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編輯推薦： l 本书以浅显易懂的方式介绍了比特币和以太坊这两个区块链系统的多项关键技术，有利于读者深入理解区块链技术。 l 本书体系完备，既包括典型区块链系统的讲解，也包括一些共性技术，如网络、共识等的介绍。既有理论的阐述，又包含实践和应用的探讨。 l 本书在兼顾理论和应用的同时，也包含部分区块链前沿研究成果的介绍。 內容簡介： 《区块链原理技术与应用》一书主要按照区块链的架构对区块链的原理技术进行全面的讲解和剖析，并结合智能合约开发基础和区块链应用开发示例等内容帮助学生逐步深入课程，重点培养具备区块链思维及行业分析应用能力的复合型人才，为我国区块链技术发展建立人才优势。 關於作者： 郑子彬，中山大学教授，博士生导师国家优秀青年科学基金获得者、软件工程系主任、国家数据家庭工程技术研究中心副主任、IEEE高级会员。出版Springer英文学术专著1部、发表论文近150篇。 目錄： 第1章概述1 1.1什么是区块链技术1 1.1.1比特币与区块链的诞生2 1.1.2比特币与区块链3 1.1.3区块链的特点5 1.1.4智能合约与世界计算机5 1.1.5区块链的分类6 1.2区块链技术的现状7 1.2.1区块链的应用7 1.2.2区块链的挑战9 1.2.3区块链技术的发展环境11 1.3本书的内容12 第2章比特币13 2.1比特币简介13 2.2基础知识13 2.2.1哈希算法13 2.2.2非对称加密14 2.2.3数字签名15 2.2.4主网与测试网16 2.3交易16 2.3.1交易简介17 2.3.2输出17 2.3.3输入18 2.3.4UTXO模型19 2.4脚本系统21 2.4.1锁定与解锁21 2.4.2常见脚本类型232.4.3多重签名钱包25 2.5公私密钥与地址26 2.5.1私钥27 2.5.2公钥27 2.5.3普通地址28 2.5.4Base58编码28 2.5.5其他地址28 2.6区块与链29 2.6.1区块30 2.6.2区块头30 2.6.3Merkle树31 2.6.4区块链33 2.7共识34 2.7.1PoW34 2.7.2分叉35 2.7.3算力与难度调整36 2.7.4最长链原则36 区块链原理与技术目录第3章以太坊37 3.1以太坊简介37 3.1.1以太坊的诞生37 3.1.2以太坊与比特币对比38 3.1.3以太坊的特色与应用39 3.2以太坊基本架构及原理40 3.3账户模型与转账42 3.3.1账户模型42 3.3.2转账44 3.3.3Nonce45 3.4智能合约46 3.4.1状态模型46 3.4.2智能合约47 3.4.3驱动智能合约49 3.5以太坊交易51 3.5.1交易内容51 3.5.2交易费用52 3.5.3交易的周期53 3.6数据结构与存储54 3.6.1区块与叔块54 3.6.2Merkle Patricia Trie56 3.6.3布隆过滤器59 第4章区块链网络层60 4.1P2P网络60 4.1.1中心化拓扑61 4.1.2全分布式非结构化拓扑62 4.1.3全分布式结构化拓扑62 4.1.4半分布式拓扑63 4.2比特币网络64 4.2.1节点类型及其功能64 4.2.2扩展比特币网络65 4.2.3比特币节点通信65 4.2.4比特币中继网络71 4.3以太坊网络71 4.3.1Kademlia71 4.3.2节点类型及其功能73 4.3.3以太坊节点通信74 4.4网络层安全78 4.4.1分布式拒绝服务攻击79 4.4.2延展性攻击80 4.4.3女巫攻击80 4.4.4路由攻击80 4.4.5日蚀攻击81 第5章区块链共识层83 5.1一致性问题83 5.1.1问题与挑战84 5.1.2一致性要求84 5.1.3不同的一致性要求85 5.2共识设计的理论限制88 5.2.1FLP不可能原理89 5.2.2CAP原理90 5.3区块链共识算法91 5.3.1拜占庭问题91 5.3.2拜占庭容错算法92 5.3.3比特币的工作量证明共识机制97 5.3.4以太坊共识算法Ethash99 5.3.5以太坊共识算法Casper选学102 5.3.6EOSIO共识算法BFTDPoS选学107 5.3.7Monoxide选学109 第6章区块链智能合约开发112 6.1智能合约及其背景112 6.2Solidity语言113 6.2.1背景113 6.2.2入门示例113 6.2.3基础语法117 6.3DApp开发示例122 6.3.1私有链搭建123 6.3.2智能合约部署与测试124 6.3.3使用Web3.js调用智能合约126 第7章区块链应用129 7.1联盟链平台129 7.1.1背景129 7.1.2Hyperledger Fabric130 7.1.3企业以太坊131 7.2供应链金融131 7.2.1应用背景131 7.2.2应用案例132 7.3资产交易133 7.3.1应用背景133 7.3.2应用案例133 7.4司法存证134 7.4.1应用背景134 7.4.2应用案例134 7.5物流溯源135 7.5.1应用背景135 7.5.2应用案例136 7.6票据流通136 7.6.1应用背景136 7.6.2应用案例137 参考文献138 內容試閱： 一、 系列教材背景 人类已经进入智能时代,云计算、大数据、物联网、人工智能、机器人、量子计算等是这个时代最重要的技术热点。为了适应和满足时代发展对人才培养的需要,2017年2月以来,教育部积极推进新工科建设,先后形成了复旦共识天大行动北京指南,并发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》《教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知》,全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验,助力高等教育强国建设。新工科有两个内涵： 一是新的工科专业;二是传统工科专业的新需求。新工科建设将促进一批新专业的发展,这批新专业有的是依托于现有计算机类专业派生、扩展而成的,有的是多个专业有机整合而成的。由计算机类专业派生、扩展形成的新工科专业有计算机科学与技术、软件工程、网络工程、物联网工程、信息管理与信息系统、数据科学与大数据技术等。由计算机类学科交叉融合形成的新工科专业有网络空间安全、人工智能、机器人工程、数字媒体技术、智能科学与技术等。 在新工科建设的九个一批中,明确提出建设一批体现产业和技术最新发展的新课程建设一批产业急需的新兴工科专业。新课程和新专业的持续建设,都需要以适应新工科教育的教材作为支撑。由于各个专业之间的课程相互交叉,但是又不能相互包含,所以在选题方向上,既考虑由计算机类专业派生、扩展形成的新工科专业的选题,又考虑由计算机类专业交叉融合形成的新工科专业的选题,特别是网络空间安全专业、智能科学与技术专业的选题。基于此,清华大学出版社计划出版面向新工科专业建设计算机系列教材。 二、 教材定位 教材使用对象为211工程高校或同等水平及以上高校计算机类专业及相关专业学生。区块链原理与技术出版说明三、 教材编写原则 1 借鉴Computer Science Curricula 2013以下简称CS2013。CS2013的核心知识领域包括算法与复杂度、体系结构与组织、计算科学、离散结构、图形学与可视化、人机交互、信息保障与安全、信息管理、智能系统、网络与通信、操作系统、基于平台的开发、并行与分布式计算、程序设计语言、软件开发基础、软件工程、系统基础、社会问题与专业实践等内容。 2 处理好理论与技能培养的关系,注重理论与实践相结合,加强对学生思维方式的训练和计算思维的培养。计算机专业学生能力的培养特别强调理论学习、计算思维培养和实践训练。本系列教材以重视理论,加强计算思维培养,突出案例和实践应用为主要目标。 3 为便于教学,在纸质教材的基础上,融合多种形式的教学辅助材料。每本教材可以有主教材、教师用书、习题解答、实验指导等。特别是在数字资源建设方面,可以结合当前出版融合的趋势,做好立体化教材建设,可考虑加上微课、微视频、二维码、MOOC等扩展资源。 四、 教材特点1. 满足新工科专业建设的需要系列教材涵盖计算机科学与技术、软件工程、物联网工程、数据科学与大数据技术、网络空间安全、人工智能等专业的课程。 2. 案例体现传统工科专业的新需求 编写时,以案例驱动,任务引导,特别是有一些新应用场景的案例。 3. 循序渐进,内容全面 讲解基础知识和实用案例时,由简单到复杂,循序渐进,系统讲解。 4. 资源丰富,立体化建设 除了教学课件外,还可以提供教学大纲、教学计划、微视频等扩展资源,以方便教学。 五、 优先出版1. 精品课程配套教材主要包括国家级或省级的精品课程和精品资源共享课的配套教材。 2. 传统优秀改版教材 对于已经出版、得到市场认可的优秀教材,由于新技术的发展,计划给图书配上新的教学形式、教学资源的改版教材。 3. 前沿技术与热点教材 反映计算机前沿和当前热点的相关教材，例如云计算、大数据、人工智能、物联网、网络空间安全等方面的教材。 六、 联系方式 联系人： 白立军 联系电话： 01083470179 联系和投稿邮箱： bailj@tup.tsinghua.edu.cn 面向新工科专业建设计算机系列教材编委会 2019年6月区块链原理与技术 主任： 张尧学清华大学计算机科学与技术系教授中国工程院院士教育部高等学校软件工程专业教学指导委员会主任委员 副主任： 陈刚浙江大学计算机科学与技术学院院长教授 卢先和清华大学出版社常务副总编辑、 副社长编审 委员： 毕胜大连海事大学信息科学技术学院院长教授 蔡伯根北京交通大学计算机与信息技术学院院长教授 陈兵南京航空航天大学计算机科学与技术学院院长教授 成秀珍山东大学计算机科学与技术学院院长教授 丁志军同济大学计算机科学与技术系系主任教授 董军宇中国海洋大学信息科学与工程学院副院长教授 冯丹华中科技大学计算机学院院长教授 冯立功战略支援部队信息工程大学网络空间安全学院院长教授 高英华南理工大学计算机科学与工程学院副院长教授 桂小林西安交通大学计算机科学与技术学院教授 郭卫斌华东理工大学信息科学与工程学院副院长教授 郭文忠福州大学数学与计算机科学学院院长教授 郭毅可上海大学计算机工程与科学学院院长教授 过敏意上海交通大学计算机科学与工程系教授 胡瑞敏西安电子科技大学网络与信息安全学院院长教授 黄河燕北京理工大学计算机学院院长教授 雷蕴奇厦门大学计算机科学系教授 李凡长苏州大学计算机科学与技术学院院长教授 李克秋天津大学计算机科学与技术学院院长教授 李肯立湖南大学校长助理教授 李向阳中国科学技术大学计算机科学与技术学院执行院长教授 梁荣华浙江工业大学计算机科学与技术学院执行院长教授 刘延飞火箭军工程大学基础部副主任教授 陆建峰南京理工大学计算机科学与工程学院副院长教授 罗军舟东南大学计算机科学与工程学院教授 吕建成四川大学计算机学院（软件学院）院长教授 吕卫锋北京航空航天大学计算机学院院长教授 马志新兰州大学信息科学与工程学院副院长教授 毛晓光国防科技大学计算机学院副院长教授 明仲深圳大学计算机与软件学院院长教授 彭进业西北大学信息科学与技术学院院长教授 钱德沛北京航空航天大学计算机学院教授 申恒涛电子科技大学计算机科学与工程学院院长教授 苏森北京邮电大学计算机学院执行院长教授 汪萌合肥工业大学计算机与信息学院院长教授 王长波华东师范大学计算机科学与软件工程学院常务副院长教授 王劲松天津理工大学计算机科学与工程学院院长教授 王良民江苏大学计算机科学与通信工程学院院长教授 王泉西安电子科技大学副校长教授 王晓阳复旦大学计算机科学技术学院院长教授 王义东北大学计算机科学与工程学院院长教授 魏晓辉吉林大学计算机科学与技术学院院长教授 文继荣中国人民大学信息学院院长教授 翁健暨南大学信息科学技术学院副校长教授 吴廸中山大学计算机学院副院长教授 吴卿杭州电子科技大学教授 武永卫清华大学计算机科学与技术系副主任教授 肖国强西南大学计算机与信息科学学院院长教授 熊盛武武汉理工大学计算机科学与技术学院院长教授 徐伟陆军工程大学指挥控制工程学院院长副教授 杨鉴云南大学信息学院教授 杨燕西南交通大学信息科学与技术学院副院长教授 杨震北京工业大学信息学部副主任教授 姚力北京师范大学人工智能学院执行院长教授 叶保留河海大学计算机与信息学院院长教授 印桂生哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院院长教授 袁晓洁南开大学计算机学院院长教授 张春元国防科技大学计算机学院教授 张强大连理工大学计算机科学与技术学院院长教授 张清华重庆邮电大学计算机科学与技术学院执行院长教授 张艳宁西北工业大学校长助理教授 赵建平长春理工大学计算机科学技术学院院长教授 郑新奇 中国地质大学（北京）信息工程学院院长教授 仲红安徽大学计算机科学与技术学院院长教授 周勇中国矿业大学计算机科学与技术学院院长教授 周志华南京大学计算机科学与技术系系主任教授 邹北骥中南大学计算机学院教授 秘书长： 白立军清华大学出版社副编审 近年来,区块链技术作为一项新兴技术引起了世界各国的广泛关注。著名的信息技术分析公司Gartner连续四年20172020将区块链列入全球十大战略科技。2016年12月,国务院印发的《十三五国家信息化规划》就鼓励针对区块链等战略性前沿技术提前布局。2019年10月24日,中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习,强调要把区块链作为核心技术自主创新重要突破口,加快推动区块链技术和产业创新发展。由此可见,区块链技术具有广阔的应用前景,与大数据、人工智能等技术一样,是开启未来智能化时代的重要技术力量。 然而,与区块链技术的火热局面形成鲜明对比的是公众对区块链技术的理解还停留在相对初步的水平。到底什么是区块链技术？为什么它有这么大的价值？它和比特币有什么关系？作者认为,要回答这些问题,必须深入区块链技术的核心,了解它的原理和采用的技术。也只有这样,才能深刻地理解为什么有人认为区块链技术创造了一种全新的信任模式对机器的信任。诚然,当前市面上已经有不少优秀的关于区块链的书籍,它们从科普和开发两个不同的维度对区块链技术的历史、意义和技术做了相当翔实的介绍,与其他书不同,本书主要从原理和适合教学的角度进行介绍。 本书写作的目的是希望提供一本兼顾深度与广度、理论与应用的适合高等院校学生和有志于深入理解区块链技术的社会人员的区块链入门级教材。全书共7章。第1章主要介绍区块链技术的概念、发展历史与现状,使读者初步了解区块链的相关知识。第2章和第3章从具体案例入手,由浅入深地介绍比特币和以太坊两个典型的区块链系统。在此基础上,第4章和第5章分别介绍了区块链通用的网络层和共识层的相关理论与技术。第6章以以太坊为例，介绍了智能合约的开发,并在第7章中探讨了联盟链及几个典型的区块链应用场景。 2018年下学期（秋季）,中山大学面向本科生开设了区块链原理与技术课程。在教学过程中,作者深刻地认识到区块链技术的价值，以及一本合适教材的重要性。为方便教学和普及区块链知识,作者编写了本书。在编写过程中,实验室研究生陈序、郑伟林、刘洁利、崔嘉辉、刘俊君、郑柏川、刘金扬、席睿等同学搜集整理了大量素材;李晓丽、林丹、李盾、丁湲珺、钟志杰、黄康睿、曾峥等同学为教材的整理付出了大量的劳动;实验室陈武辉老师、黄华威老师、黄袁副研究员在教材的专业性方面提出了许多改进的建议,在此对他们的付出表示感谢。 区块链是一项新兴技术,作者深知要编写一本合适的教材并非易事,但本书的完成终于让我们迈出了可迭代的重要的一步。然而,限于时间和水平,书中难免有疏漏之处,还望读者批评指正。 郑子彬于广州中山大学2020年9月

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