區塊鏈技術原理與實踐（微課版）

本書圍繞區塊鏈技術原理，重點剖析典型區塊鏈架構的核心技術與知識點。全書共8章，包括區塊鏈技術原理概述、區塊鏈開發相關技術介紹、區塊鏈的區塊與賬本、區塊鏈的賬戶和交易、區塊鏈中節點間的通信、區塊鏈中的共識算法、區塊鏈中的智能合約以及綜合實訓：構建完整的區塊鏈系統。全書採用“理論結合實踐”的教學方式，本書大部分章涉及區塊鏈核心技術的理論概述，在理論概述後設有對應的程序設計實戰練習，以便讀者在理論學習中能夠結合實際模擬區塊鏈操作，通過練習鞏固所學內容。

本書可以作為高職高專院校區塊鏈及相關技術應用專業區塊鏈技術原理課程的教材，也可以供電腦軟件開發人員、從事區塊鏈技術開發與維護工作的專業人員和區塊鏈技術愛好者自學使用，還可以作為“1+X”區塊鏈智能合約開發職業技能等級證書（中級）的考試參考書。

朱利华，教授，教育部首批国家级职业教育教师教学创新团队、第二批“全国高校黄大年式教师团队”、国家级教学团队、江苏省高校“青蓝工程”优秀教学团队核心成员，先后获江苏省优秀教育工作者、国家教学资源库升级改造先进个人、常州高职园区技能竞赛优秀指导教师等称号。先后获国家教学成果一等奖1项、首届国家教材建设一等奖1项、江苏省教学成果一等奖1项、二等奖3项、校级教学成果奖2项。主要参与了高等职业教育软件技术专业教学资源库及升级改进工作、江苏省软件技术品牌专业（A类）建设，主持完成国家教学资源库子项目《软件开发与项目管理》课程和案例资源建设，江苏省软件技术专业群建设、负责“双高计划”软件技术专业群申报及建设工作。完成国家精品资源共享课《Java程序设计》、国家精品在线开放课程《计算机应用》《Java程序设计》建设，主持建成在线开放课程《Java Web应用开发》。主编、参编教材14部，其中“十二五”“十三五”国家规划教材10部。

陶亚辉，工程师，常州信息职业技术学院区块链技术应用专业带头人，参与教育部牵头《职业教育专业教学标准》的区块链技术应用专业相关标准制定工作，参与人社部区块链应用操作员新职业教材编写工作，一带一路金砖区块链技术应用大赛优秀指导老师，具有多年的企业软件开发经验，精通包括区块链以及数据分析等技术，先后从事区块链赋能财会审计、教育、工业领域方面的项目开发与研究。主持过基于区块链技术的化工类工业互联网项目开发与设计，并获得江苏省常州市创新创业大赛二等奖。

第 1章　區塊鏈技術原理概述　1

1.1　區塊鏈基礎概念　2

1.1.1　區塊鏈概要　2

1.1.2　去中心化系統　3

1.2　區塊鏈核心技術與典型架構　4

1.2.1　去中心化賬本　5

1.2.2　P2P網絡通信　6

1.2.3　加密算法　6

1.2.4　共識算法　7

1.2.5　智能合約　7

1.2.6　區塊鏈典型架構　7

1.3　區塊鏈技術的特性　8

1.4　區塊鏈的分類　9

1.4.1　公有鏈　9

1.4.2　私有鏈　10

1.4.3　聯盟鏈　10

1.4.4　對比和總結　11

1.5　區塊鏈的應用領域　11

1.5.1　區塊鏈在跨境結算中的應用　11

1.5.2　區塊鏈在供應鏈中的應用　12

1.6　區塊鏈價值和前景　13

本章小結　13

本章習題　13

第　2章 區塊鏈開發相關技術介紹　15

2.1　開發環境準備　16

2.1.1　硬件環境準備　16

2.1.2　軟件環境準備　16

2.2　數據格式與Linux基礎命令　16

2.2.1　JSON數據格式　17

2.2.2　curl命令　17

2.2.3　tree命令　18

2.2.4　jq命令　19

2.3　Python Web服務端（Flask）　19

2.3.1　安裝Flask框架　19

2.3.2　搭建最小應用　20

2.3.3　創建HTTP接口　21

2.4　密碼學基礎　24

2.4.1　哈希算法　24

2.4.2　非對稱加密算法　26

實戰練習：構建具備加密功能的Web服務端　33

本章小結　34

本章習題　34

第3章　區塊鏈的區塊與賬本　36

3.1　區塊與鏈的定義　36

3.1.1　區塊的基本概念　36

3.1.2　鏈式存儲　38

3.1.3　區塊間的聯系　38

3.2　區塊鏈中的賬本　40

3.2.1　賬本的基本概念　40

3.2.2　賬本的具體實現　40

實戰練習：構建簡單的區塊鏈賬本系統　45

本章小結　50

本章習題　50

第4章　區塊鏈的賬戶和交易　52

4.1　區塊鏈中的賬戶　52

4.1.1　賬戶公鑰和私鑰的生成方式　54

4.1.2　賬戶地址的生成方式　55

4.2　區塊鏈中的交易　58

4.2.1　交易的概念與基本要素　58

4.2.2　區塊中交易產生的過程　60

4.2.3　交易的驗證方法　63

4.2.4　區塊的驗證方法　64

實戰練習1：交易對象的創建　65

實戰練習2：數據的簽名與驗簽　67

實戰練習3：搭建賬戶和交易操作的區塊鏈示例系統　69

本章小結　86

本章習題　87

第5章　區塊鏈中節點間的通信　88

5.1　區塊鏈網絡　89

5.1.1　公有鏈網絡　89

5.1.2　聯盟鏈網絡　89

5.1.3　私有鏈網絡　90

5.1.4　基於Python NetworkX工具繪制網絡　90

5.2　P2P網絡通信　93

5.2.1　P2P網絡通信的基本概念　93

5.2.2　Socket通信的基本概念　94

5.2.3　基於Socket的區塊鏈P2P網絡通信　95

5.3　區塊鏈網絡的數據傳輸方式　100

5.3.1　Gossip的基本概念　100

5.3.2　基於Flask-APScheduler實現定時器　101

實戰練習1：繪制不同類型的區塊鏈網絡　104

實戰練習2：搭建基於Gossip的區塊鏈網絡　107

本章小結　121

本章習題　121

第6章　區塊鏈中的共識算法　123

6.1　區塊鏈共識算法　123

6.1.1　共識算法的基本原理　123

6.1.2　共識算法的分類　125

6.2　PoW算法　126

6.2.1　PoW算法的定義　126

6.2.2　PoW算法的優缺點　127

6.2.3　目標值的生成方式　128

6.2.4　基於Python實現PoW算法　128

實戰練習：搭建基於PoW算法的區塊鏈網絡　131

本章小結　144

本章習題　144

第7章　區塊鏈中的智能合約　145

7.1　智能合約的基本概念　146

7.1.1　智能合約與傳統合約的區別　146

7.1.2　智能合約的特性　147

7.2　區塊鏈與智能合約的關系　148

7.3　智能合約的工作原理　148

7.3.1　智能合約的“狀態”　149

7.3.2　智能合約的“模型”　150

7.4　智能合約在區塊鏈中的實現方式　151

7.4.1　智能合約在區塊鏈中的部署方式　151

7.4.2　智能合約在區塊鏈中的具體使用流程　152

實戰練習1：公有鏈部署智能合約　152

實戰練習2：聯盟鏈部署智能合約　156

本章小結　161

本章習題　161

第8章　綜合實訓：構建完整的區塊鏈系統　163