区块链导论-课件 第01-5章 工程导论-认识区块链

第1章工程导论12目录CONTENTS工程学概论工程项目解决方案工程伦理和工程师的职业道德01工程学概论PART31.1工程的定义狭义概念：以某组设想的目标为依据，应用有关的科学知识和技术手段，通过一群人的有组织活动将某个（或某些）现有实体（自然的或人造的）转化为具有预期使用价值的人造产品过程将自然科学原理应用到工农业生产部门中去而形成各学科的总称：水利工程、化学工程、土木建筑工程、遗传工程、系统工程、生物工程、海洋工程和环境微生物工程等。广义概念：一群人为达到某种目的，在一个较长时间周期内进行协作活动的过程。城市改建工程、高铁工程、菜蓝子工程41.1工程的定义工程的相关概念：关于工程的研究，被称为“工程学”关于工程的立项，被称为“工程项目”一个全面的、大型的、复杂的包含各子项目的工程，被称为“系统工程”51.2工程学的分支材料类：包含冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程等。机械类：如机械设计制造及其自动化、工业设计等。机械工程涉及机械设备的设计、制造和优化，广泛应用于制造业和自动化生产。土木建筑类：如土木工程、建筑学等。化工与制药类：如化学工程与工艺、制药工程。生物工程类：如生物工程。生物工程通过生物技术手段解决农业、医药等问题，推动生物产业的发展。航空航天类：包括飞行器设计与工程、航空宇航制造工程等。电气信息类：包括电气工程及其自动化、电子信息工程等。目前是工程领域最大的分支。专业领域包括通信、电子电力、模拟/数字电路、控制、信号与系统、计算机和网络系统、安全性与可靠计算、半导体/微电子技术、软件系统、电磁场、天线、信息传输系统等领域。61.3工程学与社会的关系工程的发展：原始社会的工程：工具的制作工程，石斧、石矛、石刀和其他简陋的狩猎具等，以及如木工、陶艺、音乐、烘培等行业。近代社会的工程：工程活动不再仅依赖个人经验，而是逐步建立在数学、物理和力学等科学原理之上，工程师作为一种专门职业开始形成。现代社会的工程：工程学不仅为社会提供了基础设施和技术支持，还在经济、环境和社会等方面起到关键作用。工程的目标不再局限于“能否实现”，而更加关注效率、安全、伦理与可持续性。71.3工程学与社会的关系工程学对社会的影响经济发展引擎工程项目的实施往往伴随着巨大的经济效益，基础设施建设如高速公路、桥梁和水坝等，不仅为社会提供了必要的公共服务，还促进了地区间的贸易和资源流通，从而带动了经济增长。创造就业机会工程项目的开展需要大量的劳动力，这为社会提供了大量的就业机会改善生活质量从家用电器到医疗设备，从交通工具到信息通信，工程技术的应用使我们的生活更加便捷、舒适和安全。保护自然环境和可持续发展工程学也开始关注如何减少对环境的负面影响。例如，绿色建筑、清洁能源技术和废物回收处理等，都是工程学在环保领域的具体应用。81.3工程学与社会的关系社会对工程学的影响需求驱动创新社会需求是推动工程学发展的重要动力。随着人口增长和城市化进程的加快，对住房、交通、水资源等基础设施的需求也在不断增加，这促使工程学不断创新以满足这些需求。政策导向发展政府的政策导向对工程学的发展具有重要影响。政府对科技创新的投入、对环保法规的制定以及对教育体系的改革等，都会影响工程学的研究方向和发展趋势。文化背景差异社会文化也会影响工程学的发展。不同文化背景下的人们对工程技术的接受程度和价值观念可能会有所不同，这需要在工程设计和实施过程中加以考虑。工程学的发展不仅推动了社会的进步，也受到社会需求、政策和文化等多方面因素的影响。未来，随着全球化和科技革命的加速，工程学与社会的关系将更加紧密。91.4工程设计的演化工程活动伴随人类社会产生，早于科学活动，是人类生存与发展的直接实践活动人类社会经历三次重要变革：农业社会（狩猎→农业生产，定居与大规模协作出现）工业社会（煤炭、蒸汽机→机械化与工业体系形成）信息社会（计算机与信息技术→高度复杂的工程系统）每一次社会变革，工程设计思想与实现方式均发生根本变化科学揭示规律，工程将科学技术工程化、产业化101.4工程设计的演化在当前的社会环境和科技发展背景下，工程设计变得更加复杂和多元化。这要求多种技能、知识以及视角的集合，以实现项目的成功，因此，团队协助在工程设计中的非常重要。技术的复杂性和多样性项目管理和时间效率创新和创造性风险评估和错误减少合规性和标准用户体验和市场适应性在这个快速变化的世界中，工程设计越来越依赖于跨学科的合作与团队的综合能力。通过团队协助，不仅可以提升设计的效率和质量，还能增强创新性和应对复杂挑战的能力1102工程项目解决方案PART12工程项目开发的背景市场经济环境下，工程项目面临激烈竞争项目开发成败直接关系企业生存与发展成功项目的核心基础：准确识别需求、问题或机会提出合理、可行的解决方案工程项目的基本特征多阶段、系统性、复杂性强，依赖跨学科团队协作涉及两类主体：甲方：出资方/用户方乙方：开发方/实施方2.1工程项目开发过程工程项目开发的前期阶段可行性分析阶段评估项目是否值得投资主要内容：市场需求、技术可行性、经济成本与收益、法律、环境与社会影响产出成果：可行性研究报告，通过后→项目立项项目立项阶段明确项目：目标、范围、预算、时间计划形成项目章程和初步计划需求分析阶段甲方提出总体需求形成招标书与需求规格说明为后续招标提供依据2.1工程项目开发过程2.1工程项目开发过程工程项目开发的实施与收尾阶段招标与投标阶段甲方公开招标乙方提交应标书（核心：项目解决方案）专家评审→确定中标方→签订合同需求确认与设计阶段甲乙双方深入沟通，确认最终需求乙方完成：概要设计、详细设计文档开发、测试与部署阶段开发：实现设计方案测试：功能、性能、安全测试部署：上线运行并维护更新项目收尾阶段项目总结与评估文档归档提炼经验教训，为后续项目提供参考2.1工程项目开发过程甲方（用户、用户）乙方（项目承揽方、开发方）项目分析阶段，撰写项目可行性报告，专家审核和领导批准

项目可行性分析报告被批准，项目立项项目需求分析阶段

招标和投标阶段项目解决方案

（投标书）甲乙双方共同确定需求设计阶段概要设计，详细设计开发阶段编码实现测试阶段软件测试部署和维护阶段软件部署（发布与实施）项目收尾阶段：验收；软件维护。2.2项目解决方案项目解决方案的作用项目解决方案是工程项目开发中的核心文件为项目实施提供总体框架与执行蓝图明确目标、需求、技术路线与管理方式是甲乙双方沟通、实施与验收的重要依据引言与背景项目概述：项目名称、目标、愿景与重要性背景说明：项目实施的动机、价值与现实意义项目需求分析（项目成功的基础）概要需求：业务需求、系统需求（功能/性能/安全）、用户需求→明确功能模块及其基本作用详细需求：程序流程、原理图、数据格式、接口协议→指导设计与技术规范制定2.2项目解决方案约束条件法律法规约束技术条件限制预算与时间限制为方案优化提供现实边界项目管理架构组织结构：项目管理体系与分工角色职责：明确责任、协作方式与沟通渠道技术实现方案技术架构：系统总体技术框架及应用方式工具与方法：软件、硬件及相关技术手段成本估算与预算人力资源物资与设备技术与其他成本确保项目可控、可实施附录组织结构图模板与工具参考文献与法律法规2.3需求分析需求分析的地位与作用为什么需求分析最重要需求分析是工程解决方案的基础需求不清→延误、超支、返工，甚至项目失败项目失败往往不是技术问题，而是需求问题需求的特点甲方需求往往是潜在的、不完整的需要通过：深入沟通、反复确认、乙方提出需求建议最终形成可执行的解决方案2.3需求分析需求分析的层次业务需求（Why）来自：投资方、管理层、市场部门回答问题：为什么要做这个项目？希望达成什么目标？作用：明确项目方向和总体愿景、为所有成员提供统一认知用户需求（What&How）来自：实际使用系统的用户关注内容：用户要完成哪些任务使用场景、痛点和期望原则：以用户视角描述需求优先解决用户痛点降低学习成本，提高满意度2.3需求分析需求分析的类型功能需求系统必须完成的功能是需求的主体形成《需求规格说明书》非功能需求性能需求：响应时间、吞吐量、负载能力可靠性需求：MTBF、MTTR、容错与恢复安全性需求：人员、设备、数据安全可维护性需求：故障定位、维护便利可扩展性需求：未来升级与扩展能力功能需求是决定系统能不能用，非功能需求决定系统“好不好用、稳不稳定、能用多久”2.3需求分析需求分析的注意事项与共识常被忽视的隐性需求系统维护需求：日志、故障定位、报警机制更新升级需求：可控升级、尽量不影响业务、版本一致性易用性需求：符合用户习惯、降低学习成本、“优雅=专业+体贴”隐性性能需求：区分交互与非交互操作、给出明确反馈，避免系统“假死”需求分析的基本共识用户往往并不完全清楚自己的需求不要轻信“需求已经说清楚了”必须不断追问、澄清和确认需求确认：甲乙双方签订《需求说明书》含义：当前需求达成共识、后续变更需重新评估成本与周期作用：减少冲突、建立长期合作基础、为项目成功奠定基础2.4工程项目的实际开发过程项目进入开发期的前提完成《项目解决方案书》根据市场反馈决定：预研发（Pre-R&D）、根据新需求进行方案修订避免盲目推进，明确开发目标项目正式启动的标志项目列入开发计划成立项目组，明确项目负责人草拟并签订项目合同项目进入开发期（如合同付款4+5+1）2.4工程项目的实际开发过程软件项目开发的核心步骤问题抽象与系统建模模型可行性分析技术路线与实现方案确定开发阶段的关键原则一切依据：甲方需求（解决方案）当前技术可行范围提前识别技术难点与风险为突发情况准备应对方案软件实现的主要内容系统结构设计（业务逻辑、流程）软件架构设计（子系统划分、性能分析）模块设计与实现集成、测试、部署过程越规范→效率越高→质量与可维护性越好2.4工程项目的实际开发过程项目成功的关键因素对乙方而言项目团队协作工作效率与士气项目负责人能力对甲方而言全力配合避免推诿与需求反复理想的项目环境优秀的项目领导者高效的项目团队合理的组织结构积极参与的用户项目失败，往往源于授权不足或配合不力2.4工程项目的实际开发过程项目开发过程中的文档核心项目文档软件需求说明书（SRS）概要设计说明书详细设计说明书测试计划与分析报告用户操作手册项目开发总结报告辅助文档软件维护手册项目开发计划文档的作用保证可追溯性提升可维护性从过程上保障软件质量文档是项目的“第二生命”2.4工程项目的实际开发过程案例：三峡工程信息系统项目背景服务对象：三峡水电站建设与运行目标：数据管理、监控、预警与决策支持项目生命周期启动阶段：明确目标与需求→项目章程规划阶段：技术选型、进度计划、风险与预算执行阶段：开发、测试、系统集成、用户培训监控阶段：进度、质量、成本、风险控制收尾阶段：验收、总结、文档归档03工程伦理和工程师职责PART283.1工程伦理工程伦理的内涵工程伦理：工程实践中应遵循的道德准则与行为规范贯穿工程的设计—实施—维护全过程不仅是技术问题，更是社会责任问题工程伦理的工程伦理的核心原则安全与健康：公众生命安全是首要责任环境责任：减少污染，促进可持续发展职业诚信：真实、透明，不隐瞒风险质量与卓越：追求高质量与技术进步公正与公平：公平竞争，反对歧视利益冲突管理：保持独立与客观隐私保护：依法合规使用数据社会责任：提升社会福祉持续学习：应对技术与标准变化合作与沟通：尊重多学科团队3.2工程师的职业道德职业道德的特点社会普遍认可、长期形成体现为信念、习惯与自律多为义务性规范，强制力有限承载企业文化，影响深远标准具有多样性工程师应具备的基本品德诚实守信、公正正直爱岗敬业、勇于担当服务公众、促进社会进步工程师职业道德规范遵守法律法规与行业规范并担责在能力与资格范围内提供服务以专业表现维护职业尊严避免歧视与偏见诚信对待客户、同事与同行3.2工程师的职业道德事件概述三鹿集团奶粉含三聚氰胺数千名婴儿患病，造成严重社会危害伦理与道德问题忽视产品安全与质量底线缺乏诚信，隐瞒问题严重违背工程师的社会责任警示意义质量与安全不可让位于利益工程师必须坚守伦理底线企业需建立伦理审查与问责机制案例1：2008年奶制品污染事件3.2工程师的职业道德事件概述大众汽车工程师开发作弊软件规避排放检测，全球巨额罚款伦理与道德问题蓄意欺骗监管，违背诚信原则危害环境与公众健康滥用专业能力，损害行业声誉案例启示工程师职业道德关乎社会安全与可持续发展技术能力越强，伦理责任越重必须加强伦理教育与制度约束案例2：大众汽车“排放门”事件THANKS感谢观看33第2章区块链工程专业的认识成都信息工程大学人工智能学院（区块链产业学院）李飞、高路路、李代伟3435目录CONTENTS区块链工程现状区块链工程专业建设区块链人才分类01区块链工程现状PART361.1区块链工程现状区块链正从金融扩展到供应链追溯、医疗数据、政务协同等多领域，推动业务可信协作与数据治理全球对区块链人才需求上升，高校与企业开始系统化培养“懂理论+能落地”的工程人才在美国“关键与新兴技术”框架中，分布式账本/区块链相关技术被列入“数据隐私、数据安全与网络安全技术”的关键方向之一371.1区块链工程现状中国区块链人才需求现状政策支持中国高度重视区块链技术的发展和应用，出台了一系列政策措施推动区块链产业的发展，为区块链人才的培养和就业提供了有力保障行业应用广泛区块链技术在金融、供应链管理、数字身份认证、物联网、医疗健康等多个领域展现出巨大优势，推动了区块链人才的广泛需求企业积极布局从区块链初创企业到大型金融机构，都在积极寻找区块链工程技术人员，以推动其区块链项目的发展和实施。381.1区块链工程现状39国际高校：以课程、研究中心、产学合作为主要形态，强调“工程实践与跨学科融合”中国政策驱动：2019年强调区块链作为核心技术自主创新突破口（政策导向明确）工信部、中央网信办发布《指导意见》，提出于2025年形成示范应用、骨干企业与产业集聚区，并强调人才队伍建设

专业建设初起步：成都信息工程大学获批建设区块链相关本科专业并开展人才培养探索区块链工程本科专业获批02区块链工程专业建设PART40区块链工程专业基本信息专业类：0809（专业大类代码：计算机类）专业代码：080917T专业名称（中）：区块链工程专业名称（英）：BlockChainEngineering专业优势与特色：本专业联合行业内区块链企业，以学生为中心的教学+项目制的方式，培养具有专业理论知识、多学科交叉综合能力和应用实践能力的区块链工程人才。2.1区块链工程专业建设区块链工程专业培养目标培养具备扎实的专业基础知识、熟练掌握区块链技术原理和应用实践的高级人才2.1区块链工程专业培养目标和要求掌握区块链的基本原理和发展历程，了解其在各行业中的应用场景和前景。具备较强的编程能力和技术实践能力，能够独立开发区块链应用程序和智能合约。能够参与区块链项目的设计、开发、测试和部署工作，具备系统集成和项目管理能力。具备良好的团队合作精神和创新能力，能够在复杂环境中解决技术难题和推动项目进展。具备扎实的数据分析和风险控制能力，能够为企业提供区块链解决方案和咨询服务。区块链工程专业培养要求（应具备的关键能力）工程开发能力：可独立开发区块链应用/智能合约，完成测试与部署系统能力：可参与系统集成与性能优化，理解分布式架构与共识机制2.1区块链工程专业培养目标和要求项目能力：具备需求理解、方案设计、协作交付与项目管理意识持续学习能力：面对快速迭代技术，能够自学更新并迁移到新平台/新场景区块链基础知识区块链编程与开发区块链安全与隐私保护区块链应用与商业模式区块链法律与政策区块链项目管理与实践区块链数据分析与挖掘区块链经济与金融学2.2区块链工程专业课程体系通识+主线+实践2.2区块链工程专业课程体系专业课程体系2.2区块链工程专业课程体系专业教育三条主线03区块链人才分类PART473.1区块链人才分类技术类为主，辅以产品/运营/培训/传播区块链开发工程师：合约开发、DApp、平台接口与工具链区块链安全工程师：漏洞分析、审计、隐私保护与风险控制区块链架构师：系统架构、共识与性能、数据与网络设计区块链项目经理：需求与方案、进度质量成本、跨团队协调区块链人才分类：岗位画像3.1区块链人才分类运营类人才：制定运营策略、推动项目落地、监控业务与数据表现、需要组织协调与沟通能力和数据分析与决策能力区块链培训讲师：技术培训、推动新技术落地应用、需要具备扎实的区块链技术基础、丰富的工程实践经验和良好的表达与教学能力媒体与传播人才：负责行业报道与内容传播、品牌宣传与公共关系，需要行业理解能力和内容策划与传播能力区块链人才分类：岗位画像无论是哪种类型的区块链人才，都需要具备扎实的计算机科学基础知识、编程技能与问题解决能力、团队合作精神和持续学习与快速适应能力THANKS感谢观看50第3章比特币的兴起成都信息工程大学人工智能学院（区块链产业学院）李飞、高路路、李代伟5152目录CONTENTS人类货币的发展史比特币的诞生背景中心化和去中心化什么是区块和区块链01人类货币的发展史PART531.1支付方式的发展早期交换：以物易物常见：猎物换粮食、茶叶换铁器等缺点1：不方便携带，无法有效分割缺点2：交换过程繁琐541.1支付方式的发展实物货币引入“交换媒介”提高效率典型：贝壳、精美石头等优点：易识别、可流通缺点：稀缺、供给不足551.1支付方式的发展法定货币（贵金属阶段）优势：价值稳定、社会认可度高局限：重、携带难、磨损损耗数量有限：流动性不足储藏倾向强：可能引发通缩561.1支付方式的发展法定货币（纸币阶段）成本低、携带方便、交易效率高可支持大额交易与商业扩张纸币背后依赖信用体系57特点：由各个国家央行发行，由国家背书1.1支付方式的发展法定货币（电子金融）极大的提高了价值转移的效率，突破了空间的限制可支持大额交易与商业扩张581.2货币的本质货币是一种交易媒介，一种价值交换的载体。货币具有储藏价值，是记账的一种工具。货币其实没有价值，是人们通过共识创造出来，货币的本质其实是基于共识的。5902比特币的诞生背景PART60纸币属于“信用货币/不兑现纸币”超发→购买力下降→物价上涨（通胀）稳定需要制度约束与发行规则2.1纸币的风险货币需求量与商品价格总额正相关与货币流通速度负相关超出实际需求→通胀风险上升稳定国家信用背书，中央银行体系建立2.2比特币的诞生危机削弱对传统金融体系信任对“中心化机构控制”的担忧上升产生对去中心化支付体系的需求中本聪与白皮书：核心主张2008发布《比特币：一种点对点的电子现金系统》目标：无需中心机构即可完成支付关键：用“区块链”解决双花与一致性问题2.2比特币的诞生密码朋克：思想土壤主张用强加密保护隐私认为互联网时代不能完全依赖中心化机构用代码与协议实现个人权利与自由2.2比特币的诞生比特币之前：三种重要尝试Ecash：中心化电子现金，依赖公司体系B-money：提出加密货币设想，但机制不完整Bitgold：工作量难题+链式记录，接近比特币理念2.2比特币的诞生比特币“不是单点发明”，而是组合创新密码学：签名、哈希、身份与防篡改网络技术：P2P传播、节点同步共识机制：全网对账本达成一致博弈与激励：让诚实参与更“划算”2.3支撑技术比特币“不是单点发明”，而是组合创新组合了多项成熟技术形成可运行的点对点价值网络解决：双花、信任、记账一致性、激励问题2.3支撑技术2.4比特币的特点去中心化的分布式账本交易不可伪造，不可篡改匿名，隐藏交易者个人信息不可重复花费，有效避免双花可分割性，1BTC=10^8聪通过挖矿来实现货币的发行与分配货币数量有限2100万个，无通胀风险不属于某个国家，被人称为天然的世界金融货币03中心化和去中心化PART693.1中心化的概念3.1中心化的概念中心化（Centralization）：指一种系统或组织结构，将资源和权力集中在一个中心机构或实体上，由该机构或实体来管理和控制整个系统。中心化的特点：决策效率高统一管理责任明确中心化缺点：单点故障可被操控信息不对称3.2去中心化的概念3.2去中心化的概念去中心化（Decentralization）：指一种系统结构或组织形式，指将资源和权力分散到多个节点或参与者身上，没有一个单一的实体能够控制整个系统。在去中心化的架构下，决策权和资源控制权被分散到各个节点，实现了平等参与和共同决策3.2去中心化的概念去中心化的缺点：速度和效率协调和管理难度安全和隐私去中心化的优点：去中心化风险增强抵抗力创新和透明性3.3深入理解区块链事件概述比特币本身并非传统意义上的货币，而是一种去中心化的分布式总账系统电子总账分布式存储在所有参与节点的计算机中，并保持实时同步与自动对账系统持续记录比特币在不同账户之间的转移过程，每笔交易都会广播至全网比特币的核心价值在于：首次通过去中心化的分布式信任机制实现了价值转移04什么是区块和区块链PART764.1什么是区块区块(block)：区块链中存储数据的基本单元，就是一组信息或者数据的集合；由区块头head和区块体body构成。区块头head区块体body一页账单（记录一段时间交易）4.1什么是区块4.2

Hash算法哈希算法：区块链的“数据指纹”哈希：任意长度输入→固定长度摘要三个关键特性：同输入同输出微小改动结果巨变单向不可逆两个核心作用：快速校验（比对哈希即可）防篡改（哈希变化立刻暴露）4.3什么是区块链区块链(Blockchain)：由于区块中的头部，存在前一个区块的标识，则意味着通过一个区块可以找到其前一个区块，这样多个区块，在一起，就形成了一个链条就是我们所说的区块链。4.3什么是区块链4.3什么是区块链按时间顺序装订的账本全网节点各存一份副本通过共识保持一致，篡改成本极高4.4区块链的特性区块链的四个基础特性去中心化（Decentralization）：无中心控制节点，所有节点地位平等，系统无单点故障去信任（Trustless）：节点间无需相互信任，通过公开规则与算法达成一致集体维护（CollectivelyMaintain）：数据由全网节点共同记录和维护，避免单一主体控制可靠数据库（ReliableDatabase）：每个节点保存完整账本，需控制

51%以上节点

才能篡改数据区块链的引申特性开源性（OpenSource）

系统规则与代码公开透明，可被验证和审查隐私保护（Anonymity）使用地址和密钥而非真实身份，保护用户隐私THANKS感谢观看84第4章比特币的工作原理成都信息工程大学人工智能学院（区块链产业学院）李飞、高路路、李代伟8586目录CONTENTS比特币与比特币的数据结构矿工与挖矿比特币区块链分叉比特币钱包与地址UTXO比特币的现状及未来发展01比特币与比特币的数据结构PART871.1比特币的认识比特币和区块链的关系是什么？用户参与记账的动力是什么？多人记账，谁说的算？881.1比特币的认识89如果区块链是一个池塘，比特币就是池塘里的一条鱼先有比特币，后有区块链的概念比特币是区块链的第一个实现比特币的核心原理也是区块链的核心原理1.1比特币的认识比特币数量与发行：2100万从哪来？比特币总量上限：2100万枚，不是一次性出现发行方式：区块奖励（BlockReward）

+

交易手续费（Fees）每产出1个区块

→获得奖励（最初

50BTC/区块）每210,000个区块减半一次（约4年）2009–2013：50BTC2013–2017：25BTC2017–2021：12.5BTC…递减直到接近0预计约

2140年左右，奖励趋近于零，主要靠手续费激励矿工901.1比特币的认识比特币获得途径挖矿获得：区块奖励+手续费交易所购买（合规平台）转账获得：他人向你的地址付款911.1比特币的认识比特币如何运转比特币区块链：全网共享的分布式账本，记录已确认交易钱包的核心：保存私钥/种子，用私钥对交易签名→证明“你有权花这笔币”哈希函数：保障交易/区块的完整性与时间顺序（篡改会导致哈希变化）交易传播与确认：交易广播→矿工打包→通常约

10分钟

产生新区块并被确认挖矿的意义：强制按时间顺序写入账本+让全网就系统状态达成一致921.2比特币的数据结构比特币的数据结构和前面介绍的区块链的数据结构基本一致931.2比特币的数据结构94字段描述版本区块链版本号父区块哈希值区块链中上一个区块的哈希值默克尔根该区块中交易的merkle树根的哈希值时间戳该区块产生的时间难度目标该区块产生的时间Nonce用于工作量证明算法的计数器1.2比特币的数据结构MerkleTree：区块内交易如何组织？叶子节点：每笔交易的哈希相邻两两合并再哈希→逐层向上→得到

MerkleRoot作用快速验证交易是否属于该区块只要根哈希不变，区块内交易整体就难以被篡改951.2比特币的数据结构Merkle

证明全节点：存区块头+区块体（含完整交易）轻节点：通常只存区块头（手机钱包常见）96如何向一个轻节点证明某个交易是写入区块链的？1.2比特币的数据结构97Merkle

证明轻节点想验证TX是否在区块里：向全节点请求

Merkle证明（提供路径上必要的兄弟哈希）轻节点本地自底向上计算根哈希与区块头中的MerkleRoot对比→一致则证明TX属于该区块特点：验证快、数据量小，但不能验证区块内“所有交易细节”02矿工与挖矿PART982.1什么是矿工矿工是比特币网络中的核心参与者负责对交易进行验证与记录通过计算竞争获得区块记账权成功出块的矿工可获得比特币奖励区块奖励随时间递减，用于控制发行总量992.2什么是挖矿挖矿是一种基于工作量证明（PoW）的机制矿工不断尝试不同随机数（Nonce）对区块头进行

SHA-256哈希计算使计算结果

小于目标阈值（target）成功后生成新区块并广播至全网100挖矿=

用算力争夺记账权

+获得奖励与手续费2.2什么是挖矿系统总算力不断增强，挖矿难度保持不变，出块时间就会越来越短。出块时间越来越短会有什么问题，比如说不到1s出一个区块，这个区块在网络上传输可能需要时间较长，几十s，距离远的节点在没有收到这个区块时会继续沿着已有的区块链往下继续扩展，如果有两个节点差不多同时都发布一个区块，这个时候会出现一个分叉。出块时间越来越短，分叉就会越来越频繁，越来越多。分叉过多对于系统达成共识是没有好处的，而且危害了系统的安全性。1012.2什么是挖矿目标：保持平均

10分钟/区块机制：每

2016个区块

调整一次（约2周）调整思路：如果实际出块更快→提高难度（减小target）如果实际出块更慢→降低难度（增大target）限制：单次调整不会无限放大/缩小（避免剧烈震荡）为什么恶意矿工“不能不改难度”？因为区块合法性验证包含

nBits/target

校验，其他节点会拒绝不合规区块10203比特币区块链分叉PART1033.1什么是分叉分叉：同时产生两个新区块自然分叉（短暂）：两个矿工几乎同时出块+网络传播延迟最终效果：全网会收敛到同一条主链，另一条成为孤块/过时分支104不同高度的分支，总是接受最高（最长）的那条分支。相同高度的分支，接受难度最大的那条分支。高度相同且难度一致的，接受时间最早的那条分支。如果高度、难度、时间均相同，则按照从网络接受的顺序，等待区块链高度增加一，再重新选择最佳链。3.1软分叉-硬分叉软分叉（SoftFork）：新规则更严格，旧节点仍可接受新块（前向兼容）优点：不一定分裂成两条货币链风险：设计受历史兼容性约束；升级/回滚复杂硬分叉（HardFork）：新旧规则不兼容若全网统一升级：仍一条链若分裂运行：会形成两条链，可能出现“新币种”（如BCH）1053.1软分叉-硬分叉软分叉（SoftFork）：新规则更严格，旧节点仍可接受新块（前向兼容）优点：不一定分裂成两条货币链风险：设计受历史兼容性约束；升级/回滚复杂硬分叉（HardFork）：新旧规则不兼容若全网统一升级：仍一条链若分裂运行：会形成两条链，可能出现“新币种”（如BCH）10604比特币钱包与地址PART1074.1比特币钱包钱包本质：密钥管理器，管理私钥和公钥私钥：签名→控制资产的“钥匙”公钥：由私钥推导地址：对公钥做哈希与编码后的结果（常见Base58）108真正需要保护的不是比特币，而是私钥4.1比特币钱包常见钱包类型：桌面钱包、手机钱包、网页钱包、硬件钱包按私钥存储方式分为：

冷钱包（离线，安全性高）

热钱包（联网，使用方便）1094.2比特币钱包地址形成原理比特币地址的形成原理首先随机生成一个

256位私钥私钥通过椭圆曲线算法生成公钥公钥经过

SHA-256与RIPEMD-160哈希加入版本号与校验值后进行

Base58编码最终得到我们常见的比特币钱包地址11005比特币钱包与地址PART1115.1

UTXO的概念比特币系统中不存在账户概念，只有地址一笔转账本质是：从一个地址的未花费输出转移到另一个地址未被后续交易消费的交易输出称为UTXO（UnspentTransactionOutput）比特币采用的是基于“币”的模型，而非账户模型UTXO是比特币实现

去中心化、安全性与防双花的核心设计1125.2

UTXO基本原理比特币交易遵守几个规则：第一，除了coinbase交易之外，所有的资金来源都必须来自前面某一个或者几个交易的UTXO，就像接水管一样，一个接一个，此出彼入，此入彼出，生生不息，钱就在交易之间流动起来了。第二，任何一笔交易的交易输入总量必须等于交易输出总量，等式两边必须配平。1135.2

UTXO基本原理每一笔交易由

输入（Input）

和

输出（Output）

组成输入（Inputs）=引用以前交易产生的UTXO输出（Outputs）=新生成的UTXO（给收款人+找零）交易输入必须来自已有且未被花费的UTXO交易输出会生成新的UTXO“余额”：某地址名下所有UTXO金额之和全网节点共同维护

UTXO集合（UTXOSet）交易验证的核心：检查输入UTXO是否存在且未被花费114比特币像“现金找零系统”，一次花掉一张“旧钞”，生成几张“新钞”。5.2

UTXO基本原理1155.2

UTXO基本原理交易#1001号交易是coinbase交易。比特币是矿工挖出来的。当找到一个合格的区块之后，它就能够创造一个coinbase交易，在其中放入一笔新钱，并且在交易输出的收款人地址一栏，写上自己的地址。这笔比特币的数额规定为12.5枚。这个coinbase交易随着张三挖出来的区块被各个节点接受，经过六个确认以后永远的记录在区块链中。张三打算付2.5个比特币给李四，张三就发起一#2001号交易，这个交易的资金来源项写着“#1001(1)”，也就是#1001号交易——张三挖出矿的那个coinbase交易——的第一项UTXO。然后在本交易的交易输出UTXO项中，把2.5个比特币的收款人地址设为李四的地址。请注意，这一笔交易必须将前面产生那一项12.5个比特币的输出项全部消耗，而由于张三只打算付给李四2.5个比特币，为了要消耗剩下的10比特币，他只好把剩余的那10个比特币支付给自己，这样才能符合输入与输出配平的规则。张三和李四打算AA制合起来给王五付5枚比特币。那么张三或李四发起#3001号交易，在交易输入部分，有两个资金来源，分别是#2001(1)和#2001(2)，代表第#2001号交易的第(1)和第(2)项UTXO。然后在这个交易的输出部分里如法炮制，给王五5比特币，把张三剩下的7.5比特币发还给自己。以后王五若要再花他这5比特币，就必须在他的交易里注明资金的来源是#3001(1)。11606比特币的现状及未来发展PART1176比特币的现状及未来发展优势：去中心化、难篡改、可跨境转移、公开可验证限制：价格波动大、吞吐与确认时间受限、能耗与扩容争议、监管不确定性监管差异：不同国家态度不同，总体趋势是加强合规与风险防控我国政策要点：反对虚拟货币金融炒作与非法交易鼓励区块链底层技术创新与实体场景应用118THANKS感谢观看119第5章认识区块链成都信息工程大学人工智能学院（区块链产业学院）李飞、高路路、李代伟120121目录CONTENTS区块链的类型区块链和比特币的关系区块链的共识机制区块链的影响第5章认识区块链区块链的发展的背景和起源起源于比特币，旨在不依赖中心机构的情况下维护可靠数据库，又称分布式账本区块链的基本结构区块+哈希指针串联，“活页账本”区块头和区块链的概念区块头：版本、前一区块哈希、时间戳、MerkleTree等区块体：交易信息（Transactions）区块链的潜在应用场景供应链管理：溯源与可信共享电子投票：透明与可审计122公开透明安全不可篡改去中心化/去信任化01区块链的类型PART1231区块链的类型按加入方式与权限控制划分：公有链（Public）私有链（Private）联盟链（Consortium）124关键差异维度：是否开放加入是否身份认证节点可控性（数量、在线状态、可信度）性能与治理方式1.1公有链完全开放：任何人可加入、可同步账本去中心化程度高：无统一管理者数据透明：交易可公开验证（隐私通常靠密码学与机制设计）节点不可控：数量与在线状态随时变化安全依赖：共识机制+经济激励+密码学1251.1公有链公有链的共识规则节点可能是陌生人甚至恶意者需要规则解决两件事：谁来记账（出块者如何产生）如何防作弊（双花、伪造、篡改）规则必须“可验证”：任何节点都能独立检查典型思路：算力/权益竞争+全网验证+最长链/最终性策略1261.1公有链比特币与以太坊比特币：PoW共识，强调安全与抗攻击以太坊：扩展智能合约，使区块链可承载更复杂逻辑公有链适用场景：需要公众参与、公开透明参与方难以建立传统信任更看重开放性与抗审查性1271.2私有链私有链仅在组织内部使用，不对外开放需要注册/身份认证，权限体系明确常见场景：企业内部审计与票据管理供应链内部协同政务数据共享与存证（内部治理型）1281.2私有链私有链的高效管理节点数量、角色与在线状态可控通常不需要算力竞争来筛选记账者可采用更高效共识：少量节点投票主从复制/领导者机制性能往往接近传统数据库（更高吞吐、更低延迟）1291.2私有链私有链的优势与限制优势：高性能、低成本强隐私（按权限访问）易治理、易合规、易审计代价/限制：去中心化程度低信任更多来自组织治理需要明确的权限与责任体系1301.3联盟链多机构共同参与维护（介于公有链与私有链之间）通常有身份认证与权限设置节点数量相对确定、状态可控典型场景：银行间清结算、跨机构协作企业间物流与对账跨部门数据共享1311.3联盟链特点：多方协作但互不完全信任更强调性能、治理与合规共识常采用PBFT/Raft等高效机制案例：HyperledgerFabric（企业级联盟链框架）R3Corda（面向金融协作场景）1321.4区块链的类型公有链：开放、无认证、去中心化强、性能相对低私有链：封闭、强认证、组织控制强、性能高联盟链：准入制、多机构治理、性能较高13302区块链与比特币的关系PART134“技术—应用”关系区块链：底层技术（分布式账本+共识+密码学）比特币：区块链技术的典型应用（数字货币）比特币继承区块链特性：可追溯、难篡改、去中心化协作2区块链与比特币的关系区块链为比特币提供去中心化信任传统支付依赖银行/清算机构记账比特币通过节点共同验证交易消除第三方依赖信任由：规则（协议）、验证（密码学）、激励/成本（经济机制）共同支撑区块链为比特币提供安全性交易被打包进区块并链接成链节点保存账本副本并不断同步形成“可验证的历史记录”与“可追溯的资金流”2区块链与比特币的关系篡改需要付出极高成本并被全网验证拒绝比特币反过来推动区块链发展比特币证明了去中心化记账的可行性2区块链与比特币的关系促进更多行业探索：降低对账成本提升透明度与可审计性自动化协作（智能合约方向）引发对“未来货币与金融体系”的再思考03区块链的共识机制PART1383区块链的共识机制什么是共识与共识机制共识：群体对规则/结果的共同认可共识机制：达成一致并维护一致的过程与方法区块链本质上是分布式系统：需要一致性策略共识机制决定：谁来记账、如何出块系统吞吐量与确认速度抗攻击能力与不可篡改性准入门槛与去中心化程度共识是区块链“可信”的关键来源之一3区块链的共识机制公有链PoW：用算力竞争获得记账权（比特币）PoS：按持币权益决定出块概率DPoS：投票选出代表节点出块RPCA：信任列表投票达成共识（瑞波网络思路）取向差异：安全性vs性能、去中心化程度vs治理效率联盟链：PBFT、DBFT、Raft私有链：Paxos、Raft3.1FLP与CAP理论FLP定理：想要“必然一致”很难结论：在异步网络中，确定性算法无法保证必然达成一致启示：现实共识机制往往引入：超时与重试、随机性、领导者/投票、弱一致/最终一致等策略CAP定理：三者不可兼得C（Consistency,一致性）：所有节点看到相同数据A（Availability,可用性）：系统能持续对外服务P（PartitionTolerance,分区容错）：网络分区仍可运行分布式系统必须考虑网络分区→P往往是必选项因此通常在C与A之间权衡3.1FLP与CAP理论比特币与CAP的对应理解网络可能分区与延迟→必须考虑P比特币选择“最终一致”思路（弱一致）通过区块确认数降低回滚风险体现了工程实践中的权衡：安全与可用性的平衡3.2拜占庭问题拜占庭帝国派出10支军队包围一个强大的敌人敌人最多可以同时抵抗5支军队的进攻只有当

至少6支军队同时进攻，才能取得胜利各军队分散驻扎，无法集中，只能依靠通信兵传递消息军队需要协商两个问题：是否进攻？何时同时进攻？这是一个典型的“分布式协同决策问题”3.2拜占庭问题协同进攻的核心困难单支军队进攻必败，必须“多数同时行动”各军队之间只能通过消息通信进行协调如果通信可能丢失或延迟：无法判断对方是否已经同意进攻无法确认是否已有足够多数准备就绪贸然进攻可能导致只有少数军队出击→全军覆没在不可靠通信环境下，难以保证所有军队达成一致并同步行动3.2拜占庭问题拜占庭问题为了研