本书先从区块链技术本身入手，介绍了区块链的发展历史以及相关技术，包括加密算法、共识算法、智能合约等。然后介绍了区块链国内外平台的建设情况，包括超级账本、星火链、联通链、BSN等。接着介绍了基于区块链的云网链基础设施架构，并分析了在现有的基础设施下，区块链在金融、医疗、能源等多个领域内的应用情况。最后介绍了未来基于区块链的web3.0、元宇宙生态建设。

本书在普及区块链知识的同时也分析了区块链基础设施如何搭建，以及未来的发展趋势，面向的读者既包括想了解区块链技术的普通大众，也包括行业内人士。

区块链是一种全局共享的分布式账本，具有去中心化、高公信力、数据不可篡改、可追溯等特点，将推进未来Web 3.0全新互联网模式的发展，也是元宇宙的信任基础设施。作为构建信任和价值的新型基础设施，区块链技术被认为是数字经济的基石，可广泛应用于金融、物流、医疗、能源、农业、政务、司法存证、供应链管理、数字资产交易等多个领域。区块链的技术领域主要包括区块链的体系结构、安全与隐私保护、共识协议、智能合约、性能优化与跨链互操作等。本书综述性地介绍区块链技术的基本原理、核心技术、架构特点和运行机制，总结了当前区块链基础设施建设的情况，列举了基于区块链基础设施的一些应用案例，探讨了区块链发展的未来。

全书分为9章，第1~4章主要介绍了区块链的概念以及相关技术，第5~8章介绍了区块链基础设施的建设及应用情况，第9章介绍了Web 3.0以及元宇宙的相关概念。第1章对区块链技术进行了介绍，包括区块链技术的发展历程、区块链类型、体系结构以及运行机制，以及比特币、以太坊和Fabric的运行机制。第2章对区块链相关密码学算法进行了介绍，包括哈希算法、非对称加密算法、同态加密与零知识证明以及国密算法。第3章对区块链技术中最重要的共识算法进行了介绍，首先描述了分布式系统中的共识问题，然后介绍了区块链中经典的共识算法，包括应用于非许可链中的工作量证明、权益证明、委托权益证明，以及应用于许可链中的Paxos与Raft算法等，还介绍了近几年的新型共识算法。第4章介绍了区块链的智能合约技术，介绍了智能合约的发展历史、运行机制、应用案例以及应用时面临的挑战。第5章介绍了国内外典型的区块链平台，包括以太坊、EOS等公有链平台，超级账本等联盟链平台，以及国内的“星火·链网”平台。第6章介绍了区块链新型基础设施的建设情况，包括区块链基础设施的组成要素、跨链技术以及区块链基础设施建设中面临的挑战。第7章介绍了区块链基础设施建设的现状、区块链如何赋能传统行业以及基于区块链的创新应用案例。第8章介绍了区块链基础设施建设过程中面临的问题，包括扩容问题、隐私问题、安全问题、法律监管问题。第9章介绍了区块链的未来——Web 3.0与元宇宙，对Web 3.0的发展历史、关键技术以及与元宇宙的关系进行了分析。

本书的主旨是对区块链相关技术和区块链基础设施进行综述性的介绍，总结分析当前区块链技术赋能产业应用发展的现状和面临的挑战，介绍区块链基础设施建设情况，探讨基于区块链基础设施的一些应用及发展前景。读者也可以根据自身需要，选择阅读相关章节。

由于作者水平和视野有限，以及编写时间仓促，加之区块链技术发展迅速，书中难免有疏漏甚至错误之处，恳请读者批评指正。

作者

2022年12月

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第1章区块链简介

1.1区块链的发展历程

1.1.1区块链1.0

1.1.2区块链2.0

1.1.3区块链3.0

1.2区块链的类型

1.2.1公有链

1.2.2私有链

1.2.3联盟链

1.3区块链体系结构

1.3.1区块结构

1.3.2区块链分层体系结构

1.4区块链运行机制

1.4.1比特币运行机制

1.4.2以太坊运行机制

1.4.3Fabric运行机制

本章小结

第2章区块链相关密码学概述

2.1哈希算法

2.1.1哈希函数

2.1.2哈希算法的应用

2.2非对称加密算法

2.2.1对称加密与非对称加密

2.2.2非对称加密在区块链中的应用

2.3同态加密与零知识证明

2.3.1区块链隐私保护需求

2.3.2同态加密原理

2.3.3零知识证明原理

2.4国密算法

2.4.1国密算法发展背景

2.4.2国密算法分类

2.4.3国密算法在区块链中的应用

本章小结

第3章区块链共识技术

3.1一致性与共识机制

3.2拜占庭将军问题

3.3共识算法

3.3.1工作量证明

3.3.2权益证明

3.3.3委托权益证明

3.3.4Paxos与Raft算法

3.4其他新型共识算法

3.4.1其他竞争类共识算法

3.4.2其他选举类共识算法

3.4.3基于DAG共识算法

本章小结

第4章智能合约

4.1智能合约发展历史

4.2智能合约运行机制

4.2.1智能合约的构建

4.2.2智能合约的部署

4.2.3智能合约的运行

4.3智能合约应用案例

4.3.1智能合约在物联网中的应用

4.3.2智能合约在金融中的应用

4.3.3智能合约在医疗中的应用

4.4智能合约应用中面临的挑战

4.4.1安全问题

4.4.2性能问题

4.4.3法律问题

本章小结

第5章区块链平台

5.1区块链平台的特点与性能指标

5.2公有链平台

5.2.1以太坊简介

5.2.2EOS简介

5.3联盟链平台——超级账本

5.3.1Hyperledger

5.3.2Hyperledger Fabric

5.4国内区块链平台——“星火·链网”

5.4.1“星火·链网”概述

5.4.2“星火·链网”体系架构

5.4.3超级节点与骨干节点

5.4.4“星火·链网”建设进展与成效

本章小结

第6章区块链新型基础设施

6.1区块链基础设施概述

6.1.1区块链基础设施属性

6.1.2区块链基础设施特点

6.1.3区块链基础设施提供信任管理

6.2区块链基础设施组成要素

6.2.1垂直维度的区块链基础设施

要素

6.2.2水平维度的区块链基础设施

要素

6.3区块链基础设施中的跨链技术

6.3.1公证人机制

6.3.2侧链/中继链

6.3.3哈希时间锁定

6.4区块链基础设施面临的挑战

6.4.1建设挑战

6.4.2技术挑战

6.4.3应用挑战

6.4.4监管挑战

本章小结

第7章区块链基础设施建设与应用趋势

7.1全球区块链基础设施建设现状

7.1.1国外建设

7.1.2国内建设

7.2区块链赋能传统行业

7.2.1金融

7.2.2医疗

7.2.3能源

7.2.4农业

7.2.5物流

7.2.6政务

7.3区块链创新应用案例

7.3.1去中心化自治组织

7.3.2去中心化应用

本章小结

第8章区块链面临的问题及解决方案

8.1扩容问题

8.1.1区块链系统中的性能问题

8.1.2链上扩容方案

8.1.3链下扩容方案

8.2匿名性与隐私性

8.2.1区块链系统中的隐私问题

8.2.2环签名

8.2.3属性加密

8.2.4安全多方计算

8.3安全问题

8.3.151%攻击

8.3.2日食攻击

8.3.3DDoS攻击

8.4法律监管问题

8.4.1区块链技术标准与规范

8.4.2区块链相关政策

本章小结

第9章区块链的未来——Web 3.0与

元宇宙

9.1Web 3.0

9.1.1Web 3.0的演进

9.1.2Web 3.0与区块链

9.2Web 3.0基础设施

9.2.1去中心化身份

9.2.2分布式存储

9.2.3隐私计算

9.3Web 3.0的价值流通

9.3.1NFT： Web 3.0用户价值的

重要载体

9.3.2DeFi： 帮助Web 3.0价值流通

的金融系统

9.4元宇宙

9.4.1元宇宙的概念

9.4.2元宇宙发展阶段

9.4.3Web 3.0与元宇宙

本章小结

参考文献

《区块链——构建信任和价值的新型基础设施》系统论述区块链的技术原理、区块链基础设施建设现状以及区块链未来的发展，介绍了区块链的体系结构、相关密码学原理、共识算法、智能合约、区块链平台、区块链基础设施建设现状以及面临的问题，最后介绍了区块链发展的未来——Web 3.0与元宇宙。

"马  超  中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所业务发展部副主任，博士，高级工程师，国际电联ITU-T SG20物联网与智慧城市工作组Q3报告人；ISO/IEC JTC1 SC41物联网技术委员会注册专家。参与编写多项国家科技部物联网与智慧城市重点研发计划指南、国家发改委物联网项目指南、国家自然科学基金联合基金项目物联网方向指南；长期负责国家级工业互联网标识、区块链基础设施的建设和运营工作。

罗  松  中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所副所长，教授级高级工程师，主要从事工业互联网政策和技术、物联网基础共性技术标准，区块链基础设施、产业发展等方面的研究，长期主持工业和信息化部、国家发改委等部委关于工业互联网、物联网产业政策制定、重大专项指南编制等工作，获广东省科学技术进步奖一等奖、中国通信标准化协会科学技术奖二等奖。负责国家级工业互联网标识解析基础设施、国家级区块链基础设施“星火?链网”的建设和运营。

杨璧竹 中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所业务主管。前期主要从事物联网标识、物联网开放体系架构研究、物联网基础设施及新型智慧城市顶层设计及运营工作；目前主要负责国家级区块链基础设施“星火?链网”骨干节点建设及公共服务能力建设。

魏翼飞 北京邮电大学电子工程学院副院长、教授、博士研究生导师。加拿大卡尔顿大学联合培养博士，爱尔兰都柏林城市大学博士后，美国休斯顿大学访问学者，爱尔兰DCU高级访问学者。主要研究深度学习、强化学习，以及区块链技术。作为负责人先后主持完成3项国家自然科学基金项目，参与完成3项国家科技重大专项等国家级项目。在国内外学术期刊发表30余篇SCI检索论文，获授权发明专利30余项。

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