區塊鏈：構建信任和價值的新型基礎設施

作為構建信任和價值的新型基礎設施，區塊鏈技術被認為是數位經濟的基石。區塊鏈的技術領域主要包括區塊鏈的體系結構、安全與隱私保護、共識協定、智慧合約、性能優化與跨鏈交互操作等。

本書首先梳理了區塊鏈的發展歷史與現狀，詳細闡述了區塊鏈的分類、結構以及運行機制。之後對區塊鏈涉及的相關技術（如密碼學、共識演算法、智慧合約等）進行了分析；密碼學方面主要分析了雜湊演算法、非對稱加密演算法、同態加密、零知識證明與國密演算法等，共識演算法方面分析了多種經典演算法（如工作量證明、權益證明、委託權益證明）以及Paxos與Raft演算法等，還列舉了一些近幾年國內外研究的新型共識演算法。
 
此外，本書介紹了現有的區塊鏈平臺，如國外的乙太坊、超級帳本等，以及國內的“星火·鏈網”平臺，分析了目前區塊鏈基礎設施建設的情況，列舉了基於區塊鏈基礎設施的一些應用、區塊鏈如何賦能傳統行業以及基於區塊鏈的新型應用案例。全書最後介紹了區塊鏈發展的未來——Web 3.0與元宇宙，闡述了相關概念、發展歷史以及兩者的關係。

本書可作為高等院校相關課程的教材，也可作為學習區塊鏈技術的參考書，還可供區塊鏈技術領域的工程技術人員閱讀。

第1章 區塊鏈簡介
1.1 區塊鏈的發展歷程
1.1.1 區塊鏈1.0
1.1.2 區塊鏈2.0
1.1.3 區塊鏈3.0
1.2 區塊鏈的類型
1.2.1 公有鏈
1.2.2 私有鏈
1.2.3 聯盟鏈
1.3 區塊鏈體系結構
1.3.1 區塊結構
1.3.2 區塊鏈分層體系結構
1.4 區塊鏈運行機制
1.4.1 比特幣運行機制
1.4.2 乙太坊運行機制
1.4.3 Fabric運行機制
本章小結

第2章 區塊鏈相關密碼學概述
2.1 雜湊演算法
2.1.1 雜湊函數
2.1.2 雜湊演算法的應用
2.2 非對稱加密演算法
2.2.1 對稱加密與非對稱加密
2.2.2 非對稱加密在區塊鏈中的應用
2.3 同態加密與零知識證明
2.3.1 區塊鏈隱私保護需求
2.3.2 同態加密原理
2.3.3 零知識證明原理
2.4 國密演算法
2.4.1 國密演算法發展背景
2.4.2 國密演算法分類
2.4.3 國密演算法在區塊鏈中的應用
本章小結

第3章 區塊鏈共識技術
3.1 一致性與共識機制
3.2 拜占庭將軍問題
3.3 共識演算法
3.3.1 工作量證明
3.3.2 權益證明
3.3.3 委託權益證明
3.3.4 Paxos與Raft演算法
3.4 其他新型共識演算法
3.4.1 其他競爭類共識演算法
3.4.2 其他選舉類共識演算法
3.4.3 基於DAG共識演算法
本章小結

第4章 智能合約
4.1 智慧合約發展歷史
4.2 智慧合約運行機制
4.2.1 智能合約的構建
4.2.2 智能合約的部署
4.2.3 智能合約的運行
4.3 智慧合約應用案例
4.3.1 智慧合約在物聯網中的應用
4.3.2 智慧合約在金融中的應用
4.3.3 智慧合約在醫療中的應用
4.4 智慧合約應用中面臨的挑戰
4.4.1 安全問題
4.4.2 性能問題
4.4.3 法律問題
本章小結

第5章 區塊鏈平臺
5.1 區塊鏈平臺的特點與性能指標
5.2 公有鏈平臺
5.2.1 乙太坊簡介
5.2.2 EOS簡介
5.3 聯盟鏈平臺——超級帳本
5.3.1 Hyperledger
5.3.2 Hyperledger Fabric
5.4 國內區塊鏈平臺——“星火·鏈網”
5.4.1 “星火·鏈網”概述
5.4.2 “星火·鏈網”體系架構
5.4.3 超級節點與骨幹節點
5.4.4 “星火·鏈網”建設進展與成效
本章小結

第6章 區塊鏈新型基礎設施
6.1 區塊鏈基礎設施概述
6.1.1 區塊鏈基礎設施屬性
6.1.2 區塊鏈基礎設施特點
6.1.3 區塊鏈基礎設施提供信任管理
6.2 區塊鏈基礎設施組成要素
6.2.1 垂直維度的區塊鏈基礎設施要素
6.2.2 水準維度的區塊鏈基礎設施要素
6.3 區塊鏈基礎設施中的跨鏈技術
6.3.1 公證人機制
6.3.2 側鏈/中繼鏈
6.3.3 雜湊時間鎖定
6.4 區塊鏈基礎設施面臨的挑戰
6.4.1 建設挑戰
6.4.2 技術挑戰
6.4.3 應用挑戰
6.4.4 監管挑戰
本章小結

第7章 區塊鏈基礎設施建設與應用趨勢
7.1 全球區塊鏈基礎設施建設現狀
7.1.1 國外建設
7.1.2 國內建設
7.2 區塊鏈賦能傳統行業
7.2.1 金融
7.2.2 醫療
7.2.3 能源
7.2.4 農業
7.2.5 物流
7.2.6 政務
7.3 區塊鏈創新應用案例
7.3.1 去中心化自治組織
7.3.2 去中心化應用
本章小結

第8章 區塊鏈面臨的問題及解決方案
8.1 擴容問題
8.1.1 區塊鏈系統中的性能問題
8.1.2 鏈上擴容方案
8.1.3 鏈下擴容方案
8.2 匿名性與隱私性
8.2.1 區塊鏈系統中的隱私問題
8.2.2 環簽名
8.2.3 屬性加密
8.2.4 安全多方計算
8.3 安全問題
8.3.1 51%攻擊
8.3.2 日食攻擊
8.3.3 DDoS攻擊
8.4 法律監管問題
8.4.1 區塊鏈技術標準與規範
8.4.2 區塊鏈相關政策
本章小結

第9章 區塊鏈的未來——Web 3.0與元宇宙
9.1 Web 3.0
9.1.1 Web 3.0的演進
9.1.2 Web 3.0與區塊鏈
9.2 Web 3.0基礎設施
9.2.1 去中心化身份
9.2.2 分散式存儲
9.2.3 隱私計算
9.3 Web 3.0的價值流通
9.3.1 NFT：Web 3.0用戶價值的重要載體
9.3.2 DeFi：説明Web 3.0價值流通的金融系統
9.4 元宇宙
9.4.1 元宇宙的概念
9.4.2 元宇宙發展階段
9.4.3 Web 3.0與元宇宙
本章小結
參考文獻

馬 超 中國資訊通信研究院工業互聯網與物聯網研究所業務發展部副主任，博士，高級工程師，國際電聯ITU-T SG20物聯網與智慧城市工作組Q3報告人；ISO/IEC JTC1 SC41物聯網技術委員會註冊專家。參與編寫多項國家科技部物聯網與智慧城市重點研發計畫指南、國家發改委物聯網專案指南、國家自然科學基金聯合基金專案物聯網方向指南；長期負責重量工業互聯網標識、區塊鏈基礎設施的建設和運營工作。
 
羅 松 中國資訊通信研究院工業互聯網與物聯網研究所副所長，教授級高級工程師，主要從事工業互聯網政策和技術、物聯網基礎共性技術標準，區塊鏈基礎設施、產業發展等方面的研究，長期主持工業和資訊化部、國家發改委等部委關於工業互聯網、物聯網產業政策制定、重大專項指南編制等工作，獲廣東省科學技術進步獎一等獎、中國通信標準化協會科學技術獎二等獎。負責重量工業互聯網標識解析基礎設施、重量區塊鏈基礎設施“星火?鏈網”的建設和運營。
 
楊璧竹 中國資訊通信研究院工業互聯網與物聯網研究所業務主管。前期主要從事物聯網標識、物聯網開放體系架構研究、物聯網基礎設施及新型智慧城市頂層設計及運營工作；目前主要負責重量區塊鏈基礎設施“星火?鏈網”骨幹節點建設及公共服務能力建設。
 
魏翼飛 北京郵電大學電子工程學院副院長、教授、博士研究生導師。加拿大卡爾頓大學聯合培養博士，愛爾蘭都柏林城市大學博士後，美國休斯頓大學訪問學者，愛爾蘭DCU高級訪問學者。主要研究深度學習、強化學習，以及區塊鏈技術。作為負責人先後主持完成3項國家自然科學基金項目，參與完成3項國家科技重大專項等重量專案。在國內外學術期刊發表30餘篇SCI檢索論文，獲授權發明專利30餘項。