本书从区块链发展简史、账本模型、网络、共识、合约引擎及应用等多个方面进行系统介绍，希望帮助对区块链有一些初步概念而想深入了解各类区块链平台背后所使用技术的读者，梳理出区块链分层的技术图谱，建立起一个区块链的全局性知识模型。
本书第1章主要介绍区块链技术的前世今生；第2章介绍区块链技术的总体架构；第3~7章分别介绍区块链的账本模型与底层存储、点对点网络的设计与实现、共识原理及常见算法、合约引擎的实现方式、区块链技术应用与生态等。
区块链核心技术兵器谱
火币区块链研究院一线技术专家打造，
新技术新思维
李 林 火币集团董事长
黄铭钧 新加坡国立大学杰出教授，新加坡科学院院士
陈 钟 北京大学教授，中国软件行业协会副理事长
徐 恪 清华大学教授，博士生导师，计算机系副主任
马兆丰 北京邮电大学教授，北邮区块链联合实验室主任
洪学敏 厦门大学教授，博士生导师，信息学院副院长
为什么要写这本书
区块链作为具有革命性意义的新一代信息技术，是各类技术的有机结合体，其涉及内容多、迭代速度快，全面掌握该技术并非易事。
我们在做区块链行业研究与赋能实体的过程中，对现有区块链知识普及有了更深刻的认识：大量从业者以及圈外人士都希望能通过阅读有关区块链的书籍来学习区块链知识，以加深对行业的理解。当前市面上有关区块链技术的书籍比较多，读者往往难以抉择。同时，要想快速、准确地掌握区块链并不容易，我们自己也曾走过很长的区块链学习之路。
我们团队地毯式地阅览并分析了市面上的区块链书籍，梳理下来，目前的区块链书籍主要可分为两类：一类是偏入门级的科普，介绍区块链的概念，简要介绍比特币、以太坊等区块链系统的技术原理，且以原理作为铺垫，更强调区块链技术的应用场景等；另一类面向专业开发人员，基于以太坊、Fabric等平台介绍如何上手搭建网络、如何开发DApp应用、如何编写智能合约等，内容深入到某一个平台的技术开发细节。
而对于想要全面并且深入了解区块链技术知识的读者来说，还缺少系统、图谱性的介绍图书。因此，我们萌生了编写一本全面而深刻介绍区块链各项技术的图书的想法，最终形成了本书。
读者对象
希望系统性、全局性了解当前区块链技术的从业者；
想要学习和实践区块链技术的传统IT从业者；
研究和探索区块链技术的高校与研究机构人士；
其他对区块链技术感兴趣的读者。
如何阅读本书
本书从区块链发展简史、账本模型、网络、共识、合约引擎及应用等多个方面进行系统介绍，希望帮助对区块链有一些初步概念而想深入了解各类区块链平台背后所使用技术的读者，梳理出区块链分层的技术图谱，建立起一个区块链的全局性知识模型。
本书第1章主要介绍区块链技术的前世今生；第2章介绍区块链技术的总体架构；第3～7章分别介绍区块链的账本模型与底层存储、点对点网络的设计与实现、共识原理及常见算法、合约引擎的实现方式、区块链技术应用与生态等。
勘误支持
由于编写时间仓促，同时区块链技术发展日新月异，书中难免存在一些错误和疏漏，恳请广大读者批评指正。读者可发送邮件至huobiresearch@huobi.com来反馈宝贵意见或建议。
致谢
在本书的编写过程中，我们得到了多方的指导、支持与帮助。
首先感谢火币集团董事长、创始人兼CEO 李林先生的鼓励与支持，使我们可以在区块链赋能实体产业以及对区块链进行深入研究的工作之余，有机会将我们对区块链技术的知识积淀转化为系统性的书籍来回馈行业与社会。
感谢黄铭钧、陈钟、徐恪、马兆丰和洪学敏等各位专家学者对本书的支持和肯定，同时，他们专业的意见和建议也让本书更加充实和完善。
感谢机械工业出版社华章分社的李华君老师、李良老师等的指导。正是他们的辛勤付出，本书才得以以专业形式呈现。
尤其感谢一起完成本书的火币研究院的小伙伴们所付出的汗水与心血（排名不分先后）：胡智威、刘洋、马天元、李慧、邓小聪、池温婷。
谨以此书献给热爱区块链行业并为之奋斗的朋友们！
袁煜明
火币中国CEO兼火币区块链研究院院长
IT文化
与其他介绍区块链技术的图书不同，本书并没有局限于某一平台或技术，而是从时间上回顾整合区块链技术的发展历程和动力，从空间上梳理归纳区块链技术的算法原理和设计实现，帮助读者全景式地了解区块链技术脉络。相信无论是对区块链技术感兴趣的圈外读者，还是在行业内奋斗的从业者，均可以从本书中汲取知识，获得灵感。
—— 李林 火币集团董事长、创始人兼CEO
火币区块链研究院《区块链技术进阶指南》的第一章，通过一段一段的故事来分析区块链每次技术爆发的动力和原因。在这些娓娓道来的故事中，我既看到了区块链技术发展的波澜壮阔，又没有错过区块链技术10年发展史中的每一朵小小的浪花。
—— 黄铭钧 新加坡国立大学杰出教授，新加坡科学院院士，国际计算机学会（ACM）会士，
电气电子工程师学会（IEEE）会士
区块链技术综合性强，对从业者的要求较高，需要从业者既了解密码算法、安全协议、网络通信等相关的理论基础，又掌握数据库、虚拟机等底层技术。很多从业者初接触时会感觉相当深奥，无从入手。《区块链技术进阶指南》是一本既通俗又专业的区块链技术书籍，适合作为区块链从业者的入门首选。
—— 陈钟 北京大学教授，博士生导师，中国软件行业协会副理事长，中国计算机学会信息保密专业委员会副主任
Libra引发了全球对区块链的关注和研究，《区块链进阶技术指南》的适时推出顺应了时代的发展，为大众了解区块链提供了很好的入口。文章深入浅出，层次分明，娓娓道来，是了解区块链核心技术的不二选择。
—— 徐恪 清华大学教授，博士生导师，计算机系副主任
区块链技术的进步是行业发展的前提和基础，《区块链技术进阶指南》一书深入浅出地介绍了区块链的核心技术，将吸引更多人关注和了解这一前沿技术，为行业发展助力加油。
—— 马兆丰 北京邮电大学教授，北邮区块链联合实验室主任
《区块链技术进阶指南》这一书名恰如其分。本书的内容衔接了大众科普和学术，不仅深入浅出地梳理了区块链技术原理，同时也列出了原始参考文献，方便技术进阶者开展进一步探究。
—— 洪学敏 厦门大学教授，博士生导师，信息学院副院长
袁煜明 主编：袁煜明，火币中国区块链研究院院长，火币中国CEO，曾任兴业证券研究所所长助理，计算机互联网行业首席分析师。毕业于清华大学自动化系，2016年获得新财富最佳分析师评选计算机行业第2名，2015~2016年获得保险资产管理业分析师评选计算机行业第1名，2015年成为天眼最佳分析师评选业内唯一连续三年五星级分析师。
2009年年初，中本聪实现了比特币系统，到目前已有10年的时间，火币集团也走过了6个年头。在这期间，区块链技术从零开始，正在逐渐融入我们的生活。
常有人问我：区块链的意义是什么？在我看来，区块链提供了让信息互联网转化为价值互联网的契机。在价值互联网的宏观趋势下，过去我们把信息上网，如今我们可以探讨把价值上链；过去我们依靠互联网解决信息不对称问题，如今我们通过区块链探讨解决价值不对称问题。
基于价值互联网的思路，区块链应用正在循序渐进地发展。得益于区块链从业人员的不断努力，区块链从最开始单纯实现点对点的电子现金功能，发展到对供应链金融、票据存证、清结算等传统金融行业的支持，再到现在演化为对各实体行业进行“区块链+”改造赋能的应用探索。
然而，要做好区块链行业应用并不容易。好的区块链应用要综合做好计算机技术、密码学算法、经济模型、产品运营等多维度的复合工作，任何一环薄弱都可能会影响最后成效。因此，行业知识的储备与普及至关重要，而区块链技术无疑是实现所有区块链应用最重要的基础之一。
从技术上看，区块链技术已经从最初以比特币为代表的能完成简单支付的UTXO账本区块链系统，发展到以以太坊为代表的能处理复杂业务的智能合约区块链平台，再发展到目前综合使用分片、分层、跨链、新型共识机制、新型数据结构、可靠加密算法等多种区块链技术的大型复合架构。这对区块链行业从业者即未来新经济模式的引领者提出了更高的要求：必须更深入、更全面地掌握区块链技术体系。
在本书中，煜明带领的火币区块链研究院团队对区块链技术进行了很好的归纳和整合。与其他介绍区块链技术的图书不同，本书并没有局限于某一平台或技术，而是从时间上回顾、整合了区块链技术的发展历程和转变动力，从空间上梳理、归纳了区块链技术的算法原理和设计实现，帮助读者全景式地掌握区块链技术脉络。相信无论是对区块链技术感兴趣的圈外读者，还是已经在行业内奋斗的从业者，均可以从本书中汲取知识，获得灵感。
火币集团是知名的区块链产业企业，已形成全面的全球数字经济产业生态体系。区块链技术的繁荣和火币的使命是相辅相成的。希望本书的出版可以助力世界范围内区块链技术的发展与应用落地，加快区块链技术对实体产业的赋能，让我们离价值互联时代更近一步。
李 林
火币集团董事长、创始人兼CEO
推荐序
前言
第1章 区块链简史1
1.1 区块链的史前时代1
1.1.1 密码朋克社区1
1.1.2 经济危机与比特币诞生前夜4
1.2 公有链的澎湃浪潮6
1.2.1 引言6
1.2.2 中本聪的星星之火6
1.2.3 最早的加密货币和区块链社区8
1.2.4 价值10 000比特币的两个比萨9
1.2.5 “丝绸之路”网站11
1.2.6 比特金，莱特银12
1.2.7 PoS的诞生17
1.2.8 bytemaster、DPoS与去中心化公司19
1.2.9 Vitalik封神，以太坊突进24
1.2.10 匿名币群雄并起33
1.2.11 “黎明女神”EOS以及以太坊的其他“对手”39
1.2.12 比特币扩容之争始末43
1.3 联盟链的汹涌波涛48
1.3.1 引言48
1.3.2 R3联盟：区块链金融应用领域的务实派48
1.3.3 Hyperledger Project：区块链金融应用领域的技术派51
1.3.4 国内知名区块链联盟53
参考资料55
第2章 区块链技术总体架构58
2.1 总体架构58
2.2 密码学技术60
2.2.1 非对称加密60
2.2.2 哈希函数61
2.2.3 数字签名62
2.2.4 隐私保护63
2.3 分布式账本64
2.3.1 账本64
2.3.2 网络64
2.3.3 共识65
2.4 合约66
2.5 应用66
2.5.1 钱包66
2.5.2 DApp67
2.5.3 预言机67
2.5.4 浏览器67
2.6 扩展技术68
2.6.1 Layer 068
2.6.2 Layer 169
2.6.3 Layer 270
第3章 账本72
3.1 账本模型设计72
3.1.1 UTXO模型73
3.1.2 账户模型79
3.2 账本结构设计83
3.2.1 区块链83
3.2.2 区块85
3.2.3 新一代区块典型结构—以太坊87
3.2.4 有向无环图—DAG90
3.3 底层存储的技术实现93
3.3.1 区块链的存储方式93
3.3.2 新一代存储方式—以太坊94
3.3.3 链外扩展存储—IPFS100
参考资料103
第4章 网络105
4.1 P2P网络简介105
4.1.1 什么是P2P网络105
4.1.2 从BT下载看P2P网络105
4.1.3 P2P网络与区块链111
4.2 P2P网络中的重要技术111
4.2.1 分布式哈希表112
4.2.2 Kademlia协议114
4.2.3 NAT与NAT穿越119
4.3 libp2p125
4.3.1 libp2p是什么125
4.3.2 libp2p的设计127
4.3.3 libp2p的组成128
第5章 共识132
5.1 共识与一致性132
5.1.1 一致性133
5.1.2 共识134
5.2 FLP和CAP135
5.2.1 FLP135
5.2.2 CAP135
5.3 区块链中的共识及思路139
5.3.1 BFT共识139
5.3.2 PoX共识139
5.4 PoX类共识140
5.4.1 工作量证明140
5.4.2 权益证明145
5.4.3 其他PoX共识151
5.5 BFT类共识154
5.5.1 针对无拜占庭错误场景进行优化154
5.5.2 针对拜占庭错误场景进行优化160
5.5.3 基于密码学的改进162
5.6 混合类共识163
5.6.1 PoW+BFT164
5.6.2 DPoS+BFT164
5.6.3 Tendermint164
5.6.4 Algorand166
参考资料167
第6章 合约引擎171
6.1 合约设计171
6.1.1 确定性172
6.1.2 可终止性173
6.2 脚本方式175
6.2.1 比特币的分叉币、竞争币175
6.2.2 匿名加密货币175
6.2.3 部分DAG176
6.2.4 扩展方法176
6.3 容器方式176
6.4 虚拟机方式178
6.4.1 改进EVM179
6.4.2 兼容传统指令集180
6.4.3 wasm 方式181
6.5 应用专有链方式182
参考资料183
第7章 应用186
7.1 应用基础设施—钱包186
7.1.1 多角度看钱包186
7.1.2 钱包的技术实现原理189
7.2 应用的外部辅助机制198
7.2.1 预言机Oracle198
7.2.2 链下支付通道203
7.3 DApp应用生态208
7.3.1 主流生态平台现状208
7.3.2 DApp生存挑战211
