新一代信息技術教案 第五章 區(qū)塊鏈的應用與未來

教案首頁課題名稱第5章區(qū)塊鏈的應用與未來（1）——5.1~5.3課次10授課類型理論□實踐□理實一體□其他學時2授課日期授課班級授課地點教學目的與要求知識目標：1.了解區(qū)塊鏈的概念和發(fā)展歷史；2.認識區(qū)塊鏈的分類和技術。能力目標：能夠清晰描述區(qū)塊鏈的概念和分類；能夠簡單描述區(qū)塊鏈的相關技術。素質目標：1.了解倫理道德準則，規(guī)范日常信息行為；2.了解相關法律法規(guī)并自覺遵守；3.具備信息安全意識和相關防護能力。課程思政目標：增強民族自豪感，學習大國工匠精神，樹立科技報國思想。教學重點區(qū)塊鏈的概念、區(qū)塊鏈的分類和區(qū)塊鏈技術教學難點區(qū)塊鏈技術教學方法與手段教學方法：課件講解、舉例說明、對比分析、啟發(fā)引導學生學法：預習—聽講---討論---復習—自學擴展設計意圖：激發(fā)學生學習興趣、提高課堂學習效率教學資源：課件、視頻資料課程思政要素要點通過對區(qū)塊鏈技術的發(fā)展歷史的介紹，和我國區(qū)塊鏈技術的發(fā)展情況介紹，增強學生的民族自豪感，樹立學生科技報國志向。課外作業(yè)查閱區(qū)塊鏈相關資料教學反思區(qū)塊鏈相關技術學生較難理解，盡量用淺顯易懂的實例說明。教案紙第5章區(qū)塊鏈的應用與未來（1）——5.1~5.3一、整體設計1.復習引入（10分鐘）2.新知識講解（80分鐘）5.1區(qū)塊鏈的概述5.2區(qū)塊鏈的分類5.3認識區(qū)塊鏈技術3.總結與布置作業(yè)（10分鐘）二、復習引入1.上節(jié)課內(nèi)容回顧：（1）物聯(lián)網(wǎng)技術在行業(yè)中的應用（2）物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展趨勢2.新課引入：區(qū)塊鏈是隨著比特幣等數(shù)字加密貨幣的日益普及而逐漸興起的一種全新的去中心化基礎架構與分布式計算范式。區(qū)塊鏈作為伴隨比特幣產(chǎn)生的概念，其所承載的意義，遠遠超出了加密貨幣，區(qū)塊鏈技術應該是可以有更多種形態(tài)、更多種體系、更多種用途、更多種規(guī)格的技術，目前已經(jīng)被應用于許多領域，包括金融政務服務、供應鏈版權和專利、能源、物聯(lián)網(wǎng)等。三、新知識講解（一）區(qū)塊鏈的概述1.區(qū)塊鏈的基本概念工信部指導發(fā)布的《區(qū)塊鏈技術和應用發(fā)展白皮書2016》的解釋是：狹義來講，區(qū)塊鏈是一種按照時間順序將數(shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數(shù)據(jù)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。廣義來講，區(qū)塊鏈技術是利用塊鏈式數(shù)據(jù)結構來驗證和存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全性、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(jù)的一種全新的分布式基礎架構與計算范式。2.區(qū)塊鏈的發(fā)展史區(qū)塊鏈由誕生至今，其發(fā)展先后經(jīng)歷了加密數(shù)字貨幣、企業(yè)應用、價值互聯(lián)網(wǎng)三個階段。（1）區(qū)塊鏈

1.0：加密數(shù)字貨幣2009年1

月，比特幣系統(tǒng)正式運行并開放了源碼，標志著比特幣網(wǎng)絡的正式誕生。其主要創(chuàng)新是創(chuàng)建了一套去中心花、公開透明、防篡改的交易賬本系統(tǒng)；其數(shù)據(jù)庫由所有的網(wǎng)絡節(jié)點共享，由“礦工”更新，全民維護，沒有人可以控制這個總賬本。在區(qū)塊鏈

1.0階段，區(qū)塊鏈技術的應用主要聚集在加密數(shù)字貨幣領域，典型代表是比特幣系統(tǒng)以及從比特幣系統(tǒng)代碼衍生出來的多種加密數(shù)字貨幣。比特幣系統(tǒng)存在問題：1.系統(tǒng)內(nèi)置的腳本系統(tǒng)表達能力有限，在開發(fā)其他應用時，有些邏輯無法表達，開發(fā)難點大；2.全球支持每秒7筆交易，記賬后追加6個區(qū)塊才能確認交易，追加一個塊需10分鐘，約1個小時才能確認交易，不能滿足實時性要求高的應用需求。（2）區(qū)塊鏈

2.0：企業(yè)應用

針對區(qū)塊鏈

1.0

存在的專用系統(tǒng)問題，為了支持如眾籌、溯源等應用，區(qū)塊鏈2.0

階段支持用戶自定義的業(yè)務邏輯，即引入了智能合約，從而使區(qū)塊鏈的應用范圍得到了很大的擴展，在經(jīng)濟、市場、金融等方面得到了全方位的應用，極大地降低了社會生產(chǎn)消費過程中的信任和協(xié)作成本，提高了行業(yè)內(nèi)和行業(yè)間的協(xié)同效率，典型的代表是

2013

年啟動的以太坊系統(tǒng)。以太坊，一個開源的區(qū)塊鏈底層系統(tǒng)，可以運行所有區(qū)塊鏈和協(xié)議，不受任何人控制，由全球范圍內(nèi)的所有參與者共同維護?？梢詾橛脩籼峁┓浅ＸS富的API，讓用戶能夠在其上快速開發(fā)出各種區(qū)塊鏈應用。每秒70-80次交易，區(qū)塊鏈應用擴展到各個行業(yè)。智能合約是一種通過計算機技術實現(xiàn)的，旨在以數(shù)字化方式達成共識、履約、監(jiān)控履約過程并驗證履約結果的自動化合同，可以簡單地理解為：以數(shù)字形式定義的一系列承諾，一亙合約被設立，在區(qū)塊鏈系統(tǒng)上無需第三方的參與便可以自動執(zhí)行。（3）區(qū)塊鏈

3.0：價值互聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈全面應用時代，由此構建一個大規(guī)模協(xié)作社會。從技術的角度來看，應用

CA

認證、電子簽名、數(shù)字存證、生物特征識別、分布式計算、分布存儲等技術，區(qū)塊鏈可以實現(xiàn)一個去中心、防篡改、公開透明的可信計算平臺，從技術上為構建可信社會提供了可能。區(qū)塊鏈與云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等新興技術交叉演進，將重構數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展生態(tài)，促進價值互聯(lián)網(wǎng)與實體經(jīng)濟的深度融合。價值互聯(lián)網(wǎng)是一個可信賴的實現(xiàn)各個行業(yè)協(xié)同互聯(lián)。實現(xiàn)人和萬物互聯(lián)，實現(xiàn)勞動價值高效、智能流通的網(wǎng)絡，主要用于解決人與人、人與物、物與物之間的共識協(xié)作、效率提升問題，將傳統(tǒng)的依賴于人或依賴于中心系統(tǒng)的公正、調(diào)節(jié)、仲裁功能自動化，按照大家都認可的協(xié)議交給可信賴的機器來自動執(zhí)行。3.區(qū)塊鏈的特征去中心化透明性開放性自治性信息不可篡改匿名性系統(tǒng)高可靠4.區(qū)塊鏈的缺點(1)隱私保護難題如果知道某個參與者的賬戶就很容易獲取其每一筆交易記錄和推斷其擁有的財產(chǎn)數(shù)目，不利于個人隱私保護。(2)不可篡改、撤銷不可篡改、撤銷既是區(qū)塊鏈的優(yōu)點也是區(qū)塊鏈的缺點。(3)交易確認延遲性區(qū)塊鏈中交易確認存在延遲性。(二)區(qū)塊鏈的分類（三）區(qū)塊鏈的技術1.區(qū)塊鏈的技術架構2.分布式賬本技術分布式記賬技術凸顯了“去中心化”的特點，交易記賬由網(wǎng)絡中多個參與者集體進行校驗和維護，由分布在不同地方的多個節(jié)點共同完成，而且每一個節(jié)點記錄的都是完整的賬目，因此它們都可以參與監(jiān)督交易合法性，同時也可以共同為其作證。加解密技術區(qū)塊鏈要想實現(xiàn)自身的去信任化，首先需采取加解密技術保證存儲信息的安全、完整，需要采用密碼學的方法來保證已有數(shù)據(jù)不可篡改。這一部分包含兩個核心要點：密碼學哈希函數(shù)和非對稱加密技術。其中，密碼學哈希函數(shù)能確保交易輸入的任何改動都會計算出一個不同的哈希值；非對稱加密技術則能確保交易源自發(fā)送方而不是冒名頂替者。4.共識機制共識機制是區(qū)塊鏈節(jié)點就區(qū)塊信息達成全網(wǎng)一致共識的機制，可以保證最新區(qū)塊被準確添加至區(qū)塊鏈、節(jié)點存儲的區(qū)塊鏈信息一致不分叉甚至可以抵御惡意攻擊。區(qū)塊鏈提出了PoW、PoS、DPoS、Pool四種不同的共識機制，適用于不同的應用場景，在效率和安全性之間取得平衡。這里對前三種主流共識機制進行詳細介紹。（1）PoWPoW(ProofofWork，工作量證明)，即大家熟悉的挖礦，通俗來講就是“通過工作以獲得指定成果，用成果來證明曾經(jīng)付出的努力”，核心為算力越大，挖到塊的概率越大，維護區(qū)塊鏈安全的權重越大。（2）PoSPoS（ProofofStake，股權證明）認為，區(qū)塊鏈應該由那些在其中具有經(jīng)濟利益的人進行保障，是根據(jù)用戶持有貨幣的數(shù)量和時間派發(fā)利息的制度。PoS的優(yōu)點是在一定程度上縮短了共識達成的時間，且安全性更有保障，但缺點是還需要挖礦。（3）DPoS相似地，DPoS（DelegatedProofofStake，委任權益證明）則類似于董事會投票，需要持幣者投出一定數(shù)量的節(jié)點，代理他們進行驗證和記賬。5.以太坊以太坊是一個可編程的區(qū)塊鏈，內(nèi)置了一個完全成熟的圖靈完備的程序語言，可以用這個語言來創(chuàng)建“合約”，使得用戶可以創(chuàng)建屬于他們自己的任意復雜的操作（比特幣只能交易）。具體來說，以太坊通過一套圖靈完備的腳本語言（EthereumVirtualMachinecode，簡稱EVM語言）來建立應用，它類似于匯編語言。以太坊里的編程并不需要直接使用EVM語言，而是類似C語言、Python、Lisp等高級語言，再通過編譯器轉成EVM語言。四、總結及布置作業(yè)1.總結本節(jié)課我們詳實地講解了區(qū)塊鏈技術的應用場景、影響以及區(qū)塊鏈與其他技術的融合。2.布置作業(yè)：查閱區(qū)塊鏈相關資料五、板書設計第5章區(qū)塊鏈的應用與未來一、區(qū)塊鏈的概述1.區(qū)塊鏈的基本概念2.區(qū)塊鏈的發(fā)展史3.區(qū)塊鏈的特征二、區(qū)塊鏈的分類1.公有區(qū)塊鏈2.聯(lián)盟區(qū)塊鏈3.私有區(qū)塊鏈三、5.3區(qū)塊鏈的技術1.分布式賬本技術2.加解密技術3.共識機制4.以太坊四、總結作業(yè)：查閱區(qū)塊鏈相關資料視頻：什么是比特幣？一個故事看懂比特幣與挖礦的原理視頻：區(qū)塊鏈-史上最通俗的講解視頻：5.1區(qū)塊鏈概述02-三分鐘帶你認識區(qū)塊鏈.mp4視頻：5.1區(qū)塊鏈概述03-區(qū)塊鏈技術的發(fā)展歷史.mp4視頻：5.1區(qū)塊鏈概述04-區(qū)塊鏈有哪些缺點？.mp4視頻：5.2區(qū)塊鏈的分類01-區(qū)塊鏈的分類.mp4視頻：5.3區(qū)塊鏈的技術01-去中心化與分布式記賬.mp4視頻：5.3區(qū)塊鏈的技術02-非對稱加密算法是什么？.mp4視頻：5.3區(qū)塊鏈的技術03-區(qū)塊鏈的共識