信息技术（电子信息类）课件 区块链.pptx

区块链“新一代信息技术系列丛书信息技术（电子信息类）第七章

01区块链概述

区块链概述一、区块链的基本概念和相关术语123区块链的定义：国际标准化组织（ISO）将区块链定义为“区块链是用密码技术将共识确认的区块按顺序追加形成的分布式账本。”哈希（Hash）函数：哈希函数又称散列函数，当输入任意长度、任意内容的数据时，输出为固定长度、固定格式的短消息。梅克尔（Merkle）树：梅克尔树又称哈希树，最经典的情况是将两个叶子节点中的哈希值一起再做哈希，形成上一级节点，如此逐级向上形成整棵梅克尔树。4比特币挖矿：挖矿是通过竞争解决数学难题获得记账权的过程。比特币的核心在于其共享一个账本，该账本用以记录所有交易历史，人人可参与。5比特币地址：地址（账户）中所有加密货币的所有权和控制权归私钥的拥有者所有。私钥到公钥再到地址的转换过程不可逆。6加密数字货币：加密数字货币是基于密码学创建的数字货币，又称密码货币。密码货币与基于中心化电子账户的网银、支付宝和微信零钱等电子货币相比，具有去中心化、匿名性、可追溯、点对点交易和智能化等特点。

区块链概述二、区块链的主要技术类型区块链系统通常分为公有链、联盟链和私有链3类。公有链公有链是去中心化的，如比特币和以太坊，任何人都可以自由加入或退出，数据公开透明，每个参与者都可以查看全网的交易内容。联盟链联盟链由多个组织共同维护，需要许可才能加入或退出，节点间的信任度高，不需要加密数字货币作为激励，记账权通常由参与群体选定的部分高性能节点轮流完成，系统性能较公有链有所提升。私有链私有链是组织内部建立和使用的中心化许可链，节点需要授权才可访问系统，同样具有完备性、可追溯、不可篡改、防止内部作恶及错误可迅速排查等特点，与传统的中心化数据库相比更有优势。

区块链概述三、区块链的主要特有链采用分布式计算和存储，无须中心化管理机构，节点实现自治。交易和事件在事先协商一致的规范和协议下完成，不受人为干预影响，从而实现“信任计算”替代“信任机构”。分布式自信任去中心化系统具有高度容错和抗攻击特点，梅克尔树和哈希算法可有效防止数据被篡改。系统的开放性同样可保障在大多数人的监督下难以作恶。信息经验证添加至区块链后永久存储，人手一个副本保证数据的完整性。安全与完整性基于通证的激励机制使区块链自治成为新的商业模式，可提升组织协作的效率和目标，显著降低协作成本和信用违约成本。引入新的商业模式公有链代码和规则开源，任何人都可加入或退出，并利用开源技术构建应用。基于自己的资源和服务发行权益或通证，激发创造更多的新应用。共享开放与隐私保护

区块链概述四、区块链的现实意义当前，区块链应用已经覆盖金融、民生、司法、知识产权、公益慈善、物联网、制造业、供应链、社会治理和数字娱乐等诸多领域,区块链通过多方共识构建数字社会和数字经济规则，有望重塑人类社会的生产、生活方式，成为构建未来信息基础设施的核心技术。区块链技术为价值互联网提供重要技术支持区块链技术提升了协作效率，可实现大规模协作自治。区块链技术也支持数据确权，保障数据主权与数字权益。区块链技术在数字社会的发展中将发挥重要作用，对社会、经济、文化、社交和法律等各领域将产生深远的影响。

02区块链的体系结构

区块链的体系结构一、区块链的体系结构概述区块链技术架构区块链技术架构包括数据层、网络层、共识层、智能合约层和应用层等，以及激励机制。

区块链的体系结构二、数据层网络层定义节点组网方式、节点发现机制、数据传播机制和数据验证机制等1.节点组网方式：节点组网的方式主要有集中式、纯分布式、混合式和结构化网络。2.节点发现机制：新加入的节点可以通过一些长期稳定运行的节点快速发现网络中的其他节点，这些节点被称为“种子节点”。3.数据传播机制：结构化P2P网络则使用分布式哈希表（DHT）算法高效定位资源的位置。4.数据验证机制：数据验证机制主要包括传输验证、签名验证和语义验证。数据层定义区块链的数据结构区块链的数据结构主要采用梅克尔树组织交易数据，并使用链式结构将区块连接在一起。梅克尔树可保证数据的不可篡改性、快速验证和简单交易验证。这种以链式结构关联是各个区块链的共同特征，它能够确保区块链的连通性、防篡改性、可审计性和可追溯性。为了优化数据结构并支持上层应用，区块被分为区块头和区块体两部分。数据安全主要通过非对称加密算法、哈希算法、数字签名和数据冗余等技术来保证。三、网络层

区块链的体系结构四、共识层智能合约层主要定义智能合约的编写、部署和执行环境1.智能合约的开发语言：是由区块链平台提供的代码编程环境，包括编程语言、开发和编译工具。2.智能合约的部署与运行：智能合约的部署与运行是指合约当事人在系统上提交含有交易的合约机器代码，节点达成共识后将智能合约存储在各个节点的虚拟机