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DAG區塊鏈技術:原理與實踐
 叢書名稱: 區塊鏈技術叢書
 作  者: 曹源/張(羽中)/丁兆雲/姜新文
 出版單位: 機械工業
 出版日期: 2018.11
 進貨日期: 2019/3/21
 ISBN: 9787111611776
 開  本: 16 開    
 定  價: 593
 售  價: 474
  會 員 價: 435
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編輯推薦:

(1)InterValue 是繼IOTA、ByteBall、XDAG、Hedra Hashgraph等之後的新一代基於DAG技術的專案,技術更先進,效率更高,更安全,作者團隊由InterValue的CEO、CTO和核心成員構成。
(2)技術理論維度,本書系統講解了DAG區塊鏈技術的通信機制、智慧合約、共識機制、密碼學技術和安全技術;工程時間維度,本書深入剖析了目前具有代表性的3個基於DAG技術的區塊鏈專案:IOTA、ByteBall和InterValue。


內容簡介:

本書由區塊鏈4.0明星專案InterValue(也是目前技術更先進的基於DAG的區塊鏈專案)核心團隊撰寫,它從底層原理和工程實踐兩個維度深入淺出地講解和剖析了DAG這一新興的區塊鏈技術,能為基於DAG的技術研發、場景落地、鏈上應用和生態構建提供全方位的指導。
全書共11章,邏輯上分為三個部分:
第一部分(第1~6章) 技術原理篇
首先從宏觀上對區塊鏈及DAG技術做了整體性介紹,然後從微觀上詳細講解了DAG區塊鏈技術的通信機制、共識機制、智慧合約、密碼學技術和安全技術,這部分內容將從理論和技術的角度為讀者打下堅實的基礎。
第二部分(第7~9章) 工程實踐篇
從原理實現和應用開發兩個維度深入剖析了目前具有代表性的3個基於DAG技術的區塊鏈專案:IOTA、ByteBall和InterValue。不僅能讓讀者瞭解這3個專案的核心技術實現細節,而且還能從中學習和借鑒DAG技術的開發方法和技巧。
第三部分(第10~11章) 展望篇
首先介紹了典型的基於DAG技術的區塊鏈應用和DAG區塊鏈技術的應用場景,然後對DAG技術的發展脈絡進行了梳理,*後對DAG技術未來的發展趨勢做了前瞻性的分析和探討。


作者簡介:

曹源(Barton Chao,博士)
區塊鏈技術專家和網路安全專家,從事區塊鏈技術研究與應用近10年,對DAG技術有深入研究,基於DAG技術的明星區塊鏈專案InterValue的創始人兼CEO。
西安電子科技大學區塊鏈應用與評測實驗室副主任、浙江大學電腦學院區塊鏈研究中心特聘研究員、湘江區塊鏈研究院副院長、矩陣數字經濟智庫專家成員。
此外,他還是北京理工大學機電學院特聘研究員、湘潭大學碩士生導師、湖南宸瀚資訊科技有限公司董事長、雜湊奈特(北京)科技股份有限公司董事長、四川宸瀚資訊科技有限公司董事長、浙江物


圖書目錄:

序一
序二
序三
序四
前言
第1章 區塊鏈基礎1
1.1 區塊鏈簡介1
1.1.1 基本概念1
1.1.2 分類3
1.1.3 應用與價值3
1.2 區塊鏈相關技術簡介4
1.2.1 底層通信技術4
1.2.2 共識技術6
1.2.3 智慧合約6
1.2.4 加密與簽名6
1.2.5 匿名保護7
1.3 DAG區塊鏈8
1.3.1 起源8
1.3.2 DAG區塊鏈與單鏈技術的對比8
1.3.3 DAG區塊鏈的優勢與價值9
1.4 本章小結10
第2章 DAG區塊鏈通信機制11
2.1 電腦網路的基本概念和技術11
2.1.1 電腦網路架構11
2.1.2 P2P對等網路19
2.1.3 網路安全技術24
2.2 IOTA通信機制28
2.2.1 網路結構及特性28
2.2.2 遮罩認證消息29
2.2.3 交易隱私保護34
2.3 Byteball通信機制37
2.3.1 Byteball網路結構37
2.3.2 Byteball網路節點通信協定38
2.3.3 Byteball加密通信原理與實現40
2.3.4 Byteball私有不可追蹤的支付41
2.4 InterValue通信機制42
2.4.1 網路結構42
2.4.2 大規模組網方法43
2.4.3 匿名通信機制44
2.4.4 跨鏈通信機制46
2.5 本章小結49
第3章 DAG區塊鏈的共識機制50
3.1 IOTA共識機制50
3.1.1 Tangle確認規則50
3.1.2 輕量化的PoW52
3.1.3 蒙特卡洛瑪律可夫鏈52
3.1.4 雙花問題54
3.2 Byteball共識機制56
3.2.1 單元確認規則56
3.2.2 主鏈57
3.2.3 穩定點擴展 58
3.2.4 雙花問題58
3.3 Hashgraph共識機制59
3.3.1 Gossip協議59
3.3.2 witness選擇60
3.3.3 投票規則62
3.3.4 雙花問題64
第4章 DAG區塊鏈的智能合約65
4.1 Byteball智能合約65
4.1.1 Smart Payments簡介66
4.1.2 Smart Payments原理68
4.1.3 實戰Byteball智慧合約75
4.2 DAG圖靈完備智慧合約探索86
4.2.1 DAG圖靈完備智慧合約的挑戰87
4.2.2 Vite項目90
4.2.3 InterValue項目92
4.3 本章小結94
第5章 DAG區塊鏈中的密碼學技術95
5.1 DAG區塊鏈中的Hash函數95
5.1.1 Hash函數的基本模型95
5.1.2 SHA256密碼演算法97
5.1.3 SHA3計畫勝選Hash函數99
5.1.4 中國商用密碼Hash函數SM3101
5.1.5 Merkle雜湊樹103
5.2 DAG區塊鏈中的非對稱加密機制104
5.2.1 RSA加密演算法104
5.2.2 EIGamal公開金鑰加密演算法107
5.2.3 橢圓曲線公開金鑰加密演算法108
5.3 區塊鏈中的數位簽章機制110
5.3.1 RSA數位簽章110
5.3.2 DSA數位簽章111
5.3.3 ECDSA數位簽章112
5.3.4 EIGamal數位簽章113
5.3.5 SM2數位簽章114
5.3.6 Schnorr數位簽章116
5.3.7 特殊數位簽章117
5.3.8 零知識證明122
5.4 後量公開金鑰密碼體制124
5.4.1 基於Hash函數抗量子密碼124
5.4.2 基於改錯碼抗量子密碼125
5.4.3 多變數密碼125
5.4.4 格密碼126
第6章 DAG區塊鏈安全原理與實踐130
6.1 區塊鏈安全介紹131
6.1.1 背景131
6.1.2 威脅模型132
6.1.3 安全目標132
6.2 資料安全與防護133
6.2.1 交易匿名133
6.2.2 隱私保護133
6.3 演算法安全與分析134
6.3.1 簽名演算法134
6.3.2 共識機制135
6.3.3 智慧合約135
6.4 代碼安全與緩解136
6.4.1 模糊測試137
6.4.2 符號執行137
6.4.3 自動化漏洞挖掘138
6.4.4 攻擊緩解139
6.5 基礎設施安全威脅與防護140
6.6 典型漏洞分析與實踐141
6.6.1 重入漏洞141
6.6.2 存取控制漏洞143
6.6.3 整數溢出漏洞146
6.6.4 底層函數返回值未檢查漏洞148
6.6.5 拒絕服務漏洞149
6.6.6 隨機性不當漏洞150
6.6.7 提前交易漏洞151
6.6.8 時間篡改漏洞152
6.6.9 短地址漏洞153
6.7 區塊鏈生態安全的未來155
6.8 本章小結155
第7章 IOTA詳解156
7.1 IOTA原理分析156
7.1.1 IOTA簡介156
7.1.2 IOTA資料結構157
7.1.3 IOTA系統穩定性分析162
7.1.4 IOTA安全性分析166
7.2 IOTA實戰開發172
7.2.1 IOTA錢包安裝 172
7.2.2 IOTA API176
7.2.3 IOTA私有測試鏈搭建180
7.2.4 第一個簡單小程式184
7.2.5 IOTA應用實例186
第8章 Byteball詳解189
8.1 Byteball原理分析189
8.1.1 Byteball簡介189
8.1.2 Byteball區塊鏈結構190
8.1.3 Byteball位址和腳本192
8.1.4 Byteball網路結構199
8.1.5 Byteball應用方法203
8.2 Byteball實戰開發211
8.2.1 Byteball安裝部署211
8.2.2 Byteball應用實例218
8.3 本章小結220
第9章 InterValue詳解222
9.1 InterValue原理分析222
9.1.1 InterValue簡介222
9.1.2 InterValue數據結構228
9.1.3 InterValue共識機制233
9.1.4 InterValue智慧合約241
9.1.5 InterValue安全機制245
9.1.6 InterValue匿名通信技術250
9.2 InterValue生態圈251
9.2.1 InterValue跨鏈技術和多鏈融合252
9.2.2 全節點適配器多鏈融合253
9.2.3 InterValue跨鏈通信254
9.2.4 InterValue跨鏈資產交換255
9.2.5 InterValue跨鏈資產轉移256
9.3 本章小結256
第10章 DAG區塊鏈與區塊鏈3.0生態259
10.1 DAG區塊鏈鏈上應用259
10.1.1 分散式社交網路應用259
10.1.2 分歧合約應用260
10.1.3 檔存儲網格應用261
10.2 DAG區塊鏈應用場景262
10.2.1 應用場景概述262
10.2.2 實物資產交易確權264
10.2.3 去中心化旅行服務平臺264
10.2.4 資產分紅權利交易區塊鏈266
第11章 DAG區塊鏈展望269
11.1 從1.0到4.0269
11.2 未來展望270


章節試讀:

為什麼要寫這本書
十餘年前,攻讀碩士期間在做P2P應用系統時,分散式的內容分發和檔共用均相對較容易實現,但卻一直為P2P節點的信譽機制和信任體系的建立絞盡腦汁而不可得。博士階段研究方向轉為網路安全,在尋找研究方向時,因長期以來對網路對抗、密碼學的研究有興趣,機緣巧合,在2008年年底恰逢中本聰、哈爾芬尼等人在密碼學郵件組討論比特幣設計並在討論群組裡發佈了比特幣的原始論文,自此,開始了我的區塊鏈研究生涯。
區塊鏈行業近年來發展迅速,作為行業較早的從業者,我一直和行業一起成長,並實際參與了區塊鏈行業,進行了諸多工程實踐。人們基於塊鏈式結構的分散式帳本技術設計了很好的經濟模型,解決了分散式環境下達成一致性之後的節點激勵問題,但現有塊鏈式結構的設計因需要將單筆交易的全部階段作為原子操作來完成,所以先天性難以並行出塊,存在難以提高系統輸送量等問題。人們在如何提高塊鏈式分散式帳本的TPS上做了很多工作,典型的如閃電網路等,但由於塊鏈式資料結構本身的限制,始終難以實現徹底的性能提升。
在數學和電腦科學的諸多領域,圖(網)這種資料結構在解決諸多複雜應用問題時相較於鏈表結構具備先天性的優勢,這在諸多科學問題和實際應用領域中已經得到證明。在區塊鏈或者說分散式帳本技術領域,我認為該規律依然適用。2013年,在bitcointalk.org論壇上關於NXT的討論帖中,就有用戶提出以有向無環圖(Directed Acyclic Graph,DAG)作為區塊鏈的底層資料結構以提高系統整體性能,此時提出的DAG底層依然用區塊,但把區塊的鏈式存儲結構改成DAG存儲,即變成區塊DAG。此時人們的思路還停留在側鏈的思路上,不同類型的交易並行在不同鏈上進行,即DAG和區塊結合使用。但DAG區塊仍受限於出塊速度這個指標,因此2015年人們提出Blockless DAG的概念,此時的DAG把區塊和交易進行了融合,交易發起後沒有產生區塊的階段,而是直接對交易進行全網交易排序。後續人們逐漸在DAG技術路線上進行了探索,出現了IOTA、ByteBall、XDAG、Hedra Hashgraph、InterValue等項目,DAG幾乎在每個維度上都能顯露出比區塊鏈更優的特性,在效率、確定性、避免中心化、能耗等方面尤為明顯,但如何設計安全、高效的基於DAG的共識機制以實現對交易全網排序並確保排序的唯一性和一致性是個技術難點。上述專案在DAG共識機制上做了反覆運算性的探索,尤其是InterValue專案在共識機制設計上,創新性地提出的分層分片的Gossip共識機制HashNet。HashNet有望較好地平衡“不可能三角”,即平衡區塊鏈基礎設施的去中心化、性能和安全性。
由於區塊鏈行業尚處於早期階段,尤其是在技術方向的探索上,諸多專案依然在進行塊鏈式區塊鏈的研究,行業內尚未在能支持大規模分散式應用(DApp)的區塊鏈基礎設施應該走什麼樣的技術路徑這個問題上達成共識,基於我對DAG技術的理解和應用實踐,我認為非常有必要撰寫一本關於DAG技術原理與工程實踐的圖書:首先讓區塊鏈愛好者對DAG這條技術路徑的發展歷程、現狀和趨勢有深度瞭解;其次讓區塊鏈從業者在從事區塊鏈相關研究和開發過程中掌握DAG的技術原理並能夠將該技術用於工程實踐;最後希望能夠將各類區塊鏈行業大規模應用和基礎設施研發團隊的技術路徑引到DAG技術路徑上來,通過各團隊的努力,在實用化區塊鏈基礎設施研發和基於實用化區塊鏈基礎設施構建的用戶量級達到千萬級以上的分散式應用研發上,儘早取得里程碑式的成果,實現現象級區塊鏈基礎設施和現象級區塊鏈應用的落地。
讀者物件
區塊鏈技術愛好者
DAG相關專案的用戶
DAG技術愛好者
DAG專案實際開發者
DAG相關應用開發者
開設區塊鏈相關課程的大專院校的學生
如何閱讀本書
本書可歸納為三大部分。
第一部分為基礎原理(第1章∼第5章),依次對DAG技術原理,包括資料結構、共識機制、智慧合約、密碼學技術進行了介紹,幫助讀者掌握DAG的原理性知識。
第二部分為工程實踐(第6章∼第9章),著重講解DAG技術工程實踐中的三個具有代表性的專案,即IOTA、ByteBall和InterValue,尤其是對InterValue專案進行了詳細介紹,並對DAG技術安全原理和實踐進行了探討。
第三部分為展望(第10章∼第11章),對DAG的生態建設和發展趨勢進行了探討。
希望本書能夠為讀者提供原理性指導和工程實踐參考。
勘誤和支援
除封面署名的作者外,參加本書編寫工作的還有張曉斌、康來、荀長慶、何速、龍軍、張子文、劉曉鋮、徐浩、彭磊、左曉亮、劉星、邢志、陳政、張碩雲、甘衛、文冉、鄧長青等。由於作者的水準有限,編寫時間倉促,書中難免會出現一些錯誤或者不準確的地方,懇請讀者批評指正。書中的全部原始檔案可以從華章網站下載,我會將相應的功能更新並及時發佈出來。如果你有更多的寶貴意見,也歡迎發送郵件至郵箱caoyuan@nudt.edu.cn,期待能夠得到你們的真摯回饋。
致謝
感謝比特幣之父中本聰,他開創了一款影響我整個人生的軟體。
感謝國防科技大學十數年的教育,我在這裡度過了學生生涯並留校任教數年,讓我有幸在我感興趣的技術領域開展研究。
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