區(qū)塊鏈技術(shù)與應(yīng)用講解PPT課件

,區(qū)塊鏈技術(shù)與應(yīng)用講解,-科技讓信任變簡單,1.1背景先講比特幣(Bitcoin/BTC),比特幣價(jià)格單位：美元,比特幣價(jià)格從誕生時(shí)的一美元兌換1300比特幣，到峰值時(shí)1100美元兌換1個(gè)比特幣。什么是比特幣？什么是區(qū)塊鏈？,單位：美元,瘋狂的比特幣,1.1背景比特幣大事記,4,1.2相關(guān)概念,PeertoPeer，簡稱p2p，就是點(diǎn)對點(diǎn)的意思。處于p2p網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)地位對等，網(wǎng)絡(luò)不依賴于一個(gè)中心。比特幣的賬戶體系使用非對稱加密算法,其中用到一對秘鑰：公鑰（publickey）和私鑰（privatekey）。用公鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密后，只有對應(yīng)的私鑰才能解密；反之如果私鑰用于加密，則只有對應(yīng)的公鑰才能解密。在發(fā)送比特幣時(shí)，交易發(fā)起者使用私鑰對他的交易申請進(jìn)行簽名，網(wǎng)絡(luò)上的任何人都可以使用對應(yīng)的公鑰對這個(gè)交易的合法性進(jìn)行驗(yàn)證。比特幣世界中，通過私鑰可以計(jì)算得到公鑰，公鑰再經(jīng)過一系列哈希及編碼運(yùn)算就得到地址，地址可以理解為公鑰的摘要，由一串字符表示，例如：16FQCgFD5gBoJvD8kauX9oVoRQhs1NTvb4。地址使公鑰更具可讀性，類似于銀行賬號(hào)。就是比特幣生產(chǎn)過程的形象說法。通過大量計(jì)算，完成系統(tǒng)要求的的工作量證明，系統(tǒng)就會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)一定數(shù)量的比特幣。在通過“挖礦”得到比特幣的過程中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)每秒鐘能做多少次計(jì)算，就是其“算力”的代表，單位寫成hash/s，簡寫h/s。1h/s表示1秒鐘能做1次hash碰撞。1Kh/s=1000h/s，1Mh/s=1000Kh/s，1Gh/s=1000Mh/s，1Th/s=1000Gh/s，1Ph/s=1000Th/s,P2P,公鑰、私鑰,地址,挖礦,算力,5,1.2相關(guān)概念,礦機(jī)隨著挖礦所需算力的不斷上升，專門制造出來挖礦的專業(yè)設(shè)備，就是礦機(jī)。礦池一般是對外開放的團(tuán)隊(duì)開采服務(wù)器，獎(jiǎng)勵(lì)的比特幣按算力占比分給礦工，其存在意義為提升比特幣開采穩(wěn)定性。山寨幣和競爭幣我們把沒有對比特幣進(jìn)行改進(jìn)或創(chuàng)新的，完全模仿比特幣的開發(fā)出來的虛擬貨幣稱為山寨幣。通過借鑒比特比并有一定程度的改進(jìn)或創(chuàng)新的，稱為競爭幣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在市場上的山寨幣和競爭幣總數(shù)多達(dá)幾百種。冷錢包線下錢包，不聯(lián)網(wǎng)。熱錢包線上錢包，聯(lián)網(wǎng)。市場深度由所有未成交的買單和賣單構(gòu)成。是指平臺(tái)在承受大額交易時(shí)幣價(jià)不出現(xiàn)大幅波動(dòng)的能力。市場深度越深表明市場越穩(wěn)定、越成熟。,6,2.1比特幣的產(chǎn)生,貝殼、羽毛、牲口等實(shí)物貨幣,物物交換,黃金、白銀等貴金屬,金屬貨幣,早期紙幣、銀票、廉價(jià)金屬貨幣紙幣本位貨幣,紙幣,在線支付銀行卡Q幣等游戲幣電子現(xiàn)金,中心化電子貨幣,比特幣,去中心化電子貨幣,商品貨幣時(shí)代,貨幣價(jià)值主要取決于貴金屬的發(fā)現(xiàn)和冶煉,信用貨幣時(shí)代,貨幣本身沒有價(jià)值而取決于對發(fā)行機(jī)構(gòu)的信任,去中心貨幣時(shí)代,貨幣價(jià)值取決于人們對算法、系統(tǒng)的認(rèn)可,貨幣的演化,7,2.1比特幣的產(chǎn)生,去中心化電子貨幣,比特幣之前電子貨幣的嘗試都沒有克服中心化的問題，這類系統(tǒng)都內(nèi)生性地受制于“基于信用模式”的弱點(diǎn)。中心化貨幣由于貨幣主體單一，容易出現(xiàn)通貨膨脹、經(jīng)濟(jì)周期性波動(dòng)等缺陷，并且存在使用地區(qū)局限的問題。去中心化電子貨幣的特點(diǎn)：沒有發(fā)行主體，不通過中央銀行或第三方機(jī)構(gòu)發(fā)行和交易貨幣發(fā)行和系統(tǒng)安全基于數(shù)學(xué)原理依托互聯(lián)網(wǎng)可以全球范圍內(nèi)使用,比特幣是最早的去中心化電子貨幣，雖然受比特幣啟發(fā)后來出現(xiàn)了多種競爭者，但比特幣在全球的被認(rèn)可程度仍然遙遙領(lǐng)先。,以比特幣和Q幣為例的去中心化電子貨幣與中心化電子貨幣的對比,8,2.2比特幣的產(chǎn)生,比特幣的產(chǎn)生,發(fā)明人SatoshiNakamoto（中本聰）,Bitcoin:APeer-to-PeerElectronicCashSystem（比特幣：一種點(diǎn)對點(diǎn)電子現(xiàn)金系統(tǒng)）,第一次以論文的形式提出（紐約時(shí)間2008.10.31）：,論文解決了無監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)世界里的兩個(gè)實(shí)際問題貨幣偽造問題雙重支付問題,9,2.2比特幣的產(chǎn)生,第一批比特幣的產(chǎn)生,10,2.2比特幣的產(chǎn)生,比特幣的節(jié)點(diǎn)分布,比特幣節(jié)點(diǎn)在歐美等發(fā)達(dá)國家節(jié)點(diǎn)分布非常廣泛，說明比特幣在這些國家的生命力非常強(qiáng)，除此之外在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的城市也存在較多比特幣節(jié)點(diǎn)。,數(shù)據(jù)來源：Q，節(jié)點(diǎn)分布,11,2.3比特幣的產(chǎn)生,比特幣系統(tǒng),區(qū)塊：,區(qū)塊鏈：,交易：,比特幣的底層是區(qū)塊鏈技術(shù)，區(qū)塊鏈可以形象的理解為去中心化的分布式賬本，該賬本由很多區(qū)塊組成。每10分鐘左右一個(gè)新的區(qū)塊被創(chuàng)建出來，加到區(qū)塊鏈的尾端。新的區(qū)塊記錄了這10分鐘內(nèi)發(fā)生的所有交易，目前比特幣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行了7年多，積累了40多萬個(gè)區(qū)塊。交易記錄一筆交易的具體信息。包括付款人地址，收款人地址，付款金額，付款人簽字，收款人公鑰、付款人資金來源交易ID等。,該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：使用一個(gè)P2P（點(diǎn)對點(diǎn)）網(wǎng)絡(luò)不需要貨幣發(fā)行機(jī)構(gòu)，不需要受信任的第三方用戶可匿名使用新貨幣通過工作量證明機(jī)制產(chǎn)生。系統(tǒng)的共識(shí)機(jī)制可以有效防止雙重支付的發(fā)生。,第一個(gè)區(qū)塊區(qū)塊ID上個(gè)區(qū)塊ID,第三個(gè)區(qū)塊區(qū)塊ID上個(gè)區(qū)塊ID,第二個(gè)區(qū)塊區(qū)塊ID上個(gè)區(qū)塊ID,區(qū)塊ID交易1，交易2，交易3交易n上個(gè)區(qū)塊ID其他信息,交易ID資金來源1：我挖礦所得50btc的交易ID資金來源2：張三給我100btc的交易ID資金來源3：李四給我50btc的交易ID資金去向：壹基金捐助賬號(hào)ID金額：200btc我的簽名,2.3比特幣的產(chǎn)生,區(qū)塊與比特幣,誰創(chuàng)建區(qū)塊，就給誰幣！一個(gè)區(qū)塊被創(chuàng)建后，系統(tǒng)就會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)給創(chuàng)建者一定數(shù)量的比特幣。這筆由系統(tǒng)獎(jiǎng)勵(lì)創(chuàng)建者的交易就被區(qū)塊記錄在第一條交易單中，稱為coinbase交易。比特幣世界里沒有獨(dú)立的“幣”，每個(gè)賬戶的余額體現(xiàn)為交易鏈條上的輸出，而所有的的輸出都可以追溯到第一條coinbase交易。創(chuàng)建一個(gè)區(qū)塊，系統(tǒng)獎(jiǎng)勵(lì)多少幣呢？剛開始，創(chuàng)建一個(gè)區(qū)塊有50btc；產(chǎn)生到第21萬個(gè)區(qū)塊之后，獎(jiǎng)勵(lì)降為25btc;第42萬個(gè)區(qū)塊創(chuàng)建后，獎(jiǎng)勵(lì)降為12.5btc可理解為獎(jiǎng)勵(lì)每4年減半。,區(qū)塊的創(chuàng)建,幣（比特幣/Bitcoin/BTC）的由來,在比特幣行業(yè)里，區(qū)塊創(chuàng)建的過程我們俗稱為挖礦。每個(gè)人都可以創(chuàng)建區(qū)塊。區(qū)塊的創(chuàng)建是通過競爭計(jì)算完成的。上一個(gè)區(qū)塊創(chuàng)建出來之后，系統(tǒng)會(huì)給出一個(gè)數(shù)A。所有人就開始創(chuàng)建新的區(qū)塊，記錄實(shí)時(shí)發(fā)生的交易，同時(shí)玩一個(gè)密碼學(xué)游戲哈希。哈希的特點(diǎn)是：可以根據(jù)任意一段數(shù)據(jù)計(jì)算出一個(gè)固定長度的值，此計(jì)算結(jié)果相當(dāng)隨機(jī)，無法預(yù)知大小。大家不停的計(jì)算區(qū)塊的哈希值（根據(jù)以下數(shù)據(jù)計(jì)算：一個(gè)隨機(jī)數(shù)、上一個(gè)區(qū)塊的哈希值以及十分鐘內(nèi)驗(yàn)證過的交易），誰先算出來一個(gè)小于A的哈希值誰就在游戲中獲勝。系統(tǒng)會(huì)將獲勝的人創(chuàng)建的區(qū)塊鏈接到區(qū)塊鏈上。比特幣世界中，系統(tǒng)算法決定每10分鐘左右產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊。如果一段時(shí)間內(nèi)區(qū)塊產(chǎn)生的平均時(shí)間超過10分鐘，算法會(huì)降低游戲難度；反之，算法會(huì)提高游戲難度。數(shù)A決定計(jì)算難度，A越小計(jì)算難度系數(shù)越高。這樣就保證了比特幣的發(fā)行速度。,13,3區(qū)塊鏈原理,區(qū)塊鏈,區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式賬本，一種通過去中心化、去信任的方式集體維護(hù)一個(gè)可靠數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案。,時(shí)間有序,挖礦就是找這個(gè)數(shù)字,構(gòu)成不可逆的鏈條,“幣”以交易記錄形式存在只有主人用私鑰簽名后，才能花掉它。,14,3區(qū)塊鏈原理,Bitcoin的組網(wǎng)結(jié)構(gòu),每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)都可以自由加入網(wǎng)絡(luò)，完全分布式的P2P網(wǎng)絡(luò),每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)都維護(hù)有賬本，某個(gè)節(jié)點(diǎn)的惡意篡改，不能得到其余節(jié)點(diǎn)的認(rèn)同。,15,3區(qū)塊鏈原理,Bitcoin的交易過程,所有者A利用他的私鑰對前一次交易（比特貨來源）和下一位所有者B簽署一個(gè)數(shù)字簽名，并將這個(gè)簽名附加在這枚貨幣的末尾，制作出交易單。此時(shí)。B是以公鑰作為接收方地址。A將交易單廣播至全網(wǎng)，比特幣就發(fā)送給了B，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都將收到交易信息納入一個(gè)區(qū)塊中此時(shí)，對B而言，該枚比特幣會(huì)即時(shí)顯示在比特幣錢包中，但直到區(qū)塊確認(rèn)成功后才可以使用。目前一筆比特幣從支付到最終確認(rèn)成功，得到6個(gè)區(qū)塊確認(rèn)之后才能真正的確認(rèn)到賬。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過解一道數(shù)學(xué)難題，從而去獲得創(chuàng)建新區(qū)塊的權(quán)利，并爭取得到比特幣的獎(jiǎng)勵(lì)（新比特幣會(huì)在此過程中產(chǎn)生）此時(shí)節(jié)點(diǎn)反復(fù)嘗試尋找一個(gè)數(shù)值，使得將該數(shù)值、區(qū)塊鏈中最后一個(gè)區(qū)塊的Hash值以及交易單三部分送入SHA256算法后能計(jì)算出散列值X（256位）滿足一定條件（比如前20位均為0），即找到數(shù)學(xué)難題的解。由此可見，答案并不唯一。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)找到解時(shí)，它就向全國廣播該區(qū)塊記錄的所有蓋時(shí)間戳交易，并由全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)核對。此時(shí)時(shí)間戳用來證實(shí)特定區(qū)塊必然于某特定時(shí)間是的確存在的。比特幣網(wǎng)絡(luò)采用從5個(gè)以上節(jié)點(diǎn)獲取時(shí)間，然后取中間值的方式成為時(shí)間戳。全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)核對該區(qū)塊記賬的正確性，沒有錯(cuò)誤后他們將在該合法區(qū)塊之后競爭下一個(gè)區(qū)塊，這樣就形成了一個(gè)合法記賬區(qū)塊鏈。,第一步,第二步,第三步,第四步,第五步,3區(qū)塊鏈的原理,區(qū)塊鏈特點(diǎn),區(qū)塊鏈分類,開放，共識(shí)任何人都可以參與到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，每一臺(tái)設(shè)備都能作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都允許獲得一份完整的數(shù)據(jù)庫拷貝。節(jié)點(diǎn)間基于一套共識(shí)機(jī)制，通過競爭計(jì)算共同維護(hù)整個(gè)區(qū)塊鏈。任一節(jié)點(diǎn)失敗，其余節(jié)點(diǎn)人能正常工作。去中心化，去信任區(qū)塊鏈由眾多節(jié)點(diǎn)共同組成一個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)，不存在中心化的設(shè)備和管理機(jī)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)交換通過數(shù)字簽名技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，無需互相信任，只要按照系統(tǒng)既定的規(guī)則進(jìn)行，節(jié)點(diǎn)之間不能也無法欺騙其他節(jié)點(diǎn)。交易透明，雙方匿名區(qū)塊鏈的運(yùn)行規(guī)則是公開透明的，所有的數(shù)據(jù)信息也是公開的，因此每一筆交易都對所有節(jié)點(diǎn)可見。由于節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間是去信任的，因此節(jié)點(diǎn)之間無需公開身份，每個(gè)參與的節(jié)點(diǎn)都是匿名的。不可篡改，可追溯單個(gè)甚至多個(gè)節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)庫的修改無法影響其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫，除非能控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心超過51%的節(jié)點(diǎn)同時(shí)修改，這幾乎是不可能發(fā)生的。區(qū)塊鏈中的每一筆交易都通過密碼學(xué)方法與相鄰的兩個(gè)區(qū)塊串聯(lián)，因此可以追溯到任何一筆交易的前世今生。,公有鏈無官方組織及管理機(jī)構(gòu)，無中心服務(wù)器，