《區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用實訓(xùn)》區(qū)塊鏈基礎(chǔ)

區(qū)塊鏈基礎(chǔ)區(qū)塊鏈基礎(chǔ)記賬方式POSPBFT比特幣區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)時間戳區(qū)塊鏈基本認知區(qū)塊POW智能合約非對稱加密哈希DPOS以太坊傳播機制（P2P）Merkle樹結(jié)構(gòu)UTXO掌握區(qū)塊鏈的定義與基本組成，并掌握其設(shè)計的目的哈希的作用與技術(shù)特征，區(qū)塊鏈引用哈希技術(shù)的關(guān)鍵點POW共識機制的技術(shù)定義、作用以及經(jīng)濟學(xué)原理時間戳的技術(shù)定義、分類以及現(xiàn)實意義UTXO賬戶模型的設(shè)計原理以及與傳統(tǒng)的區(qū)別和價值理解并掌握傳輸機制的定義與現(xiàn)實意義，區(qū)塊鏈采取P2P傳輸?shù)淖饔脭?shù)字證書、數(shù)字簽名的金融價值和信息價值PBFT容錯機制的適用范圍以及基本原理智能合約的技術(shù)定義、作用、意義以及解決的現(xiàn)實問題了解區(qū)塊鏈發(fā)展過程中的人物貢獻，包括中本聰、尼克薩博等比特幣區(qū)塊鏈的記賬方式，其設(shè)計原因與目的比特幣區(qū)塊鏈對數(shù)字貨幣的發(fā)行方式區(qū)塊鏈現(xiàn)存的風(fēng)險與容量問題POS/DPOS其技術(shù)定義，以及解決的現(xiàn)實問題學(xué)習(xí)目標學(xué)習(xí)目標01區(qū)塊鏈基本認知區(qū)塊鏈是什么Technical

versionBProfessionalversionDDevelopment

versionCGeneralversionA區(qū)塊鏈是什么區(qū)塊鏈≠新技術(shù)A區(qū)塊鏈沒有交易中介區(qū)塊鏈>記賬方式C去除第三方中介記賬降低了中心崩潰的風(fēng)險2008年區(qū)塊鏈產(chǎn)生區(qū)塊鏈是多種技術(shù)的組合區(qū)塊鏈的最主要的用途是分布式記賬區(qū)塊鏈不僅僅是用來記賬的競爭記賬保證賬本的一致性把交易數(shù)據(jù)打包到區(qū)塊中競爭記賬（不是唯一的記賬方式）DB區(qū)塊鏈是什么哈希02哈希哈希算法的定義哈希算法是一種只能加密，不能解密的算法。把任意長度的信息通過哈希算法，可以轉(zhuǎn)換成一段固定長度的字符串，這個字符串就是哈希值。哈希算法的特點1不可逆2無沖突3哈希值長度固定哈希算法作為區(qū)塊鏈的加密算法，具備以下幾個特點：哈希碰撞完整性與實體認證密碼哈希函數(shù)是一類數(shù)學(xué)函數(shù)，可以在有限合理的時間內(nèi)，將任意長度的消息壓縮為固定長度的二進制串，其輸出值稱為哈希值，也稱為散列值哈希碰撞碰撞是與哈希函數(shù)相關(guān)的重要概念，體現(xiàn)著哈希函數(shù)的安全性，所謂碰撞是指兩個不同的消息在同一個哈希函數(shù)作用下，具有相同的哈希值?，F(xiàn)在請同學(xué)們思考一個問題：為什么在區(qū)塊鏈中要使用哈希呢？思考區(qū)塊03區(qū)塊區(qū)塊是什么1在哈希的基礎(chǔ)上增加了BlockID、Nonce23點擊按鈕后，Nonce值變化且恢復(fù)到期初顏色在體驗完區(qū)塊工具之后，總結(jié)一下區(qū)塊是什么？在Data中輸入內(nèi)容后，Hash變化且區(qū)塊變紅版本號前一區(qū)塊哈希默克爾根時間戳難度值隨機數(shù)Merkle樹結(jié)構(gòu)04Merkle樹Merkle樹

MerkleTree，通常也被稱作HashTree，顧名思義，就是存儲hash值的一棵樹。Merkle樹的葉子是數(shù)據(jù)塊(例如，文件或者文件的集合)的hash值。非葉節(jié)點是其對應(yīng)子節(jié)點串聯(lián)字符串的hash。Merkle樹MerkleTree可以看做HashList的泛化（HashList可以看作一種特殊的MerkleTree，即樹高為2的多叉MerkleTree）。在最底層，和哈希列表一樣，我們把數(shù)據(jù)分成小的數(shù)據(jù)塊，有相應(yīng)地哈希和它對應(yīng)。但是往上走，并不是直接去運算根哈希，而是把相鄰的兩個哈希合并成一個字符串，然后運算這個字符串的哈希，這樣每兩個哈希就結(jié)婚生子，得到了一個”子哈希“。如果最底層的哈希總數(shù)是單數(shù)，那到最后必然出現(xiàn)一個單身哈希，這種情況就直接對它進行哈希運算，所以也能得到它的子哈希。于是往上推，依然是一樣的方式，可以得到數(shù)目更少的新一級哈希，最終必然形成一棵倒掛的樹，到了樹根的這個位置，這一代就剩下一個根哈希了，我們把它叫做MerkleRoot。Merkle樹特點1MT是二叉樹也可以多叉樹，它都具有樹結(jié)構(gòu)的所有特點23非葉子節(jié)點的value是它下面所有的值，按照Hash算法算出的在體驗完Merkle樹工具之后，總結(jié)一下特點？MT葉子節(jié)點的value是數(shù)據(jù)集合的單元數(shù)據(jù)或單元數(shù)據(jù)HASH區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)05區(qū)塊鏈區(qū)塊鏈1在區(qū)塊的基礎(chǔ)之上增加了前區(qū)塊哈希23在體驗完區(qū)塊鏈工具之后，總結(jié)一下區(qū)塊鏈前區(qū)塊哈希作為本區(qū)塊加密的一部分，達到防篡改的目的創(chuàng)世區(qū)塊、哈希指針區(qū)塊鏈要解決的問題實物貨幣貝殼牛、羊……貴金屬貨幣鐵金……信用貨幣紙幣電子貨幣數(shù)字貨幣“信用”是傳統(tǒng)金融行業(yè)的核心交換媒介價值尺度支付手段價值儲藏貨幣職能數(shù)字貨幣數(shù)字法幣-基于國家信用比特幣-依靠算法建立信用其他數(shù)百種貨幣區(qū)塊鏈要解決的問題互聯(lián)網(wǎng)核心解決的問題互聯(lián)網(wǎng)未能解決的問題互聯(lián)網(wǎng)金融體系的運作互聯(lián)網(wǎng)金融體系的局限信息制造和傳輸價值轉(zhuǎn)移和信用傳遞政府、銀行或第三方提供支付系統(tǒng)實現(xiàn)價值的轉(zhuǎn)移信用局限在一定的機構(gòu)地區(qū)或者國家的范圍之內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)將信息快速生成并復(fù)制到全世界每一個有網(wǎng)絡(luò)的角落根本的問題如何解決信用，而可以實現(xiàn)價值轉(zhuǎn)移的，核心是如何達成共識目標建立一個全球性的信用共識體系，取代第三方中介，自動運行，實現(xiàn)“去信任”機制解決方案每個國家政治、文化、宗教不同，唯一取得共識的是數(shù)字（基礎(chǔ)科學(xué)）數(shù)學(xué)（算法）是全球文明的最大公約數(shù)非對稱加密06解密過程接收方明文M密文CM加密過程明文M發(fā)送方秘鑰K（公開信道）（秘密信道）明文M密文CM明文M解密過程接收方加密過程發(fā)送方（公鑰）（私鑰）經(jīng)典用途時間戳07時間戳的定義時間戳是指格林威治時間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)在的總毫秒數(shù)。自建時間戳可信時間戳?xí)r間戳的分類時間戳的生成

目前可信時間戳已成為確立電子數(shù)據(jù)法律效力的重要技術(shù)之一，可信時間戳的生成方法如下：1、提取用戶電子數(shù)據(jù)摘要（Hash）；2、用戶題出時間戳請求。Hash值被傳遞給時間戳服務(wù)器；3、時間戳服務(wù)器采用權(quán)威時間源，由國家授時中心負責(zé)授時與守時；4、由可信第三方時間戳服務(wù)機構(gòu)對電子數(shù)據(jù)摘要和權(quán)威時間記錄進行數(shù)字簽名生成時間戳；1需加時間戳的文件摘要23DTS收到文件的日期和時間DTS的數(shù)字簽名時間戳的組成部分時間戳是一個經(jīng)加密后形成的憑證文檔，包括三個部分：時間戳的生成過程1防篡改2區(qū)塊按照時間順序排列時間戳在區(qū)塊鏈中的作用3防止雙花區(qū)塊鏈時間戳現(xiàn)實意義杭州互聯(lián)網(wǎng)法院電子證據(jù)平臺線上提交證據(jù)線上發(fā)起訴訟時間地點人物事前事中事后證據(jù)分散不完整丟失偽造篡改時間被重新設(shè)置傳播機制：P2P08去中心化思考：區(qū)塊鏈為什么采用這種數(shù)據(jù)傳輸機制？傳播機制：P2P什么是去中心化容錯性抗攻擊性抗勾結(jié)性點對點傳輸?shù)淖饔萌ブ行幕植际近c對點易混概念記賬方式09記賬方式區(qū)塊鏈哈希不可逆無沖突節(jié)省空間非對稱加密文本加密時間戳防篡改區(qū)塊鏈排序傳輸機制數(shù)據(jù)傳輸去中心化抗攻擊性記賬方式？什么是區(qū)塊鏈區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)數(shù)字簽名鏈上數(shù)據(jù)的存儲方式鏈上數(shù)據(jù)的加密方式鏈上數(shù)據(jù)的排序方式鏈上數(shù)據(jù)的傳輸方式鏈上數(shù)據(jù)的記賬方式記賬方式-競爭記賬定義目的職責(zé)使用范圍全網(wǎng)礦工共同參與競爭，計算相應(yīng)的解，爭奪記賬權(quán)。加密數(shù)字貨幣驗證交易-廣播交易90%以上的區(qū)塊鏈采用競爭記賬（BTC、ETH等）競爭記賬思考：區(qū)塊鏈的記賬方式是為了解決什么問題？記賬方式-思考記賬方式-算力算力（也稱哈希率）是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)處理能力的度量單位。即為計算機（CPU）計算哈希函數(shù)輸出的速度。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)必須為了安全目的而進行密集的數(shù)學(xué)和加密相關(guān)操作。全網(wǎng)算力分布挖礦、礦工、礦機CPU礦機GPU礦機量子計算機ASIC礦機POW共識機制10什么是共識機制共識機制-POWPOW（ProofofWork），工作量證明機制社會主義按勞分配多勞多得 POW（Proof-of-work），工作量證明最早是一個經(jīng)濟學(xué)名詞，它是指系統(tǒng)為達到某一目標而設(shè)置的度量方法。簡單理解就是一份證明，用來確認你做過一定量的工作。監(jiān)測工作的整個過程通常是極為低效的，而通過對工作的結(jié)果進行認證來證明完成了相應(yīng)的工作量，則是一種非常高效的方式 POW系統(tǒng)中一定有兩個角色，工作者和驗證者，他們需要具有以下特點：工作者需要完成的工作必須有一定的量，這個量由工作驗證者給出驗證者可以迅速的檢驗工作量是否達標工作者無法自己"創(chuàng)造工作"，必須由驗證者發(fā)布工作工作者無法找到很快完成工作的辦法。共識機制-POW在進行工作量證明之前，記賬節(jié)點會做進行如下準備工作：收集廣播中還沒有被記錄賬本的原始交易信息檢查每個交易信息中付款地址有沒有足夠的余額驗證交易是否有正確的簽名把驗證通過的交易信息進行打包記錄添加一個獎勵交易：給自己的地址增加X比特幣

如果節(jié)點爭奪記賬權(quán)成功的話，就可以得到X比特幣的獎勵。POW機制為了保證10分鐘左右只有一個人可以記賬，就必須要提高記賬的難度，使得Hash的結(jié)果必須以若干個0開頭。同是為了滿足這個條件，在進行Hash時引入一個隨機數(shù)變量。共識機制-POW流程從流程圖中看出，pow工作量證明的流程主要經(jīng)歷二步：1.生成Merkle根哈希2.組裝區(qū)塊頭

記賬在比特幣平臺中，中本聰就是運用的POW工作量證明來使全網(wǎng)節(jié)點達到51%及以上的共識記賬，以下將介紹pow工作量證明共識是如何記賬的？首先，客戶端產(chǎn)生新的交易向全網(wǎng)廣播每個節(jié)點收到請求，將交易納入?yún)^(qū)塊中每個節(jié)點通過pow工作量證明當某個節(jié)點找到了證明，向全網(wǎng)廣播當且僅當該區(qū)塊的交易是有效的且在之前中未存在的，其他節(jié)點才認同該區(qū)塊的有效性接受該區(qū)塊且在該區(qū)塊的末尾制造新的區(qū)塊1去中心化2安全性高POW的優(yōu)點1挖礦造成大量的資源浪費2共識達成的周期較長POW的缺點3POW算力集中化共識機制：POS11POS：權(quán)益證明機制POS（ProofofStake），權(quán)益證明機制或者股權(quán)證明機制記賬權(quán)的幾率=代幣數(shù)量*持有時長資本主義按錢分配錢生錢1在一定程度上縮短了共識達成的時間2不再需要大量消耗能源挖礦POS的優(yōu)點3防作弊1幣無法發(fā)行的問題2幣齡其實就是時間POS的缺點3流通上的缺陷4離線不納入幣齡減弱計算共識機制：DPOS12DPOS：股份授權(quán)證明機制人民代表大會制度董事會議會制度1秒級的共識驗證2優(yōu)勢資源集中DPOS的優(yōu)點3合作而非競爭1去中心化程度低2積極性不高DPOS的缺點共識機制： PBFT13拜占庭將軍拜占庭將軍PBFT敵人很強大01作為弱者的幾個人實力均等02明確弱者聯(lián)合起來可以打敗強大的敵人03只要有一個弱者退出合作勢必失敗04PBFT實用拜占庭容錯（Practical

Byzantine

Fault

Tolerance）

PBFT共識機制是少數(shù)服從多數(shù)，根據(jù)信息在分布式網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間相互交換后各節(jié)點列出所有得到的信息，一個節(jié)點代表一票。選擇大多數(shù)的結(jié)果作為解決辦法。1/32/3ABCD3節(jié)點之間通過異步網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)中的消息可能丟失、亂序并延時達到，但大部分協(xié)議假設(shè)消息在有限的時間里能傳達到目的地。1拜占庭節(jié)點的行為可以是任意的，拜占庭節(jié)點之間可以共謀。4服務(wù)器之間傳遞的信息，第三方可以嗅探到，但是不能篡改、偽造信息的內(nèi)容和驗證信息的完整新。2節(jié)點之間的錯誤是不相關(guān)的。PBFT-拜占庭容錯PBFT-拜占庭容錯客戶端事務(wù)請求的嚴格有序性性能尚可12一致性發(fā)行機制14發(fā)行機制數(shù)字貨幣激勵方式一個熱氣球上有三個人，上升時遇到故障。必須舍棄一人才能安全升空，三人中一個是環(huán)保學(xué)家，一個是核專家，一個是農(nóng)學(xué)家，該舍誰呢？大家討論半天，也找不到正確答案，因為任何一個人都太重要了。這時，一個孩子喊了一句“把最胖的扔下去?！彼季S題轉(zhuǎn)換思維，簡單而直接的答案可能是最合理的，因為你得明白你要干什么發(fā)行機制2100萬4年減半初始賞金5010分鐘挖礦2140年極強的稀缺性智能合約15什么是智能合約智能合約：一個智能合約是一套以數(shù)字形式定義的承諾，包括合約參與方可以在上面執(zhí)行這些承諾協(xié)議。什么是智能合約BUYERSELLERLAWYERS、BROKERS、INSURANCEBUYERSELLER協(xié)議數(shù)字形式承諾什么是智能合約智能合約的結(jié)構(gòu)區(qū)塊區(qū)塊區(qū)塊區(qū)塊區(qū)塊…………狀態(tài)值智能合約條件1：響應(yīng)1條件2：響應(yīng)2條件3：響應(yīng)3……條件N：響應(yīng)N預(yù)置觸發(fā)條件（特定時間、事件等）預(yù)置觸發(fā)條件（特定時間、事件等）思考：智能合約為什么到現(xiàn)在才流行起來？思考智能合約應(yīng)用01物聯(lián)網(wǎng)智能合約的去中心化特點，每個人都是一個中心，于是，有些指令可以只發(fā)送給特定的人群，而不需要上傳到網(wǎng)絡(luò)的中心02銀行業(yè)務(wù)智能合約能代替銀行職員的重復(fù)性工作，把這些工作流程自動化，達到觸發(fā)條件就會執(zhí)行。03不動產(chǎn)租賃整個租賃過程可以通過智能合約來執(zhí)行，違約了，作惡了，智能合約都會執(zhí)行處罰04交易所設(shè)定智能合約執(zhí)行的觸發(fā)機制，達到某個價格就自動買賣，不管是股票交易所，還是數(shù)字貨幣交易所，都可以用智能合約來管理05管理遺囑智能合約設(shè)定的觸發(fā)條件達到，即立囑人死亡，就可以自動執(zhí)行遺囑06智能資產(chǎn)將智能合約內(nèi)置到物理實體，就可以創(chuàng)造出智能資產(chǎn)。智能資產(chǎn)的核心是控制物體的所有權(quán)比特幣、以太坊16比特幣、以太坊是什么比特幣是一種加密數(shù)字貨幣或者說是電子現(xiàn)金，總量恒定2100萬枚，和互聯(lián)網(wǎng)一樣具有去中心化、全球化、匿名性等特性。以太坊以太坊是一個可編程、可視化、更易用的區(qū)塊鏈，它允許任何人編寫智能合約和發(fā)行代幣。比特幣、以太坊思考：比特幣和以太坊最根本的區(qū)別是什么比特幣、以太坊比特幣以太坊賬本可編程智能合約以太坊EOAMax：300gweiEOAMax：200gwei計算1-40gwei計算2-60gweiCA計算1-160gwei計算2-50gwei礦工賬戶100gwei200gwei燃料不足終止交易已改變的狀態(tài)回滾UTXO17UTXO是什么UTXO未花費的交易輸出系統(tǒng)張三：100元100元李四：20元100元80元10元王五：10元20元10元10元80元張三李四：100元100元50元張三：50元50元100元50元張三向李四支付2.5個比特幣張三與李四各處一半共同向王五支付5個比特幣張三