数字货币概论实验（课后实验）

《数字货币概论》实验实验一数字货币属性及特征的分类调研实验目的：了解主流数字货币的分类及技术特点。分析不同类别数字货币的属性差异（如去中心化程度、共识机制、应用场景等）。总结数字货币的发展趋势及潜在风险。实验步骤：确定数字货币分类框架通过文献检索（如白皮书、行业报告），将数字货币分为以下类别：支付型数字货币（如比特币BTC、莱特币LTC）、智能合约平台币（如以太坊ETH、波卡DOT）、稳定币（如USDT、DAI）、隐私币（如门罗币XMR、ZcashZEC）、NFT及元宇宙代币（如MANA、APE）、中心化机构代币（如BNB、HT）设计调研维度针对每类数字货币，通过以下维度收集数据：技术属性，共识机制（PoW/PoS/DPoS等）、区块时间/吞吐量（TPS）、智能合约支持（是/否）；经济属性，发行总量/通胀机制、市值/流动性；应用场景，支付/DeFi/NFT/跨境结算等；监管与风险，匿名性等级（完全匿名/部分匿名）、合规性（如是否受SEC监管）。数据收集数据来源：CoinMarketCap/CoinGecko（市值、流通量）、项目官网或白皮书（技术细节）、行业报告（如Messari、Grayscale研究报告），并利用Excel表格工具整理数据。对比分析制作对比表格或图表，总结各类别的优劣势。风险与趋势讨论风险：监管不确定性（如SEC起诉XRP）、技术漏洞（如智能合约黑客攻击）；趋势：CBDC（央行数字货币）的兴起对加密货币的影响。实验结论：提交一份包含数据来源的调研报告。提供可视化图表（如市值占比饼图、TPS对比柱状图）。小组讨论记录（如分类争议、数据矛盾的处理）。注意区分“数字货币”与“区块链平台代币”的概念差异。实验二模拟区块链交易与哈希验证实验目的：理解区块链交易的基本流程；掌握哈希函数在区块链交易中的作用；验证区块链交易数据的不可窜改性；实验工具：1.Python编程环境2.哈希函数库（如Hashlib）实验步骤：模拟交易数据区块链交易通常包括以下信息：发送方地址（Sender）；接收方地址（Receiver）；交易金额（Amount）；时间戳（Timestamp）示例交易数据（JSON格式）：transaction={"sender":"Alice","receiver":"Bob","amount":10,"timestamp":"2025-04-0314:30:00"}2.计算交易的哈希值使用

SHA-256

哈希函数对交易数据进行加密，生成唯一标识（交易哈希）。importhashlibimportjsondefcalculate_hash(data):#将字典转换为JSON字符串data_str=json.dumps(data,sort_keys=True).encode('utf-8')#计算SHA-256哈希值returnhashlib.sha256(data_str).hexdigest()#计算交易的哈希值transaction_hash=calculate_hash(transaction)print("交易哈希值:",transaction_hash)3.模拟篡改交易数据修改交易金额（如amount从10改为100），重新计算哈希值，观察变化。#篡改交易数据modified_transaction=transaction.copy()modified_transaction["amount"]=100#计算篡改后的哈希值modified_hash=calculate_hash(modified_transaction)print("篡改后的交易哈希值:",modified_hash)验证区块链的不可篡改性比较原始哈希和篡改后的哈希，观察是否完全不同。预期结果：即使只修改

amount

一个字段，哈希值也会完全不同。这说明区块链中的数据一旦记录，任何篡改都会导致哈希值变化，从而被系统检测到。实验结论：理解哈希函数的作用：哈希函数（如SHA-256）将任意长度的数据转换为固定长度的唯一哈希值；即使输入数据有微小变化，输出哈希值也会完全不同（雪崩效应）。理解区块链的不可窜改性：区块链中的每个区块都包含前一个区块的哈希值，形成链式结构；如果篡改某个区块的数据，其哈希值会改变，导致后续所有区块失效。实际应用：比特币等加密货币使用类似机制确保交易安全；智能合约的自动执行也依赖于哈希验证。思考：如果攻击者试图篡改区块链数据，需要修改哪些部分才能让篡改后的数据被接受？除了哈希函数，区块链还使用哪些密码学技术来保证安全性？实验三比特币分叉及双花问题的调查与分析实验目的：了解比特币分叉的类型及代表性案例。分析双花问题的原理及比特币的解决方案。实验步骤：分叉调查使用搜索引擎或区块链浏览器，查找比特币的主要分叉币种（如BCH、BSV）。对比分叉原因、技术差异及市场表现。填写下表，如：注明：上表只是例子，可根据实际调研内容丰富表结构和对比维度双花问题研究阅读比特币白皮书第6章，理解双花定义（同一笔UTXO被重复支付）。通过区块链浏览器观察一笔交易从“未确认”到“6次确认”的状态变化，记录确认时间。分析比特币的防护机制：工作量证明（PoW）：攻击者需控制51%算力，成本极高。最长链原则：诚实节点默认选择最长链，使攻击链失效。交易确认数：通常6次确认后视为不可逆。实验结论：总结分叉案例的共性与差异，评价硬分叉对生态的影响。结合双花攻击的模拟案例（如“51%攻击”事件），说明比特币设计的有效性。工具推荐：区块链浏览器：Blockchair、BTC.com学术资源：比特币白皮书、以太坊官方文档注：实验可通过小组协作完成，分角色分工调研，提升效率。实验四数字人民币双离线支付功能测试实验目的：体验数字人民币的双离线支付功能；了解数字人民币通过NFC技术实现设备间的点对点交易；实验步骤：设备准备两部支持NFC的智能手机，均安装最新版“数字人民币（试点版）”App。确保两部手机均已开通数字人民币钱包（软钱包）。开启离线功能在App中进入“钱包管理”，选择“离线支付设置”，开启“允许离线支付”功能。设置单笔离线交易限额（默认通常为500元）。模拟离线环境将两部手机切换至飞行模式，或关闭Wi-Fi和移动数据。发起交易付款方：打开App，点击“碰一碰”或“扫码付”，输入金额（如10元）。收款方：进入“收款”界面，选择“离线收款”。将两部手机的NFC区域靠近（通常为背部上方），等待震动或提示音确认交易完成。验证结果恢复网络连接后，检查双方钱包余额变动及交易记录，确认离线交易已同步至区块链。注意事项：双离线支付仅支持小额交易，大额需在线验证。若交易失败，检查NFC功能是否正常或重启App。实验结论：总结数字人民币双离线支付的流程及特征，及在日常生活场景中应用的优势。实验五数字人民币的智能合约功能在政府补贴发放中的应用实验目的：理解智能合约如何通过条件触发和自动执行实现补贴精准发放。利用“角色扮演+流程图”方法模拟政府、商户、用户三方的交互过程。实验步骤：角色分配（4-5人小组）角色职责说明政府监管员1.审核用户资格；2.部署智能合约规则；3.监控资金流向。用户1.提交身份证明；2.使用补贴消费；3.尝试违规操作（测试限制）。商户1.验证用户补贴可用性；2.完成合规交易或拒绝违规交易。智能合约由1人扮演，根据规则口头宣布是否允许操作（如“发放成功”“消费拒绝”）。交易流程图A[政府设定规则]-->B[用户提交申请]B-->C{智能合约自动审核}C-->|通过|D[发放补贴至用户钱包]C-->|不通过|E[拒绝并通知]D-->F[用户在指定商户消费]F-->G{商户验证补贴有效性}G-->|有效|H[完成交易]G-->|无效|I[拒绝交易]H-->J[资金划转至商户]J-->K[政府端更新余额]L[超期未用]-->M[自动退回国库]角色扮演及交易流程政府设定规则：监管员宣布：“本次教育补贴规则：仅限低收入家庭，500元/月，有效期3个月，仅用于书店和学校。用户申请：用户提交虚拟“身份证号”给监管员，监管员查询模拟名单后宣布：“审核通过”。补贴发放：智能合约角色：“条件满足，向用户A发放500元。”消费验证：用户尝试在“超市”（非指定商户）消费：智能合约：“商户未授权，交易拒绝！”；用户改在“书店”（指定商户）消费200元：智能合约：“条件符合，扣除200元，剩余300元。”超期回收：监管员宣布：“3个月到期，用户A剩余100元未使用。”智能合约：“自动退回至国库。”实验道具卡片：写有“补贴500元”“商户授权书”“已过期”等提示语，增强代入感。表格：记录交易流水，如下：步骤操作智能合约响应结果1用户A申请审核通过发放500元2用户A在超市消费商户未授权交易失败3用户A在书店消费200扣除200，剩余300交易成功4超期未使用剩余100自动退回国库用户余额清零实验结论：智能合约如何防止补贴被挪用？如果用户伪造身份怎么办？学生可以深入理解数字人民币的技术特性和实际应用价值。实验六数字人民币硬钱包和软钱包功能体验对比实验目的：了解数字人民币硬钱包与软钱包的功能区别实验步骤：硬钱包与软钱包开通流程对比智能合约小额支付应用场景场景示例：自动扣费：共享单车骑行结束后，通过智能合约自动按里程扣费，无需手动支付。条件支付：家长给孩子零花钱时，设定“仅可用于教育消费”，若检测到非合规商户则拒绝交易。补贴发放：政府发放消费券时，限制使用期限和商户类型（如仅限超市、餐饮）。实践场景（以美团为例）：在美团App中选择数字人民币支付，开通“智能合约”功能。订购外卖时，选择“延迟付款”合约：确认收货后自动扣款。若订单取消，合约自动终止，无需退款操作。优势分析：透明可信：合约规则公开，避免人为纠纷。高效：减少中间环节（如预授权、人工审核）。可编程性：支持复杂场景（如分期付款、团购拼单）。实验结论：硬钱包更适合特殊群体或高频小额支付，但普及度待提升；软钱包是主流选择。离线支付技术成熟，但需加强用户教育（如防丢设备风险）。智能合约潜力巨大，建议拓展至水电费自动扣缴、保险理赔等场景。优化建议：增加硬钱包的线上管理功能（如余额查询）；优化离线支付的交易额度提示；开放更多智能合约模板供普通用户使用。实验七数字人民币与第三方支付竞合关系模拟实验实验目的：分析数字人民币推广对支付市场的影响及第三方支付的应对策略。实验步骤：实验准备：将学生分为若干小组，小组内部成员进行角色分配，包括数字人民币发行方、第三方支付平台、消费者、商家等；创建虚拟市场环境，包括线上及线下市场；制定交易规则、手续费标准、用户偏好等参数，确保实验具有真实性和可操作性。初始设定：虚拟市场中，数字人民币与支付宝/微信支付共存；设定初始市场条件，包括用户数量、交易量、支付偏好，如年轻群体偏好第三方支付，中老年偏好数字人民币。模拟交易：在模拟市场中均可使用数字人民币支付和第三方支付平台，记录每笔交易的支付方式、金额、手续费等。策略调整：数字人民币支付可以降低手续费或推出优惠活动吸引用户；第三方支付可以优化用户体验或增值服务来保持竞争力；市场可以进行联合营销、共享用户资源等，实现支付体合作与竞争；数据收集：记录交易量、用户转化率、市场份额变化。实验结论：通过实验，评估不同策略的实验结果，以了解不同的竞合关系对市场的影响，学生可深入理解数字货币对金融体系的变革作用及市场动态。实验八NFT数字艺术品发行与交易实验目的：理解NFT（非同质化代币）的基本概念。模拟NFT的生成、发行和交易流程。验证NFT的唯一性与所有权转移。实验工具：Python环境：使用在线编辑器（如Replit）或本地Python。内置库：仅需hashlib和json（用于生成唯一标识）。模拟数据：用字符串表示数字艺术品（如一段文字或链接）实验步骤：生成NFT艺术品用字典模拟一个NFT，包含以下信息:nft_art={"art_id":1,#NFT唯一编号"name":"DigitalSunflower",#艺术品名称"creator":"Alice",#创作者"owner":"Alice",#初始所有者"metadata":"/sunflower.jpg"#艺术品元数据（如图片链接）}计算NFT的唯一哈希值使用哈希函数为NFT生成唯一标识（模拟区块链中的TokenID）：importhashlibimportjsondefcalculate_nft_hash(data):#将NFT信息转为JSON字符串并生成哈希data_str=json.dumps(data,sort_keys=True).encode('utf-8')returnhashlib.sha256(data_str).hexdigest()nft_hash=calculate_nft_hash(nft_art)print("NFT唯一标识（哈希值）:",nft_hash)模拟NFT交易更新所有者字段，模拟NFT从Alice转移到Bob：#复制原始NFT数据并修改所有者new_owner_nft=nft_art.copy()new_owner_nft["owner"]="Bob"#重新计算哈希（所有权变化会导致哈希改变）new_hash=calculate_nft_hash(new_owner_nft)print("交易后的NFT哈希值:",new_hash)验证NFT唯一性修改NFT的元数据，观察哈希变化#篡改元数据modified_nft=nft_art.copy()modified_nft["metadata"]="/fake.jpg"#计算篡改后的哈希modified_hash=calculate_nft_hash(modified_nft)print("篡改后的NFT哈希值:",modified_hash)print("是否与原始哈希相同:",nft_hash==modified_hash)#预期输出False预期结果：每次NFT信息变更（如所有者或元数据）都会生成完全不同的哈希值。实验证明NFT的唯一性和不可篡改性。实验分析：NFT的核心特性：通过哈希值确保每个NFT独一无二，所有权变更通过更新字段并重新验证哈希实现。实际应用：真实NFT在区块链（如以太坊）上通过智能合约管理。本实验省略了区块链网络，仅模拟关键逻辑实验九DeFi借贷平台模拟实验目的：理解DeFi借贷的核心流程（存款、借款、清算）。模拟智能合约如何通过超额抵押和自动清算降低风险。对比传统银行借贷与DeFi的差异实验步骤：角色分配（6-8人小组）角色职责说明存款人（流动性提供者）存入“资金”赚取利息，可随时退出。借款人提供抵押物（如ETH），借出其他资产（如USDC）。清算人监控抵押率，触发并执行清算（低价收购抵押物）。智能合约由1人扮演，执行规则：-计算抵押率-触发利率调整/清算。价格预言机提供模拟的资产价格（如ETH价格波动）。监管员（可选）记录交易流水，确保规则透明。实验道具准备虚拟资产卡片：ETH（抵押物）、USDC（稳定币）、利息凭证。价格牌：预言机实时更新ETH价格（例如初始价：$2000，后续随机变动±10%）。抵押率计算表：公式：抵押率=抵押物价值/借款金额（需>150%否则清算）。借贷流程场景1：正常借贷存款人行动：存入100USDC到“资金池”，获得利息凭证（如年化5%）。借款人行动：抵押1ETH（价值$2000），申请借出1000USDC（抵押率200%）；智能合约：“抵押率合格，放款成功！”利息计算：借款人每日支付利息（如日利率0.01%，1USDC/天）。场景2：价格下跌，触发清算预言机更新价格：ETH价格下跌至$1500。智能合约计算：抵押物价值=1ETH×1500=1500=1500；抵押率=1500/1000=150%（达到清算阈值）。清算人行动：偿还借款人债务（1000USDC），获得抵押物（1ETH，价值1500，赚取差价1500，赚取差价500）。结果：借款人抵押物被没收，债务清零；存款人资金无损（由清算保障）。场景3：利率动态调整若资金池USDC不足，智能合约提高存款利率（如从5%→8%）吸引更多存款人。关键规则（由“智能合约”角色强制执行）超额抵押：借款需抵押物价值>借款金额的150%。清算条件：抵押率≤150%时，任何人可清算。利率算法：资金利用率高→存款利率上升，借款利率上升实验数据记录（示例）步骤操作抵押率智能合约响应1借款人抵押1ETH借1000USDC200%放款成功2ETH价格跌至$1500150%警告：接近清算线3ETH价格跌至$1400140%清算人介入，抵押物拍卖实验结论：风险对比，DeFi清算vs银行坏账处理，哪种更高效？中心化问题：如果预言机报错价格会怎样？实验十DAO治理投票实操实验目的：理解DAO的治理流程（提案→讨论→投票→执行）。体验链上投票的透明性和去中心化特性。分析代币经济对治理权力的影响。实验步骤：角色分配（6-10人小组）角色职责说明提案人提出治理提案（如“拨款1000USDC开发新功能”）。代币持有人根据持币数量投票（每人随机分配代币，模拟权力差异）。智能合约由1人扮演，统计投票结果并自动执行（需提前设定规则）。辩论主持人组织讨论，确保每人发言机会