区块链原理架构与应用/新经济书库

作者简介

魏翼飞 北京邮电大学教授、博导。加拿大卡尔顿大学联合培养博士，爱尔兰都柏林城市大学博士后，北京邮电大学理学院副院长（2014-2016），美国休斯顿大学访问学者（2016-2017），都柏林城市大学**研究学者（2019）。目前主要研究深度学习、强化学习、以及区块链技术。作为负责人先后主持3项**自然科学基金项目，在**外学术期刊上发表SCI检索论文20余篇，EI检索论文30余篇，申请专利30余项。 李晓东 从事移动互联网**化业务多年，曾历任百度**事业部商务、渠道、商业化负责人，并管理两支过亿用户的移动产品团队，对移动互联网和**化有丰富的经验和很深的洞察。现投身于区块链领域，任波场生态业务负责人。 于非 IEEE Fellow、IET Fellow、加拿大卡尔顿大学终身教授。2003年在加拿大英属哥伦比亚大学获得博士学位，2002—2006年在瑞典爱立信总部工作及美国加州创业公司工作。出版专著6部，已授权专利27项，在**上重要的期刊和会议上发表了490 余篇论文。担任IEEE Veh. Tech. Society 副**，IEEE P2418.3/4区块链应用标准化委员会**，IEEE Conference on **ock chain 2019首席大会**。

内容简介

第3章比特币技术原理 比特币作为一种新型的数字货币，开创了全新的数字货币生态系统。不同于*常生活中使用的货币，数字货币在交易过程中并不依赖物理实体，其使用前景将远超过目前看到的支付、担保、保险、博彩、公证等应用场景。随着以比特币为首的数字货币市场引发的一轮投资热潮，越来越多的人将注意力集中在数字货币的应用和背后支撑的技术原理，而比特币作为数字货币的领头羊，*是获得了不同群体的广泛关注。如何拥有属于自己的比特币？如何使用比特币进行交易？比特币如何确保安全性？本章将介绍如何加入比特币网络，如何创建比特币账户，如何进行比特币交易，并重点阐述比特币的共识机制、安全机制，以及目前的扩容方案。 3．1加入比特币网络 与传统货币不同，比特币是**虚拟的。用户通过网络进行交易，比特币隐含在发送方和接收方转移价值的交易中，通过交易数据表示，不存在任何实物。网络中的任何参与者都可以作为“矿工”使用计算机的处理能力来验证和记录交易，这些交易信息通过矿工存储在网络的不同节点中，无法篡改。但并非所有节点都强制存储完备的交易记录，比特币网络针对不同需求的用户拥有不同的节点类型。 3．1．1网络节点 比特币网络采用P2P网络结构，每个节点在网络中地位对等，它们为用户提供相同的网络服务。可以按照比特币网络P2P协议运行的一系列节点的集合称作比特币网。中本聪在比特币白皮书中说明了如何运行比特币网络，大致包括如下过程： (1) 新的交易向**进行广播。 (2) 每一个节点都将收到的交易信息纳入一个区块中。 (3) 每个节点都尝试在自己的区块中找到一个具有足够难度的工作量证明。 (4) 当一个节点找到了一个工作量证明，它就向**进行广播。 (5) 当且仅当包含在该区块中的所有交易都是有效的且之前未存在过的，其他节点才认同该区块的有效性。 (6) 其他节点表示它们认同该区块的方法，就是在该区块的后面添加新的区块以延长该链条，并将被认同区块的随机散列值视为先于新区块的随机散列值。 其中涉及的节点被称为全节点。每个**节点都是路由、完整的区块链数据库、挖矿和钱包四种功能服务的集合，如图31所示。它们*新复制*新完整的区块链数据库，能够独立自主校验所有交易并对其进行广播，不需借由任何外部参照，同时可以运行设备的计算能力参与新区块的算力竞争。一般的核心客户端都是能够运行所有功能的全节点，如Bitcoin core。 图31全节点包含功能模块示意图 但事实上，运行全节点对设备提出了较高的要求，需要存储的区块数据会随着交易数量的增加而*益庞大，对于只是想将比特币作为货币使用的用户而言，存储大量的区块数据是多余的。因此在现行的比特币网络中，针对不同的用户群体，存在不同功能集合的节点类型。 对于只想借助比特币充当一种交易方式的用户而言，参与网络后运行的节点可以是全节点或者轻量级节点， 只要节点包含钱包功能即可。轻量级节点对比全节点，只保留了区块链数据的一部分，通过简易支付验证的方式 完成交易验证，交易数据实时*新。用户只需要下载轻量级钱包，就能够使用比特币进行交易，轻量级钱包包含功能如图32所示。 而矿工主要依靠挖矿节点参与网络。一般维持挖矿节点运行的设备均配置有特殊硬件设施，节点间通过计算力竞争，破解新区块的工作量证明解。挖矿节点也分为**节点和轻量级节点，其中轻量级节点依靠矿池服务器的**节点进行工作，而**节点一般指的是依靠单一节点进行挖矿的独立矿工节点。节点具有完整区块链副本的挖矿功能，以及比特币网络中的路由功能，具体如图33所示。 本书在***展示区块链技术的同时，给出了“区块链+”的各种应用案例，能让读者学以致用，以迎接“区块链+”的广阔天地。