区块链金融 课件 第1、2章 区块链导论、区块链的组成与基本原理

第一章

区块链导论目录第一节

区块链概述第二节区块链的类型第三节区块链的发展现状第四节区块链应用展望

1区块链简介

2区块链的起源和发展历程第一节

区块链概述一、区块链简介01区块链的定义02区块链的特性Blockchain（一）区块链的定义狭义来讲：区块链是一种采用密码学算法和链式关联结构组织数据块，由参与节点共同维护以保证数据几乎不可能被修改、最终保证数据一致性的分布式数据存储技术；是一种按照时间顺序将数据块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义来讲：区块链是指在所有节点均不可信的点对点网络中，通过共识机制和经济学常识建立信任机制，并最终实现节点数据存储一致性的网络系统。（二）区块链的特性1.透明可信（１）“人人”记账保证“人人”获取完整信息，从而实现信息透明。（２）节点间决策过程共同参与，共识算法保证可信性。2.防篡改可追溯（1）“防篡改”是指交易一旦在全网范围内经过验证并添加至区块链，就很难被修改或者抹除。（2）“可追溯”是指区块链上发生的任意一笔交易都是有完整记录的，我们可以针对某一状态在区块链上追查与其相关的全部历史交易。4.系统高可靠（１）每个节点对等地维护一个账本并参与整个系统的共识。（２）区块链系统支持“拜占庭容错”。3.隐私安全保障区块链的去中心化特性决定了区块链的“去信任”特性，由于区块链系统中的任意节点都包含完整的区块校验逻辑，因此任意节点都不需要依赖其他节点完成区块链中交易的确认过程，也就是无需额外地信任其他节点。二、区块链的起源和发展历程01区块链1.0——比特币02区块链2.0——以太坊与智能合约Blockchain03区块链3.0——价值互联网二、区块链的起源和发展历程

1公有链

3私有链

2联盟链

4公有链、联盟链与私有链的区别第二节区块链的类型一、公有链内

涵：公有链中的“公有”，就是指任何人都可以参与区块链数据的维护和读取，不受任何单个中心机构的控制，数据是完全开放透明的，它是所有人都可以参与的区块链，所有人都可以访问、发送、接受、认证交易的区块链网络，比如比特币、以太坊就是公有链。缺

点：1.为保证区块安全而导致效率低下。2.数据公开可见，隐私保护堪忧。3.激励机制与国家监管政策存在矛盾。二、联盟链内

涵：联盟链是指共识过程受到预选节点控制的区块链，由一个联盟组织构成并对其进行管理，写入需要授权接入，联盟成员共同维护区块链的健康运转。1.效率方面，联盟链较公有链有很大提升；2.隐私方面，联盟链较公有链有更好的安全隐私保护；3.激励方面，联盟链不需要代币进行激励。行业应用案例：1.商务合同2.资产存管3.供应链三、私有链内

涵：私有链与公有链是相对的概念，属于联盟链的一种特殊形态。所谓“私有”就是不对外开放，仅仅在组织内部使用。即联盟中只有一个成员，比如企业内部的票据管理、账务审计、供应链管理，或者政府部门内部管理系统等。私有链通常具备完善的权限管理系统，要求使用者提交身份认证。效率方面，确认和写入效率较公有链和联盟链有很大的提高；隐私方面，可充分利用现有企业的信息安全防护机制；激励方面，私有链不需要通过额外的代币进行奖励。四、公有链、联盟链与私有链的区别

1我国国家政策

3公司应用发展

2全球发展第三节区块链的发展现状一、我国国家政策一、我国国家政策二、全球发展根据IBM的区块链相关研究报告数据显示，全球约有90%的政府正在规划区块链投资，并在2018年进入实质性阶段。美国：“变革性技术”；国会区块链决策委员会欧盟：“欧盟区块链观测站及论坛”韩国：I-Korea4.0区块链三、公司应用发展

1区块链+传统企业

2区块链应用领域第四节

区块链应用展望一、区块链+传统企业1.股权激励问题

3.地域扩展问题4.用户疲劳问题（一）传统企业面临的问题2.行业竞争问题一、区块链+传统企业1.获得区块链的通证激励价值

3.区块链能带来全球价值的流通4.区块链具有风口的价值（二）区块链能够提供的价值2.区块链可以带来行业生态价值二、区块链应用领域金融公共服务信息安全物联网区块链在公共服务领域的应用可以是电子政务、公益、医疗、版权等方向。“区块链＋物联网”可以让物联网上的每个设备独立运行，整个网络产生的信息可以通过区块链的智能合约进行保障。区块链在金融领域的应用可以是交易清算、积分共享、保险、贸易金融等方向。区块链在信息安全领域的应用可以是征信、电子证据存证（如电子发票）、审计等方向。供应链区块链在供应链领域的应用可以是供应链管理、金融、溯源、物流等方向。感谢聆听区块链金融第二章目录第一节区块的认知第二节哈希和链式结构第三节点对点网络

1区块的大小

3区块的意义

2区块的组成

4创世区块第一节区块的认知案例导入：淘宝购物的中心化分析思考：有没有一种“去中心化”体系可以解决这些问题？它是如何解决这些问题的？区块加链组成区块链区块链网络区块链由一个区块连接另一个区块所组成什么是区块链01区块的大小01。02区块的大小除了决定了所含交易数据的多少，还决定了一个区块被数据填满所需要的时间，一旦数据达到一个区块的存储上限就会产生新的区块。0303区块的大小取决于开发者的设计，一旦确认，区块链上所有的区块都将遵循同样的大小。只有更新整个区块链的系统才能改变区块的大小。区块的大小区块存储了一定量的交易数据，区块的大小决定了交易数据的多少。02区块的组成前一个区块的哈希默克尔根时间戳每个区块的区块头都包含着前一个区块的哈希，可以理解为每一个区块都包含上一个区块信息的“数字指纹”，从而使新的区块数据有序地排列在上一个区块数据的后面。默克尔根归纳了所在区块体含有的所有交易，形成了整个交易数据集合的“数字指纹”。每个区块的区块头包含时间戳。时间戳能表明此区块生成的时间，同时能为区块体含有的每一笔数据打上时间标记，具备唯一性。区块由区块头+区块体组成，区块头包括随机数区块头里的随机数是一个随意的号码，它的存在与比特币挖矿息息相关。随机数往往存在于采用工作量证明（ＰｏＷ）共识机制的区块链里。03区块的意义存储区块存储着区块链的数据效率区块的存在实现了数据的批量处理，让数据得以有条不紊地被处理，提高了整个区块链系统的运转效率。04创世区块创世区块创世区块指的是比特币区块链产生的第一个区块。1现在不同区块链产生的第一区块也可被称作创世区块。2比特币创世区块的内容如图3第二节哈希和链式结构

1哈希函数

2哈希的应用

3哈希的特性

4默克尔树

5链式结构思路说明（二）哈希函数的特性（一）哈希函数在区块中的作用哈希（Ｈａｓｈ）是哈希值的缩写，又称散列值。哈希函数又称散列函数，把任意长度的输入通过哈希函数，变换成固定长度的输出，该输出就是哈希值。哈希函数01哈希函数（一）

哈希函数在区块中的作用快速验证用于PoW共识机制防止篡改哈希函数在区块链中生成各种数据的摘要，当比较两个数据是否相等时，只需要比较它们的摘要就可以了。哈希函数主要是在ＰｏＷ共识机制中使用。详细说来，就是给定一组数据，然后寻找其他的数据，合并起来计算出的哈希值小于某个值。比特币、以太坊，都是使用的ＰｏＷ共识机制。传递一个数据，要保证它在传递过程中不被篡改，只需要同时传递它的摘要即可。收到数据的人将这个数据重新生成摘要，然后比较传递的摘要和生成的摘要是否相等，如果相等，则说明数据在传递过程中没有被篡改。。（二）哈希函数的特性特性不定长度输入固定长度输出。1抗碰撞性2不可逆性（单向性）302哈希的应用映射哈希函数可以将任意大小的数据（输入内容）映射到固定大小的数据（哈希值）密码保护保存到数据库中的是密码生成的哈希。即使是公司后台管理人员，也拿不到用户的密码。万一公司数据库泄露了，用户的密码依然是相对安全的。03哈希的特性安全哈希的不可逆性保证了密码的安全不冲突性哈希的不冲突性指的是一个数据对应着一个哈希，任何数据的变动哈希也随着变动。哈希的不冲突性又保证了用户再次输入密码的时候，能够登录账号。04默克尔树01。默克尔树默克尔树具体而言，是一个区块中的所有交易都会求取哈希值，得到的哈希值，再两两组合成新文本求取哈希值，以此类推，直到生成最后一个哈希值，即根哈希值，这些哈希值组成的二叉树就是默克尔树，如图２-８。05链式结构当区块和区块连接在一起的时候，当前的区块头里总是会有前一个区块的哈希。由于哈希的不冲突性，只要一个区块里数据导致哈希值改变了，那么后面所有的区块将会随着改变。哈希和区块构成了一个可被验证的数据结构，保证了对数据的可验证性。区块链账本数据主要通过前块哈希值组成的链式结构来保证防篡改和可验证的特性。

1点对点网络的定义

3点对点网络与区块链

2点对点网络的特点第三节点对点网络

4共识机制

6区块链交易运行原理

5区块链账户体系01点对点网络的定义区块链的去中心化结构在区块链网络中，并不存在一个中心节点来校验并记录交易信息，校验和记录工作由网络中的所有节点共同完成。当一个节点需要发起转账交易时，需要指明转账目的地址、转账金额，还需要对该交易并进行签名。由于不存在中心服务器，该交易会随机发送到网络中的邻近节点，邻近节点收到交易信息后，对交易的签名进行校验，确认身份合法后，再校验余额是否充足等信息。验证都完成后，则将该信息转发至自己的邻近节点。。点对点网络的定义点对点网络不同于有中心服务器的中心化网络系统，是一种消除了中心化服务节点，将所有的网络参与者视为对等节点，并在它们之间进行任务和工作的系统。点对点网络结构打破了传统的中心服务器架构，去除了中心服务器，是一种依靠用户群共同维护的网络结构。02点对点网络的特点点对点网络的优势是它是去中心化的，网络中的资源和服务分散在所有节点上，信息的传输和服务的实现都直接在节点之间进行，可以无需中间环节和服务器的介入。去中心化点对点网络通常都是以自组织的方式建立起来的，并允许节点自由地加入和离开。对于点对点网络，理论上其可扩展性几乎可以认为是无限的。可扩展性点对点网络服务是分散在各个节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏对其他部分的影响很小。点对点网络一般在部分节点失效时能够自动调整，保持其他节点的连通性。健壮性03点对点网络与区块链在区块链系统中，要求所有节点共同维护账本机构，即每笔交易都需要发送给网络中的所有节点。如果按照传统的中心化的服务器架构，中心节点要将大量交易信息转发给所有节点，这也是非常低效率的。点对点网络的这些设计思想和区块链的理念完全契合，在区块链中，所有交易及区块的传播不需要发送者将消息发给所有节点。节点只需要将消息发送给一定数量的相邻节点即可，其他节点收到消息后，会按一定的规则发给自己的相邻节点，通过一传十、十传百的方式，最终将消息发给所有节点。04共识机制（一）分布式共识问题区块链通过全民记账来解决信任问题，但是所有节点都参与记录数据，那么最终以谁的记录为准呢？或者说，怎么样保证所有节点记录的是一份相同的正确数据呢？这就是一个如何达成共识的问题。“拜占庭将军问题”是莱斯利·兰伯特（２０１３年的图灵奖得主）为描述分布式共识问题在论文中抽象出来的一个著名的例子。“拜占庭将军问题”也被称为“拜占庭容错”。“拜占庭将军问题”是一个分布式共识问题，关于拜占庭帝国军队的将军们必须全体一致地决定是否攻击敌国。其核心描述是军中可能有叛徒，却要保证进攻决定一致，并由此引申到了计算机分布式系统领域。抽签式共识投票式共识中心式共识（二）共识机制及其分类解决双花问题和拜占庭将军问题（三）常见的共识机制工作量证明（ＰｏＷ）：就是一个抽签式共识。工作量证明的主要特征是计算的不对称性，节点需要做一定难度的工作得到一个结果，而验证方很容易通过结果来检查节点是不是做了相应的工作。权益证明（ＰｏＳ）：引入了“凭证”的概念。根据每个节点的某些属性（拥有的币数、持币时间、可贡献的计算资源、声誉等）