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内容简介

本书系统梳理了区块链技术的发展脉络与核心体系，构建了从基础理论到产业应用的完整知识框架。本书共七章，涵盖区块链的概念分类、技术架构（密码学、共识机制、智能合约等）、主流区块链平台实现（包括比特币、以太坊、星火·链网等）、技术拓展（扩容、模块化、安全）、衍生技术（跨链、DID、隐私计算）及典型应用场景（金融、物联网、溯源等）。书中特别以星火·链网为案例，详细解析了自主可控区块链基础设施的技术实现与工业互联网应用实践。本书兼顾技术深度与行业视角，既可供区块链技术研发人员参考使用，也可为产业决策者、研究者提供全面的技术洞察，是理解区块链技术体系与产业发展的权威指南。

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ISBN：9787121516863

开本：16(170*240)

页数：196

字数：242

本书目录

第一章 发展概要 ......................................................................................................... 1
1.1 概念 ................................................................................................................ 1
1.2 分类 ................................................................................................................ 2
1.3 分层架构 ........................................................................................................ 4
1.3.1 技术架构 ............................................................................................. 4
1.3.2 逻辑分层 ............................................................................................. 5
1.4 基本结构 ........................................................................................................ 7
1.5 技术平台 ........................................................................................................ 9
1.5.1 国外平台 ............................................................................................. 9
1.5.2 国内平台 ........................................................................................... 10
1.6 Web3 ............................................................................................................. 11
第二章 技术基础 ....................................................................................................... 13
2.1 密码学应用 .................................................................................................. 14
2.1.1 哈希算法 ........................................................................................... 14
2.1.2 对称加密算法 ................................................................................... 16
2.1.3 非对称加密算法 ............................................................................... 17
2.1.4 数字签名算法 ................................................................................... 17
2.2 共识机制 ...................................................................................................... 22
2.2.1 PoW ................................................................................................... 24
2.2.2 PoS ..................................................................................................... 26
2.2.3 DPoS .................................................................................................. 27
2.2.4 PoA .................................................................................................... 28
2.2.5 PBFT ................................................................................................. 30
2.2.6 HotStuff 协议 .................................................................................... 34
2.2.7 蜜獾共识 ........................................................................................... 3
2.2.8 Raft 协议 ........................................................................................... 38
2.2.9 PoH .................................................................................................... 40
2.3 存储 .............................................................................................................. 43
2.3.1 默克尔树 ........................................................................................... 43
2.3.2 字典树 ............................................................................................... 44
2.3.3 MPT ................................................................................................... 46
2.3.4 键值数据库 ....................................................................................... 48
2.4 智能合约 ...................................................................................................... 49
2.4.1 特点 ................................................................................................... 51
2.4.2 优势 ................................................................................................... 52
2.4.3 安全性 ............................................................................................... 52
2.5 虚拟机 .......................................................................................................... 52
2.5.1 EVM .................................................................................................. 53
2.5.2 WASM 虚拟机 .................................................................................. 54
2.5.3 Move 虚拟机 ..................................................................................... 55
2.6 P2P ............................................................................................................... 56
2.6.1 拓扑结构 ........................................................................................... 56
2.6.2 节点发现 ........................................................................................... 59
2.6.3 数据共享 ........................................................................................... 60
第三章 实现层区块链 ............................................................................................... 62
3.1 比特币 .......................................................................................................... 62
3.1.1 区块结构 ........................................................................................... 63
3.1.2 交易 ................................................................................................... 65
3.1.3 脚本 ................................................................................................... 69
3.1.4 共识机制 ........................................................................................... 71
3.2 以太坊 .......................................................................................................... 71
3.2.1 区块 ................................................................................................... 72
3.2.2 交易 ................................................................................................... 75
3.2.3 区块验证算法 ................................................................................... 77
3.2.4 共识机制 ........................................................................................... 78
3.2.5 打包上链流程 ................................................................................... 78
3.2.6 ERC-20 和ERC-721 ......................................................................... 79
3.2.7 BNB 链 .............................................................................................. 80
3.3 Solana 链 ...................................................................................................... 82
3.3.1 账户 ................................................................................................... 82
3.3.2 交易 ................................................................................................... 83
3.3.3 交易指令 ........................................................................................... 83
3.3.4 程序 ................................................................................................... 83
3.3.5 打包上链流程 ................................................................................... 84
3.4 星火·链网 .................................................................................................. 85
3.4.1 区块结构 ........................................................................................... 85
3.4.2 交易 ................................................................................................... 86
3.4.3 账户 ................................................................................................... 89
3.4.4 共识机制 ........................................................................................... 90
3.4.5 虚拟机 ............................................................................................... 92
3.4.6 二层网络 ........................................................................................... 93
3.5 超级账本Fabric ........................................................................................... 94
3.5.1 链码 ................................................................................................... 94
3.5.2 交易 ................................................................................................... 94
3.5.3 打包上链流程 ................................................................................... 95
3.6 BSN 开放联盟链 ......................................................................................... 96
第四章 技术拓展 ....................................................................................................... 98
4.1 智能合约语言 .............................................................................................. 98
4.1.1 Solidity .............................................................................................. 98
4.1.2 Vyper ................................................................................................. 99
4.1.3 Michelson ........................................................................................ 101
4.2 智能合约并行化 ........................................................................................ 102
4.2.1 基于静态分析的并行执行模型 ..................................................... 102
4.2.2 基于动态分析的并行执行模型 ..................................................... 103
4.2.3 节点间并行执行模型 ..................................................................... 103
4.2.4 分治并行执行模型 ......................................................................... 103
4.2.5 应用 ................................................................................................. 104
4.2.6 挑战 ................................................................................................. 104
4.3 扩容 ............................................................................................................ 105
4.3.1 分片 ................................................................................................. 105
4.3.2 隔离见证 ......................................................................................... 107
4.3.3 嵌套区块链 ..................................................................................... 107
4.3.4 侧链 ................................................................................................. 108
4.3.5 状态通道 ......................................................................................... 112
4.3.6 卷叠 ................................................................................................. 115
4.4 模块化 ........................................................................................................ 118
4.4.1 原理 ................................................................................................. 118
4.4.2 技术架构 ......................................................................................... 119
4.4.3 挑战 ................................................................................................. 120
4.5 安全 ............................................................................................................ 121
4.5.1 去中心化 ......................................................................................... 121
4.5.2 开源开放 ......................................................................................... 122
4.5.3 攻击 ................................................................................................. 124
第五章 衍生技术 ..................................................................................................... 129
5.1 跨链 ............................................................................................................ 129
5.1.1 跨链分类 ......................................................................................... 129
5.1.2 比特币锚定资产 ............................................................................. 134
5.1.3 跨链安全 ......................................................................................... 135
5.1.4 IEEE 3205 标准 .............................................................................. 136
5.2 Web3 域名 .................................................................................................. 137
5.2.1 原理 ................................................................................................. 137
5.2.2 优势 ................................................................................................. 138
5.2.3 应用 ................................................................................................. 138
5.3 DID ............................................................................................................. 139
5.3.1 原理 ................................................................................................. 140
5.3.2 优势 ................................................................................................. 144
5.3.3 应用 ................................................................................................. 145
5.4 隐私计算 .................................................................................................... 146
5.4.1 安全多方计算 ................................................................................. 147
5.4.2 可信执行环境 ................................................................................. 148
5.4.3 联邦学习 ......................................................................................... 149
5.4.4 应用 ................................................................................................. 150
5.5 IPFS ............................................................................................................ 151
5.5.1 原理 ................................................................................................. 151
5.5.2 优势 ................................................................................................. 153
5.5.3 应用 ................................................................................................. 154
5.6 预言机 ........................................................................................................ 155
第六章 应用 ............................................................................................................. 157
6.1 金融 ............................................................................................................ 158
6.1.1 中心化金融 ..................................................................................... 159
6.1.2 去中心化金融 ................................................................................. 160
6.2 NFT ............................................................................................................ 162
6.3 游戏金融 .................................................................................................... 163
6.4 元宇宙 ........................................................................................................ 164
6.5 去中心化自治组织 .................................................................................... 165
6.6 物联网 ........................................................................................................ 166
6.7 共享经济 .................................................................................................... 167
6.8 其他应用场景 ............................................................................................ 169
6.8.1 溯源 ................................................................................................. 169
6.8.2 供应链金融 ..................................................................................... 169
6.8.3 医疗健康 ......................................................................................... 170
6.8.4 低碳经济 ......................................................................................... 171
6.8.5 数据流通 ......................................................................................... 172
第七章 未来与展望 ................................................................................................. 173
7.1 挑战 ............................................................................................................ 173
7.1.1 可扩容性挑战 ................................................................................. 174
7.1.2 去中心化挑战 ................................................................................. 175
7.1.3 安全挑战 ......................................................................................... 178
7.1.4 法律挑战 ......................................................................................... 179
7.1.5 IT 行业挑战 .................................................................................... 180
7.2 发展方向 .................................................................................................... 181
7.2.1 应用场景创新 ................................................................................. 182
7.2.2 技术融合 ......................................................................................... 183
7.2.3 标准化 ............................................................................................. 184
7.3 展望 ............................................................................................................ 186

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前言

区块链技术作为分布式信任基础设施，正深刻改变着数字经济的运行模式。随着区块链技术应用场景的不断拓展，行业对系统化、体系化区块链技术的需求日益迫切。
本书旨在为读者提供一幅全面、清晰的区块链技术全景图。本书编写团队依托中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所的科研实践，结合星火·链网等国家级区块链基础设施的建设经验，对区块链的技术原理、平台实现、产业应用进行了系统性阐述。我们力求平衡理论深度与实践指导性，既深入剖析密码学、共识机制等核心技术细节，又通过具体案例展现区块链在工业互联网、金融等领域的落地路径。
希望本书能够帮助技术开发者夯实理论基础、提升实践能力，为产业创新者提供技术选型与场景设计的参考，共同推动区块链技术的规范化、产业化发展。
感谢在本书编写过程中给予支持的同行与合作伙伴！
由于技术发展迅速，书中难免存在疏漏之处，欢迎读者批评指正。

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作者简介

李志平，长期从事域名解析、工业互联网标识解析及区块链的技术研究、产品设计、系统研发等工作，核心参与工业互联网标识、区块链等方向10余项国家重大工程的系统研发和项目实施，推动国家互联网域名解析体系、工业互联网标识解析体系、国家级区块链基础设施（星火·链网）及相关产业生态建设。核心参与10余项国家/行业标准，获得发明专利30余项，软件著作权20余项，以第一/通讯作者身份在国内期刊外发表SCI、EI检索学术论文20余篇。

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