新一代信息技術(shù)教案 第五章 區(qū)塊鏈的應(yīng)用與未來(lái)

教案首頁(yè)課題名稱(chēng)第5章區(qū)塊鏈的應(yīng)用與未來(lái)（1）——5.1~5.3課次10授課類(lèi)型理論□實(shí)踐□理實(shí)一體□其他學(xué)時(shí)2授課日期授課班級(jí)授課地點(diǎn)教學(xué)目的與要求知識(shí)目標(biāo)：1.了解區(qū)塊鏈的概念和發(fā)展歷史；2.認(rèn)識(shí)區(qū)塊鏈的分類(lèi)和技術(shù)。能力目標(biāo)：能夠清晰描述區(qū)塊鏈的概念和分類(lèi)；能夠簡(jiǎn)單描述區(qū)塊鏈的相關(guān)技術(shù)。素質(zhì)目標(biāo)：1.了解倫理道德準(zhǔn)則，規(guī)范日常信息行為；2.了解相關(guān)法律法規(guī)并自覺(jué)遵守；3.具備信息安全意識(shí)和相關(guān)防護(hù)能力。課程思政目標(biāo)：增強(qiáng)民族自豪感，學(xué)習(xí)大國(guó)工匠精神，樹(shù)立科技報(bào)國(guó)思想。教學(xué)重點(diǎn)區(qū)塊鏈的概念、區(qū)塊鏈的分類(lèi)和區(qū)塊鏈技術(shù)教學(xué)難點(diǎn)區(qū)塊鏈技術(shù)教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：課件講解、舉例說(shuō)明、對(duì)比分析、啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)法：預(yù)習(xí)—聽(tīng)講---討論---復(fù)習(xí)—自學(xué)擴(kuò)展設(shè)計(jì)意圖：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高課堂學(xué)習(xí)效率教學(xué)資源：課件、視頻資料課程思政要素要點(diǎn)通過(guò)對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展歷史的介紹，和我國(guó)區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展情況介紹，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，樹(shù)立學(xué)生科技報(bào)國(guó)志向。課外作業(yè)查閱區(qū)塊鏈相關(guān)資料教學(xué)反思區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)學(xué)生較難理解，盡量用淺顯易懂的實(shí)例說(shuō)明。教案紙第5章區(qū)塊鏈的應(yīng)用與未來(lái)（1）——5.1~5.3一、整體設(shè)計(jì)1.復(fù)習(xí)引入（10分鐘）2.新知識(shí)講解（80分鐘）5.1區(qū)塊鏈的概述5.2區(qū)塊鏈的分類(lèi)5.3認(rèn)識(shí)區(qū)塊鏈技術(shù)3.總結(jié)與布置作業(yè)（10分鐘）二、復(fù)習(xí)引入1.上節(jié)課內(nèi)容回顧：（1）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)2.新課引入：區(qū)塊鏈?zhǔn)请S著比特幣等數(shù)字加密貨幣的日益普及而逐漸興起的一種全新的去中心化基礎(chǔ)架構(gòu)與分布式計(jì)算范式。區(qū)塊鏈作為伴隨比特幣產(chǎn)生的概念，其所承載的意義，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了加密貨幣，區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)該是可以有更多種形態(tài)、更多種體系、更多種用途、更多種規(guī)格的技術(shù)，目前已經(jīng)被應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括金融政務(wù)服務(wù)、供應(yīng)鏈版權(quán)和專(zhuān)利、能源、物聯(lián)網(wǎng)等。三、新知識(shí)講解（一）區(qū)塊鏈的概述1.區(qū)塊鏈的基本概念工信部指導(dǎo)發(fā)布的《區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書(shū)2016》的解釋是：狹義來(lái)講，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N按照時(shí)間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以順序相連的方式組合成的一種鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以密碼學(xué)方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。廣義來(lái)講，區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)驗(yàn)證和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法來(lái)生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問(wèn)的安全性、利用由自動(dòng)化腳本代碼組成的智能合約來(lái)編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計(jì)算范式。2.區(qū)塊鏈的發(fā)展史區(qū)塊鏈由誕生至今，其發(fā)展先后經(jīng)歷了加密數(shù)字貨幣、企業(yè)應(yīng)用、價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)三個(gè)階段。（1）區(qū)塊鏈

1.0：加密數(shù)字貨幣2009年1

月，比特幣系統(tǒng)正式運(yùn)行并開(kāi)放了源碼，標(biāo)志著比特幣網(wǎng)絡(luò)的正式誕生。其主要?jiǎng)?chuàng)新是創(chuàng)建了一套去中心花、公開(kāi)透明、防篡改的交易賬本系統(tǒng)；其數(shù)據(jù)庫(kù)由所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共享，由“礦工”更新，全民維護(hù)，沒(méi)有人可以控制這個(gè)總賬本。在區(qū)塊鏈

1.0階段，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用主要聚集在加密數(shù)字貨幣領(lǐng)域，典型代表是比特幣系統(tǒng)以及從比特幣系統(tǒng)代碼衍生出來(lái)的多種加密數(shù)字貨幣。比特幣系統(tǒng)存在問(wèn)題：1.系統(tǒng)內(nèi)置的腳本系統(tǒng)表達(dá)能力有限，在開(kāi)發(fā)其他應(yīng)用時(shí)，有些邏輯無(wú)法表達(dá)，開(kāi)發(fā)難點(diǎn)大；2.全球支持每秒7筆交易，記賬后追加6個(gè)區(qū)塊才能確認(rèn)交易，追加一個(gè)塊需10分鐘，約1個(gè)小時(shí)才能確認(rèn)交易，不能滿足實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用需求。（2）區(qū)塊鏈

2.0：企業(yè)應(yīng)用

針對(duì)區(qū)塊鏈

1.0

存在的專(zhuān)用系統(tǒng)問(wèn)題，為了支持如眾籌、溯源等應(yīng)用，區(qū)塊鏈2.0

階段支持用戶自定義的業(yè)務(wù)邏輯，即引入了智能合約，從而使區(qū)塊鏈的應(yīng)用范圍得到了很大的擴(kuò)展，在經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)、金融等方面得到了全方位的應(yīng)用，極大地降低了社會(huì)生產(chǎn)消費(fèi)過(guò)程中的信任和協(xié)作成本，提高了行業(yè)內(nèi)和行業(yè)間的協(xié)同效率，典型的代表是

2013

年啟動(dòng)的以太坊系統(tǒng)。以太坊，一個(gè)開(kāi)源的區(qū)塊鏈底層系統(tǒng)，可以運(yùn)行所有區(qū)塊鏈和協(xié)議，不受任何人控制，由全球范圍內(nèi)的所有參與者共同維護(hù)?？梢詾橛脩籼峁┓浅ＸS富的API，讓用戶能夠在其上快速開(kāi)發(fā)出各種區(qū)塊鏈應(yīng)用。每秒70-80次交易，區(qū)塊鏈應(yīng)用擴(kuò)展到各個(gè)行業(yè)。智能合約是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，旨在以數(shù)字化方式達(dá)成共識(shí)、履約、監(jiān)控履約過(guò)程并驗(yàn)證履約結(jié)果的自動(dòng)化合同，可以簡(jiǎn)單地理解為：以數(shù)字形式定義的一系列承諾，一亙合約被設(shè)立，在區(qū)塊鏈系統(tǒng)上無(wú)需第三方的參與便可以自動(dòng)執(zhí)行。（3）區(qū)塊鏈

3.0：價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈全面應(yīng)用時(shí)代，由此構(gòu)建一個(gè)大規(guī)模協(xié)作社會(huì)。從技術(shù)的角度來(lái)看，應(yīng)用

CA

認(rèn)證、電子簽名、數(shù)字存證、生物特征識(shí)別、分布式計(jì)算、分布存儲(chǔ)等技術(shù)，區(qū)塊鏈可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)去中心、防篡改、公開(kāi)透明的可信計(jì)算平臺(tái)，從技術(shù)上為構(gòu)建可信社會(huì)提供了可能。區(qū)塊鏈與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等新興技術(shù)交叉演進(jìn)，將重構(gòu)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展生態(tài)，促進(jìn)價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的深度融合。價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)可信賴的實(shí)現(xiàn)各個(gè)行業(yè)協(xié)同互聯(lián)。實(shí)現(xiàn)人和萬(wàn)物互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)價(jià)值高效、智能流通的網(wǎng)絡(luò)，主要用于解決人與人、人與物、物與物之間的共識(shí)協(xié)作、效率提升問(wèn)題，將傳統(tǒng)的依賴于人或依賴于中心系統(tǒng)的公正、調(diào)節(jié)、仲裁功能自動(dòng)化，按照大家都認(rèn)可的協(xié)議交給可信賴的機(jī)器來(lái)自動(dòng)執(zhí)行。3.區(qū)塊鏈的特征去中心化透明性開(kāi)放性自治性信息不可篡改匿名性系統(tǒng)高可靠4.區(qū)塊鏈的缺點(diǎn)(1)隱私保護(hù)難題如果知道某個(gè)參與者的賬戶就很容易獲取其每一筆交易記錄和推斷其擁有的財(cái)產(chǎn)數(shù)目，不利于個(gè)人隱私保護(hù)。(2)不可篡改、撤銷(xiāo)不可篡改、撤銷(xiāo)既是區(qū)塊鏈的優(yōu)點(diǎn)也是區(qū)塊鏈的缺點(diǎn)。(3)交易確認(rèn)延遲性區(qū)塊鏈中交易確認(rèn)存在延遲性。(二)區(qū)塊鏈的分類(lèi)（三）區(qū)塊鏈的技術(shù)1.區(qū)塊鏈的技術(shù)架構(gòu)2.分布式賬本技術(shù)分布式記賬技術(shù)凸顯了“去中心化”的特點(diǎn)，交易記賬由網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)參與者集體進(jìn)行校驗(yàn)和維護(hù)，由分布在不同地方的多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同完成，而且每一個(gè)節(jié)點(diǎn)記錄的都是完整的賬目，因此它們都可以參與監(jiān)督交易合法性，同時(shí)也可以共同為其作證。加解密技術(shù)區(qū)塊鏈要想實(shí)現(xiàn)自身的去信任化，首先需采取加解密技術(shù)保證存儲(chǔ)信息的安全、完整，需要采用密碼學(xué)的方法來(lái)保證已有數(shù)據(jù)不可篡改。這一部分包含兩個(gè)核心要點(diǎn)：密碼學(xué)哈希函數(shù)和非對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)。其中，密碼學(xué)哈希函數(shù)能確保交易輸入的任何改動(dòng)都會(huì)計(jì)算出一個(gè)不同的哈希值；非對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)則能確保交易源自發(fā)送方而不是冒名頂替者。4.共識(shí)機(jī)制共識(shí)機(jī)制是區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)就區(qū)塊信息達(dá)成全網(wǎng)一致共識(shí)的機(jī)制，可以保證最新區(qū)塊被準(zhǔn)確添加至區(qū)塊鏈、節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的區(qū)塊鏈信息一致不分叉甚至可以抵御惡意攻擊。區(qū)塊鏈提出了PoW、PoS、DPoS、Pool四種不同的共識(shí)機(jī)制，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，在效率和安全性之間取得平衡。這里對(duì)前三種主流共識(shí)機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)介紹。（1）PoWPoW(ProofofWork，工作量證明)，即大家熟悉的挖礦，通俗來(lái)講就是“通過(guò)工作以獲得指定成果，用成果來(lái)證明曾經(jīng)付出的努力”，核心為算力越大，挖到塊的概率越大，維護(hù)區(qū)塊鏈安全的權(quán)重越大。（2）PoSPoS（ProofofStake，股權(quán)證明）認(rèn)為，區(qū)塊鏈應(yīng)該由那些在其中具有經(jīng)濟(jì)利益的人進(jìn)行保障，是根據(jù)用戶持有貨幣的數(shù)量和時(shí)間派發(fā)利息的制度。PoS的優(yōu)點(diǎn)是在一定程度上縮短了共識(shí)達(dá)成的時(shí)間，且安全性更有保障，但缺點(diǎn)是還需要挖礦。（3）DPoS相似地，DPoS（DelegatedProofofStake，委任權(quán)益證明）則類(lèi)似于董事會(huì)投票，需要持幣者投出一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，代理他們進(jìn)行驗(yàn)證和記賬。5.以太坊以太坊是一個(gè)可編程的區(qū)塊鏈，內(nèi)置了一個(gè)完全成熟的圖靈完備的程序語(yǔ)言，可以用這個(gè)語(yǔ)言來(lái)創(chuàng)建“合約”，使得用戶可以創(chuàng)建屬于他們自己的任意復(fù)雜的操作（比特幣只能交易）。具體來(lái)說(shuō)，以太坊通過(guò)一套圖靈完備的腳本語(yǔ)言（EthereumVirtualMachinecode，簡(jiǎn)稱(chēng)EVM語(yǔ)言）來(lái)建立應(yīng)用，它類(lèi)似于匯編語(yǔ)言。以太坊里的編程并不需要直接使用EVM語(yǔ)言，而是類(lèi)似C語(yǔ)言、Python、Lisp等高級(jí)語(yǔ)言，再通過(guò)編譯器轉(zhuǎn)成EVM語(yǔ)言。四、總結(jié)及布置作業(yè)1.總結(jié)本節(jié)課我們?cè)攲?shí)地講解了區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景、影響以及區(qū)塊鏈與其他技術(shù)的融合。2.布置作業(yè)：查閱區(qū)塊鏈相關(guān)資料五、板書(shū)設(shè)計(jì)第5章區(qū)塊鏈的應(yīng)用與未來(lái)一、區(qū)塊鏈的概述1.區(qū)塊鏈的基本概念2.區(qū)塊鏈的發(fā)展史3.區(qū)塊鏈的特征二、區(qū)塊鏈的分類(lèi)1.公有區(qū)塊鏈2.聯(lián)盟區(qū)塊鏈3.私有區(qū)塊鏈三、5.3區(qū)塊鏈的技術(shù)1.分布式賬本技術(shù)2.加解密技術(shù)3.共識(shí)機(jī)制4.以太坊四、總結(jié)作業(yè)：查閱區(qū)塊鏈相關(guān)資料視頻：什么是比特幣？一個(gè)故事看懂比特幣與挖礦的原理視頻：區(qū)塊鏈-史上最通俗的講解視頻：5.1區(qū)塊鏈概述02-三分鐘帶你認(rèn)識(shí)區(qū)塊鏈.mp4視頻：5.1區(qū)塊鏈概述03-區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展歷史.mp4視頻：5.1區(qū)塊鏈概述04-區(qū)塊鏈有哪些缺點(diǎn)？.mp4視頻：5.2區(qū)塊鏈的分類(lèi)01-區(qū)塊鏈的分類(lèi).mp4視頻：5.3區(qū)塊鏈的技術(shù)01-去中心化與分布式記賬.mp4視頻：5.3區(qū)塊鏈的技術(shù)02-非對(duì)稱(chēng)加密算法是什么？.mp4視頻：5.3區(qū)塊鏈的技術(shù)03-區(qū)塊鏈的共識(shí)