本书是数据科学与工程专业核心教材之一，内容涉及区块链系统的存储、执行、共识、查询、隐私保护等核心技术，旨在帮助读者快速建立理解、使用和研发区块链系统所必备的知识体系——从比特币、以太坊和超级账本Fabric等主流开源区块链架构出发，延伸至基于平台的上层分布式应用开发实践，再到系统底层所涉及的核心理论和关键技术。结合具体实操系统，从感性到理性，由表及里，循序渐进；并在讲解原理的同时，突出其在真实系统中的实现和运行机制，形成从理论到实践、再从实践上升到理论的闭环。

本书为新形态教材，提供配套的讲义、代码、习题及参考答案等数字资源，内容直观翔实，便于教师授课与读者学习。本书适用于学生、计算机领域科研人员和从业人员，以及其他对区块链感兴趣的读者，可作为本科生和研究生学习区块链技术的教材，也可作为从事相关研究、工作的人员以及各类自学人员的学习资源。

前辅文
第1章　数字货币与区块链
  1.1　数字货币
   1.1.1　传统货币
   1.1.2　比特币
  1.2　区块链
   1.2.1　定义
   1.2.2　基本原理
   1.2.3　主要特征
   1.2.4　基本类型
  1.3　技术发展
   1.3.1　区块链系统架构
   1.3.2　关键技术
  1.4　区块链的意义
   1.4.1　区块链技术的应用情况
   1.4.2　区块链与前沿技术
  本章小结
  习题1
  参考文献
第2章　典型的区块链系统
  2.1　以太坊
   2.1.1　以太坊历史
   2.1.2　以太坊概述
   2.1.3　以太坊框架
   2.1.4　核心概念
   2.1.5　智能合约
   2.1.6　挖矿
   2.1.7　以太坊状态转换
   2.1.8　以太坊数据结构
  2.2　超级账本
   2.2.1　项目简介
   2.2.2　Fabric简介
   2.2.3　Fabric框架
   2.2.4　核心概念
   2.2.5　交易流程
   2.2.6　权限管理与策略
   2.2.7　区块链数据结构
  本章小结
  习题2
  参考文献
第3章　密码学基础
  3.1　哈希技术
   3.1.1　定义
   3.1.2　常见算法
   3.1.3　区块链中的应用
  3.2　加解密算法
   3.2.1　基本概念
   3.2.2　对称加密算法
   3.2.3　非对称加密算法
   3.2.4　混合加密机制
  3.3　椭圆曲线加密算法
   3.3.1　椭圆曲线
   3.3.2　有限域上的椭圆曲线
   3.3.3　椭圆曲线运算
   3.3.4　加密算法
   3.3.5　Diffie-Hellman密钥交换
  3.4　数字签名
   3.4.1　基本签名算法
   3.4.2　签名分类
  3.5　数字证书
  3.6　国密算法
  本章小结
  习题3
  参考文献
第4章　智能合约
  4.1　智能合约简介
   4.1.1　确定性
   4.1.2　可终止性
   4.1.3　智能合约分类
  4.2　比特币智能合约
   4.2.1　P2PKH
   4.2.2　P2PK
   4.2.3　P2SH
   4.2.4　多重签名
   4.2.5　OP_RETURN
  4.3　以太坊智能合约
   4.3.1　合约账户
   4.3.2　合约代码
   4.3.3　合约开发
   4.3.4　合约的生命周期管理
  4.4　Fabric智能合约
   4.4.1　链码概述
   4.4.2　系统链码
   4.4.3　系统链码插件
   4.4.4　用户链码
   4.4.5　链码管理
  4.5　智能合约模型的优化
   4.5.1　“共识-执行”智能合约模型的优化
   4.5.2　“执行-共识-验证”智能合约模型的优化
  本章小结
  习题4
  参考文献
第5章　共识算法
  5.1　共识算法简介
  5.2　区块链分布式系统概述
   5.2.1　一致性问题
   5.2.2　可靠性问题
   5.2.3　分布式系统特性
  5.3　共识算法
   5.3.1　共识
   5.3.2　故障容错
   5.3.3　共识的不可能性
   5.3.4　CAP原理
   5.3.5　ACID原则
   5.3.6　BASE原则
  5.4　Paxos
   5.4.1　算法概述
   5.4.2　算法描述
   5.4.3　算法分析
   5.4.4　运行模式
   5.4.5　算法改进
  5.5　Raft
   5.5.1　算法概述
   5.5.2　算法描述
   5.5.3　算法分析
   5.5.4　与Paxos比较
   5.5.5　算法改进
  5.6　PoW
   5.6.1　算法概述
   5.6.2　哈希难题
   5.6.3　挖矿
   5.6.4　PoW变种
   5.6.5　双重花费攻击问题
  5.7　PoS
   5.7.1　算法概述
   5.7.2　算法优势
   5.7.3　算法解决的安全问题
   5.7.4　算法实现
   5.7.5　DPoS
  5.8　PBFT
   5.8.1　算法概述
   5.8.2　算法描述
   5.8.3　算法分析
  5.9　DAG
   5.9.1　DAG简介
   5.9.2　DAG共识
   5.9.3　PHANTOM
   5.9.4　基于DAG的区块链系统
  5.10　以太坊中的共识
   5.10.1　DaggerHashimoto算法
   5.10.2　Ethash DAG
   5.10.3　Ethash挖矿过程
   5.10.4　Ethash工作量验证
   5.10.5　以太坊的PoS算法
  5.11　Fabric中的共识
   5.11.1　交易提案排序
   5.11.2　共识区块传播
  本章小结
  习题5
  参考文献
第6章　数据结构及存储
  6.1　区块存储
   6.1.1　区块链的逻辑结构
   6.1.2　物理存储
   6.1.3　转换层
  6.2　状态存储
   6.2.1　UTXO模型
   6.2.2　KV模型
   6.2.3　账户模型
   6.2.4　数据存储
  6.3　MPT
   6.3.1　检索树
   6.3.2　Patricia检索树
   6.3.3　Merkle树
   6.3.4　MPT
  6.4　数据验证结构
   6.4.1　节点间的数据传输验证
   6.4.2　区块数据验证
   6.4.3　交易验证
   6.4.4　交易存在性验证
  6.5　以太坊
   6.5.1　RLP编码
   6.5.2　区块链
   6.5.3　区块
   6.5.4　物理存储
   6.5.5　StateDB
  6.6　Fabric
   6.6.1　账本逻辑结构
   6.6.2　物理存储
  本章小结
  习题6
  参考文献
第7章　网络层实现
  7.1　P2P
   7.1.1　P2P概述
   7.1.2　P2P体系结构
   7.1.3　P2P安全性
   7.1.4　P2P应用
   7.1.5　P2P与区块链
  7.2　Gossip协议
   7.2.1　协议类型
   7.2.2　通信方式
   7.2.3　协调机制
   7.2.4　协议优势
   7.2.5　协议缺陷
   7.2.6　比特币的P2P实现
   7.2.7　Fabric的P2P实现
  7.3　Kademlia协议
   7.3.1　路由表
   7.3.2　协议操作类型
   7.3.3　路由查找
   7.3.4　节点的加入和更新
   7.3.5　以太坊的P2P实现
   7.3.6　比特币、Fabric、以太坊P2P分析对比
  7.4　中心化区块链的实现方式
  本章小结
  习题7
  参考文献
第8章　区块链安全
  8.1　存储层安全性分析
   8.1.1　基础设施风险
   8.1.2　数据的隐私保护
   8.1.3　内容安全分析
   8.1.4　数据的稳定增长
  8.2　协议层安全性分析
   8.2.1　P2P安全性分析
   8.2.2　密码学机制安全性分析
   8.2.3　共识机制安全性分析
  8.3　扩展层安全性分析
   8.3.1　合约虚拟机攻击
   8.3.2　智能合约攻击
   8.3.3　风险应对策略
  8.4　应用层安全性分析
   8.4.1　应用软件漏洞
   8.4.2　外部数据源调用问题
   8.4.3　环境漏洞
  本章小结
  习题8
  参考文献
第9章　区块链技术的发展
  9.1　区块链技术概述
  9.2　分片技术
   9.2.1　分片技术概述
   9.2.2　分片必要性
   9.2.3　分片技术要点
   9.2.4　分片安全性
   9.2.5　MultiVAC分片
  9.3　隐私保护
   9.3.1　零知识证明
   9.3.2　零知识证明在区块链中的应用
  9.4　激励机制
   9.4.1　目的
   9.4.2　奖励
   9.4.3　惩罚
   9.4.4　实现机制
  9.5　跨链技术
   9.5.1　跨链机制
   9.5.2　公证人机制
   9.5.3　哈希锁定
   9.5.4　侧链
   9.5.5　中继链
   9.5.6　跨链难点
  9.6　数据管理
   9.6.1　数据管理概述
   9.6.2　数据存储
   9.6.3　数据查询
  本章小结
  习题9
  参考文献
第10章　区块链系统研发
  10.1　Fabric案例开发
   10.1.1　系统功能和架构
   10.1.2　系统分析
   10.1.3　系统实现
   10.1.4　系统运行
  10.2　Fabric的部署和使用
   10.2.1　环境准备
   10.2.2　dockercompose配置文件准备
   10.2.3　启动Fabric
   10.2.4　可能出现的问题
  10.3　以太坊案例开发
   10.3.1　系统功能和架构
   10.3.2　系统分析
   10.3.3　系统实现
   10.3.4　系统运行
  10.4　以太坊的部署和使用
   10.4.1　安装以太坊客户端
   10.4.2　配置初始状态
   10.4.3　初始化
   10.4.4　启动私有节点
   10.4.5　控制台操作
   10.4.6　控制台操作举例
   10.4.7　连接到其他节点
  10.5　区块链的应用
   10.5.1　区块链在匿名投票中的应用
   10.5.2　区块链在政府监管中的应用
   10.5.3　区块链在金融对账中的应用
   10.5.4　区块链在版权保护中的应用
   10.5.5　区块链在食品供应链中的应用
  本章小结
  习题10
  参考文献