區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用前景.ppt課件

1、區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用前景2022/7/16為什么要有區(qū)塊鏈現(xiàn)狀：中央系統(tǒng)虛擬貨幣（中心化機(jī)構(gòu)掌控）；異地災(zāi)備、云存儲(chǔ)中心化的來源：為滿足市場參與者對(duì)信息的需求，而信息的買賣造就了“中介費(fèi)”（成本）創(chuàng)新源于對(duì)現(xiàn)實(shí)問題的解決中心化信息分散在各中心手中，打通成本非常大信息要按照中心化機(jī)構(gòu)的體系要求進(jìn)行運(yùn)作（全球匯款）內(nèi)部人員的篡改，黑客攻擊，自然災(zāi)害等中心化的弊端為什么要有區(qū)塊鏈信息去中心化第一代互聯(lián)網(wǎng)成功實(shí)現(xiàn)了信息去中心化：生活信息、知識(shí)、新聞、資料互聯(lián)網(wǎng)的起點(diǎn)是TCP/IP 協(xié)議（執(zhí)行一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一格式對(duì)等傳輸信息的開放代碼）信息分享與實(shí)時(shí)更新互聯(lián)網(wǎng)就是消滅那個(gè)價(jià)值很低、成本很高的（信息）供

2、應(yīng)鏈：它開放、互聯(lián)、對(duì)等、全球化、去中心化 阿里巴巴副總裁高紅冰信用去中心化沒有“中介”的信用背書很難實(shí)現(xiàn)陌生人間的信用交易：銀行，結(jié)算機(jī)構(gòu)，淘寶中心化帶來的成本與日俱增能否在互聯(lián)網(wǎng)中創(chuàng)造一種技術(shù)，這種技術(shù)在無法保證人們互相信任的前提下，還可以從事價(jià)值交換的活動(dòng)？區(qū)塊鏈技術(shù)中心化交易模式去中心化交易模式什么是區(qū)塊鏈區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式公共賬本，通過去中心化，去信任機(jī)制，鏈上信息不可篡改，集體維護(hù)的可靠數(shù)據(jù)庫。區(qū)塊鏈特點(diǎn)：分布式數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)，任一節(jié)點(diǎn)損壞或者失去都不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作去中心化無須依賴中心節(jié)點(diǎn)，基于P2P網(wǎng)絡(luò)去信任參與整個(gè)系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是無需互相信任的，因?yàn)槊總€(gè)

3、節(jié)點(diǎn)都有這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有數(shù)據(jù)。信息不可篡改破壞區(qū)塊鏈系統(tǒng)需要攻擊51%以上的節(jié)點(diǎn)集體維護(hù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)塊由整個(gè)系統(tǒng)中所有具有維護(hù)功能的節(jié)點(diǎn)來共同維護(hù)，而這些具有維護(hù)功能的節(jié)點(diǎn)是分布式的，任何人都可以參與。什么是區(qū)塊？前一區(qū)塊Hash時(shí)間戳隨機(jī)數(shù)區(qū)塊Hash難度版本號(hào)區(qū)塊頭Merkle RootTx 1Hash 1Hash 12Hash 1234Tx 2Hash 2Tx 3Hash 3Hash 34Tx 4Hash 4交易數(shù)量區(qū)塊體前一區(qū)塊后一區(qū)塊區(qū)塊鏈技術(shù)-區(qū)塊結(jié)構(gòu)區(qū)塊頭版本號(hào)，標(biāo)示軟件及協(xié)議的相關(guān)版本信息父區(qū)塊哈希值，引用的區(qū)塊鏈中父區(qū)塊頭的哈希值，通過這個(gè)值每個(gè)區(qū)塊才首尾相連組成了區(qū)塊鏈，并且

4、這個(gè)值對(duì)區(qū)塊鏈的安全性起到了至關(guān)重要的作用Merkle 根，這個(gè)值是由區(qū)塊主體中所有交易的哈希值再逐級(jí)兩兩哈希計(jì)算出來的一個(gè)數(shù)值，主要用于檢驗(yàn)一筆交易是否在這個(gè)區(qū)塊中存在時(shí)間戳（Time），記錄該區(qū)塊產(chǎn)生的時(shí)間，精確到秒難度值（Bits），該區(qū)塊相關(guān)數(shù)學(xué)題的難度目標(biāo)隨機(jī)數(shù)(Nonce)，記錄解密該區(qū)塊相關(guān)數(shù)學(xué)題的答案的值區(qū)塊鏈技術(shù)-區(qū)塊形成在當(dāng)前區(qū)塊加入?yún)^(qū)塊鏈后，所有礦工就立即開始下一個(gè)區(qū)塊的生成工作。把在本地內(nèi)存中的交易信息記錄到區(qū)塊主體中在區(qū)塊主體中生成此區(qū)塊中所有交易信息的 Merkle 樹，把 Merkle 樹根的值保存在區(qū)塊頭中把上一個(gè)剛剛生成的區(qū)塊的區(qū)塊頭的數(shù)據(jù)通過 SHA256

5、算法生成一個(gè) 哈希值填入到當(dāng)前區(qū)塊的父哈希值中把當(dāng)前時(shí)間保存在時(shí)間戳字段中難度值字段會(huì)根據(jù)之前一段時(shí)間區(qū)塊的平均生成時(shí)間進(jìn)行調(diào)整以應(yīng)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不斷變化的整體計(jì)算總量，如果計(jì)算總量增長了，則系統(tǒng)會(huì)調(diào)高數(shù)學(xué)題的難度值，使得預(yù)期完成下一個(gè)區(qū)塊的時(shí)間依然在一定時(shí)間內(nèi)區(qū)塊形成過程區(qū)塊鏈技術(shù)關(guān)鍵概念概念解釋公鑰相當(dāng)于賬號(hào)，全網(wǎng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)公鑰，別人付錢時(shí)都是付給這個(gè)公鑰私鑰相當(dāng)于你的賬號(hào)的身份證明，私鑰可以解開公鑰加密的數(shù)據(jù)，說明付款方確實(shí)是你。私鑰必須妥善保存，一旦丟失，就丟失了賬戶內(nèi)的所有數(shù)據(jù)也就是所有財(cái)產(chǎn)。交易節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生的支付就是交易區(qū)塊一段時(shí)間內(nèi)的所有交易會(huì)打包成一個(gè)區(qū)塊這個(gè)區(qū)塊還會(huì)記錄上一

6、個(gè)區(qū)塊的hash值，使得上一個(gè)區(qū)塊不可篡改。區(qū)塊會(huì)包含時(shí)間戳，這個(gè)時(shí)間戳解決了“雙花”問題，也就是一個(gè)貨幣不能被支付兩次，區(qū)塊鏈技術(shù)中承認(rèn)時(shí)間戳在前的交易的有效性。區(qū)塊鏈由于每個(gè)區(qū)塊都有上一個(gè)區(qū)塊的hash值，造成每生成一個(gè)新區(qū)快，就會(huì)造成老區(qū)塊的不可篡改，從而形成全部數(shù)據(jù)的不可篡改。記賬權(quán)/挖礦所謂記賬權(quán)，也就是比特幣中的挖礦，其實(shí)就是把從上次區(qū)塊生成后到現(xiàn)在為止的所有交易打包再打上時(shí)間戳，向全網(wǎng)公示，51%的節(jié)點(diǎn)確認(rèn)區(qū)塊有效則該區(qū)塊就加入到區(qū)塊鏈的末端，成為賬本的一部分。由于不存在中心，所以記賬權(quán)是全網(wǎng)爭奪的，大家通過計(jì)算一道密碼學(xué)難題，誰先解出來，并獲得全網(wǎng)共識(shí)，誰就爭奪到記賬權(quán)。因?yàn)橐?/p>

7、鼓勵(lì)大家參與記賬，所以爭奪到記賬權(quán)會(huì)有報(bào)酬，就是若干比特幣。共識(shí)機(jī)制就是所有分布式節(jié)之間怎么達(dá)成共識(shí)，通過算法來生成和更新數(shù)據(jù)，去認(rèn)定一個(gè)記錄的有效性，這既是認(rèn)定的手段，也是防止篡改的手段。以比特幣為例，采用的是“工作量證明”（Proof Of Work，簡稱POW）。工作量是需要算力的，通過工作量證明，有效的防止了篡改和偽造，因?yàn)槿绻_(dá)到偽造和篡改的工作量，大概需要巨量成本的算力。區(qū)塊鏈技術(shù)加密原理公鑰：信息的真實(shí)性私鑰：信息的安全性非對(duì)稱加密原理：私鑰向全網(wǎng)證明“自己是自己”：全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)雖然無法看到我的密碼是什么，但要讓他們都知道我確實(shí)擁有這一密碼。常見的非對(duì)稱加密算法包括RSA、Elga

8、mal、D-H、ECC（橢圓曲線加密算法）等。區(qū)塊鏈技術(shù)共識(shí)機(jī)制古羅馬帝國疆土遼闊，軍隊(duì)駐地遠(yuǎn)，只能依靠信使傳遞軍令，戰(zhàn)爭時(shí)，將軍們必須制定統(tǒng)一的行動(dòng)計(jì)劃，但是，軍中有叛徒，叛徒希望通過影響統(tǒng)一行動(dòng)計(jì)劃的制定與傳播，破壞忠誠的將軍們的行動(dòng)計(jì)劃。因此，將軍們必須有一個(gè)預(yù)定的方法協(xié)議，使得所有的將軍達(dá)成一致，而且少數(shù)幾個(gè)叛徒不能使得忠誠的將軍做出錯(cuò)誤的計(jì)劃。也就是說拜占庭將軍問題的實(shí)質(zhì)是要尋找一個(gè)方法，使得在一個(gè)有叛徒的的非信任的環(huán)境中建立對(duì)戰(zhàn)斗計(jì)劃的共識(shí)。在分布式系統(tǒng)中，有正常的服務(wù)器（將軍），有故障的服務(wù)器，也有破壞者的服務(wù)器（叛徒），共識(shí)算法的核心是在正常的節(jié)點(diǎn)間形成對(duì)等網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的共識(shí)。區(qū)塊

9、鏈技術(shù)共識(shí)機(jī)制共識(shí)機(jī)制是指所有分布式節(jié)之間怎么達(dá)成共識(shí)，通過算法來生成和更新數(shù)據(jù)，去認(rèn)定一個(gè)記錄的有效性。指區(qū)塊鏈系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)之間建立信任、獲取權(quán)益的數(shù)學(xué)算法 。PoW(工作量證明Proof of Work）依賴機(jī)器進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算來獲取記賬權(quán)，所有節(jié)點(diǎn)都平等的計(jì)算一個(gè)數(shù)學(xué)難題，誰最先找到答案誰就獲得記賬權(quán)。全網(wǎng)算力形成區(qū)塊鏈防火墻，降低被攻擊風(fēng)險(xiǎn)。PoS（權(quán)益證明Proof of Stake）股份制，通過持有幣的數(shù)量和時(shí)間決定記賬權(quán)。DPoS(股份授權(quán)證明Delegate Proof of Stake)民主議會(huì)制，通過選舉決定記賬權(quán)，被選中的代表在一定時(shí)間內(nèi)依次具有記賬權(quán)。PBFT(實(shí)用拜

10、占庭容錯(cuò)Practical Byzantine Fault Tolerance）拜占庭容錯(cuò)算法，通過數(shù)學(xué)算法實(shí)現(xiàn)，不需要代幣，33%容錯(cuò)區(qū)塊鏈技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)區(qū)塊鏈技術(shù)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)本章節(jié)后續(xù)內(nèi)容，均以比特幣網(wǎng)絡(luò)特性展開闡述區(qū)塊鏈技術(shù)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)任何機(jī)器都可以運(yùn)行一個(gè)完整的比特幣節(jié)點(diǎn)，一個(gè)完整的比特幣節(jié)點(diǎn)包括如下功能：錢包，允許用戶在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交易完整區(qū)塊鏈，記錄了所有交易歷史，通過特殊的結(jié)構(gòu)保證歷史交易的安全性，并且用來驗(yàn)證新交易的合法性礦工，通過記錄交易及解密數(shù)學(xué)題來生成新區(qū)塊，如果成功可以賺取獎(jiǎng)勵(lì)路由功能，把其它節(jié)點(diǎn)傳送過來的交易數(shù)據(jù)等信息再傳送給更多的節(jié)點(diǎn)除了路由功能以外，其它的功能都不是必須

11、的。區(qū)塊鏈技術(shù)交易過程區(qū)塊鏈技術(shù)交易過程第2步：A將交易單廣播至全網(wǎng)，比特幣就發(fā)送給了B，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都將收到的交易信息納入一個(gè)區(qū)塊中第1步：所有者A利用他的私鑰對(duì)前一次交易（比特貨來源）和下一位所有者B簽署一個(gè)數(shù)字簽名，并將這個(gè)簽名附加在這枚貨幣的末尾，制作成交易單要點(diǎn)：B以公鑰作為接收方地址要點(diǎn)：對(duì)B而言，該枚比特幣會(huì)即時(shí)顯示在比特幣錢包中，但直到區(qū)塊確認(rèn)成功后才可用。目前一筆比特幣從支付到最終確認(rèn)成功，得到6個(gè)區(qū)塊確認(rèn)之后才能真正確認(rèn)到帳。區(qū)塊鏈技術(shù)交易過程第3步：每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過解一道數(shù)學(xué)難題，從而去獲得創(chuàng)建新區(qū)塊權(quán)利，并爭取得到比特幣的獎(jiǎng)勵(lì)（新比特幣會(huì)在此過程中產(chǎn)生）要點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)反復(fù)嘗試尋找一

12、個(gè)數(shù)值，使得將該數(shù)值、區(qū)塊鏈中最后一個(gè)區(qū)塊的Hash值以及交易單三部分送入SHA256算法后能計(jì)算出散列值X（256位）滿足一定條件（比如前20位均為0），即找到數(shù)學(xué)難題的解。由此可見，答案并不唯一第4步：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)找到解時(shí)，它就向全網(wǎng)廣播該區(qū)塊記錄的所有蓋時(shí)間戳交易，并由全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)核對(duì)要點(diǎn)：時(shí)間戳用來證實(shí)特定區(qū)塊必然于某特定時(shí)間是的確存在的。比特幣網(wǎng)絡(luò)采取從5個(gè)以上節(jié)點(diǎn)獲取時(shí)間，然后取中間值的方式作為時(shí)間戳。區(qū)塊鏈技術(shù)交易過程第5步：全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)核對(duì)該區(qū)塊記賬的正確性，沒有錯(cuò)誤后他們將在該合法區(qū)塊之后競爭下一個(gè)區(qū)塊，這樣就形成了一個(gè)合法記賬的區(qū)塊鏈。要點(diǎn)：每個(gè)區(qū)塊的創(chuàng)建時(shí)間大約在10分鐘。

13、隨著全網(wǎng)算力的不斷變化，每個(gè)區(qū)塊的產(chǎn)生時(shí)間會(huì)隨算力增強(qiáng)而縮短、隨算力減弱而延長。其原理是根據(jù)最近產(chǎn)生的2016個(gè)區(qū)塊的時(shí)間差（約兩周時(shí)間），自動(dòng)調(diào)整每個(gè)區(qū)塊的生成難度（比如減少或增加目標(biāo)值中0的個(gè)數(shù)），使得每個(gè)區(qū)塊的生成時(shí)間是10分鐘。區(qū)塊鏈技術(shù)分叉問題在區(qū)塊鏈中，由礦工挖出區(qū)塊并將其鏈接到主鏈上，一般來講同一時(shí)間內(nèi)只產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊，如果發(fā)生同一時(shí)間內(nèi)有兩個(gè)區(qū)塊同時(shí)被生成的情況，就會(huì)在全網(wǎng)中出現(xiàn)兩個(gè)長度相同、區(qū)塊里的交易信息相同但礦工簽名不同或者交易排序不同的區(qū)塊鏈，這樣的情況叫做分叉。不同高度的分支，總是接受最高（即最長）的那條分支 相同高度的，接受難度最大的 高度相同且難度一致的，接受時(shí)間最

14、早的 若所有均相同，則按照從網(wǎng)絡(luò)接受的順序等待Block Chain高度增一，則重新選擇Best Chain“短塊鏈”：被淘汰的分叉區(qū)，價(jià)值交換活動(dòng)將被重新加入到交易列隊(duì)池中區(qū)塊鏈技術(shù)雙花問題“雙花”問題51%攻擊問題雙花，即二重支付，指攻擊者幾乎同時(shí)將同一筆錢用作不同交易。區(qū)塊鏈為每一筆交易加入了時(shí)間戳，使用了UTXO（未花費(fèi)交易）模型，保證每一筆數(shù)字現(xiàn)金只會(huì)被花掉一次。51% 攻擊，是指利用PoW機(jī)制以算力作為競爭條件的特點(diǎn)，憑借算力優(yōu)勢篡改或者撤銷自己的付款交易。如果有人掌握了50% 以上的算力，他能夠比其他人更快地找到開采區(qū)塊需要的那個(gè)隨機(jī)數(shù)，因此他能夠比其他人更快地創(chuàng)建區(qū)塊。當(dāng)前比特

15、幣全網(wǎng)算力超過 23000PH/s1P=1024T,1T=1024G,1G=1024M一臺(tái)高端PC算力：12G一臺(tái)螞蟻S9礦機(jī)算力：13.5T，每天挖0.001BTC全網(wǎng)每天電費(fèi)約3000萬人民幣區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)勢與缺陷優(yōu)勢缺陷不可篡改的時(shí)間戳：可解決數(shù)據(jù)追蹤與信息防偽問題去中心化的分布式結(jié)構(gòu)：現(xiàn)實(shí)中可節(jié)省大量的中介成本安全的信任機(jī)制：可解決現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心缺陷靈活的可編程特性：可幫助規(guī)范現(xiàn)有市場秩序高耗能問題數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)空間問題處理大規(guī)模交易的抗壓能力問題安全性問題區(qū)塊鏈前景展望區(qū)塊鏈1.0：可編程貨幣：去中心化的數(shù)字支付系統(tǒng)，無障礙的價(jià)值轉(zhuǎn)換；代表：比特幣區(qū)塊鏈（電子貨幣，去中心化交易）區(qū)塊鏈2.0：可編程金融：股票、清算、私募股權(quán)等眾多金融領(lǐng)域；代表：以太坊區(qū)塊鏈（智能合約、數(shù)字資產(chǎn)）區(qū)塊鏈3.0：可編