区块链技术应用实务PPT项目五-区块链运行技术

项目五

区块链运行技术主讲人：xxx自2008年比特币横空出世以来,区块链的应用已由开始的金融延伸到物联网、智能制造、供应链管理、数据存证等多个领域,其构建的可信机制将改变当前社会商业模式,引发新一轮技术创新和产业革命。脱掉神化和妖魔化这两种两极分化的外壳,区块链逐渐呈现出它本该具有的面貌,并从早期的概念炒作转向实际的应用开发落地阶段。作为新兴科技,唯有结合实际的生活和生产,才能真正产生价值。学习情境LOGO(1)区块链的发展阶段和意义;(2)区块链技术运行流程;(3)区块链技术现状;(4)区块链的核心技术架构;(5)区块链运行所需的基础技术;(6)区块链技术与应用瓶颈。重点(1)区块链技术核心;(2)区块链技术核心价值;(3)数据存储层关键技术;(4)网络通信层关键技术;(5)数据安全与隐私保护关键技术;(6)共识层关键技术;(7)应用组件层关键技术。难点学习重难点目录任务13区块链运行技术概述区块链是继蒸汽机、电力、信息和互联网技术之后,最有潜力触发第五轮颠覆式革命浪潮的核心技术之一。区块链不是应对数据和资产交易中出现的所有问题的一站式解决方案,它不能“一招通吃”数字化用例。我们必须了解区块链及其属性,并确定具有针对性的、可用的运行解决方案。一区块链的发展阶段和意义(一)区块链的发展阶段(1)区块链1.0:以比特币为代表的可编程货币。(2)区块链2.0:基于区块链的可编程金融。(3)区块链3.0:区块链在其他行业的应用。随着区块链技术的进一步发展,其“去中心化”功能及“数据防伪”功能应用范围将逐渐扩大到整个社会。(二)区块链的意义1.区块链的学术意义2.区块链的应用意义3.区块链的战略意义二区块链技术运行流程(一)区块链的运行过程区块内部的数据如下:1.交易详情:详细记录了每笔交易的转出方和收入方、金额及转出者的数字签名2.交易计数器:记录的是每个区块中发生的交易数量。3.区块大小:当前每个区块的大小限定在1MB以内,但是后面区块很有可能会扩容,超过1MB。(二)区块链记录信息区块链运行过程示意图二区块链技术运行流程(三)实现完整备份(1)现有备份最大的问题就是安全。(2)现有的备份也可能被内部的一些人更改,会给后期的审计追踪带来很大的困难。(3)信息无法做到串联尽可能多的电脑,自己的有价值的信息存在别人电脑里也不安全。备份的特点如下:(1)区块链加密的信息不会被查看和泄露,只有拥有信息密钥的人才能查看这个信息。(2)区块链中的信息基本上是不能被篡改的(3)区块链中所有参与进来的电脑都是一个节点,达到分布式储存的效果,极大地避免了单一电脑损坏造成的信息丢失。(4)在区块链中存储信息是很廉价的。存储价格约为存在云端的10%。(四)区块链解决的问题二区块链技术运行流程(五)进行交易广播(1)要存储文件的源端设定备份文件,然后加密发送文件数据,提交给区块链中所有相关的节点。(2)各个节点接收到文件,并且进行存储。(3)如果需要恢复数据,源端发送请求,计算节点根据请求,在获得解密数据后,就能实现数据的恢复。存储和恢复信息时需要做什么呢?一个数字签名相当于一个数字身份,交易时由转账的转出方生成,就像银行的流水,数字签名就是用来验证这笔交易确实是由转出方发起的。(六)进行数字签名二区块链技术运行流程(七)实现加密与解密区块链的交易信息采用非对称加密,保证了交易信息的准确性和安全性。区块链有个很大的特点:那就是交易是不可撤销的。区块链只会向前生成区块,不会向后取消区块。还有一点,区块链中是点对点的交易,所有交易都要广播。而且区块链是全网记账,交易明细既记在你的账本上,也记在别人的账本上,但是别人不知道你是谁,所以说,即使别人想撤销,也不可能把所有人的电脑上的交易记录都删除。(八)交易记录是否能撤销区块链加密与解密过程示意图三区块链运行所需的基础技术区块链共识机制1区块链安全与隐私保护技术2区块链存储技术3区块链通信技术4区块链的核心应用组件5区块链应用体系6区块链与现代技术结合7区块链技术标准8四区块链技术与应用瓶颈(一)区块链技术面临的瓶颈(1)可扩展性,主要问题是交易很慢。(2)隐私性,在区块链上很难解决这个问题。(3)互通性,在公链间无法高效率交互,存在价值孤岛问题。1.缺乏可规模化推广的区块链典型创新应用2.节点规模、性能、容错性三者之间难以平衡3.跨链系统互联仍存在障碍4.链上数据与链下信息一致性难以保障5.缺乏统一的区块链技术应用标准(二)区块链技术应用面临的瓶颈任务14区块链核心技术目前,最新的技术莫过于云计算、大数据、物联网、北斗导航定位、机器学习等。区块链技术最重要的本质就是一个分布式账本,具有分布式、自治共同约定性、合约性以及可追溯性四大特点;这四大特点正好符合了云计算这种特定的分布式环境,以及大数据、物联网和机器学习等在分布式环境下的纵深计算的发展需要。可以说,它们之间相辅相成、相得益彰。一区块链技术现状(一)区块链技术政策现状国家已经将区块链技术与北斗导航、人工智能、量子信息、移动通信、物联网等技术并列为新一代信息技术。一些国家和地区已经公开拥抱区块链,有些甚至已经从政策上开始支持发币。一方面,区块链对当前的社会生产关系有着巨大的影响。而另一方面,社会上某些图谋不轨的个人或者团体通过ICO进行非法融资,对经济金融秩序造成了极为不好的影响。两方面的原因,让区块链技术不像其他新兴信息技术一样能够获得国家的正面支持。近年来传统的集中式数据库难以处理高速增长的电子数据。因此,数据库开始由集中式向分布式结构转变。(二)区块链技术数据库现状二区块链的核心技术架构(一)区块链建立多中心化的信任(1)动态组网:系统中没有中心节点,参与人以动态的、点对点的方式互联互通。(2)链式结构:组成数据库的区块通过保存前一区块的哈希值构成链式结构,修改某一区块的数据的同时需要修改随后所有区块的数据,这保证了数据的不可篡改性。(3)共识机制:通过特定的密码学算法,使得参与系统的节点能够对新区块的生成达成共识。区块链的基本技术核心从技术角度定义的区块链,是指由数学工具和计算机算法保证了参与人之间的信任的、非中心化的分布式记账系统,区块链上的数据由所有节点共同维护,每个参与维护的节点都能复制获得一份完整记录的拷贝。区块链的核心技术01块子链02多独立拷贝03共识机制能够有效保证系统的安全性,抵御来自系统外部和内部的攻击。在节点之间产生一致性,避免数据在整个系统中出现冲突。二区块链的核心技术架构(二)区块链核心技术组件区块链核心技术组件包括:区块链系统所依赖的基础组件、协议和算法,进一步细分为通信、存储、安全机制、共识机制四层结构。通信采用P2P技术来组织各个网络节点,每个节点通过多播实现路由、新节点识别和数据传播等功能。安全机制通过多种密码学原理进行数据加密及隐私保护存储数据在运行期以块链式数据结构存储在内存中,最终会持久化存储到数据库中。对于较大的文件,也可存储在链外的文件系统里,同时将摘要(数字指纹)保存到链上用以自证。共识机制共识机制是区块链系统中各个节点达成一致的策略和方法,应根据系统类型及应用场景的不同灵活选取。区块链技术架构示意图二区块链的核心技术架构(三)新区块链架构在人工智能、大数据、区块链技术的基础上构建一个新的架构,这个架构里,区块链是核心,作为底层数据基础。人工智能和大数据搭建在区块链之上,人工智能用于识别对方区块链交互活动的请求,识别出活动类型后交给大数据进行活动分析和预判,然后给出结论,用于确定是否可以与对方签约,签约后发生的所有交互信息通过区块链进行记账和存储。后续的区块链交互都可以按这个合约进行处理,不需要大数据再做共识处理,所以这个架构叫新区块链架构解决用户身份识别和安全访问的问题任务或数据的接收和识别,判断是否需要向控制层请求分析或处理,接收控制层的反馈结果通过感知层和记录层存取数据或任务,经过计算、分析或处理,将结果反馈给感知层进行处理或者记录层进行记账存储存储或验证数据三区块链技术核心(一)区块+链数据结构区块1(1)用于连接前面的区块、索引自父区块哈希值的数据。(2)挖矿难度、时间戳、Nonce(随机数,用于工作量证明算法的计数器,也可理解为记录解密该区块相关数学题的答案的值)。(3)能够总结并快速归纳校验区块中所有交易数据的Merkle(默克尔)树根数据。区块头2所记录的交易信息是区块所承载的任务数据,具体包括交易双方的私钥、交易的数量、电子货币的数字签名等。区块主体3比特币系统大约每10分钟会创建一个区块,这个区块包含了这段时间里全网范围内发生的所有交易。每一个区块都保存了上一个区块的哈希值,使得每个区块都能找到其前一个区块,这样就将这些区块连接起来,形成了一个链式结构。链4三区块链技术核心(一)区块+链数据结构(1)把在本地内存中的交易信息记录到区块主体中。(2)在区块主体中生成此区块中所有交易信息的Merkle树,把Merkle树根的值保存在区块头中。(3)把上一个刚刚生成的区块的区块头的数据通过SHA256算法生成一个哈希值填入当前区块的父哈希值中。(4)把当前时间保存在时间戳字段中。(5)难度值字段会根据之前一段时间区块的平均生成时间进行调整,以应对整个网络不断变化的整体计算总量,如果计算总量增长了,则系统会调高数学题的难度值,使得预期完成下一个区块的时间依然保持一定时长。区块的形成过程5“区块+链”结构提供了一个数据库的完整历史。从第一个区块开始,到最新产生的区块为止,区块链上存储了系统全部的历史数据,提供了数据库内每一笔数据的查找功能。区块链上的每一条交易数据,都可以通过区块链的结构追本溯源,一笔一笔进行验证。区块+链6区块+链=时间戳,这是区块链数据库的最大创新点。区块链数据库让全网的记录者在每一个区块中都盖上一个时间戳来记账,表示这个信息是这个时间写入的,形成了一个不可篡改、不可伪造的数据库。区块+链=时间戳7三区块链技术核心(二)分布式结构——开源的、去中心化的协议关于如何存储下区块链这套严谨数据库的问题?区块链的办法是构建一个分布式结构的网络系统,让数据库中的所有数据都实时更新并存放于所有参与记录的网络节点中。(1)分布式记账,会计责任的分散化。(2)分布式传播,每一次交换都传播到网络中的所有节点。(3)分布式存储,数据信息的可容错性极高。(三)所有权的信任基础——数学在“加密”和“解密”过程中分别使用两个密码,两个密码具有非对称的特点:一是加密时的密码(在区块链中被称为“公钥”)是公开全网可见的,所有人都可以用自己的公钥来加密一段信息(信息的真实性);二是解密时的密码(在区块链中被称为“私钥”)是只有信息拥有者才知道的,被加密过的信息只有拥有相应私钥的人才能够解密(信息的安全性)。公钥、私钥的加密与解密过程示意图三区块链技术核心(四)可编程的智能合约——脚本一个脚本本质上是众多指令的列表,这些指令记录在每一次的价值交换活动中,区块链的整体技术发展需要依靠多种技术的整体突破哈希函数1Merkle树2非对称加密算法3P2P网络4共识机制5智能合约6四区块链技术核心价值区块链最本质的特征就是去中心化,它的出现能够实现从传递信息的信息网络向传递价值的价值网络的进化,提供了一种新的信用创造机制。(一)区块链能提供一种新的信用创造机制1.区块链的体系结构现在非常混乱2.区块链的开发语言完全不成体系3.市场需求多种多样(三)从数据库的角度看待区块链技术(1)从底层技术的角度看:数据管理方式有望转型,互联网底层协议将被颠覆。(2)从市场应用的角度看:平台机构已成过去,公司模式重心转移。(3)从整个社会结构的角度看:法律经济可成一体,组织形态会发生改变。(二)从社会结构底层市场角度观察区块链技术1.去中心化的重要性2.去中心化的好处:(1)不再有控制一切的中央权威。(2)减少单点故障的风险。(3)减少审查。(4)发展是动态的。(四)从去中心化角度看待区块链技术任务15区块链关键技术区块链本质上是一个基于P2P的价值传输协议,不能只看到P2P,而看不到价值传输。同样,也不能只看到了价值传输,而看不到区块链的底层关键技术。区块链关键技术包含:数据存储层、网络通信层、数据安全与隐私保护、共识层和应用组件层关键技术。而这些技术中,又以数据安全与隐私保护、共识层这两点为最核心。可以说,区块链更像是一门交叉学科,是结合了P2P网络技术、非对称加密技术、宏观经济学、经济学博弈等知识构建的一个新领域,是针对价值互联网的探索。LOGO(四)链式结构(三)数据区块(二)分布