区块链：比特币、加密货币及其共识机制入门

《区块链：比特币、加密货币及其共识机制入门》从基本的定义开始，逐渐深入各类相关技术的原理，讲述了区块链及加密货币技术的发展及应用。

《区块链：比特币、加密货币及其共识机制入门》具体结构如下：第1章用一个简单的例子介绍了加密货币；第2章简要介绍了符号和定义；第3章概述了推动比特币发明的密码学历史；第4章讨论了比特币作为现代分布式PoW的加密货币的原型，并强调了区块链和分布式账本技术的基本属性；第5章叙述了以比特币为例的加密货币生态系统的人机交互，并从用户的角度讨论了比特币的可用性、隐私性和安全性；第6章讨论了在分布式容错计算环境中的Nakamoto共识，并强调了对这种新的共识方法建模的发展；第7章介绍了加密货币的未来发展和区块链技术的其他应用。

Aljosha Judmayer 在维也纳技术大学获得了软件工程和互联网计算硕士学位。作为 IT 安全顾问，他在渗透测试方面拥有 5 年以上的经验。目前，他还在奥地利维也纳 SBA 研究所担任 IT 安全研究员，他正在那里攻读加密货币的应用和分布式系统弹性方面的博士学位。他的研究方向包括加密货币技术以及网络和系统安全。

Nicholas Stifter 拥有维也纳技术大学计算机科学管理硕士学位和软件工程学士学位。他目前正在攻读区块链技术和智能合约的安全性和可维护性方面的博士学位，他的研究兴趣包括 Nakamoto 共识、分布式共识协议和分布式系统主题的计算教育。

Katharina Krombholz 是奥地利维也纳 SBA 研究所的博士后安全研究员，也是维也纳技术大学和维也纳应用科学大学 FH 校区的数字取证大学讲师。她以优异的成绩于 2016 年获得博士学位。她的研究方向是可用的安全性、隐私和数字取证。

Edgar Weippl 是奥地利维也纳 SBA 研究所的研究主任和维也纳技术大学的副教授。从维也纳技术大学获得博士学位后，Edgar 在一家研究创业公司工作了两年，然后他在美国威斯康星州伯洛伊特学院担任助理教授一年。2002~2004 年，与软件供应商 ISIS Papyrus合作，在美国纽约和奥尔巴尼以及德国法兰克福担任顾问。2004 年，他加入了维也纳技术大学并与 A Min Tjoa 和 Markus Klemen 一起创立了奥地利维也纳 SBA 研究所。Edgar 是《计算机与安全》（COSE）编辑委员会成员，组织 ARES 会议并担任 SACMAT 2015 主席、Esorics 2015 主席和 ACM CCS 2016 主席。

目录

原书前言

第一章入门 // 1

1.1　加密货币的各个方面 4

1.2　加密货币社团 5

1.3　从加密货币到区块链 6

1.4　模拟石块链 7

1.4.1　石块链的安全模型 11

1.5　本书的结构 14

第二章背景 // 15

2.1　加密货币基础知识 16

2.1.1　加密哈希函数 16

2.1.2　不对称加密 19

2.2　注释，符号和定义 22

第三章　加密货币的历史 // 23

3.1　比特币之前 25

3.1.1　数字现金的早期 25

3.1.2　CYPHERPUNK运动 26

3.1.3　加密货币的发展 27

3.2　比特币 29

第四章　比特币 // 31

4.1　比特币简介 32

4.1.1　加密技术的组成部分 34

4.2　核心数据结构和概念 36

4.2.1　块 37

4.2.2　区块链 39

4.2.3　地址 42

4.2.4　交易 43

4.3　共识管理 49

4.3.1　工作量证明的基本思想 50

4.3.2　工作量证明概述 52

4.3.3　比特币中的工作量证明 56

4.3.4　挖矿 62

4.3.5　区块链分叉 65

4.3.6　双重支出 68

4.3.7　双重支出成功概率 72

4.4　网络和通信管理 74

4.4.1　播种和连接 75

4.4.2　网络结构和覆盖网络 77

4.5　数字资产管理 78

4.6　代币 79

4.6.1　域名币和合并挖矿 79

4.6.2　其他例子 83

第五章　货币管理工具 // 85

5.1　 CMTS的历史和分类 87

5.2　隐喻 90

5.3　可用性 91

5.3.1　比特币管理策略和工具 92

5.3.2　匿名 96

5.3.3　可用性的认知 97

5.4　用户安全性体验 98

5.5　加密货币使用场景 101

第六章　Nakamoto共识 // 103

6.1　比特币可以解决的问题 104

6.1.1　可信第三方 105

6.1.2　分布式系统中的信任 106

6.1.3　　分散信任 107

6.2　分布式系统中的共识和容错 109

6.2.1　共识 110

6.2.2　系统模型及其影响 115

6.2.3　拜占庭容错 123

6.2.4　随机共识协议 134

6.3　走进NAKAMOTO（中本聪）共识 141

6.3.1　NAKAMOTO共识定义 144

第七章　结论和公开挑战 // 153

7.1　结论 160

原书前言

加密货币和共识分类账的新领域，通常被称为区块链，该领域现在越来越多的受到各种不同社团的关注。这些社团非常多样化，其中包括：技术爱好者、活动家团体、各学科的研究人员、初创企业、大型企业、公共机构、银行、金融监管机构、商人、投资者以及犯罪分子。科学界对新兴且发展迅速的加密货币和共识分类账这一领域的适应相对缓慢。这就是为什么在很长一段时间内唯一可用的资源是比特币源代码、博客和论坛帖子、邮件列表及其他在线出版物。引起这种炒作的原始比特币论文在没有任何同行评审的情况下也在网上发布了。遵循比特币论文最初的出版精神，该领域的许多创新都来自社团本身，它们以在线出版和在线对话的形式，而不是以已建立的有同行评审的科学出版物的形式。一方面，这种快速自由软件开发的精神，加上加密货币的业务方面，以及当今以市场为中心的行业的利益，产生了大量的出版物、白皮书和样刊。另一方面，这导致了系统化的缺陷以及对这个新领域的理论理解与实践之间的差距。

《区块链：比特币、加密货币及其共识机制入门》旨在进一步缩小这一差距，并从技术角度对这一广泛领域进行结构良好的概述。现代加密货币和共识分类账的原型是比特币及其基本的Nakamoto（中本聪）共识。因此，我们非常详细地描述了该协议的内部工作原理，并讨论了它与其他派生系统的关系。

译者序

自 2008 年比特币作为去中心化的加密货币原型引入以来，加密货币技术领域的人气迅速提高。比特币、加密货币技术、区块链等词几乎家喻户晓。比特币是第一个去中心化的加密货币，其底层技术就是区块链技术。加密货币属于数字货币的一种，它以去中心化的共识机制为基础，使用密码学原理来确保交易安全、控制交易单位。区块链最初用于指代不可变分类账本中的交易汇总和协议，现在它被用作各种加密货币技术的总称。区块链以密码学为基础，通过去中心化的方式集体维护一个可靠数据库。区块链技术已经逐渐应用于各行各业，例如数字货币、金融证券、资产管理、交易支付等领域。

本书从最基本的定义开始，逐渐深入各类相关技术的原理，最后讲述了区块链及加密货币技术的发展及应用。本书具体结构如下：第 1 章用一个简单的例子介绍了加密货币；第 2 章简要介绍了符号和定义；第 3 章概述了推动比特币发明的密码学历史；第 4 章讨论了比特币作为现代分布式 PoW 的加密货币的原型，并强调了区块链和分布式账本技术的基本属性；第 5 章叙述了以比特币为例的加密货币生态系统的人机交互，并从用户的角度讨论了比特币的可用性、隐私性和安全性；第 6 章讨论了在分布式容错计算环境中的 Nakamoto 共识，并强调了对这种新的共识方法建模的发展；第7章介绍了加密货币的未来发展和区块链技术的其他应用。

本书适用于区块链及加密货币技术入门、相关课程的教学以及该领域研究学者借鉴参考。感谢李皎博士对全书的审阅及指正。本书的出版得益于机械工业出版社顾谦老师的推荐与支持，在此特致感谢。由于水平有限，本书可能会有翻译不当之处，请各位读者批评指正。

魏珺洁谨识　　

2019 年 1 月