區塊鏈原理、架構與應用 (電子書)

前言
致讀者——迎接數字經濟時代
致讀者——序幕的尾聲
第1章　初識區塊鏈和數位貨幣
1.1　區塊鏈簡史
1.1.1　區塊鏈是什麼
1.1.2　區塊鏈的發展與現狀
1.1.3　區塊鏈的應用場景
1.2　數位貨幣簡史
1.2.1　比特幣——數位貨幣的誕生
1.2.2　乙太幣
1.2.3　數位錢包
1.2.4　數位貨幣市場現狀
1.3　主流數位貨幣的交易
1.4　小結
第2章　區塊鏈基礎理論
2.1　區塊鏈體系結構
2.1.1　區塊鏈六層體系結構
2.1.2　區塊鏈四層體系結構
2.1.3　區塊鏈Web 3.0體系結構
2.2　區塊鏈加密技術
2.2.1　雜湊函數
2.2.2　非對稱加密
2.3　區塊鏈共識機制
2.3.1　實用拜占庭容錯演算法
2.3.2　工作量證明
2.3.3　權益證明
2.3.4　委任權益證明
2.3.5　其他共識演算法
2.4　區塊鏈運行機制
2.4.1　區塊結構
2.4.2　區塊產生
2.4.3　區塊連接
2.4.4　區塊傳播
2.4.5　最長鏈原則
2.5　小結
第3章　比特幣技術原理
3.1　加入比特幣網路
3.1.1　網路節點
3.1.2　比特幣用戶端
3.2　創建比特幣帳戶
3.2.1　金鑰對：私密金鑰和公開金鑰
3.2.2　比特幣位址
3.2.3　數位錢包
3.3　比特幣交易過程
3.3.1　UTXO
3.3.2　數位簽章
3.3.3　交易腳本
3.3.4　交易結構
3.4　比特幣共識機制
3.5　比特幣帳戶安全
3.5.1　助記詞和種子檔
3.5.2　硬體錢包和物理存儲
3.6　比特幣擴容方案
3.6.1　比特幣擴容之爭
3.6.2　比特幣擴容協定
3.6.3　閃電網路
3.7　小結
第4章　乙太坊與智慧合約
4.1　乙太坊基本概念
4.1.1　帳戶
4.1.2　交易和燃料費
4.1.3　消息和消息調用
4.1.4　存儲、記憶體和堆疊
4.1.5　用戶端和錢包
4.2　乙太坊加密機制
4.2.1　加密
4.2.2　數字簽名
4.3　乙太坊共識機制
4.4　乙太坊P2P網路
4.4.1　RLPx協定
4.4.2　Whisper協定
4.5　乙太坊智慧合約
4.5.1　什麼是智慧合約
4.5.2　乙太坊虛擬機器
4.5.3　開發語言
4.5.4　代碼執行
4.6　去中心化應用
4.6.1　乙太坊開發環境——Go-eth和Mist
4.6.2　智慧合約開發實例
4.6.3　應用實例1：Augur
4.6.4　應用實例2：Maker
4.6.5　應用實例3：WeiFund
4.6.6　應用實例4：BoardRoom
4.6.7　應用實例5：UjoMusic
4.7　乙太坊擴容方案
4.7.1　側鏈技術
4.7.2　分片技術
4.8　小結
第5章　區塊鏈3.0
5.1　區塊鏈的演進路線
5.2　商用作業系統
5.2.1　EOS簡介
5.2.2　DPoS共識機制
5.2.3　EOS測試網路搭建
5.3　艾達幣
5.3.1　ADA簡介
5.3.2　權益證明
5.4　Zilliqa
5.4.1　Zil簡介
5.4.2　分片技術
5.5　超級帳本
5.5.1　Fabric架構
5.5.2　超級帳本智慧合約開發
5.6　小結
第6章　熱門幣種和區塊鏈應用
6.1　公鏈類
6.1.1　Tron
6.1.2　Aeternity
6.2　分叉類
6.2.1　Bitcoin Cash
6.2.2　Ethereum Classic
6.3　應用類
6.3.1　Ripple
6.3.2　MIOTA
6.3.3　Stellar
6.4　平臺類
6.4.1　KyberNetwork
6.4.2　OKB
6.5　其他
6.5.1　LiteCoin
6.5.2　Tether
6.6　熱門應用
6.6.1　IPFS
6.6.2　Sweatcoin
6.6.3　ShipChain
6.6.4　MUSE
6.6.5　國內應用
6.7　小結
第7章　區塊鏈常見問題
7.1　區塊鏈分叉
7.1.1　基於相同共識機制的分叉
7.1.2　硬分叉
7.1.3　軟分叉
7.1.4　分叉情況分析
7.1.5　比特幣分叉
7.2　51%攻擊問題
7.3　交易費估計
7.4　中心化問題
7.5　跨鏈技術
7.6　區塊鏈的可擴展性
7.7　其他問題
7.7.1　位址是否會重複
7.7.2　不同幣種能否使用同一個私密金鑰或者位址
7.7.3　幣和通證有什麼區別
7.7.4　如何查詢歷史交易記錄
7.7.5　轉帳是否有下限
7.7.6　區塊產生的速度
7.7.7　比特幣為什麼10分鐘產生一個區塊
7.7.8　如何防止雙花問題
7.7.9　比特幣區塊大小為什麼是1MB
7.7.10　比特幣礦工最終是否會消失
7.7.11　區塊鏈與資料庫的關係
7.7.12　區塊鏈是否會造成巨大的計算力浪費
7.7.13　是否會出現計算力極強的超級中心
7.7.14　比特幣公開所有交易是否不安全
7.8　小結
第8章　區塊鏈+
8.1　區塊鏈+虛擬化
8.1.1　區塊鏈技術服務於網路虛擬化
8.1.2　虛擬化技術服務于區塊鏈
8.2　區塊鏈+人工智慧
8.2.1　人工智慧的起源與發展
8.2.2　人工智慧對區塊鏈的影響
8.2.3　區塊鏈對人工智慧的影響
8.2.4　區塊鏈+人工智慧產品
8.3　區塊鏈+物聯網
8.3.1　整個物聯網市場“盤子”有多大
8.3.2　物聯網面臨的問題
8.3.3　區塊鏈的解決方案
8.3.4　基於區塊鏈技術的物聯網應用
8.4　區塊鏈+大資料
8.4.1　大資料簡介
8.4.2　大資料時代下的金融風險控制問題
8.4.3　大資料時代下的資料隱私及安全保障問題
8.4.4　區塊鏈與大資料結合下的應用場景
8.5　區塊鏈+雲計算
8.5.1　雲計算
8.5.2　雲服務市場“區塊鏈即服務”
8.5.3　專案應用
8.6　小結
第9章　區塊鏈+深度學習
9.1　深度學習
9.2　移動端深度學習
9.2.1　移動端深度學習框架
9.2.2　移動端深度學習實例
9.3　區塊鏈與深度學習的結合
9.3.1　利用深度學習改進區塊鏈
9.3.2　利用區塊鏈改進深度學習
9.4　項目應用
9.4.1　基於區塊鏈的深度學習平臺
9.4.2　DeepMind可驗證的資料審計專案
9.4.3　Faceter利用區塊鏈打造低成本的AI視頻監控系統
9.4.4　Neuromation平臺
9.4.5　OpenMined利用區塊鏈技術分散人工智慧
9.4.6　華大基因區塊鏈
9.5　小結
附錄　區塊鏈學習資源列表
參考文獻

前言
隨著互聯網由資訊網路到價值網路的轉變，區塊鏈技術因其“去中心、資料透明、可追溯、安全、匿名”等特點，被普遍認為是未來替代傳統“信任中心”的有效解決方案，加上資本市場的推波助瀾，引起了各行各業的關注和重視，掀起了學習區塊鏈的熱潮。然而目前市面上關於區塊鏈的書籍多是商業類書籍，缺乏比較系統和學術意義的書籍。本書全面、系統、深入地介紹了區塊鏈技術的原理、架構和應用，根據區塊鏈技術的發展路線，分別闡述了區塊鏈1.0比特幣、區塊鏈2.0乙太坊和區塊鏈3.0的基本原理、核心技術、架構特點和運行機制，總結了當前熱門的數字貨幣和商業應用，深入分析了區塊鏈常見問題，探討了區塊鏈與虛擬化、人工智慧、物聯網等新技術結合的概念、思路和關鍵技術，最後結合課題組目前正在進行的研究工作，介紹了深度學習常用的框架以及與區塊鏈深度融合的幾種方案。

全書分為9章。第1章介紹了區塊鏈和數字貨幣的基本概念，首先分析了區塊鏈技術的發展現狀和應用場景，然後回顧了比特幣和乙太幣的歷史，並簡單介紹了數位錢包以及數位貨幣的現狀。第2章介紹了區塊鏈的基礎理論，分別對區塊鏈的運行方式、體系結構、資料結構、雜湊演算法及安全機制、共識演算法進行了詳細闡述。第3章先從使用者的角度介紹了如何加入比特幣網路，創建比特幣帳戶，進行比特幣交易，然後重點闡述了比特幣底層技術，包括比特幣的共識機制、安全機制，以及目前的擴容方案。第4章闡述了乙太坊的基本原理、加密機制、共識機制及擴容方案，也介紹了智慧合約的概念和去中心化應用的開發實例，同時也介紹了乙太坊運行及開發環境。第5章介紹了區塊鏈3.0的基本概念、關鍵技術與發展現狀，並對商用作業系統（EOS）、艾達幣（Cardano）、Zilliqa以及超級帳本進行了詳細的介紹和分析。第6章分析總結了當前熱門的一些數字貨幣和商業應用，如瑞波幣、波場幣、AE幣、IPFS、汗幣等。第7章對區塊鏈一些常見問題進行了深入分析，包括區塊鏈分叉、51%攻擊、交易費、跨鏈、可擴展性、中心化等問題。第8章探討了當前學術研究領域的“區塊鏈+新技術”的概念、思路和方案，闡述了各行業在推進的“區塊鏈+新應用”的設計實現原理及其專案應用情況。第9章結合課題組目前正在進行的研究工作，介紹了深度學習的基本概念和關鍵技術以及移動端深度學習框架，並闡述了幾種深度學習與區塊鏈深度融合的方案。

本書的目的是給區塊鏈學習者一個全面的、綜合的介紹，偏向區塊鏈的學術和技術內容。為便於讀者有針對性地學習某些區塊鏈知識點或掌握某些數位貨幣的原理，讀者也可以根據自身需要，有選擇性地閱讀相關的章節。本書可作為學習區塊鏈技術的參考書，或作為高等院校相關課程的教材，也可供從事區塊鏈技術領域工作的工程技術人員閱讀。

本書的編撰工作得到了北京郵電大學宋梅、張勇、滿毅、王莉、滕穎蕾、劉洋、郭達、王小娟等教師的指點和幫助。劉雨童、劉曉偉、薛晨子、汪昭穎、顧博、屈銀翔、鄭穎、何欣等參與了本書部分內容的整理或校對工作，在此向他們表示衷心的感謝。

由於編者水準和視野所限，以及編寫時間倉促，加之區塊鏈技術發展一日千里，書中難免有疏漏和欠妥之處，懇請讀者批評指正。

編著者
2019年6月