白话区块链 (区块链技术丛书)-蒋勇 & 文延 & 嘉文

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目录

技术审校

前言

第1章　初识区块链

1.1　例说区块链

1.1.1　从一本账本说起

1.1.2　区块链技术理念

1.1.3　一般工作流程

1.2　区块链技术栈

1.3　区块链分类与架构

1.3.1　区块链架构

1.3.2　区块链分类

1.4　一切源自比特币

1.4.1　比特币技术论文介绍

1.4.2　比特币核心程序：中本聪客户端

1.4.3　比特币的发行：挖矿

1.4.4　比特币钱包：核心钱包与轻钱包

1.4.5　比特币账户模型：UTXO

1.4.6　动手编译比特币源码

1.5　区块链的技术意义

1.6　知识点导图

第2章　区块链应用发展

2.1　比特币及其朋友圈：加密数字货币

2.1.1　以太坊

2.1.2　比特币现金

2.1.3　莱特币

2.1.4　零币

2.1.5　数字货币发展总结

2.2　区块链扩展应用：智能合约

2.2.1　比特币中包含的合约思想

2.2.2　以太坊中图灵完备的合约支持

2.3　交易结算

2.3.1　银行结算清算

2.3.2　瑞波：开放支付网络

2.4　IPFS：星际文件系统

2.5　公证防伪溯源

2.6　供应链金融

2.7　区块链基础设施：可编程社会

2.8　链内资产与链外资产

2.9　知识点导图

第3章　区块链骨骼：密码算法

3.1　哈希算法

3.1.1　什么是哈希计算

3.1.2　哈希算法的种类

3.1.3　区块链中的哈希算法

3.2　公开密钥算法

3.2.1　两把钥匙：公钥和私钥

3.2.2　RSA算法

3.2.3　椭圆曲线密码算法

3.3　编码/解码算法

3.3.1　Base64

3.3.2　Base58

3.3.3　Base58Check

3.4　应用场景

3.5　知识点导图

第4章　区块链灵魂：共识算法

4.1　分布式系统的一致性

4.1.1　一致性问题

4.1.2　两个原理：FLP与CAP

4.1.3　拜占庭将军问题

4.1.4　共识算法的目的

4.2　Paxos算法

4.3　Raft算法

4.4　PBFT算法

4.5　工作量证明——PoW

4.6　股权权益证明——PoS

4.7　委托权益人证明机制——DPoS

4.8　共识算法的社会学探讨

4.9　知识点导图

第5章　区块链扩展：扩容、侧链和闪电网络

5.1　比特币区块扩容

5.2　侧链技术

5.3　闪电网络的设计

5.4　多链：区块链应用的扩展交互

5.5　知识点导图

第6章　区块链开发平台：以太坊

6.1　项目介绍

6.1.1　项目背景

6.1.2　以太坊组成

6.1.3　关键概念

6.1.4　官方钱包使用

6.2　以太坊应用

6.2.1　测试链与私链

6.2.2　编写一个代币合约

6.3　知识点导图

第7章　区块链开发平台：超级账本

7.1　项目介绍

7.1.1　项目背景

7.1.2　项目组成

7.2　Fabric项目

7.2.1　Fabric基本运行分析

7.2.2　Fabric安装

7.3　Fabric示例

7.3.1　部署准备

7.3.2　启动Fabric网络

7.3.3　Fabric智能合约

7.3.4　Fabric部署总结

7.4　知识点导图

第8章　动手做个实验：搭建微链

8.1　微链是什么

8.2　开发环境准备

8.3　设计一个简单的结构

8.4　源码解析

8.4.1　目录结构

8.4.2　代码之旅

8.5　微链实验的注意问题

8.6　知识点导图

第9章　潜在的问题

9.1　两个哭泣的婴儿：软分叉与硬分叉

9.2　达摩克利斯剑：51%攻击

9.3　简单的代价：轻钱包的易攻击性

9.4　忘了保险箱密码：私钥丢失

9.5　重放攻击：交易延展性

9.6　代码漏洞：智能合约之殇

9.6.1　说说TheDAO事件

9.6.2　Parity多重签名漏洞

9.7　网络拥堵：大量交易的确认延迟

9.8　容量贪吃蛇：不断增长的区块数据

9.9　知识点导图

后记　区块链与可编程社会

前言

为什么要写这本书

想要写一本综合介绍区块链的书，这个想法是从2016年年底开始有的。一直以来，关于这方面的资料比较少，能够找到的资料，或着眼于经济金融方面的发展远景，或着重介绍区块链的发展历史，或阐述纯技术化的内容，读来总是有一种意犹未尽的感觉。而身边的朋友或对区块链完全陌生，或是有很多误解，还有些朋友甚至简单地认为区块链就等于比特币。笔者也曾多次在一些类似读书会的场合对区块链进行较为通俗的介绍，然而很多感兴趣的朋友来自银行、投融资等行业，他们并非都有完备的计算机知识背景，当然也不乏一些希望从事区块链技术开发的程序员。然而即便是用了自认为很通俗的文字和语言来介绍，也难以在短短的一两个小时内讲清楚，对于各种名词术语、各种新鲜概念，每当他们希望我推荐一些资料的时候，我都很头疼。对于一个还没有广为人知的事物，大家的求知欲是很强烈的，并不满足于囫囵吞枣地了解概念，但也不喜欢去啃枯燥深入的技术文字，他们只是希望能有一个系统化的介绍，白话点的，通俗些的，能把每个点都讲到，把技术原理、应用场景、发展历史、当前现状等都贯穿起来。鉴于此，写这么一本书的想法就愈发强烈了。

我自2012年由比特币开始关注区块链技术，一直只在一个小范围的技术圈内进行讨论交流，每每为理解了一个技术概念而欣喜不已。区块链技术绝不仅仅代表一种数字货币，某种程度上，与其说是一门技术不如说是一类思想或者价值观。比特币把区块链技术带入了世人的眼中，以一种“货币”的身份降临，着实带来了不少的神秘感，其带来的理念为后来者所发扬光大，闪电网络、比特股、以太坊、超级账本等，不断冒出各种新的理念和产品，它们都是为了解决某一特定问题以及应用到更多领域而发展起来的。区块链技术的各种特点（分布式、可信任、不可篡改、智能合约等），在与传统技术领域结合的过程中，一定会显示出巨大的优势。事实上这两年区块链技术的发展可以说是势如破竹，相当迅猛，国内外都开始有大量的机构或者企业投入研究，力图能够抓住这未来的一缕阳光。

这一切，都要从全面了解区块链开始。

本书将呈现给读者一个全方位的视角，从技术到应用以及未来展望，以通俗的语言阐述区块链的各个技术点，力求给读者一个通透的讲解，并希望能抛砖引玉，引导读者拓展出新颖而有价值的思路。

本书特色

从章节安排来说，本书从比特币开始，到区块链技术的骨骼（密码算法）和灵魂（共识算法），再到目前知名的系统，最后到从零开始构建一个微型区块链系统。读者的学习是一个由生到熟的渐进过程，对区块链完全陌生的读者，可以先从章节中的非专业技术部分读起，对于已经有一定基础的读者，可以从中挑选感兴趣的内容。

从内容安排来说，除了概念与原理的介绍之外，更多的是各种示例以及图表，以大量示例介绍比特币的源码编译、以太坊智能合约的开

发部署、超级账本Fabric的配置使用、模拟比特币的微型区块链系统的设计实现等。阐述中会使用各种示意图，形象、直观地帮助读者理解各个概念和过程。

行文风格方面，力求白话通俗，避免枯燥感，使阅读体验更好。

读者对象

·希望进行区块链开发的程序员。

·希望投资或参与区块链项目的人员。

·对区块链感兴趣的爱好者。

如何阅读本书

第1章　介绍区块链的技术组成，并以比特币为例介绍各种基础技术原理。

第2章　综合介绍目前的各种区块链应用，为后面的技术介绍铺垫场景。

第3章　介绍现代密码算法在区块链中的作用。

第4章　介绍各种网络共识算法。

第5章　介绍区块链的链内外互联扩展技术。

第6章　详细介绍以太坊的技术结构以及智能合约开发。

第7章　详细介绍超级账本项目以及Fabric的配置使用。

第8章　详细介绍如何从零开始设计一个微型区块链系统（简称微链）。

第9章　介绍目前出现的各种区块链技术问题。

后记　区块链与可编程社会

1.未来世界：可编程社会

在漫长的农耕时代，人们建立了各种制度规范，也创造了各种工具，一切似乎都在有条不紊地进行着。由于交通不便，为了与远方的朋友保持联系，人们通过写信来交流；为了方便人们出门在外花费，建立钱庄银号使得可以在异地取款；为了确保生意往来的信用，人们通过字据合同来约定事项，等等。社会大概就是这个样子吧，大家互相配合，各自在自己的角色位置发挥着作用，虽然很多事情还是不那么方便。

不过这些还是会继续发展进化，我们以为跟远方的朋友只能写信交流，后来有了电话，再后来有了互联网；我们以为储存数据只能是一卷一卷的纸张装订，后来有了数据库系统，再后来有了云盘；我们以为跟朋友玩耍只能是逛街吃饭或者唱歌，后来有了网络游戏，再后来有了开心农场；我们以为出门旅行，要么步行，要么马车，后来有了汽车，再后来有了火车和飞机；我们以为……太多了，这发生的一切都在不断改变着我们的生活方式，改变着人们相处的方式，在没有网络之前，能想象可以随时跟远在千里的陌生人聊天吗？能想象买个东西只要在网页上点击吗？能想象随时随地可以了解别的地方发生了什么新闻吗？是的，生产力的发展、科技的进步，大大提高了我们的生活效率，不但如此，也拉进了人与人之间的距离，一切都是那么便捷舒适，生活大概就是这样了吧。

还有什么是没有改变的吗？让我们想一想，物质如此丰富，科技如此发达，我们早已处在文明发达的社会了，可是有一些事，却是千年以来都没怎么被改变过的，比如货币的发行，从原先的黄金白银到后来的纸币，通过中央政府监制发行，这种方式就一直没有实质性改变过；还有商业合同，从古代到现代，也都是立个纸质的字据合同，签上名字盖个章，最多再摁个手印；还有金融买卖交易，在我们通常的思维中，就得有个机构开设一个平台，然后大家注册登记，再进去交易；再说一个更普遍的，我们人类彼此之间相处了那么长的时间了，一代一代共同在地球上生存了千万年，可是人们之间的信任如何，君不见任何的商业活动，基本都免不了要有个第三方担保吧，这个第三方怎么担保？还得是有个合约，签个字盖个章，等等。这些并没有发生太大的变化。可是，只要社会在发展，终究是会有改变的，直到比特币的出现。

比特币的出现，让人感到为之一振，通过软件，依靠互联网，就那么一组合一捣鼓，突然就能产生货币出来，即便是作为程序员的自己，也仍然是感到很不可思议，古语说“书中自有黄金屋”，可那个毕竟只是一个想象和比方啊，比特币可是实实在在的一个存在，货币是什么？货币是需要信用支撑的，我要是拿块石头去店里买东西，人家肯定会以为我是神经病，我要是自己随便开发一款软件，然后提供一个叫“XX币”的虚拟货币，能用吗？当然是不能用了，因为没人相信这玩意儿有什么价值啊，可是比特币凭什么能让人接受呢？不管比特币在法律上是不是被认可为货币，它确实是人们愿意花钱来购买的东西，也就是说它带有价值，带有信用，它通过一组技术，成功实现了一种通过软件和网络能制造信用和价值的方法，而且这种信用和价值还能够流转。如果你手里有一台机器，它能制造信用，这是什么概念？不单单可以用来发行所谓的数字货币，任何我们人类需要使用到信用的地方都有用武之地，这种信用制造机器是什么？就是我们现今发展的如火如荼的区块链技术。

区块链技术，为我们解决信任和价值传递问题提供了一个新颖而实用的思路方案，我们可以不用只是依靠纸质合约的所谓约定了，将里