区块链导论 课件 第一章：区块链概述

区块链概述BlockchainOverview作者:北京大学汇报时间:2024/07/03目录1.区块链概述013.区块链的核心技术035.区块链的发展与前景052.区块链的体系框架024.区块链的应用场景046.实践与案例分析061.区块链概述1.Overviewofblockchain011.1区块链简介1.区块链关注来源区块链技术起源于中本聪在2008年发布的比特币白皮书。其核心思想是通过分布式账本技术（DLT）实现点对点交易，不依赖第三方，确保数据的不可篡改和可信任。2.全球区块链技术发展与应用区块链技术源自比特币，但其基础技术如密码学、分布式网络等已经有很长的发展历史。比特币和以太坊是区块链技术应用的典型代表，前者主要应用于数字货币领域，后者引入了智能合约，扩大了区块链的应用范围。3.行业内的多种区块链定义区块链的定义有多种，狭义上指链式数据结构和分布式账本，广义上指分布式基础架构和计算范式，不同定义反映了对区块链的不同理解和应用。区块链技术源于计算机科学的不同领域的结合1.2区块链的概念1.区块链的定义区块链的定义包括狭义和广义的理解。狭义上，区块链是按时间顺序将数据区块顺序相连形成的链式数据结构；广义上，区块链是一种利用密码学、分布式共识算法和智能合约技术实现数据验证、存储和安全传输的新型分布式基础架构。2.区块链的特点区块链具有去中心化、不可篡改、透明性和安全性的特点，为数据交换和存储提供了新的解决方案。3.区块链的应用领域区块链技术广泛应用于金融、供应链、版权保护、医疗保健等多个领域，提高了效率和安全性。区块链的去中心化网络2.区块链的体系框架2.Thesystemframeworkofblockchain022.1数据结构和账户体系区块链的层次结构去中心化特性显著区块链体系框架包含数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层，每层都有其独特的功能和作用。区块链通过分布式账本技术实现去中心化，节点间无需中心化机构协调，提高了系统的健壮性和安全性。01022.2交易验证与执行交易验证确保区块链上的数据完整性和安全性，通过加密签名和共识机制验证交易的有效性。智能合约允许在满足预设条件时自动执行交易，提高了交易效率和减少了人为干预。通过共识算法（如工作量证明、权益证明），区块链网络中的节点能够就交易顺序和有效性达成共识。交易验证的重要性智能合约的执行共识算法的应用交易费用影响交易的优先级和速度，较高的费用能加速交易在拥堵网络中的确认。交易费用的影响2.3UTXO模型双花问题：这是一种在数字货币交易中可能出现的情况，指的是同一笔资金被花费了两次。这通常发生在交易确认延迟或同步问题时。UTXO模型：为了解决双花问题，一些区块链项目采用了UTXO账户模型。UTXO模型是一种特殊的记账方式，它与银行传统的账户模型不同，因为它只记录交易本身，而不是交易的结果。特点：UTXO模型的核心在于，系统中的每个比特币都对应一个UTXO，这些UTXO是之前交易的输出，并且尚未被花费。当进行新的交易时，会消耗一些UTXO，并产生新的UTXO作为交易的结果3.区块链的核心技术3.Coretechnologyofblockchain03确保区块链网络中所有节点对数据的一致性和合法性达成共识。常见的共识算法包括：1、工作量证明（PoW）：通过计算复杂的数学问题来竞争记账权，代表如比特币。2、权益证明（PoS）：通过持有的币量和持币时间来决定记账权，代表如以太坊2.0。3、委托权益证明（DPoS）：通过选举代表节点进行记账，代表如EOS。4、其他新型共识算法：如Casper、Algorand、HotStuff等​3.1共识算法Pow算法3.2智能合约●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●区块链业务逻辑的载体，是区块链网络中的一段代码，部署后可以被调用，实现账本中的复杂逻辑。智能合约由特定的执行引擎运行，支持分布式应用（DApps）的构建哈希算法：用于生成数据的唯一标识，确保数据的完整性和不可篡改性。数字签名：用于验证数据的真实性和完整性，确保数据来源的可靠性。密钥协商：用于确保通信双方能够安全地交换加密密钥。对称加密和公钥基础设施（PKI）证书体系：用于确保数据在传输过程中的机密性和安全性3.3密码学技术4.区块链的应用场景4.Applicationscenariosofblockchain044.1数字金融1.金融交易与支付区块链技术通过去中心化、不可篡改的特性，提升了金融交易的透明度和安全性，如比特币等加密货币已广泛应用于跨境支付。2.供应链管理区块链技术可追踪产品从生产到销售的每一个环节，提高透明度，减少欺诈，如沃尔玛等零售商已采用区块链技术优化供应链管理。3.数字版权保护区块链技术通过智能合约实现数字内容的自动分发和版权费结算，有效保护创作者权益，减少侵权行为。4.公共服务领域区块链技术在公共服务领域如医疗、教育、投票等中的应用，通过确保数据的安全性和可信度，提高了服务效率和公众信任度。物联网设备产生的大量数据需要安全、透明的记录，区块链技术提供了不可篡改的数据存储，确保了数据完整性。物联网设备常面临安全风险，区块链技术通过分布式账本和加密技术，为物联网提供了更高层次的安全防护。物联网设备在智慧城市、智能制造等领域的广泛应用，为区块链技术提供了更多实际应用的场景，推动了其商业化进程。物联网与区块链的互补区块链优化物联网安全物联网扩展区块链应用4.2物联网01020304区块链有助于协作方共享和验证研发数据，使产品研发周期平均缩短了10%的时间。区块链的分布式账本技术增强了制造数据的安全性，据报告，采用区块链后数据泄露事件减少了20%。利用区块链的不可篡改性，制造企业可降低供应链管理中的信任成本，预计减少约15%的运营成本。区块链技术为智能制造提供了全程透明的追溯能力，据统计，实施后制造过程可追溯性提升了30%。加速产品研发周期提高数据安全性降低供应链管理成本区块链提升制造透明度4.3智能制造5.区块链的发展与前景5.DevelopmentandProspectsofBlockchain055.1区块链技术的发展历史技术发展历程：区块链技术起源于比特币，结合了密码学算法、分布式共识机制、点对点网络等技术，用于建设基于零信任基础、去中心化的分布式系统​。行业应用深化：当前，区块链在供应链金融、产品溯源、贸易金融等领域已取得一定的应用成果，但其应用模式仍以存证类为主。未来，随着区块链行业应用的不断深化，多方协作和价值转移类应用将成为重要的发展趋势生态构建与竞争：区块链行业技术发展将主要聚焦生态构建，产业竞争热点将向生态竞争转变。企业对上链后的数据隐私问题存在担忧，区块链需要与隐私计算整合应用，实现数据可用不可见，消除企业对于数据上链后的隐私问题的顾虑5.2区块链的未来趋势与其他技术的融合：区块链在下一代信息技术创新发展中具有不可替代的作用，需要与人工智能、物联网、大数据等其他技术相结合，形成一体化解决方案，共同助力数字化转型​政策支持：中央政府高度重视区块链技术的发展，将其作为核心技术自主创新的重要突破口，并出台多项政策支持区块链技术和产业的发展。例如，国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》和国家发改委明确将“区块链”纳入新型基础设施的信息基础设施未来前景：区块链有望发展为数字经济信息基础设施的重要组件，促进新型生产关系的建立，对经济社会的发展产生深远影响。需要选择合适的应用领域，促进区块链技术的快速成熟和技术产品的迭代升级6.实践与案例分析6.PracticeandCaseAnalysis066.1区块链项目实战1.比特币的成功案例比特币作为首个区块链应用，已成功运行十余年，市值屡创新高，证明了区块链技术的可行性和潜力。2.供应链管理的效率提升采用区块链技术的供应链管理可将交易时间减少近40%，显著降低欺诈风险，提升整体效率。3.金融交易透明度的增强区块链技术使金融交易数据更加透明，据统计，采用区块链技术的金融市场欺诈率下降了25%。区块链实战|基于Golang开发公链项目实战/zerokkcoder/go-public-chain视频地址：逆风微笑的代码狗视频中的源代码：/liyuechun/blockchain_go_videos6.2成功案例分析1.区块链金融优化区块链技术在金融领域实现跨境支付、去中心化金融（DeFi）等产品，提高了交易透明度和效率，如Bitcoin的跨境转账数据显示其成本低、速度快。2.供应链管理提升通过区块链技术，供应链中的产品信息、交易记录等实现透明追溯，有效降低了食品安全、产品质量等问题，提高了供应链效率。比特币的解决方案1.去中心化网络：使用点对点网络，避免对中心化机构的依赖，降低信任成本。2.不可篡改账本：所有交易通过区块链记录，信息公开透明且不可篡改。3.智能激励机制：通过工作量证明（PoW），矿工验证交易并挖矿获取比特币奖励，维持系统运行。成功关键1.技术突破：区块链技术：

创新性地解决了双花问题（DoubleSpending），确保数字资产的唯一性。密码学支持：

确保交易安全性，避免资产被盗。2.经济模型：稀缺性：

比特币总量恒定为2100万个，类似于数字黄金，具有抗通胀属性。分布式网络效应：

随着用户数量增长，比特币网络变得更加稳定和安全。3.市场需求：满足了匿名性、低成本跨境支付的需求。提供了一种对抗通胀的数字资产。思考题ThinkingQuestion071.区块链的历史与发展自2008年中本聪的论文提出以来，区块链经历了比特币的成功和各类数字货币的涌现，现正拓展至金融、供应链等多个领域。2.区块链技术原理区块链基于去中心化、分布式账本和加密技术，实现数据不可篡改，确保了网络透明性和参与方间的信任。3.区块链市场规模据统计，全球区块链市场规模逐年增长，预计在未来几年内将达到数千亿美元，显示出巨大的商业潜力。4.区块链技术挑战尽管前景广阔，但区块链技术仍面临可扩展性、安全性、互操作性和法规遵从性等挑战，需要持续的研究和创新。思考题1：区块链和比特币是相同的含义吗？两者有哪些区别和联系？思考题2：以太坊在区块链发展历史中具有划时代意义，试说明其最具代表性的技术突破。1.智能合约的引入以太坊首次实现了智能合约的部署与执行，使得区块链不仅限于货币交易，还能承载复杂的业务逻辑。2.ERC-20标准的普及以太坊上的ERC-20标准定义了代币发行的规范，推动了去中心化金融(DeFi)的繁荣，成为区块链领域代币经济的基石。思考题3：区块链技术的可追溯性的含义是什么？数据库技术能否实现类似的功能？试比较二者的异同。1.区块链可追溯性定义区块链可追溯性指交易记录可被完整、连续地追踪至其起源，确保数据不被篡改。这是通过分布式账本和加密技术实现的。2.数据库技术与区块链比较数据库技术能部分实现追溯，但中心化结构易遭篡改。区块链则通过去中心化、加密和共识机制，提供更高级别的数据完整性和可追溯性。思考题4：简述UTXO和账户余额模型的含义。1.UTXO模型定义交易输出UTXO（未花费的交易输出）是区块链中