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區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展
本書分析了國內(nèi)外區(qū)塊鏈理論和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,對目前主流區(qū)塊鏈的架構(gòu)和核心機理進行了闡釋,設(shè)計了一種通用區(qū)塊鏈系統(tǒng),介紹了區(qū)塊鏈在金融、實體經(jīng)濟領(lǐng)域的應(yīng)用狀況,展示了三個典型的區(qū)塊鏈應(yīng)用案例,并探討了區(qū)塊鏈在技術(shù)與監(jiān)管政策方面的發(fā)展趨勢。本書在內(nèi)容闡述上力求簡明扼要、深入淺出、通俗易懂,并注重理論與實踐相結(jié)合、技術(shù)與政策相支撐。本書的目標(biāo)讀者為高等院校管理類、信息類、工程類的本科生、研究生以及企事業(yè)單位的管理、科研、工程技術(shù)等人員。
習(xí)近平總書記在中央政治局第十八次集體學(xué)習(xí)時強調(diào),區(qū)塊鏈技術(shù)的集成應(yīng)用在新的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)變革中起著重要作用。我們要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口,明確主攻方向,加大投入力度,著力攻克一批關(guān)鍵核心技術(shù),加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。黨中央的前瞻判斷,為我國推進區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展指明了方向,也讓“區(qū)塊鏈”走進大眾視野,成為全社會關(guān)注的熱點。 區(qū)塊鏈?zhǔn)钦隙喾N技術(shù)的幾乎不可能被更改的分布式數(shù)據(jù)庫,已經(jīng)歷1.0時代(以數(shù)字貨幣為主要特征)、2.0時代(以智能合約為主要特征),目前正邁向3.0時代(以基于規(guī)則的可信智能社會治理體系為主要特征)。根據(jù)《區(qū)塊鏈白皮書2019》顯示,美國、中國、日本、英國、德國、法國等全球主要國家都在加快研發(fā)與應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)。根據(jù)全球知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)業(yè)科技媒體IPRdaily發(fā)布的“2019年全球區(qū)塊鏈企業(yè)發(fā)明專利排行榜”顯示,入榜的前100個企業(yè)中,中國占比63%,遠(yuǎn)高于占比19%的美國,目前中國區(qū)塊鏈專利申請數(shù)已居全球第一。2018年,我國首張區(qū)塊鏈電子發(fā)票誕生于深圳。未來,區(qū)塊鏈將廣泛應(yīng)用于我國金融、商貿(mào)、流通、民生、能源、環(huán)保、政務(wù)等領(lǐng)域,助力數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展與新型信任體系構(gòu)建。 區(qū)塊鏈行業(yè)目前處于發(fā)展早期,相關(guān)專業(yè)人才存在企業(yè)儲備不足、學(xué)校培養(yǎng)短缺等問題。一方面,區(qū)塊鏈人才市場供不應(yīng)求。據(jù)國際數(shù)據(jù)公司測算,2023年全球區(qū)塊鏈支出金額將達(dá)159億美元,并在2018—2023年的五年預(yù)測期內(nèi)實現(xiàn)年復(fù)合增長率60.2%。然而,智聯(lián)招聘發(fā)布的《2018年區(qū)塊鏈人才供需與發(fā)展研究報告》指出,2018年第二季度的區(qū)塊鏈人才較2017年第三季度增長636.83%,有效人才供給總量僅占需求的7%。另一方面,區(qū)塊鏈人才培養(yǎng)體系不完善。政府相關(guān)部門缺少區(qū)塊鏈人才培養(yǎng)指導(dǎo)性政策,高校和社會培訓(xùn)機構(gòu)等較少開設(shè)具有專業(yè)性和延展性的區(qū)塊鏈專業(yè)課程,行業(yè)缺乏統(tǒng)一的人才技能標(biāo)準(zhǔn)。此外,區(qū)塊鏈行業(yè)缺少復(fù)合型人才,在運營、管理等方面存在人才缺口。同時,區(qū)塊鏈作為一種新興技術(shù),存在一定程度的公眾認(rèn)知不足與行業(yè)發(fā)展疑慮。一方面,由于資本市場區(qū)塊鏈概念股跌宕起伏、不法分子假借區(qū)塊鏈之名進行非法集資和炒作事件等現(xiàn)象頻發(fā),導(dǎo)致社會公眾對區(qū)塊鏈技術(shù)的理解存在偏差。某些職能部門與公眾對區(qū)塊鏈應(yīng)用價值的認(rèn)知較模糊,將區(qū)塊鏈等同于比特幣,短時期內(nèi)難以全面理解和客觀接受區(qū)塊鏈。另一方面,區(qū)塊鏈快速發(fā)展至今,仍未出現(xiàn)具有明顯商業(yè)意義的可大規(guī)模推廣應(yīng)用的成功案例,降低了業(yè)內(nèi)對區(qū)塊鏈持續(xù)發(fā)展的信心。上述問題,都迫切需要推進區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展方面的專業(yè)教材建設(shè),從而服務(wù)于專業(yè)人才培養(yǎng)及知識技能傳播。 湖南工商大學(xué)從2018年起開始探索區(qū)塊鏈技術(shù)在商業(yè)、法律、教育等領(lǐng)域的應(yīng)用,在全國高校中較早成立“區(qū)塊鏈實驗室”,并相繼研發(fā)出“區(qū)塊鏈信息平臺”“區(qū)塊鏈電子合同系統(tǒng)” “區(qū)塊鏈藝考成績管理系統(tǒng)”等一系列代表性成果。特別是,全國政協(xié)委員、湖南工商大學(xué)校長陳曉紅院士在2018年、2019年全國兩會上接連提出關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的提案,引起了全國各層面的廣泛關(guān)注,產(chǎn)生了很大的社會反響。2019年,為響應(yīng)黨中央號召,加快區(qū)塊鏈核心技術(shù)突破,推進區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展,積極推動區(qū)塊鏈和經(jīng)濟社會融合發(fā)展,依托湖南省移動電子商務(wù)2011協(xié)同創(chuàng)新中心、移動商務(wù)智能湖南省重點實驗室、新零售虛擬現(xiàn)實技術(shù)湖南省重點實驗室、生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)與智能決策技術(shù)湖南省工程研究中心、湖南省大數(shù)據(jù)技術(shù)與管理國際科技創(chuàng)新合作基地、大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)研究生培養(yǎng)創(chuàng)新實踐基地六個省級平臺,成立“區(qū)塊鏈技術(shù)研究中心”。2020年,全國政協(xié)在京召開議題為“加強大數(shù)據(jù)時代個人信息保護”的網(wǎng)絡(luò)議政遠(yuǎn)程協(xié)商會,陳曉紅院士在主會場做了發(fā)言,建議利用區(qū)塊鏈實現(xiàn)個人信息所有權(quán)和使用權(quán)的分離,并與中共中央政治局常委、全國政協(xié)主席汪洋作了互動交流。本書正是基于上述條件撰寫而成的。 本書全面系統(tǒng)講解區(qū)塊鏈的理論、技術(shù)、應(yīng)用及未來發(fā)展,突出區(qū)塊鏈技術(shù)和經(jīng)濟社會建設(shè)的深度融合。本書共分10章,第1章到第3章為基礎(chǔ)篇,第1章主要介紹信用機制的發(fā)展、區(qū)塊鏈誕生的背景、區(qū)塊鏈的價值交換機制、區(qū)塊鏈技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和機遇、全球區(qū)塊鏈投融資現(xiàn)狀;第2章主要介紹區(qū)塊鏈的概念、類型、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀;第3章主要介紹區(qū)塊鏈的硬件設(shè)施、底層平臺及解決方案、安全服務(wù)、行業(yè)服務(wù)機構(gòu)。第4章到第5章為技術(shù)篇,第4章主要闡釋區(qū)塊鏈的密碼學(xué)、博弈論、分布式系統(tǒng)、共識算法、智能合約等核心機理;第5章主要闡述區(qū)塊鏈從可編程貨幣時代、智能合約時代到區(qū)塊網(wǎng)時代的架構(gòu)演進過程。第6章到第8章為應(yīng)用篇,第6章主要講述區(qū)塊鏈在供應(yīng)鏈金融、貿(mào)易金融、征信、交易清算、保險、證券等金融領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展情況;第7章主要說明區(qū)塊鏈在供應(yīng)鏈管理、農(nóng)業(yè)、財務(wù)管理、能源行業(yè)、電子政務(wù)等實體經(jīng)濟領(lǐng)域的應(yīng)用探索;第8章主要介紹區(qū)塊鏈的應(yīng)用實驗、博客系統(tǒng)、學(xué)生考試成績管理系統(tǒng)。第9章到第10章為發(fā)展篇,第9章主要介紹區(qū)塊鏈的技術(shù)進展、在公共衛(wèi)生(疫情防控)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展以及國際、中國、其他國家或地區(qū)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進展;第10章主要介紹區(qū)塊鏈監(jiān)管的必要性、壓力、制度和態(tài)勢。 本書的具體撰寫分工如下:陳曉紅院士制訂了本書的大綱,組織整理和撰寫各個章節(jié);任劍、余紹黔兩位教授對全書進行統(tǒng)稿校稿;唐湘博博士參加撰寫第1章;梁偉、易國棟兩位博士參加撰寫第2章;史長發(fā)博士參加撰寫第3章;郭泰彪老師參加撰寫第4、5、9章;楊立博士參加撰寫第6章;楊藝、陳杰兩位博士參加撰寫第7章;曹文治博士、余海航老師參加撰寫第8章;徐雪松博士參加撰寫第10章。在本書撰寫過程中,我們參考了諸多學(xué)者、機構(gòu)的研究成果及應(yīng)用實踐,使得本書能夠比較全面地反映區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用的最新研究及實踐進展。在此,對上述參與人員及相關(guān)學(xué)者、機構(gòu)表示衷心的感謝和誠摯的祝福! 近年來,區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用快速發(fā)展,書中難免有不當(dāng)和疏漏之處,敬請各位讀者不吝賜教。 作者 2020年1月
陳曉紅,中國工程院院士,湖南工商大學(xué)校長,中南大學(xué)商學(xué)院名譽院長,博導(dǎo),全國政協(xié)委員、優(yōu)秀教師,國家自科基金委員會委員,國務(wù)院學(xué)位委員會學(xué)科評議組成員,國家一級重點學(xué)科、自科基金委創(chuàng)新研究群體負(fù)責(zé)人。
第1章緒論2 1.1信用機制的發(fā)展與區(qū)塊鏈的誕生2
1.1.1信用機制的發(fā)展2
1.1.2區(qū)塊鏈的誕生3
1.2從信息交換到價值交換5
1.2.1共享賬本5
1.2.2點對點交易5
1.2.3私密交易5
1.2.4智能交易6
1.3區(qū)塊鏈技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和機遇6
1.3.1區(qū)塊鏈技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)6
1.3.2區(qū)塊鏈技術(shù)面臨的機遇9
1.4全球區(qū)塊鏈投融資分析12
1.4.1主要的投融資領(lǐng)域12
1.4.2不同國家/地區(qū)的投融資差異13
1.4.3不同年度的投融資重點差異14
本章小結(jié)15
習(xí)題15 第2章區(qū)塊鏈理論研究現(xiàn)狀16 2.1區(qū)塊鏈的概念辨析及類型劃分16
2.1.1區(qū)塊鏈的概念辨析16
2.1.2區(qū)塊鏈的類型劃分16
2.2區(qū)塊鏈學(xué)術(shù)研究統(tǒng)計19
2.2.1數(shù)據(jù)來源和研究方法19
2.2.2區(qū)塊鏈研究概況19
2.3國內(nèi)區(qū)塊鏈學(xué)術(shù)研究綜述25
2.4國外區(qū)塊鏈學(xué)術(shù)研究綜述26
2.4.1共識算法關(guān)鍵技術(shù)27
2.4.2智能合約關(guān)鍵技術(shù)29
2.4.3區(qū)塊鏈應(yīng)用研究30
本章小結(jié)37
習(xí)題37 第3章區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀38 3.1引言38
3.2區(qū)塊鏈硬件設(shè)施40
3.2.1硬件設(shè)備40
3.2.2區(qū)塊鏈云算力平臺42
3.3區(qū)塊鏈底層平臺及區(qū)塊鏈解決方案43
3.3.1區(qū)塊鏈底層平臺43
3.3.2區(qū)塊鏈技術(shù)解決方案48
3.4區(qū)塊鏈安全50
3.4.1區(qū)塊鏈面臨的安全問題50
3.4.2區(qū)塊鏈安全服務(wù)52
3.5區(qū)塊鏈行業(yè)服務(wù)機構(gòu)52
3.5.1區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)園及產(chǎn)業(yè)基金52
3.5.2區(qū)塊鏈媒體和社區(qū)54
3.5.3投資機構(gòu)和交易所54
3.5.4行業(yè)組織及研究機構(gòu)56
本章小結(jié)57
習(xí)題57
第2部分技術(shù)篇
第4章區(qū)塊鏈核心機理概論60 4.1區(qū)塊鏈思想與技術(shù)的起源和發(fā)展60
4.2區(qū)塊鏈中的密碼學(xué)63
4.2.1密碼學(xué)簡史和分類63
4.2.2計算復(fù)雜性理論67
4.2.3散列函數(shù)67
4.2.4RSA69
4.2.5橢圓曲線密碼70
4.2.6數(shù)字簽名72
4.2.7默克爾樹73
4.2.8布隆過濾器74
4.3區(qū)塊鏈中的博弈論76
4.4區(qū)塊鏈中的分布式系統(tǒng)77
4.4.1分布式系統(tǒng)的特征和挑戰(zhàn)77
4.4.2分布式系統(tǒng)的經(jīng)典定理85
4.4.3分布式哈希表87
4.5區(qū)塊鏈中的共識算法94
4.5.1共識算法的設(shè)計約束95
4.5.2共識算法的評價體系96
4.5.3典型的共識算法97
4.6區(qū)塊鏈中的智能合約103
4.6.1智能合約103
4.6.2李嘉圖合約104
4.6.3預(yù)言機106
本章小結(jié)112
習(xí)題112 第5章區(qū)塊鏈的架構(gòu)演進113 5.1簡介113
5.2區(qū)塊鏈1.0:可編程貨幣時代113
5.2.1比特幣簡介113
5.2.2比特幣錢包114
5.2.3比特幣密鑰推導(dǎo)115
5.2.4比特幣交易117
5.2.5比特幣網(wǎng)絡(luò)118
5.2.6比特幣的挖礦和共識119
5.2.7比特幣的分叉120
5.3區(qū)塊鏈2.0:智能合約時代121
5.3.1以太坊的理論基礎(chǔ)122
5.3.2以太坊范式122
5.3.3以太坊區(qū)塊鏈狀態(tài)轉(zhuǎn)換123
5.3.4以太坊對象序列化/反序列化方法124
5.3.5以太坊狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)trie125
5.3.6以太坊賬戶132
5.3.7以太坊虛擬機134
5.4區(qū)塊鏈3.0:區(qū)塊網(wǎng)時代135
5.4.1跨鏈概述135
5.4.2公證人機制136
5.4.3中繼/側(cè)鏈138
5.4.4哈希鎖定139
5.4.5分布式私鑰控制142
本章小結(jié)142
習(xí)題144
第3部分應(yīng)用篇
第6章區(qū)塊鏈在金融領(lǐng)域的應(yīng)用144 6.1引言144
6.2區(qū)塊鏈在供應(yīng)鏈金融中的應(yīng)用144
6.2.1利用區(qū)塊鏈技術(shù)解決傳統(tǒng)供應(yīng)鏈金融問題146
6.2.2以區(qū)塊鏈為基礎(chǔ)的供應(yīng)鏈金融147
6.3區(qū)塊鏈在貿(mào)易金融中的應(yīng)用149
6.4區(qū)塊鏈在征信中的應(yīng)用153
6.5區(qū)塊鏈在交易清算中的應(yīng)用155
6.5.1銀行間交易結(jié)算156
6.5.2證券業(yè)交易結(jié)算158
6.6區(qū)塊鏈在保險中的應(yīng)用159
6.7區(qū)塊鏈在證券中的應(yīng)用161
6.7.1區(qū)塊鏈證券的優(yōu)勢162
6.7.2區(qū)塊鏈證券的解決方案162
6.7.3區(qū)塊鏈證券的技術(shù)制約164
本章小結(jié)165
習(xí)題165 第7章區(qū)塊鏈在實體經(jīng)濟領(lǐng)域的應(yīng)用166 7.1區(qū)塊鏈在供應(yīng)鏈管理中的應(yīng)用166
7.1.1采購過程167
7.1.2分銷渠道169
7.1.3生產(chǎn)運作170
7.1.4新產(chǎn)品開發(fā)170
7.2區(qū)塊鏈在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用171
7.2.1支持農(nóng)業(yè)的區(qū)塊鏈技術(shù)171
7.2.2農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈的機遇171
7.2.3智能合約和農(nóng)作物保險171
7.2.4區(qū)塊鏈和土地治理172
7.2.5運輸與農(nóng)業(yè)運輸172
7.3區(qū)塊鏈在財務(wù)管理中的應(yīng)用172
7.4區(qū)塊鏈在能源行業(yè)中的應(yīng)用173
7.4.1能源行業(yè)改革的現(xiàn)實需求173
7.4.2區(qū)塊鏈在能源改革中的優(yōu)勢174
7.4.3區(qū)塊鏈在能源行業(yè)的應(yīng)用174
7.5區(qū)塊鏈在電子政務(wù)中的應(yīng)用176
7.5.1有利于提高政府服務(wù)質(zhì)量177
7.5.2有利于構(gòu)建社會信用體系178
7.5.3有利于推進政府信息公開178
7.5.4有利于整合政府機構(gòu)資源178
7.5.5有利于共享公民信用信息178
本章小結(jié)179
習(xí)題180 第8章區(qū)塊鏈應(yīng)用的實驗及案例181 8.1區(qū)塊鏈應(yīng)用實驗181
8.1.1基于以太坊的區(qū)塊鏈私有鏈搭建181
8.1.2以太坊Geth和MetaMask的使用方法184
8.1.3Solidity基礎(chǔ)及智能合約權(quán)限控制189
8.1.4區(qū)塊鏈文件上傳DAPP192
8.2基于區(qū)塊鏈的博客系統(tǒng)195
8.2.1區(qū)塊鏈DAPP程序架構(gòu)196
8.2.2區(qū)塊鏈博客系統(tǒng)程序架構(gòu)198
8.2.3博客智能合約源碼分析199
8.2.4Web3js庫使用202
8.3學(xué)生考試成績區(qū)塊鏈系統(tǒng)207
8.3.1區(qū)塊鏈系統(tǒng)架構(gòu)207
8.3.2系統(tǒng)后端的區(qū)塊鏈交互208
8.3.3基于隊列服務(wù)的信息上鏈209
本章小結(jié)210
習(xí)題210
第4部分發(fā)展篇
第9章區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展212 9.1引言212
9.2區(qū)塊鏈技術(shù)進展213
9.2.1性能進展213
9.2.2存儲進展214
9.2.3隱私和安全進展214
9.2.4合規(guī)進展215
9.3區(qū)塊鏈技術(shù)在公共衛(wèi)生防疫領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展218
9.3.1區(qū)塊鏈技術(shù)和公共衛(wèi)生218
9.3.2區(qū)塊鏈技術(shù)和疫情防控220
9.4區(qū)塊鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作進展224
9.4.1區(qū)塊鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作現(xiàn)狀224
9.4.2國際區(qū)塊鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進展225
9.4.3中國區(qū)塊鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進展228
9.4.4其他國家或地區(qū)區(qū)塊鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進展232
本章小結(jié)236
習(xí)題236 第10章區(qū)塊鏈監(jiān)管政策發(fā)展237 10.1區(qū)塊鏈監(jiān)管的必要性237
10.1.1保護投資者的需要237
10.1.2維護全行業(yè)合法性的需要237
10.1.3保證高質(zhì)量代幣發(fā)行的需要238
10.2區(qū)塊鏈對監(jiān)管帶來的壓力238
10.2.1虛擬貨幣法律定性的欠缺238
10.2.2區(qū)塊鏈的跨區(qū)域性造成管轄權(quán)沖突239
10.2.3區(qū)塊鏈的去中心化導(dǎo)致責(zé)任主體不明確239
10.2.4區(qū)塊鏈的復(fù)雜性與快速傳播特性使得風(fēng)險管理難度加大240
10.3代表性監(jiān)管制度240
10.3.1監(jiān)管沙箱制度240
10.3.2按項目屬性分類監(jiān)管242
10.3.3行業(yè)準(zhǔn)入資質(zhì)管理242
10.4國外區(qū)塊鏈的監(jiān)管態(tài)勢243
10.4.1美國245
10.4.2歐盟246
10.4.3俄羅斯247
10.4.4馬耳他248
10.4.5新加坡248
10.4.6日本248
10.4.7韓國249
10.4.8澳大利亞250
10.5國內(nèi)區(qū)塊鏈的監(jiān)管態(tài)勢250
10.5.1中國主要區(qū)塊鏈監(jiān)管政策措施250
10.5.2中國式區(qū)塊鏈監(jiān)管原則:“幣鏈分離式”監(jiān)管251
10.5.3中國式區(qū)塊鏈監(jiān)管措施:規(guī)劃引導(dǎo)+財政補貼252
10.5.4中國式區(qū)塊鏈監(jiān)管形態(tài):服從中央+地方競爭253
本章小結(jié)256
習(xí)題257 參考文獻258
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