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話題。貨幣是人類發(fā)展過程中的一個重大發(fā)明，主要用于流通買賣。實物貨幣貨幣的形態(tài)經(jīng)理了多個階段：代用貨幣金屬貨幣信用貨幣數(shù)字貨幣電子貨幣計算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

貨幣的弊端現(xiàn)實生活中很多人認(rèn)為信用卡相對紙幣形式更方便。相對于信用卡這樣的集中式支付體系來說，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)、沒有刷卡機(jī)器等情況，信用卡就不可用了。所以說無論是紙幣還是信用卡模式，都需要額外的系統(tǒng)（例如銀行）來完成生產(chǎn)、分發(fā)、管理等操作，帶來很大的額外成本和使用風(fēng)險。諸如偽造、信用卡詐騙、盜刷、轉(zhuǎn)賬等安全事件屢見不鮮。計算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

貨幣的弊端有人會說，當(dāng)前銀行貨幣形式都是數(shù)字化的，我們的資產(chǎn)都是通過賬號來記錄的。這點說的沒有問題，這種模式也有人稱為“數(shù)字貨幣1.0時代”，但是它的本質(zhì)上是有一個安全可靠的第三方記賬機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的。計算機(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)字貨幣實現(xiàn)相對簡單，但需要一個中心管控系統(tǒng)。但是，很多時候并不存在一個安全可靠的第三方記賬機(jī)構(gòu)來充當(dāng)這個中心管控的角色。例如，貿(mào)易兩國可能缺乏足夠的外匯儲備；網(wǎng)絡(luò)上的匿名雙方進(jìn)行直接買賣；交易的兩個機(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；可能無法連接到第三方的系統(tǒng)；第三方的系統(tǒng)可能會出現(xiàn)故障等情況計算機(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，這種貨幣類型無疑將帶來巨大的社會變革，極大提高經(jīng)濟(jì)活動的運(yùn)作效率。我們需要的是一個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的雙重支付計算機(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)制與共識機(jī)制結(jié)合到一起，首次實現(xiàn)了一套去中心化的數(shù)字貨幣系統(tǒng)。計算機(jī)分類

第十章

10.1區(qū)塊鏈的概念

比特幣的特點比特幣可以做傳統(tǒng)貨幣能做的所有事，例如買賣商品、給個人或組織匯款、貸款。比特幣能中立、公正、無法被篡改地記錄發(fā)生過的每一筆交易不同于傳統(tǒng)貨幣，比特幣是完全虛擬的。它不但沒有實體，本質(zhì)上也沒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。這些密鑰通常存儲在計算機(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)完全掌握在每個人手中比特幣是一個分布式的點對點網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此沒有“中央”服務(wù)器，也沒有中央發(fā)行機(jī)構(gòu)。計算機(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格也伴隨著比特幣概念的炒作水漲船高，我國明令禁止數(shù)字幣的交易。如果你還在自我沉醉在比特幣的世界，那你就完全走錯了。隨著比特幣的火爆，各國真正開始關(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，往往已經(jīng)與比特幣沒有直接聯(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：一種點對點電子現(xiàn)金系統(tǒng)》。狹義來講，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N按照時間順序?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。廣義來講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證與存儲數(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(xué)的方式保證數(shù)據(jù)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(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算范式。計算機(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。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)，成為一個節(jié)點。區(qū)塊鏈的世界里面，沒有中心節(jié)點，每個節(jié)點都是平等的，都保存著整個數(shù)據(jù)庫。你可以向任何一個節(jié)點，寫入/讀取數(shù)據(jù)，因為所有節(jié)點最后都會同步，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來源的事務(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)識符，然后把它鏈接在一起的形成共享區(qū)塊，并通過單一信息源確保數(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）：記錄一段時間內(nèi)發(fā)生的交易和狀態(tài)結(jié)果，是對當(dāng)前賬本狀態(tài)的一次共識。（3）鏈（Chain）：由一個個區(qū)塊按照發(fā)生順序串聯(lián)而成，是整個狀態(tài)變化的日志記錄。計算機(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)塊鏈交易過程如圖上圖所示，如果把區(qū)塊鏈作為一個狀態(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)。在操作過程中，首先假設(shè)存在一個分布式的數(shù)據(jù)記錄本（這方面的技術(shù)相對成熟），這個記錄本只允許添加，不允許刪除。其結(jié)構(gòu)是一個線性的鏈表，由一個個“區(qū)塊”串聯(lián)組成，這也是其名稱“區(qū)塊鏈”的來源。新的數(shù)據(jù)要加入，必須放到一個新的區(qū)塊中加入。而這個塊（以及塊里的交易）是否合法，可以通過一些手段快速檢驗出來。維護(hù)節(jié)點都可以提議一個新的區(qū)塊，然而必須經(jīng)過一定的共識機(jī)制來對最終選擇的區(qū)塊達(dá)成一致。計算機(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)起一項交易后，會廣播到網(wǎng)絡(luò)中并等待確認(rèn)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點會將一些等待確認(rèn)的交易記錄打包在一起，組成一個候選區(qū)塊。然后，試圖找到一個nonce串（比特幣用在共識算法中的一個數(shù)字）放到區(qū)塊里，候選區(qū)塊利用哈希算法（hash）一旦算出來正確答案，這個區(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)行驗證，發(fā)現(xiàn)確實符合約定條件了，就承認(rèn)這個區(qū)塊是一個合法的新區(qū)塊，被添加到鏈上。當(dāng)然，在實現(xiàn)上還會有很多的細(xì)節(jié)。計算機(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，來共同驗證交易記錄的正確性。由于所有節(jié)點都在記錄全網(wǎng)的每一筆交易，因此，一點出現(xiàn)某節(jié)點記錄的信息和其他節(jié)點不符，其他節(jié)點就不會承認(rèn)該記錄，該記錄也不會被寫入?yún)^(qū)塊。2.不可虛構(gòu)當(dāng)發(fā)送者廣播交易信息的時候，區(qū)塊鏈中參與記錄的節(jié)點需要做的是通過歷史記錄驗證發(fā)送者是否有能力旅行該交易，而不是驗證廣播的交易信息是否為真。通過歷史數(shù)據(jù)的校驗功能，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，那么之后的每一個區(qū)塊都將被改變。因此試圖篡改數(shù)據(jù)的人必須同時入侵至少全球參與記錄的51%的節(jié)點來篡改數(shù)據(jù)。以上從技術(shù)角度上來講，幾乎不可能的。計算機(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)連接各對等節(jié)點的組網(wǎng)技術(shù)，學(xué)術(shù)界將其翻譯為對等網(wǎng)絡(luò)，在多數(shù)媒體上則被稱為“點對點”或“端對端”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)點的計算機(jī)地位平等，每個節(jié)點有相同的網(wǎng)絡(luò)權(quán)力，不存在中心化的服務(wù)器。所有節(jié)點間通過特定的軟件協(xié)議共享部分計算資源、軟件或者信息內(nèi)容。在比特幣出現(xiàn)之前，P2P網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)已被廣泛用于開發(fā)各種應(yīng)用，如即時通信軟件、文件共享和下載軟件、網(wǎng)絡(luò)視頻播放軟件、計算資源共享軟件等。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。計算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

非對稱加密算法指使用公私鑰對數(shù)據(jù)存儲和傳輸進(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。公私鑰對計算時間較長，主要用于加密較少的數(shù)據(jù)。常用的非對稱加密算法有RSA和ECC。對稱加密技術(shù)在區(qū)塊鏈的應(yīng)用場景主要包括信息加密、數(shù)字簽名和登錄認(rèn)證等，在區(qū)塊鏈的價值傳輸中，要利用公鑰和私鑰來識別身份。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的公鑰對信息加密后，再發(fā)送給B，B利用自己的私鑰對信息解密。比特幣交易的加密即屬于此場景。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。計算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

非對稱加密算法如在比特幣交易過程中，公鑰和私鑰、比特幣地址的生成也是由非對稱加密算法來保證的。這樣不對稱的加密方式，增強(qiáng)了點對點式交易的安全性。對稱加密雙方使用相同的密鑰，如果一方的密鑰遭泄露，那么整個通信就會被破解。而非對稱加密使用一對密鑰，一個用來加密，一個用來解密，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程中被黑客盜取信息的風(fēng)險計算機(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)的參與者對分布式賬本中記錄的更新進(jìn)行管理并達(dá)成共識。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記錄都有一個時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，并不會被篡改。不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(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）；這種賬本能在點對點網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點之間相互復(fù)制，且各項交易均由私鑰簽署。計算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

分布式賬本

先定一個小目標(biāo)！

存儲的是什么？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)，很少有人會用保存大量數(shù)據(jù)。在這個賬本里存儲的資產(chǎn)可以是金融、法律定義上的實體，也可以是電子的資產(chǎn)計算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

分布式賬本

先定一個小目標(biāo)！

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

第十章

分布式賬本在傳統(tǒng)記賬方式中，出現(xiàn)過漏賬、假賬等情況1、整個系統(tǒng)中所有參與的用戶都能看到這個記賬過程，安全得多2、分布式記賬是通過權(quán)益證明（Token）來激勵用戶參與系統(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

共識機(jī)制10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)計算機(jī)分類

第十章

10.2區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)

智能合約先定一個小目標(biāo)！

什么是智能合約？本質(zhì)上來說，智能合約是一段程序，它以計算機(jī)指令的方式實現(xiàn)了傳統(tǒng)合約的自動化處理。簡單講，智能合約就是雙方在區(qū)塊鏈資產(chǎn)上交易時，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程序不只是一個可以自動執(zhí)行的計算機(jī)程序，它本身就是一個系統(tǒng)參與者，對接收到的信息進(jìn)行回應(yīng)，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(chǎn)，總是按照事先的規(guī)則執(zhí)行操作。簡單的來說就是，你可以提前規(guī)定好合約的內(nèi)容，當(dāng)在滿足觸發(fā)合約條件的時候，程序就會自動執(zhí)行合約內(nèi)容計算機(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