大学计算机教程-第8章 区块链技术及应用.pptx

第8章区块链技术及应用

区块链技术原理与特性区块链的应用场景区块链发展历程及分类——CONTENTS——目录

8.1.1区块链与比特币8.1.2区块链的概念8.1.3区块链基础技术区块链技术原理与特性8.1

8.1.1区块链与比特币2008年，美国发生了次贷危机，进而引发了波及全球的金融危机。2008年11月，一个化名中本聪的人在密码学论坛发表了一篇名为《比特币：一种点对点的电子现金系统》（Bitcoin:APeer-to-PeerElectronicCashSystem）的研究报告，首次提出了一个基于密码学原理而不是基于信用，不需要第三方中介参与的电子支付系统——比特币。他希望通过这个系统可以使任何达成一致的双方直接进行支付，从而杜绝伪造货币并解决重复支付的问题。研究报告发表之后，中本聪开始着手开发比特币的发行、交易和账户管理系统。2009年1月3日，比特币系统正式运行，中本聪构造出被称为“创世区块”的第一个区块，最初的50个比特币宣告问世。比特币的诞生，意味着一种新型、去中心化、无固定发行方的数字货币的诞生。本章所述数字货币，均指类似比特币的新型数字货币，并以比特币为例介绍区块链的相关技术原理与特性。1.比特币的诞生

8.1.1区块链与比特币截至2018年，比特币系统已经运行了整整十年。比特币系统软件全部开源，系统本身分布在全球各地，无中央管理服务器，无任何负责的主体，无外部信用背书。在比特币运行期间，有大量黑客无数次尝试攻克比特币系统，然而神奇的是，这样一个“三无”系统，近十年来一直都在稳定运行，没有发生过重大事故，由此可见比特币系统背后技术的可靠性和完备性。随着比特币在全球的风靡，现在越来越多的人开始关注其背后的区块链技术，并致力于将这样一种支持去中心化的稳定系统技术应用到其他各类社会领域之中。

8.1.1区块链与比特币2.比特币的“价格”除了其背后的技术所具有的价值，比特币作为一种虚拟货币，也逐渐与现实世界的法币建立起了“兑换”关系，其本身有了狭义的“价格”。现实世界中第一笔比特币交易发生在2010年5月22日，美国弗洛里达州程序员拉斯洛·豪涅茨（LaszloHanyecz）用1万个比特币，换回了披萨零售店棒约翰（PapaJohns）的一个价值25美元的披萨，这是比特币作为加密数字货币首次在现实世界的应用。比特币自诞生之日起，经历了多次的暴涨暴跌，其价格的变动犹如过山车一般。从比特币近年来的价格走势可以看出，未来，数字加密货币市场的大起大落还将继续上演。

8.1.1区块链与比特币3.比特币与区块链比特币通过“区块+链”的分布式账本完美地形成了一个不依赖任何中间人即可完成记账的自动运行系统。如图8-1-1所示，这其中具有“区块+链”不可篡改账本、多方参与、结果共识的技术，就是比特币背后的区块链技术。区块链图8-1-1“区块+链”的账本结构

8.1.2区块链的概念工信部指导发布的《区块链技术和应用发展白皮书2016》对区块链的解释：狭义概念：区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义概念：区块链技术是利用块链式数据结构来验证和存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全性、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础框架与计算范式。顾名思义，区块链（blockchain）是一种以区块（block）为单位产生和存储数据，并按照时间顺序首尾相连形成链式（chain）结构，同时通过密码学保证不可篡改、不可伪造及数据传输访问安全的去中心化分布式账本。

8.1.2区块链的概念区块链的数据结构：区块链的基本数据单元是区块，用于存储所有交易相关信息，主要由区块头和区块体两部分构成。区块头一般包含父区块哈希值和默克尔树根等信息，区块体则包含一串交易的列表。通过每个区块头中保存的父区块的哈希值唯一指定该区块的父区块，在区块间构成连接关系，从而组成了区块链的基本数据结构。区块链系统的参与者将一组交易打包成一个区块，并使用哈希算法和数字签名等技术将新的区块链接到已有的区块序列之后，由此形成一个链。

8.1.2区块链的概念图8-1-2区块链数据结构示意图

8.1.3区块链基础技术1.哈希运算区块链账本数据主要通过父区块哈希值组成链式结构来保证不可篡改性。下面分别介绍哈希运算、哈希运算的特性以及哈希运算在区块链系统中的作用。（1）哈希运算哈希算法（HashAlgorithm）即散列算法的直接音译。它的基本功能概况来说，就是把任意长度的输入（例如文本等信息）通过一定的计算，生成一个固定长度的字符串，输出的字符串称为该输入的哈希值。下