区块链原理、设计与应用

本书由超级账本核心设计和开发者撰写，是区块链开发落地专业指南。由浅入深，系统化介绍超级账本Fabric设计精华、应用开发等。全书分为理论篇和实践篇两大部分；第1~3章介绍区块链技术的由来、核心思想及典型的应用场景；第4~5章重点介绍区块链技术中大量出现的分布式系统技术和密码学安全技术；第6~8章介绍区块链领域的三个典型开源项目：比特币、以太坊以及超级账本；第9~11章以超级账本 Fabric 项目为例，具体讲解了安装部署、配置管理，以及使用 Fabric CA 进行证书管理的实践经验；第12章重点剖析超级账本 Fabric 项目的核心架构设计；第13章介绍区块链应用开发的相关技巧和示例；第14章介绍区块链服务平台的设计与开发，并讲解应用超级账本 Cello 项目构建服务平台的相关知识。本书覆盖了区块链和分布式账本领域的最新技术，可帮助读者深入理解区块...

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本书由超级账本核心设计和开发者撰写，是区块链开发落地专业指南。由浅入深，系统化介绍超级账本Fabric设计精华、应用开发等。全书分为理论篇和实践篇两大部分；第1~3章介绍区块链技术的由来、核心思想及典型的应用场景；第4~5章重点介绍区块链技术中大量出现的分布式系统技术和密码学安全技术；第6~8章介绍区块链领域的三个典型开源项目：比特币、以太坊以及超级账本；第9~11章以超级账本 Fabric 项目为例，具体讲解了安装部署、配置管理，以及使用 Fabric CA 进行证书管理的实践经验；第12章重点剖析超级账本 Fabric 项目的核心架构设计；第13章介绍区块链应用开发的相关技巧和示例；第14章介绍区块链服务平台的设计与开发，并讲解应用超级账本 Cello 项目构建服务平台的相关知识。本书覆盖了区块链和分布式账本领域的最新技术，可帮助读者深入理解区块链核心原理和典型设计实现，以及高效地开发基于区块链平台的分布式应用。

杨保华

博士，毕业于清华大学。超级账本（Hyperledger）大中华区技术工作组主席，IBM 大中华区Blockchain技术社区首席顾问，资深研究员。曾主持多个大规模系统平台的架构设计和研发实施，是区块链、云计算、大数据等技术的早期研究者和实践者。他热爱开源技术，曾贡献于OpenStack、OpenDaylight 等开源项目，是超级账本Fabric项目的核心设计和开发者，Cello和Fabric-SDK-Py项目的发起人。个人主页为https://yeasy.github.com。

陈昌

毕业于清华大学。纸贵科技 CTO，曾任 IBM 高级研究员。技术方向包括云计算、区块链、机器学习等。他是区块链技术的早期研究和推动者，是超级账本（Hyperledger）项目的核心开发者。他有丰富的区块链应用实践经验，曾负责金融行业区块链解决方案的架构设计和实...

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杨保华

博士，毕业于清华大学。超级账本（Hyperledger）大中华区技术工作组主席，IBM 大中华区Blockchain技术社区首席顾问，资深研究员。曾主持多个大规模系统平台的架构设计和研发实施，是区块链、云计算、大数据等技术的早期研究者和实践者。他热爱开源技术，曾贡献于OpenStack、OpenDaylight 等开源项目，是超级账本Fabric项目的核心设计和开发者，Cello和Fabric-SDK-Py项目的发起人。个人主页为https://yeasy.github.com。

陈昌

毕业于清华大学。纸贵科技 CTO，曾任 IBM 高级研究员。技术方向包括云计算、区块链、机器学习等。他是区块链技术的早期研究和推动者，是超级账本（Hyperledger）项目的核心开发者。他有丰富的区块链应用实践经验，曾负责金融行业区块链解决方案的架构设计和实施，并主导开发了若干区块链服务平台。

序　言
前　言
理　论　篇
第1章　区块链思想的诞生　2
1.1　从实体货币到数字货币　2
1.2　站在巨人的肩膀上　5
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序　言
前　言
理　论　篇
第1章　区块链思想的诞生　2
1.1　从实体货币到数字货币　2
1.2　站在巨人的肩膀上　5
1.3　了不起的社会学实验　5
1.4　潜在的商业价值　7
1.5　本章小结　8
第2章　核心技术概览　9
2.1　定义与原理　9
2.2　技术的演化与分类　11
2.3　关键问题和挑战　13
2.4　趋势与展望　17
2.5　认识上的误区　19
2.6　本章小结　19
第3章　典型应用场景　20
3.1　应用场景概览　20
3.2　金融服务　22
3.2.1　银行业金融管理　22
3.2.2　证券交易　24
3.2.3　众筹投资　25
3.3　征信和权属管理　26
3.4　资源共享　28
3.5　贸易管理　29
3.6　物联网　30
3.7　其他场景　31
3.8　本章小结　33
第4章　分布式系统核心问题　34
4.1　一致性问题　34
4.1.1　定义与重要性　34
4.1.2　问题与挑战　35
4.1.3　一致性要求　36
4.1.4　带约束的一致性　36
4.2　共识算法　37
4.2.1　问题与挑战　38
4.2.2　常见算法　38
4.2.3　理论界限　38
4.3　FLP 不可能原理　39
4.3.1　定义　39
4.3.2　正确理解　39
4.4　CAP 原理　40
4.4.1　定义　40
4.4.2　应用场景　41
4.5　ACID 原则　41
4.6　Paxos 算法与 Raft 算法　42
4.6.1　Paxos 算法　42
4.6.2　Raft 算法　45
4.7　拜占庭问题与算法　45
4.8　可靠性指标　48
4.8.1　几个 9 的指标　48
4.8.2　两个核心时间　49
4.8.3　提高可靠性　49
4.9　本章小结　49
第5章　密码学与安全技术　50
5.1　Hash 算法与数字摘要　50
5.1.1　Hash定义　50
5.1.2　常见算法　51
5.1.3　性能　51
5.1.4　数字摘要　52
5.1.5　Hash 攻击与防护　52
5.2　加解密算法　52
5.2.1　加解密系统基本组成　53
5.2.2　对称加密算法　53
5.2.3　非对称加密算法　54
5.2.4　选择明文攻击　55
5.2.5　混合加密机制　56
5.2.6　离散对数与 Diffie–Hellman密钥交换协议　57
5.3　消息认证码与数字签名　57
5.3.1　消息认证码　58
5.3.2　数字签名　58
5.3.3　安全性　59
5.4　数字证书　59
5.4.1　X.509 证书规范　60
5.4.2　证书格式　61
5.4.3　证书信任链　62
5.5　PKI 体系　63
5.5.1　PKI 基本组件　63
5.5.2　证书的签发　63
5.5.3　证书的撤销　66
5.6　Merkle树结构　66
5.7　布隆过滤器　67
5.8　同态加密　68
5.9　其他问题　70
5.10　本章小结　71
第6章　比特币——区块链思想诞生的摇篮　72
6.1　比特币项目简介　72
6.1.1　比特币大事记　73
6.1.2　其他数字货币　74
6.2　原理和设计　75
6.2.1　基本交易过程　75
6.2.2　重要概念　76
6.2.3　创新设计　78
6.3　挖矿　80
6.3.1　基本原理　80
6.3.2　挖矿过程　81
6.3.3　如何看待挖矿　81
6.4　共识机制　82
6.4.1　工作量证明　82
6.4.2　权益证明　83
6.5　闪电网络　83
6.6　侧链　85
6.6.1　SPV 证明　85
6.6.2　双向挂钩　86
6.6.3　最新进展　87
6.7　热点问题　87
6.7.1　设计中的权衡　87
6.7.2　分叉　87
6.7.3　交易延展性　88
6.7.4　扩容之争　89
6.7.5　比特币的监管和追踪　90
6.8　相关工具　91
6.9　本章小结　92
第7章　以太坊——挣脱数字货币的枷锁　93
7.1　以太坊项目简介　93
7.1.1　以太坊项目简史　94
7.1.2　主要特点　95
7.2　核心概念　95
7.3　主要设计　97
7.3.1　智能合约相关设计　97
7.3.2　交易模型　97
7.3.3　共识　97
7.3.4　降低攻击　98
7.3.5　提高扩展性　98
7.4　相关工具　98
7.4.1　客户端和开发库　98
7.4.2　以太坊钱包　99
7.4.3　IDE　100
7.4.4　网站资源　100
7.5　安装客户端　100
7.5.1　从 PPA 直接安装　100
7.5.2　从源码编译　101
7.6　使用智能合约　102
7.6.1　搭建测试用区块链　102
7.6.2　创建和编译智能合约　104
7.6.3　部署智能合约　105
7.6.4　调用智能合约　106
7.7　智能合约案例：投票　106
7.7.1　智能合约代码　107
7.7.2　代码解析　109
7.8　本章小结　111
第8章　超级账本——面向企业的分布式账本　112
8.1　超级账本项目简介　112
8.2　社区组织结构　114
8.2.1　基本结构　114
8.2.2　大中华区技术工作组　114
8.3　顶级项目介绍　115
8.3.1　Fabric 项目　116
8.3.2　Sawtooth 项目　117
8.3.3　Iroha 项目　117
8.3.4　Blockchain Explorer 项目　117
8.3.5　Cello 项目　118
8.3.6　Indy 项目　118
8.3.7　Composer 项目　118
8.3.8　Burrow 项目　119
8.4　开发必备工具　119
8.4.1　Linux Foundation ID　119
8.4.2　Jira——任务和进度管理　119
8.4.3　Gerrit——代码仓库和 Review管理　120
8.4.4　RocketChat——在线沟通　121
8.5　贡献代码　121
8.6　本章小结　126
实　践　篇
第9章　超级账本 Fabric 部署和使用　128
9.1　简介　128
9.2　本地编译安装　129
9.2.1　操作系统　130
9.2.2　环境配置　130
9.2.3　获取代码　131
9.2.4　编译安装 fabric-peer 组件　131
9.2.5　编译安装 fabric-orderer 组件　132
9.2.6　编译安装 fabric-ca 组件　133
9.2.7　编译安装辅助工具　133
9.2.8　获取 chaintool　133
9.2.9　安装Go语言相关工具　134
9.2.10　示例配置　134
9.3　使用 Docker 镜像　134
9.3.1　安装 Docker 服务　134
9.3.2　安装 docker-compose　135
9.3.3　获取 Docker 镜像　135
9.3.4　镜像 Dockerfile　138
9.4　启动 Fabric 网络　143
9.4.1　网络拓扑　143
9.4.2　准备相关配置文件　144
9.4.3　启动 Orderer 节点　150
9.4.4　启动 Peer 节点　151
9.4.5　操作网络　152
9.4.6　基于容器方式　156
9.5　链码的概念与使用　157
9.5.1　链码操作命令　158
9.5.2　命令参数　158
9.5.3　安装链码　159
9.5.4　实例化链码　162
9.5.5　调用链码　165
9.5.6　查询链码　167
9.5.7　升级链码　168
9.5.8　打包链码和签名　169
9.6　使用多通道　170
9.6.1　通道操作命令　170
9.6.2　命令选项　171
9.6.3　创建通道　172
9.6.4　加入通道　174
9.6.5　列出所加入的通道　175
9.6.6　获取某区块　176
9.6.7　更新通道配置　177
9.7　SDK 支持　178
9.8　生产环境注意事项　179
9.9　本章小结　181
第10章　超级账本 Fabric 配置管理　182
10.1　简介　182
10.1.1　配置文件　182
10.1.2　配置管理工具　183
10.2　Peer 配置剖析　183
10.2.1　logging部分　184
10.2.2　peer部分　184
10.2.3　vm部分　188
10.2.4　chaincode部分　189
10.2.5　ledger部分　190
10.3　Orderer 配置剖析　191
10.4　cryptogen 生成组织身份配置　194
10.4.1　配置文件　195
10.4.2　子命令和参数　196
10.4.3　生成密钥和证书文件　196
10.4.4　查看配置模板信息　198
10.5　configtxgen 生成通道配置　199
10.5.1　configtx.yaml配置文件　199
10.5.2　命令选项　203
10.5.3　生成Orderer初始区块并进行查看　203
10.5.4　生成新建通道交易文件并进行查看　211
10.5.5　生成锚节点更新交易文件　215
10.6　configtxlator 转换配置　215
10.6.1　RESTful接口　215
10.6.2　解码为Json格式　216
10.6.3　编码为二进制格式　217
10.6.4　计算配置更新量　217
10.6.5　更新通道配置　218
10.7　本章小结　219
第11章　超级账本 Fabric CA 应用与配置　220
11.1　简介　220
11.2　安装服务端和客户端　221
11.2.1　本地编译　221
11.2.2　获取和使用Docker镜像　223
11.2.3　示例Dockerfile　223
11.3　启动 CA 服务　225
11.4　服务端命令剖析　228
11.4.1　全局命令参数　228
11.4.2　init命令　230
11.4.3　start命令　230
11.5　服务端配置文件解析　231
11.6　与服务端进行交互　235
11.7　客户端命令剖析　237
11.7.1　全局命令参数　237
11.7.2　enroll命令　239
11.7.3　getcacert命令　240
11.7.4　reenroll命令　241
11.7.5　register命令　241
11.7.6　revoke命令　242
11.8　客户端配置文件解析　243
11.9　生产环境部署　245
11.10　本章小结　247
第12章　超级账本 Fabric 架构与设计　248
12.1　整体架构概览　248
12.1.1　核心特性　248
12.1.2　整体架构　249
12.1.3　典型工作流程　249
12.2　核心概念与组件　251
12.2.1　网络层相关组件　252
12.2.2　共识相关组件　254
12.2.3　权限管理相关组件　255
12.2.4　业务层相关组件　257
12.3　gRPC 消息协议　262
12.3.1　Envelope消息结构　262
12.3.2　客户端访问Peer节点　263
12.3.3　客户端、Peer节点访问Orderer　265
12.3.4　链码容器和Peer节点之间的操作　265
12.3.5　多个节点之间的操作　266
12.4　权限管理和策略　267
12.4.1　策略应用场景　267
12.4.2　身份证书　268
12.4.3　权限策略的实现　268
12.4.4　通道策略　272
12.4.5　背书策略　273
12.4.6　实例化策略　273
12.5　用户链码　274
12.5.1　基本结构　274
12.5.2　链码与Peer的交互过程　275
12.5.3　链码处理状态机　277
12.6　系统链码　279
12.7　排序服务　281
12.7.1　gRPC服务接口　282
12.7.2　链和账本管理　283
12.7.3　通道配置更新　284
12.7.4　共识插件　286
12.8　本章小结　288
第13章　区块链应用开发　290
13.1　简介　290
13.2　链码的原理、接口与结构　292
13.2.1　Chaincode接口　292
13.2.2　链码结构　293
13.2.3　链码基本工作原理　294
13.3　链码开发 API　295
13.3.1　账本状态交互API　296
13.3.2　交易信息相关API　296
13.3.3　参数读取API　297
13.3.4　其他API　297
13.4　应用开发案例一：转账　298
13.4.1　链码结构　298
13.4.2　Init方法　299
13.4.3　Invoke方法　300
13.5　应用开发案例二：资产权属管理　301
13.5.1　链码结构　301
13.5.2　Invoke方法　303
13.6　应用开发案例三：调用其他链码　312
13.7　应用开发案例四：发送事件　313
13.8　开发最佳实践小结　314
13.9　本章小结　316
第14章　区块链服务平台设计　317
14.1　简介　317
14.1.1　参考架构　318
14.1.2　考量指标　318
14.2　IBM Bluemix 云区块链服务　319
14.3　微软 Azure 云区块链服务　321
14.4　使用超级账本 Cello 搭建区块链服务　324
14.4.1　基本架构和特性　324
14.4.2　环境准备　325
14.4.3　下载Cello源码　325
14.4.4　配置Worker节点　325
14.4.5　配置Master节点　326
14.4.6　使用Cello管理区块链　327
14.4.7　基于Cello进行功能扩展　330
14.5　本章小结　330
附　　录
附录A　术语表　334
附录B　常见问题解答　338
附录C　Golang 开发相关　342
附录D　ProtoBuf 与 gRPC　349
附录E　参考资源　353
· · · · · · (收起)