区块链原理、设计与应用 PDF下载

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内容简介

本书由超级账本核心设计和开发者撰写，是区块链开发落地专业指南。由浅入深，系统化介绍区块链系统的设计精华、应用开发等。全书分为理论篇和实践篇两大部分，主要内容包括：第1-3章介绍区块链技术的由来、核心思想及典型的应用场景；第4-5章重点介绍区块链技术中大量出现的分布式系统技术和密码学安全技术；第6-8章介绍区块链领域的三个典型开源项目：比特币、以太坊以及超级账本；第9-11章以超级账本Fabric项目为例，具体讲解安装部署、配置管理，以及使用FabricCA进行证书管理的实践经验；第12章重点剖析超级账本Fabric项目的核心架构设计；第13章介绍区块链应用开发的相关技巧和示例；第14章介绍区块链服务平台的设计与开发，并讲解应用超级账本Cello项目构建服务平台的相关知识。本书覆盖了区块链和分布式账本领域的新技术，可帮助读者深入理解区块链核心原理和典型设计实现，以及高效地开发基于区块链平台的分布式应用。

作者简介

杨保华博士，清华大学毕业，现为 IBM 中国研究院研究员。主要从事数据中心网络解决方案的研发与部署，技术方向包括云计算、软件定义网络（SDN）、网络安全等，是国内较早从事 SDN 和网络虚拟化相关技术的推广者，同时也是DockerPool开源社区的发起人之一。

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目　　录 Contents
序　言
前　言
理　论　篇
第1章　区块链思想的诞生 2
1.1　从实体货币到数字货币 2
1.2　站在巨人的肩膀上 5
1.3　了不起的社会学实验 5
1.4　潜在的商业价值 7
1.5　本章小结 8
第2章　核心技术概览 9
2.1　定义与原理 9
2.2　技术的演化与分类 11
2.3　关键问题和挑战 13
2.4　趋势与展望 17
2.5　认识上的误区 19
2.6　本章小结 19
第3章　典型应用场景 20
3.1　应用场景概览 20
3.2　金融服务 22
3.2.1　银行业金融管理 22
3.2.2　证券交易 24
3.2.3　众筹投资 25
3.3　征信和权属管理 26
3.4　资源共享 28
3.5　贸易管理 29
3.6　物联网 30
3.7　其他场景 31
3.8　本章小结 33
第4章　分布式系统核心问题 34
4.1　一致性问题 34
4.1.1　定义与重要性 34
4.1.2　问题与挑战 35
4.1.3　一致性要求 36
4.1.4　带约束的一致性 36
4.2　共识算法 37
4.2.1　问题与挑战 38
4.2.2　常见算法 38
4.2.3　理论界限 38
4.3　FLP 不可能原理 39
4.3.1　定义 39
4.3.2　正确理解 39
4.4　CAP 原理 40
4.4.1　定义 40
4.4.2　应用场景 41
4.5　ACID 原则 41
4.6　Paxos 算法与 Raft 算法 42
4.6.1　Paxos 算法 42
4.6.2　Raft 算法 45
4.7　拜占庭问题与算法 45
4.8　可靠性指标 48
4.8.1　几个 9 的指标 48
4.8.2　两个核心时间 49
4.8.3　提高可靠性 49
4.9　本章小结 49
第5章　密码学与安全技术 50
5.1　Hash 算法与数字摘要 50
5.1.1　Hash定义 50
5.1.2　常见算法 51
5.1.3　性能 51
5.1.4　数字摘要 52
5.1.5　Hash 攻击与防护 52
5.2　加解密算法 52
5.2.1　加解密系统基本组成 53
5.2.2　对称加密算法 53
5.2.3　非对称加密算法 54
5.2.4　选择明文攻击 55
5.2.5　混合加密机制 56
5.2.6　离散对数与 Diffie–Hellman密钥交换协议 57
5.3　消息认证码与数字签名 57
5.3.1　消息认证码 58
5.3.2　数字签名 58
5.3.3　安全性 59
5.4　数字证书 59
5.4.1　X.509 证书规范 60
5.4.2　证书格式 61
5.4.3　证书信任链 62
5.5　PKI 体系 63
5.5.1　PKI 基本组件 63
5.5.2　证书的签发 63
5.5.3　证书的撤销 66
5.6　Merkle树结构 66
5.7　布隆过滤器 67
5.8　同态加密 68
5.9　其他问题 70
5.10　本章小结 71
第6章　比特币——区块链思想诞生的摇篮 72
6.1　比特币项目简介 72
6.1.1　比特币大事记 73
6.1.2　其他数字货币 74
6.2　原理和设计 75
6.2.1　基本交易过程 75
6.2.2　重要概念 76
6.2.3　创新设计 78
6.3　挖矿 80
6.3.1　基本原理 80
6.3.2　挖矿过程 81
6.3.3　如何看待挖矿 81
6.4　共识机制 82
6.4.1　工作量证明 82
6.4.2　权益证明 83
6.5　闪电网络 83
6.6　侧链 85
6.6.1　SPV 证明 85
6.6.2　双向挂钩 86
6.6.3　最新进展 87
6.7　热点问题 87
6.7.1　设计中的权衡 87
6.7.2　分叉 87
6.7.3　交易延展性 88
6.7.4　扩容之争 89
6.7.5　比特币的监管和追踪 90
6.8　相关工具 91
6.9　本章小结 92
第7章　以太坊——挣脱数字货币的枷锁 93
7.1　以太坊项目简介 93
7.1.1　以太坊项目简史 94
7.1.2　主要特点 95
7.2　核心概念 95
7.3　主要设计 97
7.3.1　智能合约相关设计 97
7.3.2　交易模型 97
7.3.3　共识 97
7.3.4　降低攻击 98
7.3.5　提高扩展性 98
7.4　相关工具 98
7.4.1　客户端和开发库 98
7.4.2　以太坊钱包 99
7.4.3　IDE 100
7.4.4　网站资源 100
7.5　安装客户端 100
7.5.1　从 PPA 直接安装 100
7.5.2　从源码编译 101
7.6　使用智能合约 102
7.6.1　搭建测试用区块链 102
7.6.2　创建和编译智能合约 104
7.6.3　部署智能合约 105
7.6.4　调用智能合约 106
7.7　智能合约案例：投票 106
7.7.1　智能合约代码 107
7.7.2　代码解析 109
7.8　本章小结 111
第8章　超级账本——面向企业的分布式账本 112
8.1　超级账本项目简介 112
8.2　社区组织结构 114
8.2.1　基本结构 114
8.2.2　大中华区技术工作组 114
8.3　顶级项目介绍 115
8.3.1　Fabric 项目 116
8.3.2　Sawtooth 项目 117
8.3.3　Iroha 项目 117
8.3.4　Blockchain Explorer 项目 117
8.3.5　Cello 项目 118
8.3.6　Indy 项目 118
8.3.7　Composer 项目 118
8.3.8　Burrow 项目 119
8.4　开发必备工具 119
8.4.1　Linux Foundation ID 119
8.4.2　Jira——任务和进度管理 119
8.4.3　Gerrit——代码仓库和 Review管理 120
8.4.4　RocketChat——在线沟通 121
8.5　贡献代码 121
8.6　本章小结 126
实　践　篇
第9章　超级账本 Fabric 部署和使用 128
9.1　简介 128
9.2　本地编译安装 129
9.2.1　操作系统 130
9.2.2　环境配置 130
9.2.3　获取代码 131
9.2.4　编译安装 fabric-peer 组件 131
9.2.5　编译安装 fabric-orderer 组件

前沿

Preface 前　　言区块链和机器学习被誉为未来十年内最有可能提高人类社会生产力的两大创新科技。如果说机器学习的兴起依赖于新型芯片技术的发展，那么区块链技术的出现，则是来自商业、金融、信息、安全等多个领域众多科技成果和业务创新的共同推动。
比特币网络自横空出世，以前所未有的新型理念支持了前所未有的交易模式；以太坊项目站在前人肩膀上，引入图灵完备的智能合约机制，进一步释放了区块链技术的应用威力；众多商业、科技巨头，集合来自大型企业的应用需求和最先进的技术成果，打造出支持权限管理的联盟式分布式账本平台——超级账本……开源技术从未如今天这样，对各行各业都产生着极为深远的影响。本书在剖析区块链核心技术时，正是以这些开源项目（特别是超级账本 Fabric 项目）为具体实现进行讲解，力图探索其核心思想，展现其设计精华，剖析其应用特性。
我们在写作中秉承了由浅入深、由理论到实践的思想，将全书分为两大部分：理论篇和实践篇。前三章介绍了区块链技术的由来、核心思想及典型的应用场景。第4～5章重点介绍了区块链技术中大量出现的分布式系统技术和密码学安全技术。第6～8章分别介绍了区块链领域的三个典型开源项目：比特币、以太坊和超级账本。第9～11章以超级账本 Fabric 项目为例，具体讲解了安装部署、配置管理，以及使用 Fabric CA 进行证书管理的实践经验。第12章重点剖析了超级账本 Fabric 项目的核心架构设计。第13章介绍了区块链应用开发的相关技巧和示例。最后，本书还就热门的“区块链即服务”平台进行了介绍，并讲解应用超级账本 Cello 项目构建区块链服务和管理平台的相关经验和知识。
相信读者在阅读完本书后，在深入理解区块链核心概念和原理的同时，对于区块链和分布式账本领域最新的技术和典型设计实现也能了然于心，可以更加高效地开发基于区块链平台的分布式应用。
在本书长达两年时间的编写过程中，得到了来自家人、同事以及开源社区开发者和技术爱好者的众多支持和鼓励，在此表示感谢！
最后，希望本书能为推动区块链技术的进步和开源文化的普及做出一点微薄的贡献！
作者2017年8月于北京