信息技術(shù)（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?zhǔn)谡n類型理實(shí)一體授課對象授課課時(shí)所授課程授課地點(diǎn)所授教材一、學(xué)情分析本課程授課對象為高職各專業(yè)大一學(xué)生，課程開設(shè)在大一第二學(xué)期，學(xué)生情況在知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)特點(diǎn)和信息素養(yǎng)的情況如下。1.知識(shí)儲(chǔ)備學(xué)生在高職或高中已經(jīng)學(xué)習(xí)了信息技術(shù)課程，并且在大一第一學(xué)期已經(jīng)完成了高職信息技術(shù)（基礎(chǔ)模塊）的學(xué)習(xí)，具備了基礎(chǔ)的信息技術(shù)知識(shí)和技能。2.學(xué)習(xí)特點(diǎn)授課對象都是零零后的學(xué)生，在學(xué)習(xí)方面表現(xiàn)出如下特點(diǎn)。（1）喜歡實(shí)踐動(dòng)手操作，厭煩枯燥乏味的理論講解；（2）喜歡任務(wù)式引導(dǎo)，情境設(shè)定，參與其中，厭煩平淡無極的說教；（3）樂于接受可視化教學(xué)資源，反感靜態(tài)紙質(zhì)學(xué)習(xí)材料；（4）偏愛顆?；?、模塊化的學(xué)習(xí)過程，排斥時(shí)間冗長的教學(xué)過程；（5）對挑戰(zhàn)性的題目感興趣，對基礎(chǔ)性題目求知欲偏低；（6）喜好電腦與互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，線上操作所見即所得可以引發(fā)學(xué)習(xí)興趣。3.信息素養(yǎng)學(xué)生通過高職或高中信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，具備了基礎(chǔ)的信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)，但是在數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新方面仍需加強(qiáng)二、教學(xué)內(nèi)容1.知識(shí)目標(biāo)2.能力目標(biāo)初步掌握初步掌握3.素養(yǎng)目標(biāo)通過小組學(xué)習(xí)，培養(yǎng)與人溝通、協(xié)同工作、口才表達(dá)等能力1.教學(xué)重點(diǎn)八、教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)一課程導(dǎo)入與學(xué)習(xí)任務(wù)(10分鐘)區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式。從本質(zhì)上說，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式的共享賬本和數(shù)據(jù)庫，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集體維護(hù)、公開透明等特點(diǎn)，在金融、供應(yīng)鏈、公共服務(wù)、數(shù)字版權(quán)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本主題包含區(qū)塊鏈基礎(chǔ)知識(shí)、區(qū)塊鏈應(yīng)用領(lǐng)域、區(qū)塊鏈核心技術(shù)等內(nèi)容?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)】通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，完成下列學(xué)習(xí)任務(wù)：

1.在學(xué)習(xí)過程中認(rèn)真復(fù)習(xí)，梳理記錄好學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)，培養(yǎng)與人溝通、協(xié)同工作、口才表達(dá)等能力；10.完成單元考核評價(jià)中的相關(guān)任務(wù)。教師活動(dòng)1.介紹區(qū)塊鏈導(dǎo)入。3.介紹區(qū)塊鏈小節(jié)的學(xué)習(xí)任學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.明確本小節(jié)的學(xué)習(xí)任務(wù)4.思考記錄1.講授教學(xué)法，介紹區(qū)塊鏈概述、本節(jié)知識(shí)圖譜及學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生了解本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的全貌教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)二了解區(qū)塊鏈的基本知識(shí)(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?zhǔn)鞘裁矗亢唵蝸碚f，它是由現(xiàn)代密碼學(xué)保護(hù)，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(gè)賬本，每個(gè)用戶手里都有一份，內(nèi)容隨時(shí)更新，但只能添加信息，不能修改信息。得到卓克密碼學(xué)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(shù)”。（2）區(qū)塊鏈的類比案例--石頭貨幣的故事在原始社會(huì)，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(jù)1910年WilliamHenryFurness出版的《石幣之島》上記載，密克羅尼西亞西部有一個(gè)與世隔絕的小島，叫做雅浦島，而在這個(gè)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(yùn)回雅浦島。采集者在公共聚會(huì)上向全島居民介紹了新采集的石頭幣,使島上的每個(gè)人都知道哪些個(gè)人或氏族團(tuán)體擁有特定石盤的所有權(quán)。每個(gè)石頭幣都根據(jù)尺寸，形狀，均勻度，石材質(zhì)量和旅途中的風(fēng)險(xiǎn)分配了一個(gè)值。經(jīng)過當(dāng)?shù)厥最I(lǐng)的檢查和核實(shí)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(jià)值有多少，能換來多少東西。石頭幣的所有權(quán)可以被轉(zhuǎn)移，比如，作為結(jié)婚禮物，送給安全的政治盟友，或者在暴風(fēng)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(nèi)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(dòng)石頭幣是一件非常費(fèi)勁的事情，所以大家在雅浦島上交易的時(shí)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(gè)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(yùn)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(dāng)?shù)氐木用袢匀幌嘈?，雖然石頭從物理上來說已經(jīng)找不到了，但是這戶人家依然擁有這枚石幣代表的價(jià)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(gè)例子揭示了錢的一個(gè)重要屬性：一個(gè)經(jīng)濟(jì)體的貨幣系統(tǒng)完全可以是一個(gè)大賬本，而錢的流動(dòng)（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(gè)麥當(dāng)勞雞肉漢堡的時(shí)候，并沒有什么錢真正在被轉(zhuǎn)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(dāng)勞店的賬戶里加12塊錢，就結(jié)束了。這個(gè)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(shù)。2.區(qū)塊鏈的定義區(qū)塊鏈（英語：blockchain或blockchain）是借由密碼學(xué)串接并保護(hù)內(nèi)容的串連交易記錄（又稱區(qū)塊）。每一個(gè)區(qū)塊包含了前一個(gè)區(qū)塊的加密散列、相應(yīng)時(shí)間戳記以及交易數(shù)據(jù)（通常用默克爾樹算法計(jì)算的散列值表示），這樣的設(shè)計(jì)使得區(qū)塊內(nèi)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(jì)錄交易，且可永久查驗(yàn)此交易。wiki百科區(qū)塊鏈(Blockchain)是一種由多方共同維護(hù)，使用密碼學(xué)保證傳輸和訪問安全，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)一致存儲(chǔ)、難以篡改、防止抵賴的記賬技術(shù)，也稱為分布式賬本技術(shù)(DistributedLedgerTechnology)。狹義：區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N按照時(shí)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：區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗(yàn)證與存儲(chǔ)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)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用由自動(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)算方式。通俗理解：區(qū)塊鏈技術(shù)是一種整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)所有個(gè)體都參與記賬的方式。系統(tǒng)內(nèi)所有個(gè)體（成員）都有一個(gè)在系統(tǒng)內(nèi)部公開的數(shù)據(jù)庫，我們可以把這個(gè)數(shù)據(jù)庫看成是整個(gè)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?nèi)ャy行取錢，記賬的是銀行。我們使用的微信，負(fù)責(zé)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(gè)個(gè)體（成員）都可以有機(jī)會(huì)參與記賬。在一定時(shí)間段內(nèi)如果有數(shù)據(jù)變化，系統(tǒng)中每個(gè)個(gè)體（成員）都可以來進(jìn)行記賬，系統(tǒng)會(huì)評判這段時(shí)間內(nèi)記賬最快最好的個(gè)體（成員），讓他把記錄的內(nèi)容寫到賬本，并將這段時(shí)間內(nèi)賬本內(nèi)容對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行公開，任何個(gè)體（成員）都可以隨時(shí)查看。這樣系統(tǒng)中的每個(gè)個(gè)體（成員）都了一本完整的賬本。就這樣，區(qū)塊鏈技術(shù)解決了中介信用問題，這也是區(qū)塊鏈的一個(gè)重大突破。在區(qū)塊鏈之前，比特幣可能已經(jīng)被大家所熟知，比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)的一種實(shí)踐，區(qū)塊鏈不是比特幣。12.1.2區(qū)塊鏈的技術(shù)特性區(qū)塊鏈中，交易信息以一個(gè)個(gè)信息塊的形式記錄，這些塊以鏈條方式，按時(shí)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?zhǔn)且粋€(gè)賬本，是一個(gè)不斷增長的文件，每筆交易按時(shí)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?yún)^(qū)塊鏈，它將永久存在，不會(huì)被刪除。區(qū)塊鏈中的記錄是不可修改的，一旦交易記入?yún)^(qū)塊鏈，就不能修改。區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈?zhǔn)褂妹艽a學(xué)技術(shù)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(shù)具有四個(gè)主要特征：去中心化、共識(shí)機(jī)制、可追溯性以及高度信任。第一，去中心化。區(qū)塊鏈?zhǔn)怯杀姸喙?jié)點(diǎn)共同組成的點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不依賴第三方中介平臺(tái)或硬件設(shè)施，沒有中心管制，通過分布式記錄和存儲(chǔ)的形式，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的自我驗(yàn)證、傳遞和管理。數(shù)據(jù)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)互為備份，各節(jié)點(diǎn)地位平等共同維護(hù)系統(tǒng)功能，因此系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槿我夤?jié)點(diǎn)的損壞或異常而影響正常運(yùn)行，使得基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)具有較高的安全可靠性。第二，共識(shí)機(jī)制。共識(shí)機(jī)制主要指網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)間如何達(dá)成共識(shí)的認(rèn)證原則，去認(rèn)定一份交易信息的有效性，保證信息的真實(shí)可靠。有了該機(jī)制，區(qū)塊鏈應(yīng)用中便無需依賴中心機(jī)構(gòu)來鑒定和驗(yàn)證某一數(shù)值或交易。共識(shí)機(jī)制可以減少偽冒交易的發(fā)生，只有超過51%的節(jié)點(diǎn)成員達(dá)成共識(shí)，數(shù)據(jù)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(yīng)用場景的交易驗(yàn)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(jù)信息全部存儲(chǔ)在帶有時(shí)間戳的鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)里，具有極強(qiáng)的可追溯性和可驗(yàn)證性。區(qū)塊鏈中任意兩個(gè)區(qū)塊間都通過密碼學(xué)方法相關(guān)聯(lián)，可以追溯到任何一個(gè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)信息。第四，高度信任。區(qū)塊鏈?zhǔn)墙⑿湃侮P(guān)系的新技術(shù)，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(huì)遭到其他節(jié)點(diǎn)的排斥和抑制。區(qū)塊鏈技術(shù)具有開源、透明的特性，系統(tǒng)參與者能夠知曉系統(tǒng)的運(yùn)作規(guī)則和數(shù)據(jù)內(nèi)容，任意節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交換通過數(shù)字簽名技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，按照系統(tǒng)既定的規(guī)則運(yùn)行，保證數(shù)據(jù)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(jù)網(wǎng)絡(luò)范圍劃分為公有鏈(PublicBlockchain)、聯(lián)盟鏈(ConsortiumBlockchain)和私有鏈(PrivateBlockchain)三種,根據(jù)部署環(huán)境劃分為主鏈和測試鏈，根據(jù)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(gè)體或者團(tuán)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(rèn)，任何人都可以參與其共識(shí)過程。公有區(qū)塊鏈?zhǔn)亲钤绲膮^(qū)塊鏈，也是應(yīng)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(jù)。公有區(qū)塊鏈有開源(OpenSource)和匿名(Anonymity)兩個(gè)特征，開源是指由于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作規(guī)則公開透明，這個(gè)系統(tǒng)是開源系統(tǒng);匿名是指由于節(jié)點(diǎn)之間無需信任彼此，所有節(jié)點(diǎn)也無需公開身份，系統(tǒng)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的匿名和隱私都受到保護(hù)。（2）聯(lián)盟（行業(yè)）區(qū)塊鏈聯(lián)盟區(qū)塊鏈（ConsortiumBlockChains)：由某個(gè)群體內(nèi)部指定多個(gè)預(yù)選的節(jié)點(diǎn)為記賬人，每個(gè)塊的生成由所有的預(yù)選節(jié)點(diǎn)共同決定（預(yù)選節(jié)點(diǎn)參與共識(shí)過程），其他接入節(jié)點(diǎn)可以參與交易，但不過問記賬過程(本質(zhì)上還是托管記賬，只是變成分布式記賬，預(yù)選節(jié)點(diǎn)的多少，如何決定每個(gè)塊的記賬者成為該區(qū)塊鏈的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)），其他任何人可以通過該區(qū)塊鏈開放的API進(jìn)行限定查詢。聯(lián)盟區(qū)塊鏈主要的應(yīng)用在機(jī)構(gòu)間的交易、結(jié)算或清算等B2B場景。例如，銀行間進(jìn)行支付、結(jié)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(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為記賬節(jié)點(diǎn)。（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(shù)進(jìn)行記賬，可以是一個(gè)公司，也可以是個(gè)人，獨(dú)享該區(qū)塊鏈的寫入權(quán)限，讀取權(quán)限或者對外開放，或者被一定程度地進(jìn)行了限制。本鏈與其他的分布式存儲(chǔ)方案沒有太大區(qū)別。傳統(tǒng)金融都是想實(shí)驗(yàn)嘗試私有區(qū)塊鏈，私鏈的應(yīng)用產(chǎn)品還在摸索當(dāng)中。私有鏈的特點(diǎn)是交易速度快，保護(hù)隱私，而且交易成本極低；但是它也有一些缺點(diǎn)，私有鏈可以被操作價(jià)格，也能夠修改代碼的，風(fēng)險(xiǎn)較大。教師活動(dòng)1.講授區(qū)塊鏈的概念、定義技術(shù)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(jìn)一步加深對區(qū)塊鏈的理解。學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.參與互動(dòng)討論，理解區(qū)塊鏈的概念。1.講授教學(xué)法，介紹區(qū)塊鏈的概念、定義技術(shù)特性及分類，使學(xué)生了解區(qū)塊鏈的概念。2.案例教學(xué)法，介紹區(qū)塊鏈的類比案例--石頭貨幣的故事，互動(dòng)討論區(qū)塊鏈的含義，促進(jìn)學(xué)生對區(qū)塊鏈的理解。教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)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(xué)和分布式計(jì)算。1976年，迪菲和赫爾曼發(fā)表了一篇開創(chuàng)性論文《密碼學(xué)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(gòu)成了現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)中廣泛使用的加密算法體系的基石，同時(shí)這也是密碼貨幣和區(qū)塊鏈技術(shù)誕生的技術(shù)基礎(chǔ),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(jīng)濟(jì)自由主義出發(fā)，提出了非主權(quán)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(dǎo)去中心化密碼貨幣技術(shù)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(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主哈耶克1979年，MerkleRalf提出了Merkle-Tree數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的算法，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于校驗(yàn)分布式網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)同步的正確性，對密碼學(xué)和分布式計(jì)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(yàn)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(gè)數(shù)小于等于f時(shí)，忠誠的將軍們可以達(dá)成一致，標(biāo)志著分布式計(jì)算理論和實(shí)踐正逐漸走向成熟。同年，大衛(wèi)·喬姆公布了密碼學(xué)支付系統(tǒng)ECash，隨著密碼學(xué)的發(fā)展，具有遠(yuǎn)見的密碼貨幣先驅(qū)們開始嘗試將其運(yùn)用到貨幣、支付等相關(guān)領(lǐng)域，ECash是密碼貨幣最早的先驅(qū)之一。1991年。區(qū)塊鏈技術(shù)是最早由計(jì)算機(jī)科學(xué)家斯圖爾特·哈伯(StuartHaber)和w·斯科特·斯托內(nèi)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(shí)間戳，防止文檔被篡改。他們開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，使用加密的安全區(qū)塊鏈來存儲(chǔ)有時(shí)間戳的文檔。圖16-5w·斯科特·斯托內(nèi)塔圖6-6計(jì)算機(jī)科學(xué)家斯圖爾特·哈伯1992年，默克爾(Merkle)樹被納入到區(qū)塊鏈的設(shè)計(jì)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(gè)“安全的區(qū)塊鏈”，它存儲(chǔ)了一系列數(shù)據(jù)記錄，每條數(shù)據(jù)記錄都與前一條數(shù)據(jù)記錄相連。這個(gè)鏈中的最新記錄包含了整個(gè)鏈的歷史。1993年，尼克?薩博（NickSzabo）就提出了“智能合約”這個(gè)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(dú)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(rèn)為比特幣的精神先驅(qū)，而尼克·薩博的比特黃金（Bitgold)設(shè)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(rèn)為是比特幣的起源，其內(nèi)容揭示了現(xiàn)代貨幣的根本問題，即“依賴中心化的權(quán)威第三方”，尼克·薩博還在1993年提出了“智能合約”這個(gè)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(jì)算機(jī)科學(xué)家哈爾?芬尼(HalFinney)推出了一個(gè)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(gè)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(gè)rsa簽名的令牌，該令牌可以進(jìn)一步在人與人之間傳輸。RPoW通過保持在可信服務(wù)器上注冊令牌的所有權(quán)，解決了雙重支付(DoubleSpend)問題。該服務(wù)器旨在讓全世界的用戶實(shí)時(shí)驗(yàn)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(diǎn)對點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》一文，闡述了基于P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、加密技術(shù)、時(shí)間戳技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等的電子現(xiàn)金系統(tǒng)的構(gòu)架理念，這標(biāo)志著比特幣的誕生。兩個(gè)月后理論步入實(shí)踐，2009年1月3日第一個(gè)序號(hào)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(hào)為1的區(qū)塊，并與序號(hào)為0的創(chuàng)世區(qū)塊相連接形成了鏈，標(biāo)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(shí)代、區(qū)塊鏈2.0時(shí)代、區(qū)塊鏈3.0時(shí)代三個(gè)階段，如圖6-9所示。圖6-9區(qū)塊鏈發(fā)展的三個(gè)階段區(qū)塊鏈1.0時(shí)代，2009年比特幣的誕生標(biāo)志著區(qū)塊鏈1.0時(shí)代的到來，被稱為區(qū)塊鏈貨幣時(shí)代，作為所有交易的公共賬簿。通過利用點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和分布式時(shí)間戳服務(wù)器，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫能夠進(jìn)行自主管理。該時(shí)期的區(qū)塊鏈技術(shù)主要應(yīng)用在數(shù)字貨幣的兌換、轉(zhuǎn)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(shí)代，

2013年以太坊的出現(xiàn)標(biāo)志著區(qū)塊鏈2.0時(shí)代的到來。被稱為區(qū)塊鏈合約時(shí)代。以智能合約為代表，更宏觀地為整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(shù)實(shí)現(xiàn)更多數(shù)字資產(chǎn)的轉(zhuǎn)換，從而創(chuàng)造數(shù)字資產(chǎn)的價(jià)值。所有的金融交易、數(shù)字資產(chǎn)都可以被改造后在區(qū)塊鏈上使用，包括股票、私募股權(quán)、眾籌、債券、對沖基金、期貨、期權(quán)等金融產(chǎn)品，或者數(shù)字版權(quán)、證明、身份記錄、專利等數(shù)字記錄。以太坊（英文Ethereum）是一個(gè)開源的有智能合約功能的公共區(qū)塊鏈平臺(tái)，通過其專用加密貨幣以太幣提供去中心化的以太虛擬機(jī)來處理點(diǎn)對點(diǎn)合約。得益于以太坊開源、智能合約的特點(diǎn)，區(qū)塊鏈技術(shù)在2.0時(shí)代得到快速發(fā)展，2015年經(jīng)濟(jì)學(xué)人發(fā)布《重塑世界的區(qū)塊鏈技術(shù)》后，區(qū)塊鏈技術(shù)在全球掀起一股金融科技狂潮。區(qū)塊鏈3.0時(shí)代，2015年聯(lián)盟鏈的出現(xiàn)標(biāo)志著區(qū)塊鏈3.0時(shí)代的到來，被稱為區(qū)塊鏈治理時(shí)代。以IBM主導(dǎo)誕生的全球第一個(gè)聯(lián)盟鏈為代表，成立了開源組織Hyperleger（超級賬本），底層技術(shù)為Fabric（超級賬本框架）；國內(nèi)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(shí)代是一個(gè)信息互聯(lián)網(wǎng)向價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變的時(shí)代，是區(qū)塊鏈技術(shù)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)、實(shí)體產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的時(shí)代，將鏈?zhǔn)接涃~、智能合約和實(shí)體領(lǐng)域結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)去中心化的自治，發(fā)揮區(qū)塊鏈的價(jià)值，區(qū)塊鏈技術(shù)在這一時(shí)代的應(yīng)用將超越金融領(lǐng)域，可以廣泛應(yīng)用于政務(wù)、物流、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域。教師活動(dòng)講授區(qū)塊鏈的醞釀階段、誕生和發(fā)展歷程。學(xué)生活動(dòng)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(xué)法，通過介紹區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程、發(fā)展趨勢和應(yīng)用場景，使學(xué)生了解區(qū)塊鏈的發(fā)展發(fā)展脈絡(luò)與趨勢教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)四了解區(qū)塊鏈的應(yīng)用領(lǐng)域(30分鐘)1RPA系統(tǒng)架構(gòu)與功能區(qū)塊鏈自誕生以來，其應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛，目前，區(qū)塊鏈的應(yīng)用已延伸到物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、供應(yīng)鏈管理、數(shù)字資產(chǎn)交易、企業(yè)金融等多個(gè)領(lǐng)域，將為云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展帶來新的機(jī)遇，有能力引發(fā)新一輪的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革。本節(jié)介紹區(qū)塊鏈在金融、供應(yīng)鏈、公共服務(wù)和數(shù)字版權(quán)等領(lǐng)域的應(yīng)用。12.2.1區(qū)塊鏈技術(shù)在金融領(lǐng)域的應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)天然具有金融屬性，它正對金融業(yè)產(chǎn)生顛覆式變革，區(qū)塊鏈在國際匯兌、信用證、股權(quán)登記和證券交易所等金融領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用價(jià)值，國內(nèi)區(qū)塊鏈技術(shù)在金融領(lǐng)域應(yīng)用的部分案例如圖12-11所示。支付結(jié)算方面，在區(qū)塊鏈分布式賬本體系下，市場多個(gè)參與者共同維護(hù)并實(shí)時(shí)同步一份“總賬”，短短幾分鐘內(nèi)就可以完成現(xiàn)在兩三天才能完成的支付、清算、結(jié)算任務(wù)，降低了跨行跨境交易的復(fù)雜性和成本。同時(shí)，區(qū)塊鏈的底層加密技術(shù)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(fēng)險(xiǎn)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(fù)雜，區(qū)塊鏈技術(shù)能夠弱化承銷機(jī)構(gòu)作用，幫助各方建立快速準(zhǔn)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(jī)構(gòu)進(jìn)行直接操作。數(shù)字票據(jù)和供應(yīng)鏈金融方面，區(qū)塊鏈技術(shù)可以有效解決中小企業(yè)融資難問題。目前的供應(yīng)鏈金融很難惠及產(chǎn)業(yè)鏈上游的中小企業(yè)，因?yàn)樗麄兏诵钠髽I(yè)往往沒有直接貿(mào)易往來，金融機(jī)構(gòu)難以評估其信用資質(zhì)。基于區(qū)塊鏈技術(shù)，我們可以建立一種聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)，涵蓋核心企業(yè)、上下游供應(yīng)商、金融機(jī)構(gòu)等，核心企業(yè)發(fā)放應(yīng)收賬款憑證給其供應(yīng)商，票據(jù)數(shù)字化上鏈后可在供應(yīng)商之間流轉(zhuǎn)，每一級供應(yīng)商可憑數(shù)字票據(jù)證明實(shí)現(xiàn)對應(yīng)額度的融資。12.2.2區(qū)塊鏈技術(shù)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用當(dāng)前，物流行業(yè)已成為支撐國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，供應(yīng)鏈創(chuàng)新與應(yīng)用也被上升為國家戰(zhàn)略，用技術(shù)推進(jìn)物流創(chuàng)新發(fā)展成為共識(shí)。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(diǎn)，而區(qū)塊鏈技術(shù)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(shù)特性恰好為解決這些痛點(diǎn)提供了技術(shù)方案。我國區(qū)塊鏈技術(shù)目前在物流行業(yè)正聚焦四大應(yīng)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(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)無紙化簽收，還可以依靠智能合約完成自動(dòng)對賬，實(shí)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(wù)評分、配送時(shí)效、權(quán)威機(jī)構(gòu)背書等可信的交易數(shù)據(jù)上鏈，可以實(shí)現(xiàn)可管控的信用數(shù)據(jù)共享和驗(yàn)證，為消費(fèi)者提供高信任的物流服務(wù)；在物流追蹤方面，包括跨境物流、商品追溯、危化品運(yùn)輸?shù)确矫?，?shí)現(xiàn)產(chǎn)品從生產(chǎn)、加工、運(yùn)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(chǎn)評估等幫助金融機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)參與到鏈中，規(guī)避金融風(fēng)險(xiǎn)，如圖12-12所示。圖12-12京東物鏈平臺(tái)方案目前，包括京東物流、中國郵政、中遠(yuǎn)海運(yùn)、中外運(yùn)、福佑卡車、中儲(chǔ)發(fā)展、G7、微軟加速器（北京）等企業(yè)在內(nèi)，“物流+區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用聯(lián)盟”成員均在區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了大量探索。例如中遠(yuǎn)海運(yùn)使用區(qū)塊鏈解決跨境物流問題，中外運(yùn)將區(qū)塊鏈技術(shù)融入智慧物流建設(shè)，京東物流則聯(lián)合福佑卡車打造快運(yùn)對賬區(qū)塊鏈解決方案，成為用技術(shù)解決物流對賬業(yè)務(wù)的典型案例。通過區(qū)塊鏈和供應(yīng)鏈的創(chuàng)新結(jié)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(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)深入結(jié)合，推動(dòng)建立多方信任的智能物流生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)整個(gè)物流行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。12.2.3區(qū)塊鏈技術(shù)在政務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用區(qū)塊鏈可以讓數(shù)據(jù)跑起來，大大精簡辦事流程。區(qū)塊鏈的分布式技術(shù)可以讓政府部門集中到一個(gè)鏈上，所有辦事流程交付智能合約，辦事人只要在一個(gè)部門通過身份認(rèn)證以及電子簽章，智能合約就可以自動(dòng)處理并流轉(zhuǎn)，順序完成后續(xù)所有審批和簽章。區(qū)塊鏈發(fā)票是國內(nèi)區(qū)塊鏈技術(shù)最早落地的應(yīng)用。稅務(wù)部門推出區(qū)塊鏈電子發(fā)票“稅鏈”平臺(tái)，稅務(wù)部門、開票方、受票方通過獨(dú)一無二的數(shù)字身份加入“稅鏈”網(wǎng)絡(luò)，真正實(shí)現(xiàn)“交易即開票”“開票即報(bào)銷”——秒級開票、分鐘級報(bào)銷入賬，大幅降低了稅收征管成本，有效解決數(shù)據(jù)篡改、一票多報(bào)、偷稅漏稅等問題。扶貧是區(qū)塊鏈技術(shù)的另一個(gè)落地應(yīng)用。利用區(qū)塊鏈技術(shù)的公開透明、可溯源、不可篡改等特性，實(shí)現(xiàn)扶貧資金的透明使用、精準(zhǔn)投放和高效管理，區(qū)塊鏈在數(shù)字政務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用場景如圖12-13所示。圖13-區(qū)塊鏈在政務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用12.2.4區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)字版權(quán)領(lǐng)域的應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對數(shù)字內(nèi)容的全生命周期管理，解決數(shù)字內(nèi)容的確權(quán)、用權(quán)、維權(quán)、交易等環(huán)節(jié)存在的問題，其應(yīng)用越來越受關(guān)注，國家版權(quán)保護(hù)中心及多省市政府積極推進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)字版權(quán)領(lǐng)域的應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭、區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)業(yè)企業(yè)、專業(yè)內(nèi)容生產(chǎn)平臺(tái)積極布局區(qū)塊鏈+數(shù)字版權(quán)領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)已有多個(gè)代表性應(yīng)用。1.什么是數(shù)字版權(quán)關(guān)于數(shù)字版權(quán)，目前學(xué)界、業(yè)界尚無統(tǒng)一的定義。從現(xiàn)有的對數(shù)字版權(quán)的討論中，我們可以將數(shù)字版權(quán)理解為數(shù)字作品的創(chuàng)作者享有的對數(shù)字作品進(jìn)行保存、復(fù)制、發(fā)行并以此獲得相應(yīng)利益的權(quán)利。數(shù)字版權(quán)所對應(yīng)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(zhì)版書籍轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)上存在、流轉(zhuǎn)的智力產(chǎn)品。當(dāng)前，我國已經(jīng)基本形成以《中華人民共和國著作法》為核心的數(shù)字版權(quán)保護(hù)法律體系。我國與數(shù)字版權(quán)保護(hù)相關(guān)的法律法規(guī)主要包括《中華人民共和國著作權(quán)法》、《互聯(lián)網(wǎng)著作權(quán)行政保護(hù)辦法》、《信息網(wǎng)絡(luò)傳播權(quán)保護(hù)條例》等。2.原有數(shù)字版權(quán)領(lǐng)域存在的問題數(shù)字作品天然具有可復(fù)制、易篡改、非獨(dú)占等特點(diǎn)，加上消費(fèi)者版權(quán)意識(shí)薄弱，數(shù)字作品被盜用、濫用的現(xiàn)象非常普遍。同時(shí)由于在線信息流轉(zhuǎn)速度加快、傳播網(wǎng)絡(luò)日益復(fù)雜，導(dǎo)致維權(quán)舉證困難、維權(quán)成本過高，相關(guān)權(quán)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(dāng)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(shù)在數(shù)字版權(quán)領(lǐng)域的應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)字版權(quán)領(lǐng)域的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在對數(shù)字內(nèi)容的全生命周期管理，解決數(shù)字內(nèi)容的確權(quán)、用權(quán)、維權(quán)、交易等環(huán)節(jié)存在的問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)字版權(quán)登記、智能交易、侵權(quán)監(jiān)測等功能，如圖12-14所示。圖12-14區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)字版權(quán)領(lǐng)域應(yīng)用教師活動(dòng)區(qū)塊鏈在金融、物流、政務(wù)和數(shù)字版權(quán)領(lǐng)域的應(yīng)用學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.了解區(qū)塊鏈的典型應(yīng)用場景。4.思考記錄1.講授教學(xué)法，通過區(qū)塊鏈在金融、物流、政務(wù)和數(shù)字版權(quán)領(lǐng)域的應(yīng)用，使學(xué)生了解區(qū)塊鏈的典型應(yīng)用場景環(huán)節(jié)五了解區(qū)塊鏈的核心技術(shù)55分鐘)區(qū)塊鏈核心技術(shù)有分布式的數(shù)據(jù)庫、密碼學(xué)的公私鑰體系、P2P網(wǎng)絡(luò)和共識(shí)機(jī)制。12.3.1區(qū)塊鏈的系統(tǒng)架構(gòu)區(qū)塊鏈系統(tǒng)由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層組成，每層分別完成一項(xiàng)核心功能，各層之間互相配合，實(shí)現(xiàn)一個(gè)去中心化的信任機(jī)制，如圖12-15所示。圖12-15區(qū)塊鏈系統(tǒng)架構(gòu)（1）數(shù)據(jù)層-描述區(qū)塊鏈技術(shù)的物理形式區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是一個(gè)P2P（點(diǎn)對點(diǎn)）網(wǎng)絡(luò)。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)既接收信息，也產(chǎn)生信息。節(jié)點(diǎn)之間通過維護(hù)一個(gè)共同的區(qū)塊，數(shù)據(jù)層封裝底層數(shù)據(jù)區(qū)塊以及相關(guān)的數(shù)據(jù)加密和時(shí)間戳等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本算法；（2）網(wǎng)絡(luò)層-實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的信息交流。網(wǎng)絡(luò)層則包括分布式組網(wǎng)機(jī)制、數(shù)據(jù)傳播機(jī)制和數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制等；（3）共識(shí)層-讓高度分散的節(jié)點(diǎn)在去中心化的系統(tǒng)中高效地針對區(qū)塊數(shù)據(jù)的有效性達(dá)成共識(shí)。共識(shí)層主要封裝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的各類共識(shí)算法，主要有工作量證明（ProofofWork）、權(quán)益證明（ProofofStake）和股份授權(quán)證明（DelegatedProofofStake）算法，還有投注共識(shí)、瑞波共識(shí)機(jī)制、Pool驗(yàn)證池、實(shí)用拜占庭容錯(cuò)、授權(quán)拜占庭容錯(cuò)、帕克索斯算法等；（4）激勵(lì)層-提供一定的激勵(lì)措施，鼓勵(lì)節(jié)點(diǎn)參與區(qū)塊鏈的安全驗(yàn)證工作。激勵(lì)層將經(jīng)濟(jì)因素集成到區(qū)塊鏈技術(shù)體系中來，主要包括經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的發(fā)行機(jī)制和分配機(jī)制等；（5）合約層-主要是指各種腳本代碼、算法機(jī)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(chǔ)，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(xì)節(jié)。；（6）應(yīng)用層-封裝了區(qū)塊鏈的各種應(yīng)用場景和案例該模型中，基于時(shí)間戳的鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)、分布式節(jié)點(diǎn)的共識(shí)機(jī)制、基于共識(shí)算力的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)和靈活可編程的智能合約是區(qū)塊鏈技術(shù)最具代表性的創(chuàng)新點(diǎn)。12.3.2數(shù)據(jù)層的核心技術(shù)1.非對稱加密算法（1）互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的問題在P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸采用廣播的形式，例如A節(jié)點(diǎn)向B節(jié)點(diǎn)傳輸信息，A節(jié)點(diǎn)首先向相鄰節(jié)點(diǎn)擴(kuò)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(gè)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(shí)收到了A發(fā)送的信息，但是，也有可能該信息的內(nèi)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(rèn)，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(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的問題解決上述四個(gè)問題所用到的安全技術(shù)如表12-1所示。表12-1互聯(lián)網(wǎng)中用到的安全技術(shù)序號(hào)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)膯栴}解決方法1竊聽加密2假冒消息認(rèn)證或數(shù)字簽名3篡改4事后否認(rèn)數(shù)字簽名（2）加密的基礎(chǔ)知識(shí)在現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)中，為了防止信息在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸被竊聽，加密技術(shù)是必需要用的，下面簡單介紹加密技術(shù)的基本原理。首先，計(jì)算機(jī)識(shí)別由0和1這兩個(gè)數(shù)字表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，文本、圖像、音頻、視頻等數(shù)據(jù)信息都是用在計(jì)算機(jī)中都是用二進(jìn)制來表示的，如圖12-17所示。在此基礎(chǔ)上介紹如何加密數(shù)據(jù)信息。圖12-17計(jì)算機(jī)只能理解二進(jìn)制數(shù)圖12-18加密數(shù)據(jù)對計(jì)算機(jī)來說，數(shù)據(jù)信息就是一串有意義的數(shù)字排列，加密就是數(shù)據(jù)信息經(jīng)過某種運(yùn)算后，變成計(jì)算機(jī)無法理解的數(shù)據(jù)信息的過程，密文也是數(shù)字排列，只不過它是計(jì)算機(jī)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(jù)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，把數(shù)據(jù)信息變成第三者無法理解的形式的過程，加密后的數(shù)據(jù)信息稱為“密文”，如圖12-19所示。反過來，解密就是通過秘鑰進(jìn)行運(yùn)算，把密文恢復(fù)成原本數(shù)據(jù)信息的過程，把密文恢復(fù)成原本數(shù)據(jù)信息的操作稱為“解密”，如圖12-20所示。圖12-19加密運(yùn)算生成密文圖12-20解密運(yùn)算得到原本數(shù)據(jù)上述，將數(shù)據(jù)信息變成第三者的計(jì)算機(jī)無法理解的形式傳輸，收到的加密數(shù)據(jù)信息再將其恢復(fù)成原本數(shù)據(jù)信息的一系列操作就是加密技術(shù)。A要通過互聯(lián)網(wǎng)向B發(fā)送數(shù)據(jù)信息，首先，A要把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)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(jìn)行解密，才能得到原本的數(shù)據(jù)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(yīng)的私鑰才能解密；反之，如果用私鑰加密，只有用對應(yīng)的公鑰才能解密。下面以如圖12-22所示的A準(zhǔn)備通過互聯(lián)網(wǎng)向B發(fā)送數(shù)據(jù)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(jù)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(jìn)行解密，得到原本的數(shù)據(jù)信息。圖12-22非對稱加密的處理流程非對稱加密技術(shù)可以用于身份驗(yàn)證。發(fā)送者在發(fā)送信息時(shí)用私鑰將信息加密，接收者收到信息后，用公鑰進(jìn)行解密，即可確認(rèn)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(gè)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(gè)重要組成部分，哈希函數(shù)常常用于驗(yàn)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(zhuǎn)化成固定長度（如，64byte）的二進(jìn)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(zhì)就是一種數(shù)學(xué)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(jù)輸入將得到相同的輸出結(jié)果，哈希函數(shù)可以簡單理解為攪碎機(jī)，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(yàn)證、消息認(rèn)證碼生成及驗(yàn)證、隨機(jī)數(shù)生成等，其算法是公開的。據(jù)國家密碼管理局表示，其安全性及效率與SHA-256相當(dāng)。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(chǔ)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）哈希函數(shù)處理過的數(shù)據(jù)是單向性的，正向計(jì)算（由數(shù)據(jù)計(jì)算其對應(yīng)的哈希值）十分容易。逆向計(jì)算（俗稱“破解”，即由哈希值計(jì)算出其對應(yīng)的數(shù)據(jù)）極其困難；（2）哈希函數(shù)處理不同長度的數(shù)據(jù)所耗費(fèi)的時(shí)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(gè)字節(jié)，則將得到一個(gè)千差萬別的結(jié)果，且結(jié)果無法事先預(yù)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(jù)用兩次SHA256哈希函數(shù)進(jìn)行處理，再輸出長度為256的二進(jìn)制數(shù)字來進(jìn)行統(tǒng)一的識(shí)別和存儲(chǔ)。3.默克勒（Merkle）樹Merkle樹是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一種樹，可以是二叉樹，也可以是多叉樹，它具有樹結(jié)構(gòu)的所有特點(diǎn)，使用它可以快速校驗(yàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)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(gè)區(qū)塊中的所有交易信息，最終生成這個(gè)區(qū)塊所有交易信息的一個(gè)統(tǒng)一的哈希值，區(qū)塊中任何一筆交易信息的改變都會(huì)使得Merkle樹改變。Merkle二叉樹的工作原理是將非葉子節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組合，對組合結(jié)果進(jìn)行哈希計(jì)算得到哈希值，向上不斷遞歸運(yùn)算產(chǎn)生新的哈希節(jié)點(diǎn)，最終只剩下一個(gè)Merkle根存入?yún)^(qū)塊頭中，每個(gè)哈希節(jié)點(diǎn)總是包含兩個(gè)相鄰的數(shù)據(jù)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(yùn)行效率和可擴(kuò)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(jù)，這使得哈希運(yùn)算可以高效地運(yùn)行在智能手機(jī)甚至物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上。4.區(qū)塊和鏈（1）區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)區(qū)塊鏈以區(qū)塊為單位組織數(shù)據(jù)。全網(wǎng)所有的交易記錄都以交易單的形式存儲(chǔ)在全網(wǎng)唯一的區(qū)塊鏈中，如圖12-25所示。圖12-25區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)區(qū)塊是一種記錄交易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊主體組成，區(qū)塊主體只負(fù)責(zé)記錄前一段時(shí)間內(nèi)的所有交易信息，區(qū)塊鏈的大部分功能都由區(qū)塊頭實(shí)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(dāng)前區(qū)塊加入?yún)^(qū)塊鏈后，下一個(gè)區(qū)塊的生成過程如下。①把在本地內(nèi)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(gè)剛剛生成的區(qū)塊的區(qū)塊頭的數(shù)據(jù)通過SHA256算法生成一個(gè)希值填入到當(dāng)前區(qū)塊的父哈希值中；④把當(dāng)前時(shí)間保存在時(shí)間戳字段中；⑤難度值字段會(huì)根據(jù)之前一段時(shí)間區(qū)塊的平均生成時(shí)間進(jìn)行調(diào)整以應(yīng)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不斷變化的整體計(jì)算總量，如果計(jì)算總量增長了，則系統(tǒng)會(huì)調(diào)高數(shù)學(xué)題的難度值，使得預(yù)期完成下一個(gè)區(qū)塊的時(shí)間依然在一定時(shí)間內(nèi)。5.時(shí)間戳和不可篡改性時(shí)間戳是指從格林威治時(shí)間1970年01月01日00時(shí)00分00秒（北京時(shí)間1970年01月01日08時(shí)00分00秒）起至現(xiàn)在的總秒數(shù)，通常是一個(gè)字符序列，唯一地標(biāo)識(shí)某一刻的時(shí)間，時(shí)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(quán)的節(jié)點(diǎn)在鏈接區(qū)塊時(shí)需要在區(qū)塊頭中加蓋時(shí)間戳，用于記錄當(dāng)前區(qū)塊數(shù)據(jù)的寫入時(shí)間。每一個(gè)隨后區(qū)塊中的時(shí)間戳都會(huì)對前一個(gè)時(shí)間戳進(jìn)行增強(qiáng)，形成一個(gè)時(shí)間遞增的鏈條。12-28時(shí)間戳的工作原理示意圖時(shí)間戳技術(shù)本身并沒有多復(fù)雜，但在區(qū)塊鏈技術(shù)中應(yīng)用時(shí)間戳卻是一個(gè)重大創(chuàng)新，時(shí)間戳為未來基于區(qū)塊鏈的互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)增加了一個(gè)時(shí)間維度，使得數(shù)據(jù)更容易追溯，重現(xiàn)歷史也成為可能。同時(shí)，時(shí)間戳可以作為存在性證明（ProofofExistence）的重要參數(shù)，它能夠證實(shí)特定數(shù)據(jù)必然在某特定時(shí)刻是的確存在的，這保證了區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)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(gè)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(gè)作用，一是能確定信息確實(shí)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(nèi)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(gè)哈希值，再用私鑰對該哈希值進(jìn)行加密，得出一個(gè)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(jìn)行解密，還原出哈希值，再通過哈希算法來驗(yàn)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(gè)摘要相同，則接收方就能確認(rèn)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(shí)層的核心技術(shù)共識(shí)層的核心是共識(shí)機(jī)制，即所有記賬節(jié)點(diǎn)之間如何達(dá)成共識(shí)，去認(rèn)定一個(gè)記錄（區(qū)塊）的有效性，它既是共識(shí)認(rèn)定的方法，也是防止篡改的手段。目前，主要的共識(shí)機(jī)制有PoW工作量證明算法、PoS股權(quán)證明算法和DPoS股份授權(quán)證明算法等。1.PoW工作量證明算法—比特幣區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制工作量證明可以簡單理解為一份證明，用來確認(rèn)你做了一定量的工作。工作量證明機(jī)制是比特幣、萊特幣等所采用的共識(shí)機(jī)制，礦工通過付出算力來挖礦進(jìn)而獲得相應(yīng)的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。工作量證明（ProofofWork，簡稱PoW）由比特幣引入，可以保證惡意節(jié)點(diǎn)不超過51％即可達(dá)成共識(shí)，是目前區(qū)塊鏈最經(jīng)典、也是最久經(jīng)考驗(yàn)的共識(shí)機(jī)制，但是，PoW共識(shí)機(jī)制也有下列三個(gè)缺點(diǎn)。一是51％攻擊：當(dāng)攻擊者掌握了全網(wǎng)51％的算力時(shí)，其攻擊總能成功，因?yàn)樗偪梢宰屪约旱逆湷蔀樽铋L的鏈。因此，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)越多，抗攻擊能力越強(qiáng)，安全性越好。二是高延遲：區(qū)塊出現(xiàn)時(shí)間的間隔不能太短，出塊時(shí)間過短意味著挖礦難度降低，會(huì)增加多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)算出答案的概率，導(dǎo)致頻繁分叉。但出塊慢意味著確認(rèn)時(shí)間長、高延遲。三是資源浪費(fèi)：計(jì)算機(jī)計(jì)算密碼謎題需要大量的算力，需要高性能的計(jì)算機(jī)設(shè)備、消耗大量電力等資源。根據(jù)digiconomist的評估，比特幣2018年度排放的二氧化碳達(dá)34.73百萬噸，相當(dāng)于丹麥的碳排放量；耗電量達(dá)73.12兆千瓦時(shí)，相當(dāng)于奧地利的耗電量；產(chǎn)生電子廢物9.8克拉，相當(dāng)于盧森堡產(chǎn)生的電子廢物。2.POS股權(quán)證明算法—以太坊區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制權(quán)益證明機(jī)制（ProofofStake，簡稱PoS）是對PoW機(jī)制的改進(jìn)，與節(jié)點(diǎn)需要做計(jì)算工作證明不同，PoS按照各節(jié)點(diǎn)擁有的密碼貨幣的數(shù)量和時(shí)間競爭記賬權(quán)，這種模式下持有密碼貨幣的數(shù)量越多、時(shí)間越長，率先“挖出”區(qū)塊的概率就越高。這種機(jī)制類似于利息制度，PoS算法中有一個(gè)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(gè)密碼貨幣20天，則幣天為1200），各節(jié)點(diǎn)每發(fā)現(xiàn)一個(gè)區(qū)塊，擁有的幣天就會(huì)被清零，每清空365個(gè)幣天，可獲得一定數(shù)量的新幣獎(jiǎng)勵(lì)，（相當(dāng)于持幣利息），如獲得0.05個(gè)幣的利息，可以理解為年利率5%。PoS作為PoW的一種升級共識(shí)機(jī)制，成功地改進(jìn)了PoW機(jī)制的一些缺陷。一是低延遲：根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)所持有代幣的數(shù)量和時(shí)間，等比例的降低挖礦難度，在一定程度上縮短了共識(shí)達(dá)成的時(shí)間。二是資源消耗少：不再需要消耗大量能源進(jìn)行計(jì)算。PoS的缺點(diǎn)是破壞者對網(wǎng)絡(luò)攻擊的成本低，網(wǎng)絡(luò)的安全性有待驗(yàn)證。另外擁有代幣數(shù)量大的節(jié)點(diǎn)獲得記賬權(quán)的幾率更大，會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)的共識(shí)受少數(shù)富裕賬戶支配，從而失去公正性。3.DPoS股份授權(quán)證明算法股份授權(quán)證明（DelegatedProofofStake，簡稱DPoS）機(jī)制是讓每一個(gè)持有BTS（比特股的貨幣）的人對整個(gè)系統(tǒng)資源當(dāng)代表的人進(jìn)行投票。獲得票數(shù)最多的101個(gè)代表將進(jìn)行交易打包計(jì)算。對此，可以理解為有101個(gè)礦池，彼此權(quán)利完全對等。那些握著BTS選票的人可以隨時(shí)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(quán)利作惡，那些憤怒的選民們就會(huì)立刻把他踢出整個(gè)系統(tǒng)，而后背代表隨時(shí)頂上去。優(yōu)點(diǎn)：大幅縮小參與驗(yàn)證和記賬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，可以達(dá)到秒級的共識(shí)驗(yàn)證。缺點(diǎn)：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(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)少的場景，選舉的見證人的代表性也不強(qiáng)。12.3.4激勵(lì)層的核心技術(shù)激勵(lì)層的核心是發(fā)行機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制，以比特幣為例，比特幣最開始由系統(tǒng)獎(jiǎng)勵(lì)給那些創(chuàng)建新區(qū)塊的礦工，該獎(jiǎng)勵(lì)大約每四年減半。剛開始每記錄一個(gè)新區(qū)塊，獎(jiǎng)勵(lì)礦150個(gè)比特幣，該獎(jiǎng)勵(lì)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(jiǎng)勵(lì)了。屆時(shí)比特幣全量約

為2100萬個(gè)，這就是比特幣的總量，所以不會(huì)無限增加下去。另外一個(gè)激勵(lì)的來源則是交易費(fèi)。新創(chuàng)建區(qū)塊沒有系統(tǒng)的獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)，礦工的收益會(huì)由系統(tǒng)獎(jiǎng)勵(lì)變?yōu)槭杖〗灰资掷m(xù)費(fèi)。例如，你在轉(zhuǎn)賬時(shí)可以指定其中1%作為手續(xù)費(fèi)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(fèi)，該交易費(fèi)將被增加到該區(qū)塊的激勵(lì)中。只要既定數(shù)量的電子貨幣已經(jīng)進(jìn)入流通，那么激勵(lì)機(jī)制就可以逐漸轉(zhuǎn)換為完全依靠交易費(fèi)，那么就不必再發(fā)行新的貨幣。12.3.5合約層的核心技術(shù)智能合約概念最早在1994年由學(xué)者NickSzabo提出，如圖12-30所示，他根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)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(jī)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(qiáng)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(jī)內(nèi)置的邏輯提供商品和找零錢。自動(dòng)售貨機(jī)可以認(rèn)為是現(xiàn)實(shí)生活中智能合約最貼近的應(yīng)用案例，如圖12-31所示。圖12-30計(jì)算機(jī)科學(xué)家NickSzabo圖12-31自動(dòng)售貨機(jī)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(fù)雜的智能合約。合約層是建立在區(qū)塊鏈虛擬機(jī)之上的商業(yè)邏輯和算法，是實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈系統(tǒng)靈活編程和操作數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。智能合約是由事件驅(qū)動(dòng)的、具有狀態(tài)的、獲得多方承認(rèn)的、運(yùn)行在一個(gè)可信、共享的區(qū)塊鏈賬本之上的。且能夠根據(jù)預(yù)設(shè)條件自動(dòng)處理賬本上資產(chǎn)的程序。智能合約是一個(gè)可以自動(dòng)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，它用計(jì)算機(jī)語言取代法律語言去記錄條款的合約。它自己就是一個(gè)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(chǔ)存價(jià)值，也可以向外發(fā)送信息和價(jià)值。這個(gè)程序就像一個(gè)可以被信任的人，可以臨時(shí)保管資產(chǎn)，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(dòng)1.講授區(qū)塊鏈的系統(tǒng)架構(gòu)。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(shí)間戳和數(shù)字簽名等區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層的核心技術(shù)。3.講授PoW工作量證明算法、POS股權(quán)證明算法和DPoS股份授權(quán)證明算法等共識(shí)層的核心技術(shù)。4.以比特幣為例，講授激勵(lì)層的核心是發(fā)行機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制；介紹合約層的核心技術(shù)。學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.了解區(qū)塊鏈的系統(tǒng)架構(gòu)。4.了解區(qū)塊鏈的核心技術(shù)。5.思考記錄1.講授教學(xué)法，通過介紹數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層的核心功能，使學(xué)生了解區(qū)塊鏈的系統(tǒng)架構(gòu)2.講授教學(xué)法，通過介紹互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)面臨的安全威脅，說明數(shù)據(jù)加密的必要性；介紹加密的基礎(chǔ)，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(shí)間戳和數(shù)字簽名等概念，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層核心技術(shù)的了解。3.講授教學(xué)法，講授PoW工作量證明、POS股權(quán)證明、和DPoS股份授權(quán)證明算法，使學(xué)生了解共識(shí)層的核心技術(shù)。3合約層的核心技術(shù)。教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)六考核評價(jià)與課堂小節(jié)(25分鐘)1.考核評價(jià)2.課堂小結(jié)教師活動(dòng)1.組織學(xué)生完成考核測試試卷。2.學(xué)生活動(dòng)2.1.通過考核評價(jià)，了解學(xué)生對本小節(jié)知識(shí)技能的掌握情況。2.通過九、反思與改進(jìn)課題名稱數(shù)字媒體授課類型授課對象授課課時(shí)所授課程授課地點(diǎn)所授教材一、學(xué)情分析本課程授課對象為高職各專業(yè)大一學(xué)生，課程開設(shè)在大一第一學(xué)期，學(xué)生情況在知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)特點(diǎn)和信息素養(yǎng)的情況如下。1.知識(shí)儲(chǔ)備學(xué)生在高職或高中已經(jīng)學(xué)習(xí)了信息技術(shù)課程，具備了基礎(chǔ)的信息技術(shù)知識(shí)和技能。2.學(xué)習(xí)特點(diǎn)授課對象都是零零后的學(xué)生，在學(xué)習(xí)方面表現(xiàn)出如下特點(diǎn)。（1）喜歡實(shí)踐動(dòng)手操作，厭煩枯燥乏味的理論講解；（2）喜歡任務(wù)式引導(dǎo)，情境設(shè)定，參與其中，厭煩平淡無極的說教；（3）樂于接受可視化教學(xué)資源，反感靜態(tài)紙質(zhì)學(xué)習(xí)材料；（4）偏愛顆?；⒛K化的學(xué)習(xí)過程，排斥時(shí)間冗長的教學(xué)過程；（5）對挑戰(zhàn)性的題目感興趣，對基礎(chǔ)性題目求知欲偏低；（6）喜好電腦與互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，線上操作所見即所得可以引發(fā)學(xué)習(xí)興趣。3.信息素養(yǎng)學(xué)生通過高職或高中信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，具備了基礎(chǔ)的信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)，但是在數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新方面仍需加強(qiáng)二、教學(xué)內(nèi)容本節(jié)課選自第七章數(shù)字媒體技術(shù)，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(shù)范疇，具體包括文本、圖像、聲音、視頻、HTML5部分，具體內(nèi)容見下圖。知識(shí)目標(biāo):（1）了解數(shù)字媒體的概念；（2）掌握數(shù)字文本處理技術(shù)原理與應(yīng)用；（3）掌握數(shù)字圖像處理技術(shù)原理與應(yīng)用；（4）掌握數(shù)字聲音處理技術(shù)原理與應(yīng)用；（5）掌握數(shù)字視頻處理技術(shù)原理與應(yīng)用；（6）掌握數(shù)HTML5基礎(chǔ)技術(shù)與項(xiàng)目應(yīng)用。能力目標(biāo):（1）能夠理解數(shù)字媒體技術(shù)范疇；（2）能夠理解數(shù)字媒體技術(shù)原理；（3）能夠使用數(shù)字媒體技術(shù)做常規(guī)處理。素養(yǎng)目標(biāo)：（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(xué)習(xí)和交流溝通能力。教學(xué)重點(diǎn)：（1）對數(shù)字媒體的全面認(rèn)知，包括數(shù)媒基礎(chǔ)，數(shù)媒技術(shù)基礎(chǔ)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(xué)生理解二者概念，夯實(shí)重點(diǎn)；教學(xué)難點(diǎn)：（1）數(shù)字圖像、數(shù)字視頻處理原理、技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域；化解辦法：通過學(xué)生匯報(bào)總結(jié)方式，通過交流討論掌握知識(shí)點(diǎn)。七、教學(xué)流程

八、教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)一：課前活動(dòng)1.登錄學(xué)習(xí)通觀看2.查看學(xué)習(xí)通上教學(xué)課3.制作微課視頻和教學(xué)課件等教學(xué)資源4.上傳到學(xué)習(xí)通供學(xué)生課前自學(xué)5.上學(xué)習(xí)通查看學(xué)生預(yù)習(xí)留言。自主學(xué)習(xí)（設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生中心。學(xué)生有一定地預(yù)習(xí)能力；可以利用手機(jī)查看微課資源；學(xué)校網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，手機(jī)網(wǎng)絡(luò)通暢）教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)二(50分鐘)數(shù)字媒體技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的綜合技術(shù)，是主要研究文字、圖像、圖形、音頻、視頻以及動(dòng)畫等數(shù)字媒體的捕獲、加工、存儲(chǔ)、傳遞、再現(xiàn)及其相關(guān)技術(shù)。文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的快速壯大，數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，得益于數(shù)字媒體技術(shù)不斷突破產(chǎn)生的引領(lǐng)和支撐。數(shù)字媒體技術(shù)融合了數(shù)字信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等交叉學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。同時(shí)，數(shù)字媒體技術(shù)是通過現(xiàn)代計(jì)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(zhuǎn)化成為可感知、可管理和可交互的一種技術(shù)，主要技術(shù)范疇包括以下幾個(gè)方面：（1）數(shù)字聲音處理。包括音頻及其傳統(tǒng)技術(shù)（記錄、編輯技術(shù)）、音頻的數(shù)字化技術(shù)（采樣、量化、編碼）、數(shù)字音頻的編輯技術(shù)、語音編碼技術(shù)（如PCM、DA、ADM）。數(shù)字音頻技術(shù)可應(yīng)用于個(gè)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(jì)算機(jī)表示方法（位圖、矢量圖等）、數(shù)字圖像的獲取技術(shù)、圖像的編輯與創(chuàng)意設(shè)計(jì)。常用的圖像處理軟件有Photoshop等。數(shù)字圖像處理技術(shù)可應(yīng)用于家庭娛樂、數(shù)字排版、工業(yè)設(shè)計(jì)、企業(yè)徽標(biāo)設(shè)計(jì)、漫畫創(chuàng)作、動(dòng)畫原型設(shè)計(jì)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(shù)和后期特效處理技術(shù)。常用的視頻處理軟件有Premiere等。數(shù)字視頻處理技術(shù)可應(yīng)用于個(gè)人、家庭影像記錄、電視節(jié)目制作和網(wǎng)絡(luò)新聞。（4）數(shù)字動(dòng)畫設(shè)計(jì)。包括動(dòng)畫的基本原理、動(dòng)畫設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（包括構(gòu)思、劇本、情節(jié)鏈圖、模板與角色、背景、配樂）、數(shù)字二維動(dòng)畫技術(shù)、數(shù)字三維動(dòng)畫技術(shù)、數(shù)字動(dòng)畫的設(shè)計(jì)與創(chuàng)意。常用的動(dòng)畫設(shè)計(jì)軟件有3dsMax、Flash等。數(shù)字動(dòng)畫可應(yīng)用于少兒電視節(jié)目制作、動(dòng)畫電影制作、電視節(jié)目后期特效包裝、建筑和裝潢設(shè)計(jì)、工業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、教學(xué)課件制作等。（5）數(shù)字游戲設(shè)計(jì)。包括游戲設(shè)計(jì)相關(guān)軟件技術(shù)（DirectX、OpenGL、Director等）、游戲設(shè)計(jì)與創(chuàng)意。（6）數(shù)字媒體壓縮。包括數(shù)字媒體壓縮技術(shù)及分類、通用的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)（行程編碼、字典編碼、熵編碼等）、數(shù)字媒體壓縮標(biāo)準(zhǔn)，如用于聲音的MP3和MP4，用于圖像的JPEG，用于運(yùn)動(dòng)圖像的MPEG。（7）數(shù)字媒體存儲(chǔ)。包括內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器等。（8）數(shù)字媒體管理與保護(hù)。包括數(shù)字媒體的數(shù)據(jù)管理、媒體存儲(chǔ)模型及應(yīng)用、數(shù)字媒體版權(quán)保護(hù)概念與框架、數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)，如加密技術(shù)、數(shù)字水印技術(shù)和權(quán)利描述語言等。（9）數(shù)字媒體傳輸技術(shù)。包括流媒體傳輸、P2P、IPTV等。教師活動(dòng)通過實(shí)際應(yīng)用的案例引入的概念。2.介紹當(dāng)下數(shù)字媒體技術(shù)應(yīng)用。3.PPT明確展示本單元任學(xué)生活動(dòng)1.認(rèn)真聽取教師講授內(nèi)容一組通過互聯(lián)網(wǎng)查找數(shù)字媒體的應(yīng)用表現(xiàn)1.講授教學(xué)法，介紹區(qū)塊鏈的概念、定義技術(shù)特性及分類，使學(xué)生了解區(qū)塊鏈的概念。2.案例教學(xué)法，介紹區(qū)塊鏈的類比案例--石頭貨幣的故事，互動(dòng)討論區(qū)塊鏈的含義，促進(jìn)學(xué)生對區(qū)塊鏈的理解。3.互動(dòng)問答（通過設(shè)置引