新一代信息技術(shù)導(dǎo)論（微課版）課件 龔啓軍 第13章 無縫穿越-虛擬現(xiàn)實(shí)；第14章 全面賬房-區(qū)塊鏈技術(shù)

第13章

無縫穿越——虛擬現(xiàn)實(shí)CONTENTS目錄13.1虛擬現(xiàn)實(shí)的概述13.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀13.3虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)的概述13.1什么是VR虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的主要分類虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)行原理虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)方式：以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主，綜合利用三維圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)、顯示技術(shù)、伺服技術(shù)等，借助計(jì)算機(jī)等產(chǎn)生一個(gè)逼真的三維視覺、觸覺、嗅覺等多種感官體驗(yàn)的虛擬世界，從而使身處虛擬世界的人產(chǎn)生一種身臨其境的感覺13.1.1什么是VR1．沉浸感沉浸感是指計(jì)算機(jī)操作人員作為人機(jī)環(huán)境的主導(dǎo)者存在于虛擬環(huán)境中。多媒體技術(shù)雖然為人們提供了豐富多彩的信息表示形式，且使人與計(jì)算機(jī)可以交互，但是在交互中，人們只能從計(jì)算機(jī)外部去觀察這些表現(xiàn)形式。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過多維方式與計(jì)算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，使參與者全身心地沉浸在計(jì)算機(jī)所生成的三維虛擬環(huán)境中，產(chǎn)生身臨其境的感覺。通過將人與環(huán)境融為一體，使操作人員相信在虛擬環(huán)境中的人也是確實(shí)存在的，而且在操作過程中參與者可以自始至終地發(fā)揮作用，就像在真正的現(xiàn)實(shí)世界中一樣。2．交互性交互性是指操作人員對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。例如，操作人員可以用手去直接抓取環(huán)境中的物體，這時(shí)手有握住東西的感覺，并可以感覺到物體的重量，視場中的物體也隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。3．多感知性多感知性是指由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中裝有多種視覺、聽覺、觸覺、動(dòng)覺的傳感器及反應(yīng)裝置，使用者在虛擬環(huán)境中可以獲得視覺、聽覺、觸覺、動(dòng)覺等多種感知，從而達(dá)到身臨其境的效果。13.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的主要分類虛擬現(xiàn)實(shí)的主要分類虛擬現(xiàn)實(shí)在不同領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用，在科學(xué)研究、虛擬校園、虛擬教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)等方面的應(yīng)用更為深入。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)1.桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一套基于普通PC的小型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)位置跟蹤器數(shù)據(jù)手套力反饋器三維鼠標(biāo)其他手控輸入設(shè)備重要技術(shù)特征2.沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)利用頭盔顯示器將用戶的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，產(chǎn)生出一種身在真實(shí)環(huán)境中的感覺3.分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的可供異地多用戶同時(shí)參與的分布式虛擬環(huán)境多個(gè)用戶多個(gè)虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作4.增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，將虛擬信息應(yīng)用到真實(shí)世界，兩種信息相互補(bǔ)充、疊加，并同時(shí)存在于一個(gè)畫面或空間中目的將計(jì)算機(jī)生成的虛擬對(duì)象與真實(shí)環(huán)境融為一體，以增強(qiáng)用戶對(duì)真實(shí)環(huán)境的理解13.1.3虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)行原理虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)行原理計(jì)算機(jī)屏幕通常只有一個(gè)，而我們卻有兩只眼睛，必須讓左、右眼看到的圖像各自獨(dú)立分開，才能產(chǎn)生立體視覺3D立體眼鏡控制IC讓視差持續(xù)在屏幕上表現(xiàn)出來送出立體信號(hào)到屏幕送出同步信號(hào)到3D立體眼鏡使其同步切換左、右眼圖像3D立體眼鏡是一個(gè)穿透液晶鏡片，通過電路對(duì)液晶眼鏡的開、關(guān)進(jìn)行控制3D立體眼鏡開可以控制眼鏡鏡片全黑，以便遮住一眼圖像關(guān)可以控制眼鏡鏡片透明，以便眼看到另一眼該看到的圖像3D立體眼鏡3D立體眼鏡可以模仿真實(shí)的狀況，使左、右眼畫面連續(xù)互相交替顯示在屏幕上，同步配合3D立體眼鏡,加上人眼視覺暫留的生理特性，就可以看到近似真實(shí)的立體3D圖像VRVR的主體+主要情景人只是作為VR的一環(huán)，通過動(dòng)作捕捉裝置，參與到內(nèi)容中去，深度體驗(yàn)并與內(nèi)容互動(dòng)13.1.4虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，包括：實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)對(duì)觀察者頭眼手的跟蹤技術(shù)觸覺，力覺反饋立體聲網(wǎng)絡(luò)傳輸語音輸入輸出技術(shù)1.動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)核心內(nèi)容建立虛擬環(huán)境目的采用CAD技術(shù)(有規(guī)則的環(huán)境)、非接觸式的視覺建模技術(shù)獲取三維數(shù)據(jù)2.實(shí)時(shí)三維圖形生成保證圖形的刷新率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒真實(shí)性實(shí)時(shí)性依賴于實(shí)時(shí)三維圖形的生成3.立體顯示和傳感器技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)手套的缺點(diǎn)延遲長分辨率低作用范圍小使用不便跟蹤精度低跟蹤范圍小虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的缺點(diǎn)4.應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵尋找合適的場合和對(duì)象，即如何發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力提高生產(chǎn)效率減輕勞動(dòng)強(qiáng)度提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量4.應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)工具虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)5．觸覺與力覺反饋在手套內(nèi)層安裝一些可以震動(dòng)的觸點(diǎn)來模擬觸覺解決方式虛擬現(xiàn)實(shí)的概念虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)的主要分類虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)行原理虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀13.213.2.1虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展概念萌芽期技術(shù)萌芽期技術(shù)積累期產(chǎn)品迭代期技術(shù)爆發(fā)期技術(shù)萌芽期虛擬現(xiàn)實(shí)原型機(jī)用以虛擬現(xiàn)實(shí)的方式進(jìn)行模擬飛行訓(xùn)練1968年計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父伊萬·薩瑟蘭開發(fā)了第一個(gè)計(jì)算機(jī)圖形驅(qū)動(dòng)的頭盔顯示器及頭部位置跟蹤系統(tǒng)達(dá)摩克利斯之劍應(yīng)用范圍受限伊萬·薩瑟蘭——虛擬現(xiàn)實(shí)之父技術(shù)積累期虛擬技術(shù)理論和概念形成時(shí)期賈龍·拉尼爾于1984年創(chuàng)建了VPLResearch公司，并推出劃時(shí)代的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備EyephoneEyephone只是虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的頭戴式顯示器產(chǎn)品迭代期1991年出現(xiàn)的一款名為“Virtuality1000CS”的VR頭盔體現(xiàn)了VR產(chǎn)品的尷尬之處：外形笨重功能單一價(jià)格昂貴第五階段：2016年到至今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)爆發(fā)期2016年：虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)業(yè)元年2018年：云VR產(chǎn)業(yè)元年2019年：5G云VR產(chǎn)業(yè)元年2020至2021年：虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的時(shí)間窗口目前，全球已進(jìn)入部分沉浸和成長培育期，整個(gè)VR行業(yè)正式進(jìn)入內(nèi)容爆發(fā)成長期，應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛第五階段：2016年到至今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)爆發(fā)期VR的應(yīng)用領(lǐng)域拓展到：游戲娛樂、教育文化等領(lǐng)域消費(fèi)者模式涉足VR領(lǐng)域的國內(nèi)企業(yè)主要有：小米VR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和世界VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)騰訊盛大集團(tuán)13.2.2虛擬現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)狀虛擬現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)狀現(xiàn)階段，VR技術(shù)已逐步進(jìn)入消費(fèi)者模式。在電子游戲領(lǐng)域，已經(jīng)開發(fā)出開發(fā)者版本的頭戴式顯示器。目前VR產(chǎn)品火爆，眾多國內(nèi)外企業(yè)深入推進(jìn)商業(yè)模式變革，硬件產(chǎn)品、內(nèi)容資源不斷豐富。VR的應(yīng)用領(lǐng)域拓展到游戲娛樂、教育文化等領(lǐng)域。VR的用戶規(guī)模不斷擴(kuò)大。這一時(shí)期，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和產(chǎn)業(yè)大會(huì)也逐步建立。例如，VR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和世界VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)。涉足VR領(lǐng)域的國內(nèi)企業(yè)主要有：小米、騰訊、盛大集團(tuán)等。13.2.1虛擬現(xiàn)實(shí)的未來1提升硬件性能，如傳感器性能，主要在于提升物體跟蹤識(shí)別、超高清顯示器件、CPU和GPU數(shù)據(jù)處理單元性能等2在應(yīng)用軟件和內(nèi)容挖掘創(chuàng)新上繼續(xù)發(fā)力，建設(shè)VR生態(tài)3加強(qiáng)同公共服務(wù)行業(yè)結(jié)合，同時(shí)落實(shí)政策法律法規(guī)監(jiān)管3建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提升設(shè)備、系統(tǒng)遷移性,并降低使用成本和使用難度虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用13.3游戲娛樂醫(yī)療交通教育工業(yè)旅游軍事虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)軍事領(lǐng)域軍事指揮人員訓(xùn)練提高指揮決策能力研制武器裝備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息戰(zhàn)構(gòu)建虛擬戰(zhàn)場環(huán)境單兵模擬訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)訓(xùn)練軍事領(lǐng)域通過模擬器訓(xùn)練飛行員是一條行之有效的途徑飛行模擬器可以作為一種試驗(yàn)床，對(duì)飛機(jī)的操縱性、穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性進(jìn)行測(cè)試和評(píng)定，進(jìn)而分析飛機(jī)氣動(dòng)參數(shù)對(duì)飛行品質(zhì)的影響。模擬飛行是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的先驅(qū)游戲娛樂領(lǐng)域游戲場地人物模型電影場景游戲娛樂領(lǐng)域《我生命中的60秒》《三體》MUD多用戶虛擬空間二維三維網(wǎng)絡(luò)三維游戲由于人體的物理、肌理、生理和生化特征很多，差異較大，各種臟器各不相同，特征不一。供醫(yī)療所用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有一定難度。虛擬手術(shù)訓(xùn)練遠(yuǎn)程會(huì)診手術(shù)規(guī)劃導(dǎo)航手術(shù)協(xié)作醫(yī)療領(lǐng)域由于人體的物理、肌理、生理和生化特征很多，差異較大，各種臟器各不相同，特征不一。供醫(yī)療所用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有一定難度。患者關(guān)懷癥狀戒除心理疏導(dǎo)醫(yī)療領(lǐng)域工業(yè)領(lǐng)域VR優(yōu)勢(shì)

調(diào)試的各個(gè)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)了三維立體可視化，讓生產(chǎn)場景真實(shí)地呈現(xiàn)在人們眼前VR教育結(jié)合游戲、情景轉(zhuǎn)換等多種手段,能夠有效解決教育難題,激發(fā)學(xué)生興趣。利用VR技術(shù)的沉浸感，在虛擬場景下為學(xué)生提供實(shí)操機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在一個(gè)形象逼真的環(huán)境下直接參與互動(dòng)，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握更加牢固。教育領(lǐng)域旅游領(lǐng)域VR虛擬旅游更多的是對(duì)實(shí)景游的補(bǔ)充。在旅游前通過VR虛擬旅游的方式快速獲取景區(qū)風(fēng)采，制定旅行攻略。通過交互體驗(yàn)的方式，為游客帶來新穎、別致、智能、可視的便捷體驗(yàn)交通領(lǐng)域VR提供的智能導(dǎo)航將使駕駛員不再迷路課后習(xí)題1．什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，其特點(diǎn)是什么？2．虛擬現(xiàn)實(shí)目前主要的應(yīng)用方向有哪些？3．虛擬現(xiàn)實(shí)有哪些成熟的應(yīng)用？4．虛擬現(xiàn)實(shí)的前景在哪里？5．VR與AR、MR等視覺技術(shù)有何不同？第3章安全第一—信息安全第14章全面賬房—區(qū)塊鏈技術(shù)CONTENTS目錄14.1中心化系統(tǒng)與去中心化系統(tǒng)14.2區(qū)塊鏈技術(shù)14.3區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用中心化系統(tǒng)與去中心化系統(tǒng)14.114.1中心化系統(tǒng)與去中心化銀行轉(zhuǎn)賬中心化賬本400元100元100元-100元+100元銀行轉(zhuǎn)賬A賬戶扣除100元后余額為300元，B賬戶增加100元后余額為200元中心化賬本賬本管理去中心化每個(gè)人都有賬本復(fù)驗(yàn)和記賬能夠抵御一定的故障和安全攻擊去中心化驗(yàn)證余額情況驗(yàn)證通過，記錄信息轉(zhuǎn)賬流程A要轉(zhuǎn)賬給B100元錢網(wǎng)絡(luò)告知信息沒有銀行參與去中心化系統(tǒng)每一個(gè)參與者（節(jié)點(diǎn)）都是平等且自由的關(guān)系，沒有誰依賴誰任何人都是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，任何人也都可以成為一個(gè)中心安全效率一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子貨幣結(jié)算機(jī)制區(qū)塊鏈技術(shù)14.214.2.1區(qū)塊鏈技術(shù)的簡介和特點(diǎn)區(qū)塊鏈技術(shù)廣義上講，區(qū)塊鏈?zhǔn)抢脡K鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)與驗(yàn)證數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問安全、利用自動(dòng)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(jì)算范式。區(qū)塊鏈具有去中心化、防篡改、透明公共審計(jì)、分布式信任共識(shí)、自主可編程等特點(diǎn)?，F(xiàn)如今區(qū)塊鏈技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于智能交通、智慧醫(yī)療、認(rèn)證取證等領(lǐng)域。區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一種去中心化、可溯源、難以篡改、多方共同維護(hù)的分布式數(shù)據(jù)庫。安全性14.2.2區(qū)塊鏈技術(shù)的原理區(qū)塊鏈技術(shù)的原理應(yīng)用層、合約層、激勵(lì)層、共識(shí)層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)構(gòu)造安全和不可篡改的區(qū)塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的接入和通信共識(shí)層負(fù)責(zé)記賬節(jié)點(diǎn)的選舉和驗(yàn)證，同步數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)的原理激勵(lì)層負(fù)責(zé)激勵(lì)區(qū)塊鏈上的節(jié)點(diǎn)去維護(hù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的穩(wěn)定合約層開放可編程區(qū)，使得整個(gè)區(qū)塊鏈可以通過合約代碼部署各種應(yīng)用在區(qū)塊鏈上應(yīng)用層講區(qū)塊鏈上的部署的合約功能做成服務(wù)提供給其它用戶1.數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層是區(qū)塊鏈的核心部分，按照區(qū)塊的鏈接方式可以分為串行鏈?zhǔn)胶陀邢驘o環(huán)圖（DirectedAcyclicGraph，DAG）兩種結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)都涉及數(shù)字簽名、哈希函數(shù)、非對(duì)稱加密和Merkle樹。區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中一個(gè)區(qū)塊包括區(qū)塊頭和區(qū)塊體，區(qū)塊頭一般包括版本號(hào)、區(qū)塊高度、哈希根值、父區(qū)塊哈希、時(shí)間戳、隨機(jī)數(shù)、目標(biāo)難度和交易數(shù)量等，區(qū)體塊包括當(dāng)前共識(shí)在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的交易數(shù)量和交易1.數(shù)據(jù)層Merkle樹，又稱為哈希二叉樹，樹的每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)都是一筆交易的哈希值，然后兩兩遞歸計(jì)算哈希值，最終得到一個(gè)哈希根值，又稱為Merkle哈希根值。此外，在沒有偶數(shù)筆交易的情況下，解決方案是通過復(fù)制最后一筆交易構(gòu)成偶數(shù)筆交易。Merkle樹的作用主要有兩個(gè)：一是通過比較哈希根值對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性校驗(yàn)，只要有一個(gè)數(shù)據(jù)不全或者被修改了，哈希根值對(duì)比驗(yàn)證就不通過；二是快速定位到不一致的數(shù)據(jù)，從上到下對(duì)比哈希根值，然后定位到數(shù)據(jù)不一致的地方，最后同步即可。當(dāng)需要證明列表中的某筆交易存在時(shí)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要計(jì)算log2N個(gè)32字節(jié)的哈希根值，就可以形成一條從Merkle樹根到特定交易的路徑。1.數(shù)據(jù)層非對(duì)稱加密是區(qū)塊鏈技術(shù)中用于安全性需求和所有權(quán)認(rèn)證時(shí)采用的加密技術(shù)，常見的非對(duì)稱加密算法有RSA、ElGamal、背包算法、Rabin等。在數(shù)字簽名場景中，發(fā)送者先對(duì)消息進(jìn)行哈希摘要計(jì)算，然后用自己的私鑰對(duì)哈希摘要進(jìn)行加密，最后將消息和加密后的信息發(fā)送給B。B先用A的公鑰對(duì)哈希摘要進(jìn)行解密，判斷消息是否是A發(fā)出的，然后對(duì)消息進(jìn)行哈希運(yùn)算，檢驗(yàn)消息在傳輸過程中是否存在篡改。由于傳統(tǒng)鏈?zhǔn)降膮^(qū)塊結(jié)構(gòu)在規(guī)模性和效率方面存在不足，因此出現(xiàn)了以DAG的形式組織鏈接交易的圖區(qū)塊鏈。圖區(qū)塊鏈取消了區(qū)塊的概念，稱為Tangle。在Tangle中，每個(gè)交易事務(wù)都是分布式賬本中鏈接的單個(gè)節(jié)點(diǎn)。在提交新事務(wù)之前，它必須驗(yàn)證前面兩個(gè)已經(jīng)提交但還未驗(yàn)證的交易事務(wù)。然后通過運(yùn)行工作量證明（ProofofWork，POW）共識(shí)機(jī)制將新事務(wù)與前兩個(gè)事務(wù)捆綁在一起。之后，可以廣播新事務(wù)到Tangle全網(wǎng)。2.網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是區(qū)塊鏈平臺(tái)組網(wǎng)和信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，用于同點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PeertoPeer，P2P）協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)和特定的傳輸和驗(yàn)證機(jī)制，使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能平等地參與記賬與共識(shí)。P2P協(xié)議中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是對(duì)等的，沒有中心化的服務(wù)器和從其他實(shí)體或認(rèn)證機(jī)構(gòu)（CertificationAuthority，CA）處獲取驗(yàn)證，從而可以有效消除篡改和第三方欺騙的風(fēng)險(xiǎn)。按照接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)支持的功能和對(duì)區(qū)塊數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)程度可分為全節(jié)點(diǎn)和輕量級(jí)節(jié)點(diǎn)。全節(jié)點(diǎn)保存了完整的區(qū)塊數(shù)據(jù)，使得這些節(jié)點(diǎn)能夠獨(dú)立驗(yàn)證交易內(nèi)容；而輕量級(jí)節(jié)點(diǎn)只保存了所有的區(qū)塊頭，通過簡單支付驗(yàn)證向其他節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)以完成驗(yàn)證。這些節(jié)點(diǎn)都負(fù)責(zé)交易區(qū)塊數(shù)據(jù)的傳輸和驗(yàn)證。P2P協(xié)議在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中被用于交易信息傳輸和區(qū)塊數(shù)據(jù)驗(yàn)證。區(qū)塊鏈1.0和區(qū)塊鏈2.0使用基于傳輸控制協(xié)議（TransmissionControlProtocol，TCP）的P2P協(xié)議，HyperledgerFabric則使用基于HTTP/2的P2P協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是區(qū)塊鏈平臺(tái)組網(wǎng)和信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，用于同點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PeertoPeer，P2P）協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)和特定的傳輸和驗(yàn)證機(jī)制，使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能平等地參與記賬與共識(shí)。P2P協(xié)議中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是對(duì)等的，沒有中心化的服務(wù)器和從其他實(shí)體或認(rèn)證機(jī)構(gòu)（CertificationAuthority，CA）處獲取驗(yàn)證，從而可以有效消除篡改和第三方欺騙的風(fēng)險(xiǎn)。按照接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)支持的功能和對(duì)區(qū)塊數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)程度可分為全節(jié)點(diǎn)和輕量級(jí)節(jié)點(diǎn)。全節(jié)點(diǎn)保存了完整的區(qū)塊數(shù)據(jù)，使得這些節(jié)點(diǎn)能夠獨(dú)立驗(yàn)證交易內(nèi)容；而輕量級(jí)節(jié)點(diǎn)只保存了所有的區(qū)塊頭，通過簡單支付驗(yàn)證向其他節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)以完成驗(yàn)證。這些節(jié)點(diǎn)都負(fù)責(zé)交易區(qū)塊數(shù)據(jù)的傳輸和驗(yàn)證。P2P協(xié)議在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中被用于交易信息傳輸和區(qū)塊數(shù)據(jù)驗(yàn)證。區(qū)塊鏈1.0和區(qū)塊鏈2.0使用基于傳輸控制協(xié)議（TransmissionControlProtocol，TCP）的P2P協(xié)議，HyperledgerFabric則使用基于HTTP/2的P2P協(xié)議3.共識(shí)層共識(shí)問題，在計(jì)算機(jī)科學(xué)中主要聚焦于分布式一致性問題，即如何保證分布式系統(tǒng)集群中所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)完全相同，并且就某個(gè)提議能達(dá)到最終一致的狀態(tài)。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)下共識(shí)問題更加復(fù)雜，因?yàn)榇嬖谥_放、缺乏信任的環(huán)境且存在一定數(shù)量的拜占庭惡意節(jié)點(diǎn)。而且，即使所有參與者都是誠實(shí)的，而且所驗(yàn)證和傳輸?shù)慕灰锥际钦_的，也可能因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)延遲和錯(cuò)誤導(dǎo)致無法達(dá)成一致狀態(tài)。因此，一個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)下的共識(shí)算法除需要考慮傳統(tǒng)一致性算法外，還需要考慮拜占庭惡意節(jié)點(diǎn)、共識(shí)效率、去中心化程度、擴(kuò)展性和網(wǎng)絡(luò)故障等因素，區(qū)塊鏈系統(tǒng)下的共識(shí)一直是一個(gè)值得深入研討的課題。共識(shí)過程的核心包括選擇記賬節(jié)點(diǎn)和共識(shí)兩個(gè)子過程。共識(shí)機(jī)制流程主要包括以下4步：（1）選主；（2）造塊；（3）驗(yàn)證；（4）上鏈。4．激勵(lì)層激勵(lì)層是將經(jīng)濟(jì)因素引入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)，其存在有利于節(jié)點(diǎn)在最大化自身利益的前提下積極參與網(wǎng)絡(luò)共識(shí)，以驗(yàn)證數(shù)據(jù)和區(qū)塊，從而維護(hù)一個(gè)安全穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。在設(shè)計(jì)合理的激勵(lì)機(jī)制時(shí)，要將節(jié)點(diǎn)最大化自身收益的個(gè)體行為與區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全性和有效性相結(jié)合，從而使得大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)對(duì)區(qū)塊鏈歷史形成穩(wěn)定的共識(shí)。一般而言，激勵(lì)機(jī)制包括發(fā)行機(jī)制和分配機(jī)制。下面以區(qū)塊鏈1.0為例，分別進(jìn)行介紹。發(fā)行機(jī)制：區(qū)塊鏈1.0發(fā)行的數(shù)量隨時(shí)間推移呈階梯形下降，從創(chuàng)世區(qū)塊開始每個(gè)區(qū)塊將發(fā)行50個(gè)區(qū)塊鏈1.0給產(chǎn)塊的人，以后每隔4年發(fā)行數(shù)量減半（約21萬個(gè)區(qū)塊），一直到區(qū)塊鏈1.0中區(qū)塊數(shù)量維持在2100萬左右時(shí)不再發(fā)行。另外一部分是手續(xù)費(fèi)，目前默認(rèn)的手續(xù)費(fèi)是區(qū)塊鏈1.0的萬分之一，交易手續(xù)費(fèi)用和區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)的費(fèi)用都被封裝在交易中，新區(qū)塊驗(yàn)證通過，記賬節(jié)點(diǎn)將獲得獎(jiǎng)勵(lì)。5．合約層合約層封裝了各類腳本、算法和智能合約。智能合約是一種完全無須中介、可自我驗(yàn)證的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化交易協(xié)議，作為區(qū)塊鏈技術(shù)的關(guān)鍵特性之一，是運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的模塊化、可重用、自動(dòng)執(zhí)行的腳本，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理、價(jià)值轉(zhuǎn)移、資產(chǎn)管理等一系列功能。智能合約最早于1995年提出，起初通過數(shù)字的形式為用戶定義合同承諾，并將其部署到傳統(tǒng)的物理實(shí)體中以構(gòu)建數(shù)字資產(chǎn)。作為智能合約雛形的區(qū)塊鏈1.0腳本，僅僅是內(nèi)嵌在其交易上的一組類型單一的指令。區(qū)塊鏈2.0提供了腳本語言Solidity與智能合約的運(yùn)行環(huán)境，即以太坊虛擬機(jī)（EthereumVirualMachine，EVM），方便用戶編寫和運(yùn)行智能合約腳本，任何人都能上傳和執(zhí)行任意的應(yīng)用程序，并能有效執(zhí)行。在HyperledgerFabric中的智能合約被稱為鏈碼（Chaincode），并且支持Go、Python和Java等主流編程語言編寫智能合約。區(qū)塊鏈技術(shù)與智能合約結(jié)合，依靠合約規(guī)則實(shí)現(xiàn)了不信任雙方之間的公平交換，避免協(xié)議被惡意中斷，也避免了計(jì)劃外的監(jiān)控和跟蹤，豐富了區(qū)塊鏈內(nèi)的交易與外界狀態(tài)的交互。6．應(yīng)用層區(qū)塊鏈技術(shù)最早應(yīng)用于數(shù)字金融領(lǐng)域，作為一種具有去中心化、防止篡改、公開透明和支持自主可編程特性的去中心化新技術(shù)，其生命力在于作為一種管控平臺(tái)或者安全底座，為其他行業(yè)提供一個(gè)安全可信的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、運(yùn)行環(huán)境或者存儲(chǔ)環(huán)境?，F(xiàn)如今區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)在其他行業(yè)有了應(yīng)用，除了可編程金融，還有供應(yīng)鏈溯源、醫(yī)療行業(yè)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等。14.2.3區(qū)塊鏈技術(shù)的分類區(qū)塊鏈技術(shù)的分類1.0金融區(qū)