)點之間通過維護一個共同的區(qū)塊，數(shù)據層封裝底層數(shù)據區(qū)塊以及相關的數(shù)據加密和時間戳等基礎數(shù)據和基本算法；（2）網絡層-實現(xiàn)區(qū)塊鏈網絡中節(jié)點之間的信息交流。網絡層則包括分布式組網機制、數(shù)據傳播機制和數(shù)據驗證機制等；（3）共識層-讓高度分散的節(jié)點在去中心化的系統(tǒng)中高效地針對區(qū)塊數(shù)據的有效性達成共識。共識層主要封裝網絡節(jié)點的各類共識算法，主要有工作量證明（ProofofWork）、權益證明（ProofofStake）和股份授權證明（DelegatedProofofStake）算法，還有投注共識、瑞波共識機制、Pool驗證池、實用拜占庭容錯、授權拜占庭容錯、帕克索斯算法等；（4）激勵層-提供一定的激勵措施，鼓勵節(jié)點參與區(qū)塊鏈的安全驗證工作。激勵層將經濟因素集成到區(qū)塊鏈技術體系中來，主要包括經濟激勵的發(fā)行機制和分配機制等；（5）合約層-主要是指各種腳本代碼、算法機制以及智能合約等。合約層主要封裝各類腳本、算法和智能合約，是區(qū)塊鏈可編程特性的基礎，以比特幣為例，比特幣是一種可編程的貨幣，合約層封裝的腳本中規(guī)定了比特幣的交易方式和過程中涉及的種種細節(jié)。；（6）應用層-封裝了區(qū)塊鏈的各種應用場景和案例該模型中，基于時間戳的鏈式區(qū)塊結構、分布式節(jié)點的共識機制、基于共識算力的經濟激勵和靈活可編程的智能合約是區(qū)塊鏈技術最具代表性的創(chuàng)新點。12.3.2數(shù)據層的核心技術1.非對稱加密算法（1）互聯(lián)網傳輸數(shù)據時的問題在P2P網絡系統(tǒng)中，節(jié)點之間數(shù)據傳輸采用廣播的形式，例如A節(jié)點向B節(jié)點傳輸信息，A節(jié)點首先向相鄰節(jié)點擴散信息，以此類推，直到信息傳送至B。但在此過程中存在如圖12-16所示的四個問題。一是竊聽，A向B發(fā)送信息可能在傳輸中被C竊聽；二是假冒，A以為向B發(fā)送了信息，而B有可能是C假冒的，反過來，B以為從A那里收到了信息，而A也有可能是C假冒的；三是篡改，即使B確實收到了A發(fā)送的信息，但是，也有可能該信息的內容在傳輸過程中被C惡意更改了，這種行為叫作“篡改”。四是事后否認，B從A那里收到了信息，但是，作為信息發(fā)送者A可能對B抱有惡意，并在事后聲稱“這信息不是我發(fā)送的”。圖12-16互聯(lián)網傳輸數(shù)據時的問題解決上述四個問題所用到的安全技術如表12-1所示。表12-1互聯(lián)網中用到的安全技術序號互聯(lián)網傳輸?shù)膯栴}解決方法1竊聽加密2假冒消息認證或數(shù)字簽名3篡改4事后否認數(shù)字簽名（2）加密的基礎知識在現(xiàn)代互聯(lián)網社會中，為了防止信息在互聯(lián)網中傳輸被竊聽，加密技術是必需要用的，下面簡單介紹加密技術的基本原理。首先，計算機識別由0和1這兩個數(shù)字表示的二進制數(shù)據，文本、圖像、音頻、視頻等數(shù)據信息都是用在計算機中都是用二進制來表示的，如圖12-17所示。在此基礎上介紹如何加密數(shù)據信息。圖12-17計算機只能理解二進制數(shù)圖12-18加密數(shù)據對計算機來說，數(shù)據信息就是一串有意義的數(shù)字排列，加密就是數(shù)據信息經過某種運算后，變成計算機無法理解的數(shù)據信息的過程，密文也是數(shù)字排列，只不過它是計算機無法理解的無規(guī)律的數(shù)字排列，如圖12-18所示。加密就是用“秘鑰”對數(shù)據進行數(shù)值運算，把數(shù)據信息變成第三者無法理解的形式的過程，加密后的數(shù)據信息稱為“密文”，如圖12-19所示。反過來，解密就是通過秘鑰進行運算，把密文恢復成原本數(shù)據信息的過程，把密文恢復成原本數(shù)據信息的操作稱為“解密”，如圖12-20所示。圖12-19加密運算生成密文圖12-20解密運算得到原本數(shù)據上述，將數(shù)據信息變成第三者的計算機無法理解的形式傳輸，收到的加密數(shù)據信息再將其恢復成原本數(shù)據信息的一系列操作就是加密技術。A要通過互聯(lián)網向B發(fā)送數(shù)據信息，首先，A要把要傳輸?shù)臄?shù)據信息加密為密文，再把密文發(fā)送給B；B收到密文后，需要進行解密，才能得到原本的數(shù)據信息，如圖12-21所示。圖12-21加密傳輸過程示意圖（4）非對稱加密非對稱加密又稱公鑰加密，是加密和解密使用不同秘鑰的一種加密方法，加密用的秘鑰叫公開密鑰（簡稱公鑰），解密用的秘鑰叫私有密鑰（簡稱私鑰）。公鑰和私鑰是一對，如果用公鑰加密，只有用對應的私鑰才能解密；反之，如果用私鑰加密，只有用對應的公鑰才能解密。下面以如圖12-22所示的A準備通過互聯(lián)網向B發(fā)送數(shù)據信息的案例，介紹非對稱加密的處理流程。首先，需要由接收方B來生成公開秘鑰和私有秘鑰，并將公開秘鑰發(fā)送給A；二是A使用B發(fā)過來的公開秘鑰加密要發(fā)送的數(shù)據信息，生成密文并發(fā)送給B；三是B收到密文，使用私有秘鑰對密文進行解密，得到原本的數(shù)據信息。圖12-22非對稱加密的處理流程非對稱加密技術可以用于身份驗證。發(fā)送者在發(fā)送信息時用私鑰將信息加密，接收者收到信息后，用公鑰進行解密，即可確認發(fā)送者的身份。非對稱加密算法包括DH算法、RSA算法、DSA算法和橢圓曲線算法（EC）。DH算法一般用于密鑰交換；RSA算法既可以用于密鑰交換，也可以用于數(shù)字簽名；DSA算法則一般只用于數(shù)字簽名。如果加密和解密都使用相同的秘鑰，即只有一個密鑰（該密鑰可以加密也可以解密），稱為對稱加密，也叫作共享秘鑰加密。2.哈希函數(shù)哈希函數(shù)是一種求哈希值的加密算法，哈希函數(shù)是現(xiàn)代密碼體系中的一個重要組成部分，哈希函數(shù)常常用于驗證信息是否被篡改。哈希函數(shù)y=Hash（x）可以將任意長度的信息（輸入值x）轉化成固定長度（如，64byte）的二進制字符串（輸出值y），該輸出值稱為哈希值，又稱摘要、散列、雜湊、指紋。哈希函數(shù)本質就是一種數(shù)學函數(shù)，輸入的長度可以是任意的，但輸出的長度是固定的，相同的數(shù)據輸入將得到相同的輸出結果，哈希函數(shù)可以簡單理解為攪碎機，把文件攪碎為固定長度的哈希值，如圖12-23所示。常用的哈希算法有MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-3等，我國也自主研發(fā)了商用密碼算法SM3，由國家密碼管理局于2010年發(fā)布，主要用于數(shù)字簽名及驗證、消息認證碼生成及驗證、隨機數(shù)生成等，其算法是公開的。據國家密碼管理局表示，其安全性及效率與SHA-256相當。圖12-23哈希函數(shù)原理示意圖哈希函數(shù)有以下適合存儲區(qū)塊鏈數(shù)據的優(yōu)點：（1）哈希函數(shù)處理過的數(shù)據是單向性的，正向計算（由數(shù)據計算其對應的哈希值）十分容易。逆向計算（俗稱“破解”，即由哈希值計算出其對應的數(shù)據）極其困難；（2）哈希函數(shù)處理不同長度的數(shù)據所耗費的時間是一致的，輸出值也是定長的；（3）哈希函數(shù)的輸入值即使只相差一個字節(jié)，則將得到一個千差萬別的結果，且結果無法事先預知。在比特幣系統(tǒng)中采用的是雙SHA256哈希函數(shù)，通俗來說就是將不同長度的原始數(shù)據用兩次SHA256哈希函數(shù)進行處理，再輸出長度為256的二進制數(shù)字來進行統(tǒng)一的識別和存儲。3.默克勒（Merkle）樹Merkle樹是數(shù)據結構中的一種樹，可以是二叉樹，也可以是多叉樹，它具有樹結構的所有特點，使用它可以快速校驗大規(guī)模數(shù)據的完整性。比特幣區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的采用的是Merkle二叉樹，它被用來歸納一個區(qū)塊中的所有交易信息，最終生成這個區(qū)塊所有交易信息的一個統(tǒng)一的哈希值，區(qū)塊中任何一筆交易信息的改變都會使得Merkle樹改變。Merkle二叉樹的工作原理是將非葉子節(jié)點的所有子節(jié)點進行組合，對組合結果進行哈希計算得到哈希值，向上不斷遞歸運算產生新的哈希節(jié)點，最終只剩下一個Merkle根存入區(qū)塊頭中，每個哈希節(jié)點總是包含兩個相鄰的數(shù)據塊或其哈希值，如圖12-24所示。圖12-24Merkle樹原理圖使用Merkle樹可以極大地提高了區(qū)塊鏈的運行效率和可擴展性，使得區(qū)塊頭只需包含根哈希值而不必封裝所有底層數(shù)據，這使得哈希運算可以高效地運行在智能手機甚至物聯(lián)網設備上。4.區(qū)塊和鏈（1）區(qū)塊鏈結構區(qū)塊鏈以區(qū)塊為單位組織數(shù)據。全網所有的交易記錄都以交易單的形式存儲在全網唯一的區(qū)塊鏈中，如圖12-25所示。圖12-25區(qū)塊鏈結構區(qū)塊是一種記錄交易的數(shù)據結構。每個區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊主體組成，區(qū)塊主體只負責記錄前一段時間內的所有交易信息，區(qū)塊鏈的大部分功能都由區(qū)塊頭實現(xiàn)，如圖12-26所示。圖12-26區(qū)塊形成示意圖（2）區(qū)塊形成過程在當前區(qū)塊加入區(qū)塊鏈后，下一個區(qū)塊的生成過程如下。①把在本地內存中的交易信息記錄到區(qū)塊主體中；②在區(qū)塊主體中生成此區(qū)塊中所有交易信息的Merkle樹，把Merkle樹根的值保存在區(qū)塊頭中；③把上一個剛剛生成的區(qū)塊的區(qū)塊頭的數(shù)據通過SHA256算法生成一個希值填入到當前區(qū)塊的父哈希值中；④把當前時間保存在時間戳字段中；⑤難度值字段會根據之前一段時間區(qū)塊的平均生成時間進行調整以應對整個網絡不斷變化的整體計算總量，如果計算總量增長了，則系統(tǒng)會調高數(shù)學題的難度值，使得預期完成下一個區(qū)塊的時間依然在一定時間內。5.時間戳和不可篡改性時間戳是指從格林威治時間1970年01月01日00時00分00秒（北京時間1970年01月01日08時00分00秒）起至現(xiàn)在的總秒數(shù)，通常是一個字符序列，唯一地標識某一刻的時間，時間戳的工作原理如圖12-28所示。在比特幣系統(tǒng)中，獲得記賬權的節(jié)點在鏈接區(qū)塊時需要在區(qū)塊頭中加蓋時間戳，用于記錄當前區(qū)塊數(shù)據的寫入時間。每一個隨后區(qū)塊中的時間戳都會對前一個時間戳進行增強，形成一個時間遞增的鏈條。12-28時間戳的工作原理示意圖時間戳技術本身并沒有多復雜，但在區(qū)塊鏈技術中應用時間戳卻是一個重大創(chuàng)新，時間戳為未來基于區(qū)塊鏈的互聯(lián)網和大數(shù)據增加了一個時間維度，使得數(shù)據更容易追溯，重現(xiàn)歷史也成為可能。同時，時間戳可以作為存在性證明（ProofofExistence）的重要參數(shù)，它能夠證實特定數(shù)據必然在某特定時刻是的確存在的，這保證了區(qū)塊鏈數(shù)據庫是不可篡改和不可偽造的。6.數(shù)字簽名數(shù)字簽名涉及到一個哈希函數(shù)、發(fā)送者的公鑰、發(fā)送者的私鑰。數(shù)字簽名有兩個作用，一是能確定信息確實是由發(fā)送方簽名并發(fā)出來的，二是數(shù)字簽名能確定消息的完整性。數(shù)字簽名就是在發(fā)送信息后面加上另一段內容，作為發(fā)送者的證明并且證明信息沒有被篡改。如圖12-29所示，發(fā)送者A將要發(fā)送的信息用哈希算法處理得出一個哈希值，再用私鑰對該哈希值進行加密，得出一個簽名。然后發(fā)送者再將信息和簽名一起發(fā)送給接收者。接收者B使用發(fā)送者的公鑰對簽名進行解密，還原出哈希值，再通過哈希算法來驗證信息的哈希值和解密簽名還原出來的哈希值是否一致，如果這兩個摘要相同，則接收方就能確認該數(shù)字簽名是發(fā)送方的，并且信息沒有被篡改。圖12-29數(shù)字簽名原理示意圖12.3.3共識層的核心技術共識層的核心是共識機制，即所有記賬節(jié)點之間如何達成共識，去認定一個記錄（區(qū)塊）的有效性，它既是共識認定的方法，也是防止篡改的手段。目前，主要的共識機制有PoW工作量證明算法、PoS股權證明算法和DPoS股份授權證明算法等。1.PoW工作量證明算法—比特幣區(qū)塊鏈的共識機制工作量證明可以簡單理解為一份證明，用來確認你做了一定量的工作。工作量證明機制是比特幣、萊特幣等所采用的共識機制，礦工通過付出算力來挖礦進而獲得相應的區(qū)塊獎勵。工作量證明（ProofofWork，簡稱PoW）由比特幣引入，可以保證惡意節(jié)點不超過51％即可達成共識，是目前區(qū)塊鏈最經典、也是最久經考驗的共識機制，但是，PoW共識機制也有下列三個缺點。一是51％攻擊：當攻擊者掌握了全網51％的算力時，其攻擊總能成功，因為他總可以讓自己的鏈成為最長的鏈。因此，全網節(jié)點越多，抗攻擊能力越強，安全性越好。二是高延遲：區(qū)塊出現(xiàn)時間的間隔不能太短，出塊時間過短意味著挖礦難度降低，會增加多個節(jié)點同時算出答案的概率，導致頻繁分叉。但出塊慢意味著確認時間長、高延遲。三是資源浪費：計算機計算密碼謎題需要大量的算力，需要高性能的計算機設備、消耗大量電力等資源。根據digiconomist的評估，比特幣2018年度排放的二氧化碳達34.73百萬噸，相當于丹麥的碳排放量；耗電量達73.12兆千瓦時，相當于奧地利的耗電量；產生電子廢物9.8克拉，相當于盧森堡產生的電子廢物。2.POS股權證明算法—以太坊區(qū)塊鏈的共識機制權益證明機制（ProofofStake，簡稱PoS）是對PoW機制的改進，與節(jié)點需要做計算工作證明不同，PoS按照各節(jié)點擁有的密碼貨幣的數(shù)量和時間競爭記賬權，這種模式下持有密碼貨幣的數(shù)量越多、時間越長，率先“挖出”區(qū)塊的概率就越高。這種機制類似于利息制度，PoS算法中有一個名詞叫做“幣天”，是貨幣數(shù)量與持有天數(shù)的乘積（例如若持有60個密碼貨幣20天，則幣天為1200），各節(jié)點每發(fā)現(xiàn)一個區(qū)塊，擁有的幣天就會被清零，每清空365個幣天，可獲得一定數(shù)量的新幣獎勵，（相當于持幣利息），如獲得0.05個幣的利息，可以理解為年利率5%。PoS作為PoW的一種升級共識機制，成功地改進了PoW機制的一些缺陷。一是低延遲：根據每個節(jié)點所持有代幣的數(shù)量和時間，等比例的降低挖礦難度，在一定程度上縮短了共識達成的時間。二是資源消耗少：不再需要消耗大量能源進行計算。PoS的缺點是破壞者對網絡攻擊的成本低，網絡的安全性有待驗證。另外擁有代幣數(shù)量大的節(jié)點獲得記賬權的幾率更大，會使得網絡的共識受少數(shù)富裕賬戶支配，從而失去公正性。3.DPoS股份授權證明算法股份授權證明（DelegatedProofofStake，簡稱DPoS）機制是讓每一個持有BTS（比特股的貨幣）的人對整個系統(tǒng)資源當代表的人進行投票。獲得票數(shù)最多的101個代表將進行交易打包計算。對此，可以理解為有101個礦池，彼此權利完全對等。那些握著BTS選票的人可以隨時通過投票更換這些代表，如果他們提供的算力不穩(wěn)定或者利用手中的權利作惡，那些憤怒的選民們就會立刻把他踢出整個系統(tǒng)，而后背代表隨時頂上去。優(yōu)點：大幅縮小參與驗證和記賬節(jié)點的數(shù)量，可以達到秒級的共識驗證。缺點：選舉固定數(shù)量的見證人作為記賬候選人有可能不適合于完全去中心化的場景。另外在網絡節(jié)點數(shù)少的場景，選舉的見證人的代表性也不強。12.3.4激勵層的核心技術激勵層的核心是發(fā)行機制和激勵機制，以比特幣為例，比特幣最開始由系統(tǒng)獎勵給那些創(chuàng)建新區(qū)塊的礦工，該獎勵大約每四年減半。剛開始每記錄一個新區(qū)塊，獎勵礦150個比特幣，該獎勵大約每四年減半。依次類推，

到2140年左右，新創(chuàng)建區(qū)塊就沒有系統(tǒng)所給予的獎勵了。屆時比特幣全量約

為2100萬個，這就是比特幣的總量，所以不會無限增加下去。另外一個激勵的來源則是交易費。新創(chuàng)建區(qū)塊沒有系統(tǒng)的獎勵時，礦工的收益會由系統(tǒng)獎勵變?yōu)槭杖〗灰资掷m(xù)費。例如，你在轉賬時可以指定其中1%作為手續(xù)費支付給記錄區(qū)塊的礦工。如果某筆交易的輸出值小于輸入值，那么差額就是交易費，該交易費將被增加到該區(qū)塊的激勵中。只要既定數(shù)量的電子貨幣已經進入流通，那么激勵機制就可以逐漸轉換為完全依靠交易費，那么就不必再發(fā)行新的貨幣。12.3.5合約層的核心技術智能合約概念最早在1994年由學者NickSzabo提出，如圖12-30所示，他根據自動售貨機的靈感，提出來了智能合約的概念。在他看來，購買者往售貨機塞一定數(shù)量的貨幣，選擇要購買的商品，就在兩者間形成一種強制執(zhí)行的合約。購買者塞貨幣并選擇商品，而買家通過售貨機內置的邏輯提供商品和找零錢。自動售貨機可以認為是現(xiàn)實生活中智能合約最貼近的應用案例，如圖12-31所示。圖12-30計算機科學家NickSzabo圖12-31自動售貨機合約層封裝區(qū)塊鏈系統(tǒng)的各類腳本代碼、算法以及由此生成的更為復雜的智能合約。合約層是建立在區(qū)塊鏈虛擬機之上的商業(yè)邏輯和算法，是實現(xiàn)區(qū)塊鏈系統(tǒng)靈活編程和操作數(shù)據的基礎。智能合約是由事件驅動的、具有狀態(tài)的、獲得多方承認的、運行在一個可信、共享的區(qū)塊鏈賬本之上的。且能夠根據預設條件自動處理賬本上資產的程序。智能合約是一個可以自動執(zhí)行的計算機程序，它用計算機語言取代法律語言去記錄條款的合約。它自己就是一個系統(tǒng)參與者，對接收到的信息進行回應，可以接收和儲存價值，也可以向外發(fā)送信息和價值。這個程序就像一個可以被信任的人，可以臨時保管資產，總是按照事先的規(guī)則執(zhí)行操作。智能合約的優(yōu)勢是利用程序算法替代人仲裁和執(zhí)行合同,如圖12-32所示。圖12-31智能合約示意模型教師活動1.講授區(qū)塊鏈的系統(tǒng)架構。2.講授非對稱加密算法、哈希函數(shù)、默克勒（Merkle）樹、區(qū)塊與鏈、時間戳和數(shù)字簽名等區(qū)塊鏈數(shù)據層的核心技術。3.講授PoW工作量證明算法、POS股權證明算法和DPoS股份授權證明算法等共識層的核心技術。4.以比特幣為例，講授激勵層的核心是發(fā)行機制和激勵機制；介紹合約層的核心技術。學生活動2.積極思考，回答問題。3.了解區(qū)塊鏈的系統(tǒng)架構。4.了解區(qū)塊鏈的核心技術。5.思考記錄1.講授教學法，通過介紹數(shù)據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層的核心功能，使學生了解區(qū)塊鏈的系統(tǒng)架構2.講授教學法，通過介紹互聯(lián)網傳輸數(shù)據時面臨的安全威脅，說明數(shù)據加密的必要性；介紹加密的基礎，非對稱加密的概念；介紹哈希函數(shù)、默克勒（Merkle）樹、區(qū)塊與鏈、時間戳和數(shù)字簽名等概念，進一步加強學生對區(qū)塊鏈數(shù)據層核心技術的了解。3.講授教學法，講授PoW工作量證明、POS股權證明、和DPoS股份授權證明算法，使學生了解共識層的核心技術。3合約層的核心技術。教學環(huán)節(jié)教學內容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)六考核評價與課堂小節(jié)(25分鐘)1.考核評價2.課堂小結教師活動1.組織學生完成考核測試試卷。2.學生活動2.1.通過考核評價，了解學生對本小節(jié)知識技能的掌握情況。2.通過九、反思與改進課題名稱數(shù)字媒體授課類型授課對象授課課時所授課程授課地點所授教材一、學情分析本課程授課對象為高職各專業(yè)大一學生，課程開設在大一第一學期，學生情況在知識儲備、學習特點和信息素養(yǎng)的情況如下。1.知識儲備學生在高職或高中已經學習了信息技術課程，具備了基礎的信息技術知識和技能。2.學習特點授課對象都是零零后的學生，在學習方面表現(xiàn)出如下特點。（1）喜歡實踐動手操作，厭煩枯燥乏味的理論講解；（2）喜歡任務式引導，情境設定，參與其中，厭煩平淡無極的說教；（3）樂于接受可視化教學資源，反感靜態(tài)紙質學習材料；（4）偏愛顆粒化、模塊化的學習過程，排斥時間冗長的教學過程；（5）對挑戰(zhàn)性的題目感興趣，對基礎性題目求知欲偏低；（6）喜好電腦與互聯(lián)網的應用，線上操作所見即所得可以引發(fā)學習興趣。3.信息素養(yǎng)學生通過高職或高中信息技術課程的學習，具備了基礎的信息技術學科素養(yǎng)，但是在數(shù)字化學習與創(chuàng)新方面仍需加強二、教學內容本節(jié)課選自第七章數(shù)字媒體技術，本節(jié)主要講解數(shù)字媒體的概念、特征和數(shù)字媒體技術范疇，具體包括文本、圖像、聲音、視頻、HTML5部分，具體內容見下圖。知識目標:（1）了解數(shù)字媒體的概念；（2）掌握數(shù)字文本處理技術原理與應用；（3）掌握數(shù)字圖像處理技術原理與應用；（4）掌握數(shù)字聲音處理技術原理與應用；（5）掌握數(shù)字視頻處理技術原理與應用；（6）掌握數(shù)HTML5基礎技術與項目應用。能力目標:（1）能夠理解數(shù)字媒體技術范疇；（2）能夠理解數(shù)字媒體技術原理；（3）能夠使用數(shù)字媒體技術做常規(guī)處理。素養(yǎng)目標：（1）培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和愛崗敬業(yè)精神；（2）培養(yǎng)良好的數(shù)字化學習和交流溝通能力。教學重點：（1）對數(shù)字媒體的全面認知，包括數(shù)媒基礎，數(shù)媒技術基礎以及數(shù)媒的發(fā)展；處理辦法：通過可視化視頻案例，幫助學生理解二者概念，夯實重點；教學難點：（1）數(shù)字圖像、數(shù)字視頻處理原理、技術與應用領域；化解辦法：通過學生匯報總結方式，通過交流討論掌握知識點。七、教學流程

八、教學環(huán)節(jié)教學環(huán)節(jié)教學內容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)一：課前活動1.登錄學習通觀看2.查看學習通上教學課3.制作微課視頻和教學課件等教學資源4.上傳到學習通供學生課前自學5.上學習通查看學生預習留言。自主學習（設計意圖：學生中心。學生有一定地預習能力；可以利用手機查看微課資源；學校網絡全覆蓋，手機網絡通暢）教學環(huán)節(jié)教學內容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)二(50分鐘)數(shù)字媒體技術是一項應用廣泛的綜合技術，是主要研究文字、圖像、圖形、音頻、視頻以及動畫等數(shù)字媒體的捕獲、加工、存儲、傳遞、再現(xiàn)及其相關技術。文化創(chuàng)意產業(yè)的快速壯大，數(shù)字媒體產業(yè)的迅猛發(fā)展，得益于數(shù)字媒體技術不斷突破產生的引領和支撐。數(shù)字媒體技術融合了數(shù)字信息處理技術、計算機技術、數(shù)字通信和網絡技術等交叉學科和技術領域。同時，數(shù)字媒體技術是通過現(xiàn)代計算和通信手段，綜合處理文字、圖像、圖形、音頻和視頻等信息，使這些抽象的信息轉化成為可感知、可管理和可交互的一種技術，主要技術范疇包括以下幾個方面：（1）數(shù)字聲音處理。包括音頻及其傳統(tǒng)技術（記錄、編輯技術）、音頻的數(shù)字化技術（采樣、量化、編碼）、數(shù)字音頻的編輯技術、語音編碼技術（如PCM、DA、ADM）。數(shù)字音頻技術可應用于個人娛樂、專業(yè)制作和數(shù)字廣播等。（2）數(shù)字圖像處理。包括數(shù)字圖像的計算機表示方法（位圖、矢量圖等）、數(shù)字圖像的獲取技術、圖像的編輯與創(chuàng)意設計。常用的圖像處理軟件有Photoshop等。數(shù)字圖像處理技術可應用于家庭娛樂、數(shù)字排版、工業(yè)設計、企業(yè)徽標設計、漫畫創(chuàng)作、動畫原型設計和數(shù)字繪畫創(chuàng)作。（3）數(shù)字視頻處理。包括數(shù)字視頻及其基本編輯技術和后期特效處理技術。常用的視頻處理軟件有Premiere等。數(shù)字視頻處理技術可應用于個人、家庭影像記錄、電視節(jié)目制作和網絡新聞。（4）數(shù)字動畫設計。包括動畫的基本原理、動畫設計基礎（包括構思、劇本、情節(jié)鏈圖、模板與角色、背景、配樂）、數(shù)字二維動畫技術、數(shù)字三維動畫技術、數(shù)字動畫的設計與創(chuàng)意。常用的動畫設計軟件有3dsMax、Flash等。數(shù)字動畫可應用于少兒電視節(jié)目制作、動畫電影制作、電視節(jié)目后期特效包裝、建筑和裝潢設計、工業(yè)計算機輔助設計、教學課件制作等。（5）數(shù)字游戲設計。包括游戲設計相關軟件技術（DirectX、OpenGL、Director等）、游戲設計與創(chuàng)意。（6）數(shù)字媒體壓縮。包括數(shù)字媒體壓縮技術及分類、通用的數(shù)據壓縮技術（行程編碼、字典編碼、熵編碼等）、數(shù)字媒體壓縮標準，如用于聲音的MP3和MP4，用于圖像的JPEG，用于運動圖像的MPEG。（7）數(shù)字媒體存儲。包括內存儲器、外存儲器和光盤存儲器等。（8）數(shù)字媒體管理與保護。包括數(shù)字媒體的數(shù)據管理、媒體存儲模型及應用、數(shù)字媒體版權保護概念與框架、數(shù)字版權保護技術，如加密技術、數(shù)字水印技術和權利描述語言等。（9）數(shù)字媒體傳輸技術。包括流媒體傳輸、P2P、IPTV等。教師活動通過實際應用的案例引入的概念。2.介紹當下數(shù)字媒體技術應用。3.PPT明確展示本單元任學生活動1.認真聽取教師講授內容一組通過互聯(lián)網查找數(shù)字媒體的應用表現(xiàn)1.講授教學法，介紹區(qū)塊鏈的概念、定義技術特性及分類，使學生了解區(qū)塊鏈的概念。2.案例教學法，介紹區(qū)塊鏈的類比案例--石頭貨幣的故事，互動討論區(qū)塊鏈的含義，促進學生對區(qū)塊鏈的理解。3.互動問答（通過設置引