本书详细介绍区块链涉及的相关理论、思想和方法。全书共11章，按照区块链3.0的体系架构思想，由底向上逐层介绍数据层、网络层、共识层、激励层、智能合约层、应用层所涉及的核心方法，同时对区块链的安全和比特币、以太坊、超级账本三种典型区块链系统进行了介绍，并辅以相应示例。本书内容知识点覆盖全面，文字通俗易懂，技术介绍深浅有度，应用示例多，可操作性强，可作为高等学校区块链工程与技术、计算机科学与技术、金融科技、商务智能等相关专业的教材，也可作为区块链从业人员和相关企业事业单位相关人员的参考书。

潘恒，女，中原工学院计算机学院副院长，前沿信息技术研究院院长，现任中国计算机学会区块链专委会委员，河南省区块链研究会副会长兼秘书长，中国计算机学会郑州分部秘书长，河南省计算机学会理事，河南省保密技术专家委员会专家，郑州市信息化促进会专家委员会专家。曾任CCF Yocsef 郑州2014届副主席。

目 录
第1章 认识区块链1
1.1 区块链概述1
1.1.1 分布式账本1
1.1.2 共识机制4
1.1.3 非对称密码算法8
1.1.4 智能合约10
1.1.5 区块链的典型工作流程11
1.1.6 其他相关概念12
1.2 区块链的分类16
1.3 区块链的特点18
1.4 区块链技术发展历程19
1.5 典型区块链系统21
1.5.1 比特币21
1.5.2 以太坊25
1.5.3 超级账本30
1.6 区块链的技术发展方向32
1.6.1 可扩展性32
1.6.2 隐私保护34
1.6.3 安全问题34
1.6.4 监管问题35
1.7 区块链在信息时代的作用35
1.7.1 区块链的作用35
1.7.2 区块链的价值37
本章小结38
思考与练习39
参考文献40
第2章 数据层41
2.1 哈希函数41
2.1.1 哈希函数的定义与性质41
2.1.2 SHA-1算法42
2.1.3 SHA-2算法45
2.1.4 RIPEMD-160算法47
2.1.5 SM3算法48
2.2 非对称加密算法与数字签名52
2.2.1 RSA密码体制53
2.2.2 椭圆曲线密码体制53
2.2.3 SM2算法57
2.3 Merkle树57
本章小结59
思考与练习59
参考文献59
第3章 网络层60
3.1 P2P网络60
3.2 区块链网络拓扑结构61
3.3 区块链网络技术64
3.3.1 比特币网络技术64
3.3.2 以太坊网络65
3.3.3 Fabric网络69
本章小结72
思考与练习72
参考文献72
第4章 共识层73
4.1 分布式一致性问题73
4.2 共识算法概述76
4.3 CFT类型算法详解78
4.3.1 Paxos算法78
4.3.2 Raft算法81
4.4 BFT类算法87
4.4.1 PoW算法87
4.4.2 PoS算法90
4.4.3 DPoS算法92
4.4.4 实用拜占庭容错94
4.5 新型区块链共识算法100
4.6 目前共识机制存在的问题106
4.7 共识算法演进108
本章小结109
思考与练习110
参考文献110
第5章 激励层111
5.1 激励层概述111
5.2 激励层发行机制112
5.2.1 比特币的发行机制112
5.2.2 以太坊中的发行机制112
5.2.3 IPFS激励层Filecoin中的发行机制113
5.3 激励层分配机制114
5.3.1 比特币中的分配机制114
5.3.2 以太坊中的分配机制115
5.3.3 IPFS激励层Filecoin的分配制度117
本章小结117
思考与练习118
参考文献118
第6章 智能合约层119
6.1 智能合约概述119
6.2 智能合约的特点120
6.3 智能合约的应用120
6.4 比特币智能合约121
6.5 以太坊智能合约124
6.5.1 以太坊账户模型125
6.5.2 以太坊智能合约的调用126
6.5.3 智能合约执行的成本126
6.5.4 以太坊虚拟机127
6.5.5 智能合约在以太坊中的生命周期128
6.5.6 以太坊智能合约实例129
6.6 Hyperledger Fabric智能合约130
本章小结135
思考与练习135
参考文献135
第7章 应用层136
7.1 区块链的金融应用136
7.2 区块链的实体经济应用137
7.3 区块链的行业服务应用139
7.4 典型区块链应用开发环境及流程140
7.4.1 比特币应用开发140
7.4.2 以太坊应用开发142
7.4.3 超级账本Fabric143
本章小结144
思考与练习144
参考文献144
第8章 区块链安全146
8.1 区块链安全概述146
8.1.1 区块链面临的安全威胁146
8.1.2 区块链的安全目标147
8.2 区块链安全威胁149
8.2.1 数据层的安全威胁150
8.2.2 网络层的安全威胁152
8.2.3 激励层的安全威胁157
8.2.4 共识层的安全威胁159
8.2.5 合约层的安全威胁161
8.2.6 应用层的安全威胁163
8.3 区块链安全技术163
8.3.1 区块链数据安全技术163
8.3.2 区块链身份保护技术170
8.3.3 区块链共识安全技术173
8.3.4 区块链智能合约安全技术175
8.3.5 区块链内容安全技术176
8.3.6 区块链使用安全技术178
本章小结178
思考与练习178
参考文献179
第9章 比特币系统180
9.1 比特币简介180
9.2 比特币的原理181
9.2.1 比特币的体系结构181
9.2.2 比特币网络184
9.2.3 比特币系统更新185
9.3 共识机制186
9.3.1 比特币共识算法186
9.3.2 比特币挖矿189
9.4 区块结构和交易信息192
9.4.1 区块及交易结构分析192
9.4.2 区块及交易示例196
9.5 比特币运行201
9.5.1 交易构建和验证201
9.5.2 区块构建和传播203
9.6 比特币钱包203
9.7 比特币源码解读204
9.7.1 Bitcoin Core简介204
9.7.2 Bitcoin Core编译204
9.7.3 模块分析209
9.7.4 bitcoind启动过程源码分析210
9.7.5 区块结构源码分析213
9.7.6 交易结构源码分析214
9.7.7 交易过程源码分析214
9.8 Bitcoin Core操作215
9.8.1 生成目录和文件说明216
9.8.2 命令行及配置文件说明217
9.8.3 bitcoin-qt.exe的使用219
9.8.4 bitcoind.exe/bitcoin-cli.exe RPC命令221
9.8.5 bitcoind.exe/bitcoin-cli.exe regtest测试222
思考与练习224
参考文献225
第10章 以太坊系统226
10.1 以太坊详解226
10.1.1 以太坊体系结构226
10.1.2 以太坊工作流程及运行原理227
10.1.3 以太坊区块结构和链结构236
10.2 以太坊开发环境237
10.2.1 以太坊开发工具及框架238
10.2.2 以太坊开发环境的搭建242
10.3 以太坊智能合约开发244
10.3.1 智能合约运行环境244
10.3.2 智能合约开发语言248
10.4 应用系统开发实例262
本章小结264
思考与练习265
参考文献265
第11章 超级账本Fabric266
11.1 超级账本简介266
11.1.1 超级账本设计思想266
11.1.2 超级账本项目267
11.2 Fabric基础269
11.2.1 Fabric概况269
11.2.2 Fabric版本演进及特点270
11.2.3 Fabric架构272
11.2.4 Fabric数据存储结构278
11.2.5 Fabric交易流程278
11.3 Fabric链码281
11.3.1 Fabric链码的概念281
11.3.2 Fabric链码结构283
11.3.3 区块链开发者模式284
11.4 Fabric环境搭建285
11.4.1 开发环境准备285
11.4.2 Fabric网络搭建286
11.5 Fabric链码示例解析286
11.6 基于Fabric的电子合同存证系统开发实例292
11.6.1 实例需求分析292
11.6.2 实例区块链网络架构294
11.6.3 实例详细设计295
本章小结304
思考与练习304
参考文献305
附录A 安装VMware和Ubuntu306
附录B 安装Go语言环境309
附录C 安装Docker310
附录D Fabric常用工具312
附录E 拉取Fabric镜像313
附录F 搭建Fabric网络316
附录G 以太坊投票智能合约代码示例324
附录H 以太坊积分商城项目智能合约代码示例327
附录I 以太坊积分商城项目DApp代码示例338