區塊鏈技術開發指南

馬兆豐，男，博士。 IEEE會員、ACM會員及CCF會員。現為北京郵電大學區塊鍊及安全技術聯合實驗室主任，北京郵電大學移動互聯網與大數據安全聯合實驗室主任，北京郵電大學網絡空間安全學院研究生導師。 2004年畢業於西安交通大學計算機科學與技術系，獲博士學位，2005年進入清華大學計算機科學與技術系博士後流動站從事博士後研究工作，2007年博士後出站後進入北京郵電大學正式參加工作。當前主要從事網絡與信息安全、區塊鍊及安全技術、移動互聯網與大數據安全創新、數字版權管理及水印等方面的教學、科研和成果轉化等工作。作為負責人，完成/主持國家自然基金委、科技部、新聞出版總署、國家計算機網絡安全管理中心、北信源、騰訊、中國聯通、中國移動、中國銀河證券、長城傳媒集團、新奧特集團、天柏集團、文化部、二次雲、區塊鏈通等課題20多項，發表論文32篇，申請專利9項。主導並建立了“北郵－騰訊－信息安全技術創新基地”、“北郵－北信源－信息安全技術聯合實驗室”、“北郵-二次雲-移動互聯網與大數據安全聯合實驗室”和“北郵-區塊鏈通-區塊鍊及安全技術聯合實驗室”。以公益形式被聘任為中創紅星創投基金技術委員會主任，為移動互聯網、區塊鏈、網絡安全領域

目錄
第1篇基礎篇
第1章緒論
1.1區塊鏈技術一般原理
1.1.1技術理念
1.1.2工作流程
1.1.3數據結構
1.2區塊鏈涉及的技術基礎
1.2.1密碼算法
1.2.2共識機制
1.2.3P2P網絡
1.2.4嵌入式數據庫
1.2.5智能合約
1.3區塊鏈分層參考模型
1.3.1網絡層
1.3.2數據層
1.3.3安全層
1.3.4共識層
1.3.5合約層
1.3.6服務層
1.3.7應用層
1.4區塊鏈技術發展及特點
1.4.1區塊鏈1.0
1.4.2區塊鏈2.0
1.4.3區塊鏈3.0
1.5區塊鏈分類及適配性選擇
1.5.1公有鏈
1.5.2聯盟鏈
1.5.3私有鏈
1.6區塊鏈發展趨勢及應用
1.6.1區塊鏈發展趨勢
1.6.2區塊鏈應用前景
1.7本章小結
參考文獻

第2章密碼學
2.1密碼學簡介
2.2密碼系統攻擊
2.3密碼算法設計原則
2.4對稱密碼算法
2.4.1AES
2.4.2分組密碼工作模式
2.5公鑰密碼算法
2.5.1公鑰密碼算法簡介
2.5.2RSA公鑰密碼算法
2.5.3ECC公鑰密碼算法
2.6Hash函數
2.6.1Hash函數原理
2.6.2SHA256
2.6.3RIPEMD160與SHA3
2.7Merkle樹
2.8數字簽名技術
2.8.1數字簽名原理
2.8.2RSA簽名方案
2.8.3橢圓曲線簽名方案
2.9零知識證明
2.9.1交互式零知識證明
2.9.2非交互式零知識證明
2.10Base58
2.11我國商用密碼算法
2.12後量子密碼
2.13本章小結
參考文獻

第3章共識算法
3.1分佈式共識算法背景
3.1.1拜占庭將軍問題
3.1.2共識系統的基本定義
3.1.3FisherLynchPaterson定理
3.1.4CAP定理
3.2強一致性非拜占庭共識算法
3.2.1Viewstamped Replicaton
3.2.2Paxos共識算法
3.2.3其他類Paxos共識協議
3.2.4強一致性非拜占庭共識算法小結
3.3強一致性拜占庭容錯共識算法
3.3.1實用的拜占庭容錯系統
3.3.2強一致性拜占庭容錯共識算法小結
3.4非強一致性共識算法 PoW機制
3.5PoS機制
3.5.1點點幣PoS機制
3.5.2NXT PoS機制
3.5.3Tendermint PoS機制
3.5.4Ethereum Casper PoS機制
3.5.5LPoS機制
3.5.6DPoS機制
3.5.7PoS共識算法小結
3.6Ripple共識算法
3.7本章小結
參考文獻

第2篇技術篇
第4章比特幣概述
4.1比特幣簡介
4.2比特幣客戶端
4.2.1BitcoinCore
4.2.2其他版本比特幣錢包
4.3本章小結

第5章比特幣核心技術
5.1libbitcoinexplorer工具
5.2密鑰與地址
5.2.1Base58Check
5.2.2比特幣中的密鑰與地址
5.3交易
5.3.1交易的生命周期
5.3.2基於UTXO的交易模型 
5.4腳本
5.4.1比特幣腳本結構
5.4.2比特幣交易腳本類型
5.4.3比特幣腳本執行
5.5本章小結
參考文獻

第6章比特幣區塊鏈技術原理
6.1比特幣參考架構
6.1.1比特幣功能架構
6.1.2比特幣技術架構
6.2比特幣區塊鏈
6.2.1區塊結構
6.2.2創世塊
6.2.3區塊鏈原理
6.3比特幣網絡
6.3.1P2P網絡架構
6.3.2比特幣節點類型
6.3.3網絡協議
6.4挖礦與共識
6.4.1構造區塊體
6.4.2構造區塊頭
6.4.3創建區塊
6.4.4分叉處理
6.5本章小結
參考文獻

第7章比特幣創新技術
7.1隔離見證
7.1.1基本概念
7.1.2交易延展性問題
7.1.3技術優勢
7.1.4工作方式
7.2閃電網絡
7.2.1RSMC
7.2.2HTLC
7.2.3技術特點
7.3本章小結
參考文獻

第8章比特幣開發實戰
8.1動手編譯比特幣
8.1.1Ubuntu系統
8.1.2Mac系統
8.1.3Windows系統
8.2AltCoin開發
8.2.1搭建私有鏈
8.2.2優化配置
8.3區塊鏈瀏覽器
8.3.1前期準備
8.3.2搭建區塊鏈瀏覽器
8.4本章小結

第9章以太坊概述
9.1以太坊發展背景
9.2以太坊系統模型
9.3以太坊核心概念
9.3.1賬戶和地址
9.3.2消息和交易
9.3.3區塊結構
9.3.4以太坊節點
9.3.5挖礦和共識
9.3.6以太坊虛擬機
9.3.7數字資產
9.4本章小結

第10章以太坊分層體系架構
10.1以太坊總體架構
10.2以太坊數據層
10.2.1賬戶原理
10.2.2交易原理
10.2.3區塊結構
10.3以太坊網絡層
10.3.1以太坊的Kad
10.3.2P2P節點通信
10.4以太坊共識層
10.5以太坊激勵層
10.6以太坊合約層
10.6.1智能合約創建
10.6.2智能合約執行
10.6.3智能合約調用
10.7以太坊應用層
10.7.1錢包
10.7.2DApp
10.8本章小結

第11章以太坊核心功能
11.1賬戶管理
11.2數據存儲
11.3智能合約
11.4數字資產
11.5DApp應用
11.6本章小結

第12章以太坊開發環境搭建
12.1以太坊客戶端安裝
12.2以太坊網絡的搭建
12.2.1搭建連接到主網的全節點
12.2.2搭建單節點的以太坊私有鏈
12.3開發環境其他工具
12.4本章小結

第13章以太坊智能合約開發
13.1智能合約開發語言
13.2智能合約代碼編寫
13.3智能合約編譯方法
13.4智能合約部署方法
13.5智能合約調用方法
13.6智能合約測試方法
13.7智能合約開發實例
13.7.1數字資產開發 
13.7.2代幣合約部署
13.7.3代幣合約調用
13.8本章小結

第14章以太坊DApp開發實踐
14.1DApp開發流程
14.2DApp開發工具
14.3案例： 分層確定性錢包
14.3.1Ether.js庫
14.3.2創建錢包後端
14.3.3創建錢包前端
14.3.4錢包應用演示
14.4本章小結

第15章以太坊新技術展望
15.1以太坊的聯盟鏈
15.2以太坊分片技術
15.3以太坊側鏈技術
15.4本章小結

第16章超級賬本系統架構
16.1超級賬本分層體系架構
16.1.1項目背景簡介
16.1.2系統邏輯架構
16.1.3網絡主要節點
16.1.4主要項目介紹
16.1.5Fabric新的變化
16.2超級賬本分佈式賬本結構
16.2.1區塊鏈區塊結構
16.2.2狀態數據庫結構
16.2.3有效賬本
16.3超級賬本數據處理與同步
16.3.1Gossip協議
16.3.2數據處理同步
16.3.3私有數據
16.3.4確保數據隱私的方式
16.4超級賬本共識機制
16.4.1背書過程
16.4.2排序過程
16.4.3校驗過程
16.5超級賬本通道化數據管理
16.5.1數據隔離和保密
16.5.2創建新通道
16.5.3網絡與通道
16.5.4多通道管理
16.6超級賬本交易流程
16.6.1交易流程
16.6.2流程詳解
16.6.3背書策略
16.6.4交易實現
16.7超級賬本智能合約
16.7.1智能合約業務邏輯
16.7.2框架中的智能合約
16.7.3用戶鏈碼基本結構
16.8超級賬本用戶管理
16.8.1成員服務基礎
16.8.2成員服務提供者
16.9本章小結

第17章超級賬本的部署及配置
17.1基礎環境搭建
17.1.1工具安裝
17.1.2編譯Fabric組件
17.1.3構建FabricPeer鏡像
17.2腳本構建超級賬本網絡
17.2.1檢測Docker環境
17.2.2下載FabricSamples源代碼
17.2.3啟動腳本註解
17.2.4生成證書文件
17.2.5超級賬本網絡啟動
17.2.6超級賬本網絡關閉
17.3構建超級賬本網絡
17.3.1生成MSP證書
17.3.2生成通道材料
17.3.3啟動節點網絡
17.3.4通道成員管理
17.3.5鏈碼操作管理
17.4本章小結

第18章超級賬本核心技術開發
18.1鏈碼開發
18.1.1Golang鏈碼結構
18.1.2Node.js鏈碼結構
18.1.3Java鏈碼結構
18.2Fabric SDK介紹
18.2.1Fabric Node.js SDK的使用
18.2.2Fabric Java SDK
18.3Hyperledger Composer開發項目
18.3.1Hyperledger Composer框架介紹
18.3.2Hyperledger Composer開發區塊鏈項目
18.3.3Composer部署區塊鏈項目
18.4本章小結

第3篇進階篇
第19章區塊鏈現存問題
19.1區塊鏈技術局限性
19.1.1數據冗餘
19.1.2系統安全
19.1.3共識算法
19.1.4可擴展性
19.2共識算法問題
19.2.1挖礦算法問題
19.2.2其他共識問題
19.3可擴展性問題
19.3.1交易性能
19.3.2分叉與升級
19.4本章小結
參考文獻

第20章區塊鏈安全問題
20.1區塊鏈安全屬性
20.1.1保密性
20.1.2完整性
20.1.3可用性
20.2數據層安全
20.2.1數據存儲安全
20.2.2密鑰存儲安全
20.3網絡層安全
20.3.1DDoS攻擊
20.3.2女巫攻擊
20.3.3日蝕攻擊
20.4共識層安全
20.5應用層安全
20.6隱私保護
20.6.1比特幣匿名性分析
20.6.2隱私保護的常見做法 
20.7本章小結
參考文獻

第21章智能合約安全檢測
21.1智能合約概述
21.1.1智能合約基本介紹
21.1.2智能合約漏洞分析
21.1.3智能合約檢測現狀
21.2漏洞重點解析
21.3智能合約檢測方法
21.4安全代碼編寫建議
21.4.1代碼模塊化
21.4.2使用安全代碼
21.4.3防範代碼漏洞
21.4.4做好漏洞措施
21.4.5智能合約測試
21.5本章小結

第22章區塊鏈前沿技術
22.1跨鏈技術
22.1.1基本概念
22.1.2產生背景
22.1.3實現方案
22.2EOS區塊鏈
22.2.1EOS區塊鏈概述
22.2.2EOS模塊組件與工具
22.2.3開始EOS之旅
22.3DAG區塊鏈
22.3.1DAG區塊鏈概述
22.3.2DAG區塊鏈典型代表
22.3.3DAG區塊鏈總結
22.4JMP Coin
22.4.1JMP Coin概述
22.4.2技術特點
22.4.3誕生意義
22.5Libra
22.5.1Libra概述
22.5.2技術特點
22.5.3各界聲音
22.6本章小結
參考文獻