本书以区块链的系统架构为切入点，深入讲解了区块链的原理与核心技术。作为教材，本书内容注重系统性与完整性，既涵盖了区块链的基本理论，又详细介绍了实际区块链系统的构建方法。本书既全面介绍了区块链系统的体系结构、所使用的密码学算法以及分布式系统中的共识协议等关键知识，又详细解析了比特币的系统结构与激励机制、以太坊智能合约平台的运行原理，以及Solidity语言的开发环境与合约部署流程。此外，针对区块链领域的研究进展，本书还介绍了多种新型共识协议的设计与安全性分析、区块链系统的性能与安全扩展方案，以及对未来应用场景的展望。 为帮助读者更好地理解和掌握本书内容，每章均配有思考与练习，并为重点内容配备了视频讲解，读者可通过扫描二维码进行在线学习。 本书既可作为高等院校区块链工程、计算机、电子信息、网络空间安全及相关专业区块链课程的教材，也适合作为区块链研究与开发人员的技术参考书。

范磊，上海交通大学网络空间安全学院副教授。毕业于上海交通大学电子信息与电气工程学院，获工学博士学位。分别于2009年及2015年赴美国康涅狄格大学与弗吉尼亚联邦大学访问研究。主要研究方向为区块链与共识协议、数据分析与隐私计算、密码协议设计与安全性分析等。近年来参与多项国家及省部级科研项目，包括国家863重点项目《基于攻击图及博弈理论的安全事件处理关键技术及系统》，面上项目《基于角色与行为的分布式信任及授权体系研究》等。获得上海市科技进步一等奖一项，与多家行业领先企业完成多项合作研究。在国内外学术会议及期刊发表研究论文三十余篇，其中SCI收录十余篇，SCI单篇他引一百余次。

前言
第1章区块链技术简介
11区块链的基本知识
111区块链的基本概念
112从不同角度认识区块链
12区块链系统的层次结构
121网络层
122共识层
123计算层
13区块链的特点与应用场景
131Web 30与区块链
132元宇宙与区块链
133区块链的具体应用
思考与练习
第2章区块链密码学基础
21公钥密码算法数学基础
211群及循环群
212椭圆曲线群
213DH协议及 DH问题假设
22哈希函数
221哈希函数的定义与安全性
222哈希函数构造
223哈希算法在区块链中的应用
23数字签名算法
231数字签名算法的定义与安全性
232ECDSA
233Schnorr数字签名
234BLS签名算法
思考与练习
第3章比特币系统介绍
31工作量证明与比特币区块链构造
311女巫攻击与工作量证明
312基于哈希函数的工作量证明
313基于工作量证明的区块链构造
32比特币发行与流通机制
321比特币发行机制
322比特币流通机制
33比特币的账户与交易
331比特币账户系统
332比特币交易格式
333比特币交易执行
思考与练习
第4章分布式系统与共识协议
41共识协议模型
411共识协议特性
412共识协议参与者模型
413共识协议网络模型
42共识协议设计
421共识协议的不可能结果
422共识协议的可能结果
43拜占庭将军问题
431拜占庭容错协议
432不可能结果
433可以实现的场景
思考与练习
第5章工作量证明共识协议
51工作量证明共识协议模型与定义
511工作量证明共识协议模型
512工作量证明共识协议形式化描述
513工作量证明共识协议的特性
52工作量证明共识协议分析
521符号与基本定义
522同步假设下的安全性证明
53工作量证明共识协议安全性进一步分析
531延迟网络模型中比特币共识协议的安全性分析
532挖矿难度调整
533自私挖矿
54改进的工作量证明共识协议
541Bitcoin-NG协议
542GHOST协议
543基于有向无环图的共识协议思考与练习
第6章联盟链共识协议
61常数轮次共识协议
611状态机复制协议
612法定多数证明
62失效-停止敌手共识协议
63实用拜占庭容错协议
631协议假设
632协议的消息模型及执行过程
633协议描述
634PBFT协议分析
635基于拜占庭容错协议的区块链构造
64线性消息复杂度的拜占庭容错协议
641基于搜集转发的拜占庭共识协议
642基于门限签名的拜占庭共识协议
643视图更新过程优化
65用于区块链场景的拜占庭容错协议（HotStuff）
651基本HotStuff协议
652链式HotStuff协议
66异步拜占庭共识协议
661HoneyBadger共识协议
662基于DAG的异步共识协议Tusk
思考与练习
第7章权益证明共识协议
71权益证明共识协议的定义
711用户注册与权益分发
712系统模型
713PoS共识协议执行
72PoS共识协议的安全性
721无利害攻击
722研磨攻击
723远程攻击
73部分节点直接参与的PoS共识协议
731委托权益证明协议
732动态委员会共识协议
74全部节点参与的PoS共识协议
741基于选举投票的PoS共识协议（Algorand）
742基于概率分布的PoS协议——Ouroboros Praos
743具有不可预测性的概率竞争PoS共识协议
75以太坊权益证明共识协议Casper
751基于工作量证明区块链的Casper FFG协议
752权益证明Casper协议思考与练习
第8章智能合约与去中心化计算
81智能合约原理
811智能合约的定义
812智能合约工作原理
82以太坊智能合约系统架构
821用户账户及智能合约账户
822交易结构
823智能合约虚拟机
824EVM指令集与资源计费
83智能合约安全
831智能合约面临的安全威胁
832智能合约的重入攻击
思考与练习
第9章以太坊智能合约开发
91以太坊智能合约部署与开发
911以太坊验证节点与网络架构
912基于 Remix环境的智能合约开发
92Solidity智能合约开发语言
921Solidity基本语法
922Solidity中的变量类型
923变量存储与赋值
924Solidity中的函数
925合约的构造与继承
93Solidity智能合约开发案例
思考与练习
第10章区块链扩展技术
101区块链性能扩展
1011区块链分片技术
1012区块链侧链技术
1013闪电网络
1014链下汇总（Rollup）
102区块链隐私保护
1021基于环签名的交易身份保护
1022基于零知识证明的隐私保护
1023基于可信执行环境的隐私保护
思考与练习
第11章区块链典型应用
111基于智能合约的数字资产发行
1111同质化代币
1112非同质化代币
112去中心化交易平台
1121UniSwap交易模型
1122UniSwap交易模型存在的问题
思考与练习
参考文献