目录

基础篇

第1章绪论31.1区块链诞生的背景3

1.2比特币的诞生4

1.2.1技术起源4

1.2.2破茧成蝶5

1.3基本概念与术语解析5

1.3.1区块链定义5

1.3.2进制6

1.3.3哈希函数7

1.3.4梅克尔树7

1.3.5比特币的块链式数据结构8

1.3.6比特币挖矿8

1.3.7比特币的公私钥和地址9

1.3.8比特币转账交易与验证10

1.3.9加密数字货币10

1.4区块链的主要特点10

1.4.1分布式自信任10

1.4.2安全与完整性11

1.4.3共享开放与隐私保护11

1.4.4引入新的商业模式11

1.5区块链的演进12

1.5.1区块链1.0——分布式账本12

1.5.2区块链2.0——分布式可编程计算平台13

1.5.3区块链3.0——价值互联网14

1.6主要技术类型14

1.6.1公有链14

1.6.2联盟链15

1.6.3私有链15

1.7现实意义16

1.7.1为价值互联网提供技术支撑16

1.7.2支持数据确权，保障数据主权与数字权益16

1.7.3提升协作效率，实现大规模协作自治16

1.7.4创新治理模式，建立算法治理新模式17

1.7.5优化社会关系，改变资源与利益的分配规则17

1.8本章小结17

习题18

第2章区块链的体系结构19

2.1体系结构概述19

2.2数据层21

2.2.1数据结构21

2.2.2数据安全22

2.2.3数据层面临的挑战23

2.3网络层24

2.3.1P2P节点组网方式24

2.3.2数据传播机制26

2.3.3数据验证机制27

2.4共识层27

2.4.1拜占庭将军问题的意义与影响28

2.4.2一致性问题的详细描述28

2.4.3共识算法的分类与应用场景29

2.4.4常用共识算法简介30

2.5合约层30

2.5.1智能合约的编程语言31

2.5.2智能合约的开发、部署与运行31

2.5.3预言机32

2.6应用层32

2.6.1相关概念32

2.6.2区块链工具34

2.6.3区块链应用案例36

2.6.4应用层面临的挑战39

2.7激励机制40

2.7.1共识层的激励机制40

2.7.2合约层的激励机制40

2.7.3应用层的激励机制41

2.8本章小结41

习题42

技术篇

第3章密码技术453.1概述45

3.2对称密码与加密标准46

3.2.1换位密码47

3.2.2代换密码49

3.2.3数据加密标准与高级加密标准50

3.3公钥密码的诞生及典型算法55

3.3.1有关整数运算的基本概念56

3.3.2模运算56

3.3.3两个数学难题58

3.3.4欧拉定理58

3.3.5RSA密码体制59

3.4哈希函数、梅克尔树和数字签名61

3.4.1密码学哈希函数61

3.4.2梅克尔树63

3.4.3数字签名64

3.4.4椭圆曲线签名算法及其在比特币中的应用66

3.5国产密码71

3.6本章小结72

习题72

第4章P2P网络73

4.1概述73

4.1.1基本概念73

4.1.2P2P网络的发展74

4.1.3P2P网络的性质74

4.1.4TCP/IP简介75

4.2P2P网络的分类与资源共享机制77

4.2.1集中式P2P78

4.2.2纯分布式P2P78

4.2.3混合式P2P81

4.2.4结构化P2P81

4.2.5P2P网络应用示例89

4.3P2P网络与区块链93

4.3.1比特币P2P网络93

4.3.2以太坊的节点发现机制95

4.3.3网络层面临的挑战98

4.4本章小结98

习题99

第5章共识算法100

5.1共识算法概述100

5.1.1共识算法的概念100

5.1.2共识算法的基础理论101

5.1.3共识算法的分类102

5.2故障容错类共识算法103

5.2.1主从同步/异步读写103

5.2.2多数派读写104

5.2.3多阶段提交协议104

5.2.4Paxos共识算法106

5.2.5Raft共识算法108

5.3拜占庭容错类共识算法110

5.3.1拜占庭将军问题110

5.3.2实用拜占庭容错共识算法111

5.3.3工作量证明共识算法114

5.3.4权益证明共识算法119

5.3.5委托权益证明共识算法120

5.4共识算法的发展趋势121

5.5本章小结123

习题123

第6章智能合约124

6.1定义与概述124

6.1.1发展简史125

6.1.2基础架构125

6.2智能合约的生命周期127

6.2.1智能合约的开发与编译127

6.2.2智能合约的部署129

6.2.3智能合约的触发与执行130

6.3主要智能合约平台132

6.3.1以太坊智能合约平台132

6.3.2超级账本智能合约平台139

6.4智能合约漏洞和金融安全问题142

6.4.1基于以太坊的智能合约漏洞分类142

6.4.2增强智能合约安全的措施与建议148

6.4.3分布式金融及应用安全149

6.5智能合约面临的挑战151

6.5.1性能与成本问题151

6.5.2智能合约的灵活性问题151

6.5.3预言机机制问题151

6.5.4可操作性问题152

6.6高级智能合约描述语言简介152

6.7本章小结153

习题153

第7章典型区块链平台154

7.1比特币154

7.1.1比特币简介154

7.1.2比特币相关概念155

7.1.3比特币的结构与原理161

7.1.4比特币共识163

7.1.5比特币的现状164

7.2以太坊165

7.2.1以太坊简介165

7.2.2以太坊基本架构165

7.2.3以太坊的区块结构167

7.2.4账户与交易171

7.2.5智能合约简述174

7.2.6以太币与燃料178

7.2.7共识、扩展性和安全保护180

7.3超级账本182

7.3.1超级账本简介182

7.3.2基本架构182

7.3.3账本数据结构183

7.4其他平台185

7.5区块链扩容185

7.5.1去中心化与性能问题186

7.5.2安全与效率问题186

7.5.3区块与性能的平衡问题186

7.5.4节点数量与扩展问题187

7.5.5解决思路和措施187

7.6本章小结190

习题190

应用篇

第8章区块链与法律1938.1我国与区块链有关的法律政策体系193

8.1.1基本法律193

8.1.2普通法律194

8.1.3行政法规194

8.1.4部委规章及规范性文件195

8.1.5司法解释及指导性案例195

8.1.6行业标准及自律规范195

8.2全球区块链应用的监管政策196

8.2.1新加坡的监管政策196

8.2.2欧盟的监管政策197

8.2.3英国的监管政策197

8.2.4美国的监管政策198

8.2.5我国的监管政策199

8.3区块链面临的监管问题和解决思路200

8.3.1责任主体分散监管问题201

8.3.2数据难以篡改问题201

8.3.3加密数字货币监管问题201

8.3.4创新带来的监管问题201

8.3.5监管与隐私保护平衡问题202

8.3.6主要解决思路202

8.4区块链技术的发展机遇203

8.4.1全球主要国家加快布局区块链技术发展203

8.4.2我国高度重视区块链产业发展204

8.4.3智能合约有助于实现契约社会205

8.4.4新一代信息技术促进法律代码化206

8.5基于区块链的智能合约面临的法律风险206

8.5.1智能合约的解释与转化问题206

8.5.2智能合约的效力认定问题208

8.5.3The DAO事件的启示208

8.5.4智能合约的跨境法律问题209

8.6区块链技术驱动下的司法创新209

8.6.1杭州互联网法院210

8.6.2北京互联网法院210

8.6.3广州互联网法院211

8.7区块链技术发展的法律思考211

8.7.1探索创新，推进智能法律合约应用进程211

8.7.2促进相关立法，进一步弥补法律空白212

8.7.3完善行业标准制定，加快促进区块链标准化发展212

8.7.4鼓励技术专家与法律专家合作212

8.7.5探索全球治理模式213

8.8本章小结213

习题213

第9章区块链金融214

9.1区块链技术的金融应用优势214

9.2区块链技术在金融领域的应用215

9.2.1稳定币与央行数字货币215

9.2.2支付结算218

9.2.3场外衍生品交易219

9.2.4资产证券化220

9.2.5供应链金融221

9.2.6征信223

9.2.7保险223

9.2.8金融监管224

9.2.9区块链在金融应用中的总结与展望224

9.3区块链金融前沿应用225

9.3.1分布式金融226

9.3.2非同质化通证232

9.3.3数字人民币238

9.3.4总结与展望239

9.4本章小结240

习题240

第10章趋势展望241

10.1数字时代的主要特征241

10.1.1数据成为新的生产要素241

10.1.2数字产品催生消费模式革新242

10.1.3社会协作组织方式将发生改变242

10.1.4隐私保护日益受到重视242

10.1.5虚拟空间的价值流动促进数字经济发展243

10.2数字时代面临的主要技术挑战244

10.2.1隐私数据保护不足244

10.2.2数据要素流通困难244

10.2.3多方协作难以高效244

10.2.4信息互联网难以实现价值确权和传递245

10.3区块链赋能数字时代246

10.3.1区块链的底层逻辑246

10.3.2构建自我主权身份和算法信任的分布式平台247

10.3.3引入权益证明促进价值流转247

10.3.4创建高效的组织协作模型248

10.3.5有望成为价值互联网结构中的“细腰”249

10.3.6技术演化环境仍需重视250

10.4分布式身份标识250

10.4.1身份的概念和分布式身份的特征251

10.4.2区块链“地址+私钥”身份标识251

10.4.3灵魂绑定通证——分布式的原生凭证252

10.4.4主要应用场景253

10.5自带激励的分布式组织254

10.5.1基本概念254

10.5.2DAO的发展历程254

10.5.3主要特征256

10.5.4DAO的设立和治理模式257

10.6互联网发展进入Web3价值互联网新阶段258

10.6.1Web3简述259

10.6.2Web3的分布式创新应用260

10.7虚实交融的元宇宙262

10.7.1元宇宙概述262

10.7.2元宇宙的主要特征263

10.7.3元宇宙的经济系统264

10.7.4虚实交互映射266

10.7.5虚实融合举例267

10.8本章小结269

习题270