新一代信息技术教案 第五章 区块链的应用与未来

教案首页课题名称第5章区块链的应用与未来（1）——5.1~5.3课次10授课类型理论□实践□理实一体□其他学时2授课日期授课班级授课地点教学目的与要求知识目标：1.了解区块链的概念和发展历史；2.认识区块链的分类和技术。能力目标：能够清晰描述区块链的概念和分类；能够简单描述区块链的相关技术。素质目标：1.了解伦理道德准则，规范日常信息行为；2.了解相关法律法规并自觉遵守；3.具备信息安全意识和相关防护能力。课程思政目标：增强民族自豪感，学习大国工匠精神，树立科技报国思想。教学重点区块链的概念、区块链的分类和区块链技术教学难点区块链技术教学方法与手段教学方法：课件讲解、举例说明、对比分析、启发引导学生学法：预习—听讲---讨论---复习—自学扩展设计意图：激发学生学习兴趣、提高课堂学习效率教学资源：课件、视频资料课程思政要素要点通过对区块链技术的发展历史的介绍，和我国区块链技术的发展情况介绍，增强学生的民族自豪感，树立学生科技报国志向。课外作业查阅区块链相关资料教学反思区块链相关技术学生较难理解，尽量用浅显易懂的实例说明。教案纸第5章区块链的应用与未来（1）——5.1~5.3一、整体设计1.复习引入（10分钟）2.新知识讲解（80分钟）5.1区块链的概述5.2区块链的分类5.3认识区块链技术3.总结与布置作业（10分钟）二、复习引入1.上节课内容回顾：（1）物联网技术在行业中的应用（2）物联网技术的发展趋势2.新课引入：区块链是随着比特币等数字加密货币的日益普及而逐渐兴起的一种全新的去中心化基础架构与分布式计算范式。区块链作为伴随比特币产生的概念，其所承载的意义，远远超出了加密货币，区块链技术应该是可以有更多种形态、更多种体系、更多种用途、更多种规格的技术，目前已经被应用于许多领域，包括金融政务服务、供应链版权和专利、能源、物联网等。三、新知识讲解（一）区块链的概述1.区块链的基本概念工信部指导发布的《区块链技术和应用发展白皮书2016》的解释是：狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证和存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全性、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。2.区块链的发展史区块链由诞生至今，其发展先后经历了加密数字货币、企业应用、价值互联网三个阶段。（1）区块链

1.0：加密数字货币2009年1

月，比特币系统正式运行并开放了源码，标志着比特币网络的正式诞生。其主要创新是创建了一套去中心花、公开透明、防篡改的交易账本系统；其数据库由所有的网络节点共享，由“矿工”更新，全民维护，没有人可以控制这个总账本。在区块链

1.0阶段，区块链技术的应用主要聚集在加密数字货币领域，典型代表是比特币系统以及从比特币系统代码衍生出来的多种加密数字货币。比特币系统存在问题：1.系统内置的脚本系统表达能力有限，在开发其他应用时，有些逻辑无法表达，开发难点大；2.全球支持每秒7笔交易，记账后追加6个区块才能确认交易，追加一个块需10分钟，约1个小时才能确认交易，不能满足实时性要求高的应用需求。（2）区块链

2.0：企业应用

针对区块链

1.0

存在的专用系统问题，为了支持如众筹、溯源等应用，区块链2.0

阶段支持用户自定义的业务逻辑，即引入了智能合约，从而使区块链的应用范围得到了很大的扩展，在经济、市场、金融等方面得到了全方位的应用，极大地降低了社会生产消费过程中的信任和协作成本，提高了行业内和行业间的协同效率，典型的代表是

2013

年启动的以太坊系统。以太坊，一个开源的区块链底层系统，可以运行所有区块链和协议，不受任何人控制，由全球范围内的所有参与者共同维护。可以为用户提供非常丰富的API，让用户能够在其上快速开发出各种区块链应用。每秒70-80次交易，区块链应用扩展到各个行业。智能合约是一种通过计算机技术实现的，旨在以数字化方式达成共识、履约、监控履约过程并验证履约结果的自动化合同，可以简单地理解为：以数字形式定义的一系列承诺，一亘合约被设立，在区块链系统上无需第三方的参与便可以自动执行。（3）区块链

3.0：价值互联网区块链全面应用时代，由此构建一个大规模协作社会。从技术的角度来看，应用

CA

认证、电子签名、数字存证、生物特征识别、分布式计算、分布存储等技术，区块链可以实现一个去中心、防篡改、公开透明的可信计算平台，从技术上为构建可信社会提供了可能。区块链与云计算、大数据和人工智能等新兴技术交叉演进，将重构数字经济发展生态，促进价值互联网与实体经济的深度融合。价值互联网是一个可信赖的实现各个行业协同互联。实现人和万物互联，实现劳动价值高效、智能流通的网络，主要用于解决人与人、人与物、物与物之间的共识协作、效率提升问题，将传统的依赖于人或依赖于中心系统的公正、调节、仲裁功能自动化，按照大家都认可的协议交给可信赖的机器来自动执行。3.区块链的特征去中心化透明性开放性自治性信息不可篡改匿名性系统高可靠4.区块链的缺点(1)隐私保护难题如果知道某个参与者的账户就很容易获取其每一笔交易记录和推断其拥有的财产数目，不利于个人隐私保护。(2)不可篡改、撤销不可篡改、撤销既是区块链的优点也是区块链的缺点。(3)交易确认延迟性区块链中交易确认存在延迟性。(二)区块链的分类（三）区块链的技术1.区块链的技术架构2.分布式账本技术分布式记账技术凸显了“去中心化”的特点，交易记账由网络中多个参与者集体进行校验和维护，由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点记录的都是完整的账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。加解密技术区块链要想实现自身的去信任化，首先需采取加解密技术保证存储信息的安全、完整，需要采用密码学的方法来保证已有数据不可篡改。这一部分包含两个核心要点：密码学哈希函数和非对称加密技术。其中，密码学哈希函数能确保交易输入的任何改动都会计算出一个不同的哈希值；非对称加密技术则能确保交易源自发送方而不是冒名顶替者。4.共识机制共识机制是区块链节点就区块信息达成全网一致共识的机制，可以保证最新区块被准确添加至区块链、节点存储的区块链信息一致不分叉甚至可以抵御恶意攻击。区块链提出了PoW、PoS、DPoS、Pool四种不同的共识机制，适用于不同的应用场景，在效率和安全性之间取得平衡。这里对前三种主流共识机制进行详细介绍。（1）PoWPoW(ProofofWork，工作量证明)，即大家熟悉的挖矿，通俗来讲就是“通过工作以获得指定成果，用成果来证明曾经付出的努力”，核心为算力越大，挖到块的概率越大，维护区块链安全的权重越大。（2）PoSPoS（ProofofStake，股权证明）认为，区块链应该由那些在其中具有经济利益的人进行保障，是根据用户持有货币的数量和时间派发利息的制度。PoS的优点是在一定程度上缩短了共识达成的时间，且安全性更有保障，但缺点是还需要挖矿。（3）DPoS相似地，DPoS（DelegatedProofofStake，委任权益证明）则类似于董事会投票，需要持币者投出一定数量的节点，代理他们进行验证和记账。5.以太坊以太坊是一个可编程的区块链，内置了一个完全成熟的图灵完备的程序语言，可以用这个语言来创建“合约”，使得用户可以创建属于他们自己的任意复杂的操作（比特币只能交易）。具体来说，以太坊通过一套图灵完备的脚本语言（EthereumVirtualMachinecode，简称EVM语言）来建立应用，它类似于汇编语言。以太坊里的编程并不需要直接使用EVM语言，而是类似C语言、Python、Lisp等高级语言，再通过编译器转成EVM语言。四、总结及布置作业1.总结本节课我们详实地讲解了区块链技术的应用场景、影响以及区块链与其他技术的融合。2.布置作业：查阅区块链相关资料五、板书设计第5章区块链的应用与未来一、区块链的概述1.区块链的基本概念2.区块链的发展史3.区块链的特征二、区块链的分类1.公有区块链2.联盟区块链3.私有区块链三、5.3区块链的技术1.分布式账本技术2.加解密技术3.共识机制4.以太坊四、总结作业：查阅区块链相关资料视频：什么是比特币？一个故事看懂比特币与挖矿的原理视频：区块链-史上最通俗的讲解视频：5.1区块链概述02-三分钟带你认识区块链.mp4视频：5.1区块链概述03-区块链技术的发展历史.mp4视频：5.1区块链概述04-区块链有哪些缺点？.mp4视频：5.2区块链的分类01-区块链的分类.mp4视频：5.3区块链的技术01-去中心化与分布式记账.mp4视频：5.3区块链的技术02-非对称加密算法是什么？.mp4视频：5.3区块链的技术03-区块链的共识