本书分为五章，每章描述一个独立的区块链案例：第1章描述了一个可信电子证照应用，给出了电子证照的区块链方案设计，分享了我们对以太坊的实践经验，并分析了可信电子证照的商业模式。第2章是区块链技术在电力市场尤其是购售电上的应用，提出了区块链应用于电力市场交易结算的解决方案。第3章是一个企业红包记账系统，给出了系统的业务设计、架构设计、接口设计和实施方案，并分享了我们对Hyperledger Fabric的实践经验。第4章提出了购售电云合同的区块链解决方案，介绍了业务流程和主要功能，并对合同数据的接入及保全方式、区块链+云的存储架构、数据交互智能合约及云端数据安全共享协议等关键技术和方法进行了系统性地阐述。第5章介绍了区块链在供应链管理及供应链金融中的应用背景与应用现状，分析了区块链技术与供应链业务活动的匹配度，并提出了基于区块链的供应链管理解决方案。

远光软件区块链首席科学家/中国电子学会区块链专委会专家撰写，6位业界专家联袂推荐
4个行业，5个案例，从总体设计、业务设计、功能接口设计、架构设计4个维度给出完整的行业解决方案，以及实现方案需要的技术和方法

为什么要写这本书
当我5年前第一次接触区块链时，马上就被它组织自治、群体协作、大众智慧的运作模式吸引住了。于是我整理了一份资料，向我的朋友、同事甚至客户介绍这门新技术。遗憾的是，当他们听我讲完对等网络、默克尔树、非对称加密、共识算法、智能合约这些拗口的专业术语后，仍然搞不清楚区块链可以为他们带来什么好处。直到一次宣讲课后，移动互联部门的同事主动找到我，说他们正在做一款电子证照产品，遇到了数据库壁垒、权限设计、隐私保护的问题，问我有没有可能用区块链来解决。要知道，这正是可以发挥区块链特长的地方！经过和业务人员一周的深入讨论，我们形成了公司第一个区块链应用—可信电子证照的初步方案；在之后的三个月内，我们完成了可信电子证照的产品演示，并获得了首届中国区块链技术创新应用大赛的二等奖。这件事情让我明白，一个成功的区块链应用需要解决的最核心的问题是，区块链对于解决业务痛点是否是必要和可行的。
自从“区块链”大热以来，社会上各类区块链应用层出不穷。一时间，这门新技术似乎成为各行各业的必需品，网络上甚至出现了“区块链马桶”的恶搞段子。从经济角度考虑，一个区块链系统相比于原生系统多出至少7倍的成本，这些多出的成本能为我们带来什么回报？这个回报是不是值得我们付出7倍的成本？我想这是每一个区块链应用在构建之初就需要解答的问题，也是我们在每一个项目开始之前就要分析业务和区块链的匹配度的原因。区块链的根本在于通过技术手段将信息交换和价值交换的信任成本降到最低，这不仅是技术上的创新，更是对生产关系的革新。作为价值互联网的基础设施，区块链最先改变的是金融体系，因为这里信任的代价最大，规则也最容易被写死并合约化。未来，随着共识效率的提升、加密算法的演变、物联网与人工智能的协同发展，区块链将逐步渗透到各行各业，从金融的自我监管过渡到社会的自治。
我所关注的能源互联网是区块链的天然土壤，对区块链有着刚性需求。2016年国家发改委、能源局和工信部共同发布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，提出建立一种互联网与能源生产、传输、存储、消费及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，实现“设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放”等目标。人与人、人与物、物与物、园区与园区之间的能源共享会越来越普遍。也许就在未来5年，你就可以像发红包一样，用App发一个能量块给你的邻居，发一个能量块给你的特斯拉，再发一个能量块给你的扫地机器人；随着机器智能飞速演进，也许你的特斯拉能精准地嗅到商业气息，将它的剩余电力共享给别的特斯拉，为你挣钱！那么，用什么来保障这种能源共享经济里的信任环境呢？用什么让陌生人、物之间不用相互猜忌、也不依赖第三方，遵从一致的游戏规则自由地进行能源交换呢？答案就是运行在区块链上的智能合约。正如陈利浩先生在《区块链与“自由人的联合体”》一文所说，人类的天性是渴望和追求自由，没有任何人愿意被强制管理，而区块链是“自由人的联合体”理想的信息实现形式。
虽然任何变革都不是一步到位的，也许能源公链在目前看来还遥不可及，但是电改9号文标志着电力市场化全面放开，并且一旦开始就将无法回头，只会势不可挡地朝着更加透明、公平、自由的市场化交易模式演变。这种模式对市场成员、交易品种、交易合同都提出了新的要求：市场成员增多、交易品种趋于复杂化、交易规则趋向于定制化，结算压力较传统模式大大增加。这就要求结算系统能够灵活拓展，账目能够在不同主体间保持一致性和实时性。我们目前开发的几个应用都是围绕着电力行业展开的，如电力市场交易结算智能合约、购售电云合同，通过在不同组织之间构建联盟链，达到规则的共享和价值的协同。在未来的分布式商业模式下，公司的边界将被重新定义，取而代之的将是一些去中心化的自治组织和分布式自主运作企业，公司间的竞争将演变为组织与组织间、行业与行业间的竞争。在这个演进的过程中，区块链是协调分布式组织（如供应链）中每个参与者的权利和义务，发挥群体协作和群体智慧的良好解决方案。
本书结合我和我所在团队的项目实践经验，通过5个具体的区块链案例说明区块链技术是如何一步步和实际业务相结合，服务于集团管理、智慧能源和社会互联的。在每一个案例中，都会分析区块链技术和当前业务痛点的匹配程度，梳理国内外的研究进展和应用落地情况，然后给出我们的解决方案。方案一般包括总体设计、业务设计、功能接口设计和架构设计，有的给出了系统交互和实施方案。在每个案例的末尾还提供了我们使用的关键技术和方法，以及部分实现代码和实验结果。希望通过本书，能够帮助读者理解区块链可以用在何处，能够发挥什么作用，以及如何构建一个具体的区块链应用。
读者对象
本书的读者对象包括但不限于：
区块链应用设计者；
区块链应用开发者；
区块链爱好者；
能源互联网关注者；
集团和社会治理者；
使用区块链参与业务应用的公司与集体；
开设相关课程的大专院校师生。
本书特色
与同类书籍比较起来，本书的特色体现在：
（1）笔者及其团队多年区块链实战经验的精华总结；
（2）通过5个具体的区块链案例说明区块链技术如何应用到实际业务中；
（3）侧重实用性，迅速提高读者的实战能力；
（4）缜密的匹配性分析，真正体现区块链价值，不是为了区块链而区块链；
（5）从落地案例和学术层面分析区块链在具体领域的应用情况和研究进展；
（6）介绍实际应用中与区块链相关的技术，如数据上链方式、可信智能电表、能源终端交互方式、小额电费支付方法、云存储与区块链、数据交互智能合约、微服务与区块链、物联网设备与区块链等。
勘误和支持
除封面署名外,参加本书编写工作的还有王超、向智宇、宋斌、张建冬、程晗蕾、吴士泓。由于笔者的水平有限，编写时间仓促，书中难免会出现一些错误或者不准确的地方，恳请读者批评指正。如果你有宝贵意见，也欢迎发送邮件至邮箱lujing@ygsoft.com，期待能够得到你们的真挚反馈。
致谢
首先要感谢“中本聪”先生发明了区块链技术，并开创了区块链的第一个应用—比特币，将这个伟大的、改变世界的技术带入人们的视野。
其次要感谢远光软件股份有限公司为我提供的良好的学习、工作环境和资源，让我组建团队挑战一个又一个区块链项目。感谢董事长陈利浩先生，您对人类理想社会的孜孜追求和对区块链技术的高度认可是指引我前进方向的明灯。
感谢客户对我们的信任，把区块链项目交给我们团队来完成。这些项目实践经验是本书创作的基础。
感谢远光区块链团队的黄昭慈、王超、向智宇、宋斌、张建冬、何畅、李毅、程晗蕾、镇华、何威、龚强、瞿威、何乐、徐银、张志明、孔智、陈娇阳、仝建华、陈磊、万行、任枭、王波、喻攀黎、杨帅、郭超、杨志、杨骥、许文柱、张欣、钟俊、李浩、邓江坤、徐学章、程欢、高诗阳、胡蝶、陈浩罡、杨晓珊、李洪富、谌艺文、邓肯、钟华欣、杨庆、刘亚建、黄越、邱永星、张航，以及给予我支持和帮助的部门和同事们，区块链项目的一个个落地离不开大家的共同努力。感谢黄建元先生、黄笑华先生、李美平先生、向万红先生对本书提出的宝贵意见和建议。
感谢国家留学基金委和滑铁卢大学（University of Waterloo），让我有机会远赴加拿大进行为期一年的访问学习，并在滑大区块链社区（UW Blockchain Club）认识了许多区块链爱好者。我的大部分书稿都是在访学期间整理完成的。
感谢机械工业出版社华章分社的编辑杨福川老师、孙海亮老师，在这一年多的时间中始终支持我的写作，你们的鼓励和帮助引导我顺利地完成全部书稿。
深深感谢我的父母对我生活上的关怀和无微不至的照顾，感谢我的先生对我学术和生活上的帮助，感谢我可爱的女儿给我带来的欢乐，你们的幸福一直是我奋斗的动力。
谨以此书献给区块链的爱好者们，献给所有崇尚自由的灵魂！

鲁　静

计算机\程序设计

鲁 静 （博士、副教授）
远光软件股份有限公司区块链首席科学家，中国电子学会区块链专委会专家委员，曾任远光软件区块链实验室主任、区块链应用事业部总经理。
2014年开始从事区块链技术研究和实践，曾先后主持省厅项目6项，参与“八六三计划”项目、国家自然科学基金项目3项，参与多项电网区块链项目的建设，拥有“区块链电子证照”“区块链电力交易方法”“区块链购售电合同”“可信智能电表”“企业红包私有链”等10余项区块链发明专利、3项软件著作权。
2015年和2019年被国家公派新西兰南方理工学院、加拿大滑铁卢大学访问学习，2018年被评为珠海市高新区高层次人才。目前主持珠海市产业攻关项目“基于区块链技术的可信云服务基础架构研究与应用”、湖北省自然科学基金“区块链技术在教育领域的应用模式研究”，参与中国区块链测评联盟《供应链金融区块链系统技术要求》标准撰写。
出版专著1部，以第一作者身份发表学术论文20余篇，其中SCI收录4篇，EI收录7篇，中文核心期刊收录5篇。

前言
第1章　基于区块链的可信电子证照1
1.1　背景与现状1
1.1.1　电子证照的发展历史1
1.1.2　区块链在电子证件和身份认证领域的国内外发展现状3
1.2　区块链与电子证照的匹配度分析5
1.3　基于区块链的可信电子证照方案设计7
1.3.1　业务设计7
1.3.2　架构设计9
1.3.3　交互设计11
1.4　关键技术及方法16
1.4.1　以太坊的账户体系16
1.4.2　许可链的节点准入机制18
1.4.3　以太坊的共识机制18
1.4.4　以太坊虚拟机与智能合约20
1.4.5　基于区块链的数据安全共享23
1.4.6　搭建及部署以太坊私有链26
1.5　应用与实践33
1.6　商业模式34
1.6.1　市场空间及潜力34
1.6.2　商业模式34
1.6.3　应用前景35
第2章　电力市场交易结算智能合约38
2.1　背景与现状38
2.1.1　目前电力市场交易结算的痛点38
2.1.2　区块链在能源领域的应用现状40
2.1.3　区块链在清结算领域的应用现状43
2.2　区块链与电力交易结算的匹配度分析45
2.3　电力市场交易结算区块链的方案设计47
2.3.1　以电网为结算主体的电力市场私有链48
2.3.2　以电网为结算主体的电力市场联盟链49
2.3.3　售电平台上的零售智能合约49
2.4　业务流程和主要功能50
2.4.1　总体业务流程50
2.4.2　主要功能53
2.5　关键技术及方法54
2.5.1　电力市场交易结算智能合约54
2.5.2　权益证明共识算法及图灵完备计算环境57
2.5.3　并行存储策略与数据上链方法59
2.5.4　可信智能电表60
2.5.5　电网能源终端交互方法62
2.5.6　小额电费离链支付方法66
2.6　结束语69
第3章　企业红包记账系统71
3.1　背景与现状71
3.1.1　企业红包的优势与挑战71
3.1.2　企业级区块链平台的国内外发展现状73
3.2　区块链与企业红包记账系统的匹配度分析84
3.3　企业红包记账系统的方案设计85
3.3.1　业务设计85
3.3.2　架构设计88
3.3.3　接口设计89
3.3.4　实施方案94
3.4　关键技术及方法98
3.4.1　多通道与隐私保护策略98
3.4.2　Hyperledger Fabric的共识机制99
3.4.3　多排序服务设计原则100
3.5　应用与实践100
3.6　结束语102
第4章　基于区块链的购售电云合同103
4.1　背景与现状103
4.1.1　电力体制改革环境下，电力市场对电子合同的需求激增103
4.1.2　电子合同的优势104
4.1.3　目前购售电电子合同的痛点105
4.2　区块链技术与购售电云合同的匹配度分析106
4.3　区块链在合同存证领域的应用案例108
4.3.1　兴业银行基于区块链防伪平台的合同管理系统108
4.3.2　众签电子合同存证联盟链108
4.3.3　法链电子合同存证联盟链109
4.3.4　微众银行基于区块链的仲裁链110
4.3.5　北京互联网法院“天平链”111
4.3.6　基于区块链的存证App—远光存证111
4.4　业务流程和主要功能112
4.4.1　总体业务流程112
4.4.2　主要功能113
4.5　关键技术与方法115
4.5.1　合同数据的接入及保全方式115
4.5.2　基于区块链的分布式云存储架构119
4.5.3　数据交互智能合约122
4.5.4　基于区块链的云端数据安全共享协议128
4.6　结束语131
第5章　基于区块链的供应链管理132
5.1　背景与现状132
5.1.1　供应链管理与区块链132
5.1.2　供应链金融与区块链136
5.2　区块链技术与供应链的匹配度分析141
5.3　区块链在供应链领域的应用案例144
5.3.1　沃尔玛食品供应链144
5.3.2　马士基跨境供应链解决方案145
5.3.3　Everledger钻石认证145
5.3.4　腾讯“微企链”146
5.3.5　京东“债转平台”147
5.3.6　浙商银行“应收款链平台”148
5.3.7　布比“壹诺金融”148
5.4　基于区块链的供应链管理方案设计148
5.4.1　总体设计148
5.4.2　业务设计152
5.4.3　主要功能156
5.4.4　架构设计157
5.5　关键技术及方法160
5.5.1　微服务160
5.5.2　多链164
5.5.3　物联网设备的数据安全与隐私保护166
5.6　结束语169
参考文献170