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《区块链核心算法解析》主要介绍区块链中超级重要的概念：共识在各种应用场景中的实现机制。《区块链核心算法解析》是目前已面世书籍中对共识概念解析中至*威、至全面的一本。目标读者为区块链学习及研究人员，以及实际开发区块链系统的工程人员。在原著基础上，翻译版将增加解读及部分代码实现。

内容简介

本书主要介绍区块链中超级重要的概念：共识在各种应用场景中的实现机制。本书是目前已面世书籍中对共识概念解析中至**、至全面的一本。目标读者为区块链学习及研究人员，以及实际开发区块链系统的工程人员。在原著基础上，翻译版将增加解读及部分代码实现。

作者简介

　　RogerWattenhofer博士是瑞士苏黎世联邦理工学院（ETHZurich）的一名教授。在这之前，他曾在美国布朗大学（BrownUniversity）及微软研究院工作。他的研究兴趣主要包括容错分布式系统、高效的网络算法，以及加密货币。截至本书出版，他已发表了250多篇学术论文。

　　译者简介：

　　陈晋川，香港理工大学博士，中国人民大学信息学院副教授，硕士生导师，曾作为访问学者先后在微软亚洲研究院和德国乌尔姆大学工作。目前研究方向为大数据管理、区块链。

　　薛云志，中国科学院软件研究所博士，清华大学MBA，中国科学院软件研究所副研究员，硕士生导师，研究方向为人工智能、软件工程。

　　林强，律师、专利代理人，中国科学院软件研究所计算机应用硕士。执业领域为知识产权法，尤其是专利咨询、申请、管理和权利行使。于2004年加入北京东方亿思，一直致力于帮助许多财富500强跨国公司管理他们在中国的专利组合。近年来，还帮助一些互联网巨头和国内初创企业建立、管理全球专利组合。

　　祝庆，计算机科学硕士研究生，毕业于中国科学院研究生院。现任职于中国工商银行总行，之前在甲骨文Oracle、IBM、Teradata等公司担任首席企业架构师、项目总监等职位，在金融电信媒体行业有多年行业经验。

精彩书评

　　介绍区块链应用的书籍非常多，而从理论、技术层面介绍区块链的书比较少。很高兴看到有这样一本从理论、技术层面介绍区块链的书籍出版。希望大家能耐心读读这本书，更深入地理解区块链技术，从而有助于推动区块链技术的发展和应用。

　　——高卢麟博士中国互联网协会副理事长，美国芝加哥马歇尔法学院客座教授

　　本书着眼于区块链的核心问题——拜占庭共识，针对不同的应用场景，介绍了适用的分布式共识算法。书中包含了很多算法及证明，深入剖析了共识算法的核心思想。译者除原稿翻译之外，还增加了译者自己不少的注释，对书中的算法、公式进行注解。另外，书中还单独增加了两章新的内容。一章是介绍Paxos算法的发展史和在工业界的应用情况，另一章是对比分析当前主流的两个共识机制，比特币的PoW和私有链的PBFT。现在都讲究“混搭”，这本译著也是一种形式的混搭。

　　——杜小勇中国计算机学会数据库专委会主任，教育部数据工程与知识工程重点实验室主任

　　《区块链核心技术解析》以共识机制为主体，系统介绍了区块链所涉及的各种关键定理和证明，也给出了相应算法。难能可贵的是，作者还结合实例讲述了不同场景下的共识机制的设计方法。这是一本关于区块链核心技术的系统论著，对于区块链科研和应用人员都具有很高的参考价值。

　　——戴斌国防科技大学机电工程与自动化学院副总工程师

目录

第1章
1．1 分布式系统是什么． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 1
1．2 本书概览． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 2

第2章 容错问题和Paxos 算法
2．1 客户端/服务器． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 6
2．2 Paxos ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 11
延伸阅读：Paxos漫谈

第3章 共识机制
3．1 两个朋友约饭局． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 27
3．2 共识． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 28
3．3 共识的不可能性． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 29
3．4 随机共识． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 36
3．5 共享硬币． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 41

第4章 拜占庭协定
4．1 有效性． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 47
4．2 有多少个拜占庭节点． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 49
4．3 国王算法． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 52
4．4 “轮”数的下界． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 55
4．5 异步模式下的拜占庭协定算法． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 56

第5章 认证的协定
5．1 利用认证的协定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 62
5．2 Zyzzyva ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 65

第6章 仲裁系统
6．1 负载和工作量． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 82
6．2 网格仲裁系统． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 85
6．3 容错． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 88
6．4 拜占庭仲裁系统(Byzantine Quorum Systems) ． ． ． ． ． ． 92

第7章 zuì终一致性以及比特币
7．1 一致性、可用性，以及分区． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 102
7．2 比特币． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 104
7．3 智能合约(Smart Contracts) ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 113
7．4 弱一致性． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 117

延伸阅读：PoW vs． BFT

第8章 分布式系统
8．1 一致性哈希(Consistent Hashing) ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 128
8．2 超立方体网络(Hypercubic Networks) ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 131
8．3 DHT ＆ Churn ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 140

前言/序言

　　推荐序I

　　毫无疑问，互联网是20世纪zuì伟大的发明之一。随着信息、通信技术的蓬勃发展，互联网已渗透到生产、贸易、通信、学习、娱乐等人们生活的几乎所有方面，更使很多方面产生了革命性的变化。近十年

　　来，在互联网的基础上，移动互联网、物联网，乃至智能互联网得到了新的发展。人工智能、深度学习、机器学习等一系列技术和理论的新发展，又促使互联网应用面临更加蓬勃发展的新局面。在众多的互联网新应用中，不得不提及区块链。

　　仿佛一夜之间，互联网创业圈和金融圈都在谈论区块链。坚信者认为，去中心化的、不可篡改的分布式账本，能够重构金融体系，甚至重塑整个社会。不知区块链之父当初是否曾预见到如今区块链的热度？

　　如今，比特币及其他虚拟货币已广泛流行，并且引起了监管当局的关注；政府、巨头和创业公司，也都积极参与到区块链的各种应用的探索中。然而，在互联网土壤上生长出的各种技术和应用中，区块链及其应用还很年轻。自2009年比特币诞生至今，也才仅7年，更不要说区块链在互联网金融领域和其他领域的应用。

　　作为一个一直关注新技术发展的互联网“老兵”，我曾数次应邀参加中关村区块链产业联盟的活动，和互联网领域的年轻创业者、专家、学者一起，探讨、推动区块链的发展和应用。我们的年轻人，尤其是年

　　轻的创业者，他们的大胆探索和勇于创新，令我感到欢欣鼓舞。

　　目前，介绍区块链应用的书籍非常多，而从理论、技术层面介绍区块链的书比较少。很高兴看到有这样一本从理论、技术层面介绍区块链的书籍出版。希望大家能耐心读读这本书，更深入地理解区块链技术，从而有助于推动区块链技术的发展和应用。

　　高卢麟博士

　　中国互联网协会副理事长

　　美国芝加哥马歇尔法学院客座教授

　　推荐序II

　　区块链（BlockChain）原本只是比特币网络的一种记账技术，近几年来却在金融、知识产权、数据交易、电子证照、慈善、新能源等领域引起了广泛的关注。为什么就突然“火”起来了？究其原因，我的理

　　解是：dìyī，区块链具有去中心化的特征，不以参与交易的任何一方为中心。去中心化可以带来效率的提升和成本的降低，直接增加了企业的利润。第二，区块链具有去信任的特征，也就是假定参与交易的任何一方都不是可信任的。我们通过记录交易的信息，而且是不可抵赖的，来迫使交易各方遵守诚信。因此也可以说，区块链技术很好地回应了目前互联网的痛点——诚信问题。第三，区块链作为互联网的一种基础设施，也可以看作是一种分布式数据库，其核心就是参与交易的多方如何达成共识。在分布式数据库中，为了处理并发事务，需要在不同的节点上维护一个全局一致的状态，传统的做法是通过两阶段锁协议来实现。

　　另一方面，通常大型应用会维护多个数据库副本，以实现数据库的恢复。在多个数据库副本之间维护一致的状态也是一个经典的难题，而解决这个难题的zuì佳算法实践正是本书中的重点内容——Paxos算法。这个算法在大数据管理时代更是大放异彩，在BigTable，Hadoop等多个大数据计算平台上得到应用。

　　目前市场上关于区块链的书籍很多，但大多偏于介绍区块链的基础知识及应用前景，纯技术的书籍相对较少。本书着眼于区块链的核心问题——拜占庭共识，针对不同的应用场景，介绍了适用的分布式共识算法。书中包含了很多算法及证明，深入剖析了共识算法的核心思想。本书详细介绍了在不同应用场景下的分布式共识算法，包括单纯宕机错误（节点只可能发生宕机，但不会恶意犯错），拜占庭式错误节点（可以认为是恶意的节点，呈现任何行为），允许消息签名，仲裁系统，弱一致条件下的共识等，并介绍了分布式存储的一些基础知识（如一致性哈希）。书中提到的很多算法，特别是PBFT，目前是区块链的重要分支——联盟链的核心算法。

　　对于从事区块链的研究者或工程技术人员来说，共识算法是需要认真弄清楚的内容。虽然存在不少开源的共识算法或区块链框架，但不同的应用对共识算法的要求是不一样的，应该根据应用的特点选择合

　　适的共识算法，甚至对已有的共识算法做必要的剪裁。要做到这一点，就必须理解基础的分布式共识算法。而这就是本书的zuì大价值。

　　本书译者之一，陈晋川博士，自2009年从香港理工大学毕业后加入中国人民大学，一直在我的研究团队里工作。在大数据、分布式数据管理等领域做出了不少优秀成果。晋川从去年开始 区块链核心算法解析（金融科技丛书） 电子书 下载 mobi epub pdf txt