《DAG区块链技术-原理与实践》_曹源

所需积分/C币:40 2019-04-24 12:58:59 160.61MB PDF

本书由区块链4.0明星项目InterValue(也是目前技术更先进的基于DAG的区块链项目)核心团队撰写,它从底层原理和工程实践两个维度深入浅出地讲解和剖析了DAG这一新兴的区块链技术,能为基于DAG的技术研发、场景落地、链上应用和生态构建提供全方位的指导。全书共11章,逻辑上分为三个部分:第一部分(第1~6章)技术原理篇。首先从宏观上对区块链及DAG技术做了整体性介绍,然后从微观上详细讲解了DAG区块链技术的通信机制、共识机制、智能合约、密码学技术和安全技术,这部分内容将从理论和技术的角度为读者打下坚实的基础。第二部分(第7~9章)工程实践篇。从原理实现和应用开发两个维度深入剖析了目前具有代
XVII 25本章小结…… 5.1.1Hash函数的基本模型 95 5..2SHA256密码算法… 第3章DAG区块链的共识机制…50 51.3SHA3计划胜选Hash函数 3.1IOTA共识机制 50 5.1.4中国商用密码Hash函数SM3…101 3.1.1 Tangle确认规则 5..5 Merkle哈希树………………103 3.1.2轻量化的PoW 5252DAG区块链中的非对称加密机制…104 3.1.3蒙特卡洛马尔可夫链……52 52.1RSA加密算法 …104 3.1.4双花问题 ………54 52.2 EIGamal公钥加密算法 107 32 Bytebal共识机制… 56 5.2.3椭圆曲线公钥加密算法………108 3.2.1单元确认规则…… ……56 5.3区块链中的数字签名机制 110 3.2,2主链… 5 53.1RSA数字签名……110 3.2.3稳定点扩展 58 53.2DSA数字签名… l11 3.24双花问题… 53.3 ECDSA数字签名………112 3.3 Hashgraph共识机制… 534 EIGama数字签名… 113 3.3.1 Gossip协议 53.5SM2数字签名……………114 3.3.2 witness选择… 53.6 Schnorr数字签名 116 3.3.3投票规则 62 5.3.7特殊数字签名 117 3.34双花问题 64 53.8零知识证明 第4章DAG区块链的智能合约…6554后量公钥密码体制 ………124 41 Bytebal智能合约… 54.1基于Hash函数抗量子密码……124 41.1 Smart Payments简介 66 54.2基于纠错码抗量子密码 …125 412 Smart Payments原理 54.3多变量密码 125 4.1.3实战 Bytebal智能合约 75 544格密码… 4.2DAG图灵完备智能合约探索 4.2.1DAG图灵完备智能合约的挑战…87第6章DAG区块链安全原理与 实践 130 4.2.2Vite项目…99 4.2.3 Inter Value项目………926.1区块链安全介绍 131 43本章小结… 61.1背景… …131 6.1.2威胁模型 第5章DAG区块链中的密码学技术…95 6.13安全目标 132 5lDAG区块链中的Hash函数 9562数据安全与防护 133 XVIll 62.1交易匿名……… ……133 7.2IOTA实战开发 6.2.2隐私保护 133 7.2.1IOTA钱包安装 63算法安全与分析…………134 7.2.2 IOTA API………………176 63.1签名算法… 134 7.2.3IOTA私有测试链搭建 180 63.2共识机制…………………135 7.24第一个简单小程序 184 633智能合约……… 135 7.2.5IOTA应用实例……………186 64代码安全与缓解 136 64.1模糊测试…… 137 第8章 Byteball 1详解 189 642符号执行… 1378.1 Byteball原理分析………189 643自动化漏洞挖掘…………138 8.1.1 Byteball i简介… …189 644攻击缓解 8.1.2 Bytebal区块链结构 …190 6.5基础设施安全威胁与防护 140 8.1.3 Byteball地址和脚本 ……192 6.6典型漏洞分析与实践 8.14 Byteball I网络结构…… 199 6.6.1重入漏洞 8.1.5 Byteball I应用方法…… 6.6.2访问控制漏洞… 1438.2 Byteball实战开发……………21 6.6.3整数溢出漏洞 ………146 8.2.1 Bytebal安装部署 2l1 6.64底层函数返回值未检查漏洞…148 822 Bytebal应用实例… 6.6.5拒绝服务漏洞 14983本章小结 …220 6.6.6随机性不当漏洞 6.6.7提前交易漏洞…… 51第9章 Inter value详解 222 6.6.8时间篡改漏洞…… 152 9. Inter Value原理分析 222 6.6.9短地址漏洞 ……153 9.1.1 Inter value简介… 222 67区块链生态安全的未来………155 9.1.2 Inter value数据结构 228 68本章小结 9.1.3 Inter value共识机制… 233 9.14 Inter value智能合约 …241 第7章IOTA详解 ……156 9.1.5 Inter Value安全机制… 245 7.1IOTA原理分析 156 9.1.6 Inter Value匿名通信技术………250 7.1.1IOTA简介 156 9.2 Inter value生态圈 251 7.1.2IOTA数据结构 …157 9.2.1 Inter Value跨链技术和多链 7.1.3IOTA系统稳定性分析……162 融合 …………252 7.14IOTA安全性分析…… 166 9.22全节点适配器多链融合 版权所有,严禁以任何方式传播本PDF,违者自负法律责任 92.3 Inter Value跨链通信 254 10.1.3文件存储网格应用………261 9.24 Inter value跨链资产交换……25510.2DAG区块链应用场景………262 92.5 Inter value跨链资产转移……256 10.2.1应用场景概述 ………262 93本章小结 …256 10.2.2实物资产交易确权 264 10.2.3去中心化旅行服务平台 264 第10章DAG区块链与区块链3.0 10.24资产分红权利交易区块链……266 生态 59 10.1DAG区块链链上应用……259 第11章DAG区块链展望 ………………269 10.1.1分布式社交网络应用 …259 11.1从1.0到4.0 ……………269 10.1.2分歧合约应用 260 112未来展望… 270 版权所有,严禁以任何方式传播本PDF,违者自负法律责任 第1章Ce 区块链基础 互联网给整个社会带来了颠覆式的影响,是电气时代后最伟大的创新技术之一。每一轮 新技术都会推动生产力的发展和社会经济的进步,并在这种进步的过程中逐渐蜕化和演进。 随着互联网技术在社会各方面渗透应用的极致深化,互联网红利逐渐消失,而区块链有望带 动新一轮行业革新和创新应用。达沃斯论坛创始人克劳斯施瓦布认为,区块链作为继蒸汽机 电气化、计算机之后第四次工业革命的重要成果,预计到2025年之前,全球GDP总量的 10%将利用区块链技术储存。因此,区块链是继互联网之后的一项革命性的创新技术,它将 改变人类社会价值的传递方式,重塑组织形态,促进资源重新整合,改变行业运行逻辑。 本章将介绍区块链的基础概念,主要包括区块链的定义与相关概念,分类、应用价值, 以及相关技术简介。 1.1区块链简介 区块链技术作为一种使数据库安全而不需要行政机构授信的解决方案首先被应用于比特 币。中本聪( Satoshi Nakamoto)在2008年于《比特币白皮书》中提出“区块链”概念,并 在2009年创立了比特币社会网络,开发出第一个区块。 1.1.1基本概念 1.区块链 关于区块链的概念目前还没有一个共同的认识,维基百科给出的解释为:区块链是用于 非卖品,仅供非商业用途或交流学习使用 版权所有,严禁以任何方式传播本PDF,违者自负法律责任 2今DAG区块链技术:原理与实践 分布式数据库识别、传播和记载信息的智能化对等网络,也称为价值互联网。 从本质上讲,区块链技术是一种使用去中心化共识机制去维护一个完整的、分布式 的、不可篡改的账本数据库的技术,它能够让区块链中的参与者在无需建立信任关系的 前提下实现一个统一的账本系统。区块是公共账本,多点维护;链是盖上时间戳,不可 伪造。 区块链本质上是一个注重安全和可信度胜过效率的一项技术。目前所有的系统背后 都有一个数据库,也就是一个大账本。那么谁来记这个账本就变得很重要。现在就是谁的 系统谁来记账,各个银行的账本就是各个银行在记,支付宝的账本就是阿里巴巴在记。但 在区块链系统中,系统中每个人都有机会参与记账。在一定时间段内如果有新的交易数据 变化,系统会评判这段时间内记账最快最好的人,将其记录的内容写到账本,并将这段时 间内账本内容发给系统内的其他人进行备份。这样系统中的每个人都有一本完整的账本。 因此,这些数据就会变得非常安全。篡改者需要同时修改超过半数的系统节点数据才能 真正地篡改数据。这种篡改的代价极高,几乎不可能发生。例如,比特币运行已经超过 9年,全球无数的黑客尝试攻击比特币,但是至今为止没有出现过交易错误,可以认为 比特币区块链是一个非常安全可靠的系统。因此可以认为,区块链技术就是一个全民参 与记账的方式,它将带来的是记账方式的革新。 2.哈希函数 哈希函数是可以将原始数据编码为特定长度的、由数字和字母组成的字符串。哈希函数 有着很多适合存储区块链数据的优点:1)哈希函数处理过的数据是单向性的,通过处理过 的输出值几乎不可能计算出原始的输入值;2)哈希函数处理不同长度的数据所耗费的时间 是一致的,输出值也是定长的;3)哈希函数的输入值即使只相差一个字节,输出值的结果 也会迥然不同。 3.P2P网络 P2P是英文Peer-to-Peer的缩写,称为“对等网”或“点对点”技术。IBM为P2P下了 如下定义:“P2P系统由若干互联协作的计算机构成,且至少具有如下特征之一的系统依存 于边缘化(非中央式服务器)设备的主动协作,每个成员直接从其他成员而不是从服务器的 参与中受益;系统中成员同时扮演服务器与客户端的角色;系统应用的用户能够意识到彼此 的存在,构成一个虚拟或实际的群体。”而 Intel将P2P技术定义为“通过系统间的直接交换 达成计算机资源与信息的共享”。 在P2P系统中,每一个Per都是平等的参与者,扮演着服务使用者和服务提供者两个 角色。资源的所有权和控制权被分散到网络的每一个节点中。简单来说,P2P技术是一种用 非卖品,仅供非商业用途或交流学习使用 版权所有,严禁以任何方式传播本PDF,违者自负法律责任 第1章区块链基础 于不同用户之间,通过计算机网络“直接”交换数据或者共享服务的技术。它允许每个人直 接连接到另外一台计算机上交换文件,而不再登录到服务器下载文件。 11.2分类 按开放对象范围的不同,区块链可以分为以下三类。 (1)公有区块链(简称公链) 公有区块链:世界上任何个体或者团体都可以发送交易,且交易能够获得该区块链的有 效确认,任何人都可以参与其共识过程。公有区块链是最早且当前应用最广泛的区块链。公 链特征是访问门槛低,任何人都可以自由加入和退出;可以保护使用其开放程序的用户,参 与者身份隐藏但所有数据默认公开。公链的应用包括比特币、以太坊、超级账本、大多数山 寨币以及智能合约,公链的始祖是比特币,其应用已经工业化 (2)联盟/行业区块链(简称联盟链) 联盟区块链又称行业区块链:由某个群体内部指定多个预选的节点为记账人,每个块的 生成由所有的预选节点共同决定(预选节点参与共识过程),其他接入节点可以参与交易,但 不过问记账过程,其他任何人可以通过该区块链开放的APⅠ进行限定查询。联盟链需通过授 权才能加入和退出。 (3)私有区块链(简称私链) 私有区块链:仅仅使用区块链的总账技术进行记账,公司或个人独享该区块链的写入权 限。私链特征是交易速度快、数据不会公开地被拥有网络连接的人获得、交易成本大幅降低 甚至为零。目前传统金融巨头都在尝试私有区块链,私链应用产品还在摸索当中。 1.1.3应用与价值 区块链作为一种创新技术,颠覆了商业逻辑和运行规则。区块链分布式账本技术和共 识机制,构建了低成本的互信机制,建立了“去中心化”的交易体系,实现了价值的直接 传递。这有助于很多行业提高运营效率、实现业务场景的创新。比如在金融领域,区块链 技术不仅可以为支付、数字资产交易、智能合约保险等新兴金融商业模式提供底层技术支 撑,同时,借助区块链构建低成本的生态信任体系,可大大降低金融交易成本,提高金融 运行效率。 (1)区块链1.0时代 1.0时代是以比特币为代表的数字货币应用,数字货币的价值由用户协商而得。其应用 场景包括支付、流通等货币职能,比特币是区块链1.0的典型应用。中本聪在2008年11月 发表了著名论文《比特币:点对点的电子现金系统》,该文提出了一种完全通过点对点技术 非卖品,仅供非商业用途或交流学习使用 版权所有,严禁以任何方式传播本PDF,违者自负法律责任 4÷DAG区块链技术:原理与实践 实现的电子现金系统,它基于密码学原理而不基于信用,使得在线支付能够直接由一方发起 并支付给另外一方,中间不需要通过任何的金融机构。 紧接着在2009年一月,他使用自己写出的第一版的软件挖掘出了创始区块,其包含 着一句不可被修改的语句:“ The Times03/an/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks(2009年1月3日,财政大臣正站在第二轮救助银行业的边缘)”,正式开启了比特币 乃至区块链的时代。 (2)区块链2.0时代 20时代是数字货币与智能合约相结合,对金融领域更广泛的场景和流程进行优化的应 用。区块链2.0在数字货币的基础上加入了智能合约功能,智能合约算法可以利用程序算法 代替人执行合同,通过转让来创建不同资产单元的价值,使区块链从货币体系扩展到股权、 债券乃至金融合约的交易和执行等。区块链2.0在货币市场去中心化后,对整体市场完成了 去中心化,区块链技术的去中心化账本功能可以被用来注册、确认、转移各种不同类型的资 产及合约。所有的金融交易都可以被改造成在区块链上使用,包括股票、私募股权、众筹、 债券、对冲基金和所有类型的金融衍生品如期货、期权等。 (3)区块链3.0时代 3.0时代是超越货币和金融范围的泛行业去中心化应用,特别是在医疗、政府、科 学、文化和艺术等领域的应用。3.0时代的区块链将彻底超越金融领域的应用,向社会生 活各方面扩展,延伸到包括医疗、身份认证、公证、仲裁、审计、邮件、签证等社会治理 领域。 1.2区块链相关技术简介 1.2.1底层通信技术 区块链底层通信一般采用P2P通信。P2P技术使得网络上的沟通变得很容易、很直 接,并且把对中间服务器的依赖减少到最小。P2P技术改变了“内容”所在的位置,使其从 “中心”走向“边缘”。也就是说它改变了互联网现在以集中式的网站为中心的状态,资源不 保存在服务器上,而保存在所有用户的PC机上。P2P技术使得其不再是被动的客户端,而 成为具有服务器和客户端双重特征的设备。 P2P不是一项全新的技术,而是一个新的概念和应用。TCP/IP是现代互联网整体架构 的基础,但在TCPP中并没有客户端和服务器的概念,所有的设备都是通信中平等的一端。 禁网络传播本PDF,违者责任自负! 非卖品,仅供非商业用途或交流学习使用 版权所有,严禁以任何方式传播本PDF,违者自负法律责任 第1章区块链基础◆5 只是由于网络带宽及计算机处理能力等的限制,才使得我们在沟通中出现了很多的中间环 节,例如电子邮件系统中必须存在邮件服务器。现在,廉价的计算能力、网络通信能力、PC 的存储能力强有力地推动了技术的迅速发展。 P2P技术有如下的特点。 非中心化:网络中的资源和服务分散在所有节点上,信息的传输和服务的实现都直接在 节点之间进行,无需中间环节和服务器的介入,避免了可能的瓶颈。P2P非中心化的基本特 点,带来了其在可扩展性、健壮性等方面的优势。 可扩展性:在P2P网络中,随着用户的加入,不仅服务的需求增加了,系统整体的资源 和服务能力也在同步地扩充,始终能比较容易地满足用户的需要。理论上其可扩展性几乎可 以认为是无限的。例如,在传统的通过FTP的文件下载方式中,当下载用户增加之后,下载 速度会变得越来越慢,然而P2P网络却正好相反,加入的用户越多,P2P网络中提供的资源 就越多,下载的速度反而越快。 健壮性:P2P架构天生具有耐攻击、高容错的优点。P2P网络通常都是以自组织的方式 建立起来的,并允许节点自由地加入和离开。P2P网络一般在部分节点失效时能够自动调整 整体拓扑,保持其他节点的连通性。 高性价比:性能优势是P2P被广泛关注的一个重要原因。随着硬件技术的发展,个人计 算机的计算和存储能力以及网络带宽等性能依照摩尔定理高速增长。采用P2P架构可以有效 地利用互联网中散布的大量普通节点,将计算任务或存储资料分布到所有节点上。利用其中 闲置的计算能力或存储空间,达到高性能计算和海量存储的目的。目前,P2P在这方面的应 用多在学术研究方面,一旦技术成熟,能够在工业领域推广,则可以为许多企业节省购买大 型服务器的成本。 隐私保护:在P2P网络中,由于信息的传输分散在各节点之间进行而无需经过某个集中 环节,用户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性将大大缩小。此外,目前解决 Internet隐私问 题主要采用中继转发的技术方法,从而将通信的参与者隐藏在众多的网络实体之中。在传统 的一些匿名通信系统中,实现这一机制依赖于某些中继服务器节点。而在P2P中,所有参与 者都可以提供中继转发的功能,因而大大提高了匿名通讯的灵活性和可靠性,能够为用户提 供更好的隐私保护。 负载均衡:P2P网络环境下由于每个节点既是服务器又是客户机,减少了对传统C/S结 构服务器计算能力、存储能力的要求,同时因为资源分布在多个节点,更好地实现了整个网 络的负载均衡。 禁网络传播本PDF,违者责任自负! 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sjh2100 清晰,可读,感谢分享。页码不少。可以参考
2019-10-22
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