大學(xué)生信息技術(shù)-拓展模塊 課件 項(xiàng)目13 區(qū)塊鏈技術(shù) 任務(wù)1

大學(xué)生信息技術(shù)——拓展模塊項(xiàng)目13

區(qū)塊鏈技術(shù)知識(shí)框架思維導(dǎo)圖項(xiàng)目二：區(qū)塊鏈技術(shù)任務(wù)2：區(qū)塊鏈技術(shù)類型任務(wù)1：區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)構(gòu)及原理任務(wù)3：區(qū)塊鏈技術(shù)特征任務(wù)4：區(qū)塊鏈核心技術(shù)知識(shí)點(diǎn)1：數(shù)據(jù)層知識(shí)點(diǎn)3：共識(shí)層知識(shí)點(diǎn)5：合約層知識(shí)點(diǎn)1：公有區(qū)塊鏈知識(shí)點(diǎn)3：私有區(qū)塊鏈知識(shí)點(diǎn)1：區(qū)塊+鏈知識(shí)點(diǎn)3：Merkle樹知識(shí)點(diǎn)5：P2P網(wǎng)絡(luò)知識(shí)點(diǎn)2：網(wǎng)絡(luò)層知識(shí)點(diǎn)4：激勵(lì)層知識(shí)點(diǎn)6：應(yīng)用層知識(shí)點(diǎn)2：聯(lián)合（行業(yè)）區(qū)塊鏈知識(shí)點(diǎn)1：去中心化知識(shí)點(diǎn)2：開(kāi)放性知識(shí)點(diǎn)4：安全性知識(shí)點(diǎn)3：獨(dú)立性知識(shí)點(diǎn)5：匿名性知識(shí)點(diǎn)7：發(fā)行機(jī)制知識(shí)點(diǎn)2：哈希函數(shù)知識(shí)點(diǎn)4：非對(duì)稱加密知識(shí)點(diǎn)6：共識(shí)機(jī)制知識(shí)點(diǎn)8：智能合約區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)構(gòu)及原理任務(wù)1內(nèi)容目錄TableOfContent01Partone02Parttwo數(shù)據(jù)層網(wǎng)絡(luò)層共識(shí)層激勵(lì)層DatalayerNetworklayerConsensuslayerIncentivelayer03Partthree04Partfour05Partfive06Partsix合約層Contractlayer應(yīng)用層Applicationlayer2016年袁勇和王飛躍提出了區(qū)塊鏈基礎(chǔ)架構(gòu)的“六層模型”，從底層到上層依次是數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)層包括區(qū)塊結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)加密等技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)層包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳播技術(shù)和驗(yàn)證機(jī)制等；共識(shí)層包括PoW（工作量證明）、PoS（權(quán)益證明）、DPoS（授權(quán)股份證明）等多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的共識(shí)機(jī)制；激勵(lì)層包括激勵(lì)的發(fā)行和分配機(jī)制；合約層包括各種腳本代碼和智能合約；

數(shù)據(jù)層技術(shù)主要有兩個(gè)功能：一是相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，二是賬戶和交易的實(shí)現(xiàn)與安全保障。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要通過(guò)區(qū)塊的方式和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，賬戶和交易的實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字簽名、哈希函數(shù)和非對(duì)稱加密等多種密碼學(xué)算法與技術(shù)，以保證交易在去中心化的情況下能夠安全地進(jìn)行。數(shù)據(jù)層主要封裝底層數(shù)據(jù)區(qū)塊的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的密鑰和時(shí)間戳，處于整體結(jié)構(gòu)的最底層，由它建立起始節(jié)點(diǎn)，之后在同樣規(guī)則下通過(guò)一個(gè)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)依次相連組成一條主鏈。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，新的區(qū)塊通過(guò)驗(yàn)證后不斷被添加到主鏈上，主鏈也不斷地延長(zhǎng)。任務(wù)1

區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)構(gòu)及原理——數(shù)據(jù)層（一）數(shù)據(jù)層網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接和通信，又稱點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)，它是沒(méi)有中心服務(wù)器，依靠用戶群交換信息的互聯(lián)網(wǎng)體系。與有中心服務(wù)器的中央網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不同，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（對(duì)等）網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)用戶端既是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，又有服務(wù)器的功能，其具有去中心化與健壯性等特點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)既能接收信息，也能產(chǎn)生信息。節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)維護(hù)一個(gè)共同的區(qū)塊鏈保持通信。在區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以創(chuàng)建新的區(qū)塊，新區(qū)塊被創(chuàng)建后會(huì)以廣播的形式通知其他節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)會(huì)對(duì)這個(gè)新區(qū)塊進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)全區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中超過(guò)51%的用戶驗(yàn)證該區(qū)塊后，這個(gè)新區(qū)塊就可以被添加到主鏈上。網(wǎng)絡(luò)層任務(wù)1

區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)構(gòu)及原理——網(wǎng)絡(luò)層（二）共識(shí)層是區(qū)塊鏈的核心層，它決定了區(qū)塊鏈的業(yè)務(wù)吞吐量、交易速度、不可篡改性、準(zhǔn)入門檻等。由它確保網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)一致性和正確性，通過(guò)去中心化實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交互，節(jié)約資源、簡(jiǎn)化交易，并排除被集中控制風(fēng)險(xiǎn)。主要解決了“誰(shuí)有權(quán)利”“防止作弊”這兩個(gè)問(wèn)題，以上兩部分共同構(gòu)成了區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制。任務(wù)1

區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)構(gòu)及原理——共識(shí)層（三）共識(shí)層發(fā)行機(jī)制即對(duì)代幣的發(fā)行者和發(fā)行數(shù)量管控機(jī)制。傳統(tǒng)貨幣發(fā)行是由央行管控，而代幣是由區(qū)塊鏈激勵(lì)層的發(fā)行機(jī)制管控，其工作原理是參與者發(fā)行代幣，通過(guò)算力證實(shí)工作量后，再轉(zhuǎn)換為法幣。分配機(jī)制通過(guò)所謂的“挖礦”，即匯集算力提高挖到新區(qū)塊，獲取共享該區(qū)塊代幣的一種分配方式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已經(jīng)有13種不同的區(qū)塊鏈分配機(jī)制，主流有PPLNS、PPS、PROP等。公私鏈中在公有鏈中，激勵(lì)機(jī)制遵守規(guī)則，參與記賬，懲罰不遵守規(guī)則的節(jié)點(diǎn)，保證整個(gè)系統(tǒng)良性循環(huán)。而在私有鏈中，不一定需要激勵(lì)，參與記賬的節(jié)點(diǎn)在鏈外完成博弈，通過(guò)強(qiáng)制或自愿來(lái)要求參與記賬。任務(wù)1

區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)構(gòu)及原理——激勵(lì)層（四）激勵(lì)層

激勵(lì)層是將經(jīng)濟(jì)因素集成到區(qū)塊鏈技術(shù)體系中來(lái)，包括經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的發(fā)行機(jī)制和分配機(jī)制等，主要在公有鏈當(dāng)中出現(xiàn)。通過(guò)獎(jiǎng)勵(lì)部分?jǐn)?shù)字資產(chǎn)來(lái)鼓勵(lì)節(jié)點(diǎn)參與區(qū)塊鏈的安全驗(yàn)證工作，從而維護(hù)挖礦活動(dòng)以及賬本更新持續(xù)進(jìn)行。合約層算法腳本智能合約合約層主要封裝各類腳本、算法和智能合約，賦予賬本可編程的特性。區(qū)塊鏈2.0通過(guò)虛擬機(jī)的方式運(yùn)行代碼，以實(shí)現(xiàn)智能合約的功能，如以太坊虛擬機(jī)（EVM）。同時(shí)，通過(guò)在智能合約上添加能夠與用戶交互的前臺(tái)界面，形成去中心化的應(yīng)用（DAPP）。以太坊在比特幣結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，內(nèi)置了編程語(yǔ)言協(xié)議，從而在理論上可以實(shí)現(xiàn)任何應(yīng)用功能。如果把比特幣看成全球性賬本，就可以把以太坊看作是一臺(tái)“全球性計(jì)算機(jī)”。任務(wù)1

區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)構(gòu)及原理——合約層（五）應(yīng)用層區(qū)塊鏈生態(tài)體系的上層建筑……應(yīng)用層是區(qū)塊鏈的展示層，主要封裝區(qū)塊鏈的各種應(yīng)用場(chǎng)景和案例。它定義了區(qū)塊鏈上使用的應(yīng)用程序語(yǔ)言，是用戶與區(qū)塊鏈之間的接口。常見(jiàn)的語(yǔ)言有JavaScript、Python等。在實(shí)現(xiàn)種處理可編程貨幣、可編程金融等。

應(yīng)用層是區(qū)塊鏈體系的最終層，是用戶與區(qū)塊鏈之間的接口，它的作用是讓用戶和技術(shù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。去中心化的區(qū)塊鏈只有應(yīng)用層可以使用，以實(shí)現(xiàn)用戶友好的交互功能。同時(shí)，還可以提供各種數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)，為去中心化的區(qū)塊鏈提供良好的安全性。任務(wù)1

區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)構(gòu)及原理——應(yīng)用層（六）任務(wù)1

區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)構(gòu)及原理——課后習(xí)題（七）一、簡(jiǎn)答題1、區(qū)塊鏈的技術(shù)結(jié)構(gòu)？答案要點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)層；（2）網(wǎng)絡(luò)層；（3）共識(shí)層；（4）激勵(lì)層；（5）合約層；（6）應(yīng)用層。2、區(qū)塊鏈技術(shù)的工作原理？答案要點(diǎn)：區(qū)塊鏈技術(shù)的工作原理：利用其分布式、去中心化、不可篡改等特征，將參與的多個(gè)節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)區(qū)塊鏈，每個(gè)區(qū)塊都有唯一的標(biāo)識(shí)符，并形成了一個(gè)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，再通過(guò)共識(shí)機(jī)制來(lái)確保節(jié)點(diǎn)之間的一致性和可信度，當(dāng)新的區(qū)塊被添加到區(qū)塊鏈時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)更新自己的區(qū)塊。如果試圖修改某個(gè)區(qū)塊數(shù)據(jù)，整個(gè)區(qū)塊鏈的哈希值就會(huì)發(fā)生變化，從而被其他節(jié)點(diǎn)拒絕。利用此原理，區(qū)塊鏈可以支持更多的智能合約。教學(xué)過(guò)程