肖臻《区块链技术与应用》视频课程

肖臻《区块链技术与应用》视频

简介：

本课程主要讲解区块链的基本概念和实现原理，面向具有计算机相关的基础知识，对区块链技术和应用感兴趣的同学。通过这门课的学习，能够掌握比特币、以太坊等区块链技术的设计思路并有效解决实际问题。

课程视频是肖臻老师在2018年教授《区块链技术与应用》暑期课的课堂录像,托管在网易云课堂、YouTobe和bilibili上，免费供大家学习参考。

课程体系：

肖臻的《区块链技术与应用》视频课程主要包括以下内容：

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### 比特币：密码学原理

在这一集，课程会深入探讨比特币的基础密码学原理。首先，会介绍哈希函数的概念及其在比特币中的应用。哈希函数是一种将任意长度的输入通过算法变换成固定长度输出的函数，这个输出被称为哈希值。比特币使用SHA-256哈希函数来确保数据的完整性和安全性。

接下来，课程会讲解公钥密码学及其在比特币中的角色。公钥密码学使用一对密钥：公钥和私钥。公钥用于加密信息，私钥用于解密信息。在比特币系统中，公钥用于生成比特币地址，私钥用于签署交易，确保只有合法拥有者可以花费对应的比特币。

此外，课程还介绍数字签名技术。数字签名确保交易的真实性和完整性，并防止篡改。比特币使用椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）来生成和验证签名。

最后，课程会讨论随机数生成的重要性及其在密钥生成中的应用。确保随机数的高质量是生成安全密钥的关键。

### 比特币：数据结构

这一集会详细讲解比特币的核心数据结构。首先，课程会介绍比特币区块链的基本概念。区块链是一个分布式账本，由一系列按时间顺序链接的区块组成，每个区块包含若干交易记录。

接下来，课程会深入探讨区块的结构。每个区块包含区块头和区块体。区块头包括前一个区块的哈希值、时间戳、难度目标和随机数（nonce）。区块体则包含一系列交易。

课程还会介绍交易的结构。比特币交易由输入和输出组成。输入引用之前的交易输出，并提供解锁脚本以证明对该输出的所有权。输出指定比特币的接收者和金额，并包含锁定脚本。

此外，课程会详细讲解未花费交易输出（UTXO）模型。UTXO模型是比特币的核心概念之一，它通过跟踪所有未花费的交易输出来确定账户余额。

### 比特币：共识协议

在这一集，课程会深入探讨比特币的共识协议，即工作量证明（PoW）。首先，课程会介绍PoW的基本概念及其在比特币中的应用。PoW要求矿工解决复杂的数学难题，以便有资格添加新的区块到区块链。

接下来，课程会详细解释PoW的过程。矿工通过不断尝试不同的随机数（nonce），直到找到一个使得区块头的哈希值满足当前难度目标的解。这一过程需要大量计算资源，从而确保网络的安全性。

课程还会讨论PoW的优缺点。PoW的主要优点是其安全性和去中心化特性，但其缺点是高能耗和低效率。

此外，课程会介绍比特币的难度调整机制。为了保持大约每10分钟生成一个区块，比特币网络每2016个区块（约两周）调整一次难度。

### 比特币：实现

这一集会详细讲解比特币的实现细节。首先，课程会介绍比特币核心客户端（Bitcoin Core）的架构和功能。Bitcoin Core是比特币的参考实现，包含完整的节点和钱包功能。

接下来，课程会深入探讨比特币节点的工作原理。比特币节点负责验证和传播交易和区块，并维护区块链的副本。节点通过P2P网络与其他节点通信，确保整个网络的一致性。

课程还会介绍比特币钱包的实现。比特币钱包用于生成和管理密钥对，创建和签署交易。课程会讨论不同类型的钱包，如全节点钱包、轻量级钱包和硬件钱包。

此外，课程会详细讲解比特币的脚本系统。比特币脚本是一种简单的编程语言，用于定义交易的解锁和锁定条件。课程会介绍常见的脚本类型，如P2PKH（支付到公钥哈希）和多重签名脚本。

### 比特币：网络

在这一集，课程会深入探讨比特币的网络结构。首先，课程会介绍比特币的P2P网络架构。比特币网络由一组互联的节点组成，每个节点都可以独立验证和传播交易和区块。

接下来，课程会详细解释节点之间的通信机制。比特币节点使用一种称为“gossip”的协议来传播交易和区块。每个节点将接收到的交易和区块转发给其连接的其他节点，从而实现信息的快速传播。

课程还会讨论网络分区和分叉问题。网络分区导致区块链的临时分叉，课程会介绍比特币如何通过最长链规则来解决分叉问题。

此外，课程会介绍比特币的网络安全性措施。比特币网络通过工作量证明和去中心化结构来防范攻击，课程会详细讨论这些安全机制。

### 比特币：挖矿难度

这一集会详细讲解比特币的挖矿难度调整机制。首先，课程会介绍挖矿难度的基本概念。挖矿难度是一个动态调整的参数，用于控制找到有效区块头哈希值的难度。

接下来，课程会解释难度目标和难度值的计算方法。难度目标是一个256位的数值，矿工需要找到一个哈希值小于该目标的区块头。难度值是难度目标的倒数，用于表示挖矿的相对难度。

课程还会详细讨论难度调整算法。比特币网络每2016个区块（约两周）调整一次难度，以保持平均每10分钟生成一个区块。难度调整基于过去2016个区块的生成时间，如果生成时间过长，难度会下降，反之则会上升。

此外，课程会介绍难度调整对矿工的影响。难度调整可以确保网络的稳定性，但也导致挖矿收益的波动。课程会讨论矿工如何应对难度调整带来的挑战。

### 比特币：挖矿

在这一集，课程会深入探讨比特币的挖矿过程。首先，课程会介绍挖矿的基本概念。挖矿是通过解决复杂的数学难题来验证交易并添加新块到区块链的过程。

接下来，课程会详细解释挖矿的技术细节。矿工通过不断尝试不同的随机数（nonce），直到找到一个使得区块头的哈希值满足当前难度目标的解。找到解的矿工将获得区块奖励和交易费用作为报酬。

课程还会讨论挖矿硬件的演变。最初，矿工使用普通的CPU进行挖矿，后来逐渐转向更高效的GPU和FPGA。如今，专用的ASIC矿机已经成为主流，课程会介绍这些硬件的特点和性能。

此外，课程会介绍挖矿池的概念。由于单个矿工找到区块的概率很低，矿工们通常加入挖矿池，共同挖矿并分享奖励。课程会讨论不同的挖矿池分配算法，如PPS（Pay-Per-Share）和PPLNS（Pay-Per-Last-N-Shares）。

### 比特币：脚本

这一集会详细讲解比特币的脚本系统。首先，课程会介绍比特币脚本的基本概念。比特币脚本是一种基于堆栈的编程语言，用于定义交易的解锁和锁定条件。

接下来，课程会深入探讨脚本的工作原理。每笔比特币交易都包含一个锁定脚本和一个解锁脚本。锁定脚本指定了花费该输出的条件，解锁脚本提供了满足这些条件的证据。

课程还会介绍常见的脚本类型。最常见的脚本类型是P2PKH（支付到公钥哈希），它要求提供一个公钥和对应的数字签名来解锁。课程会详细解释P2PKH脚本的结构和工作原理。

此外，课程会讨论多重签名脚本和条件支付脚本。多重签名脚本允许多个签名者共同控制一个输出，条件支付脚本则可以实现更复杂的支付条件。课程会介绍这些脚本的实现和应用场景。

### 比特币：分叉

在这一集，课程会深入探讨比特币的分叉问题。首先，课程会介绍分叉的基本概念。分叉是指区块链在某个区块高度上分裂成两条或多条链的现象。

接下来，课程会详细解释软分叉和硬分叉的区别。软分叉是向后兼容的协议升级，只要大多数矿工接受新规则，链就不会分裂。硬分叉则是非向后兼容的升级，需要所有节点都接受新规则，否则链会永久分裂。

课程还会讨论比特币历史上的一些重要分叉事件。例如，比特币现金（BCH）是比特币的一次硬分叉，课程会介绍其背景和影响。另一个例子是SegWit（隔离见证）软分叉，课程会详细解释其技术细节和改进。

此外，课程会探讨分叉对比特币网络和社区的影响。分叉导致社区分裂和市场波动，课程会讨论如何应对和管理这些挑战。

### 比特币：问答

这一集会以问答形式回答一些关于比特币的常见问题。首先，课程会回答关于比特币基础知识的问题，如“什么是比特币？”、“比特币如何工作？”等。

接下来，课程会解答一些技术性问题。例如，“比特币的交易费用是如何计算的？”、“为什么比特币的供应量是2100万？”等。

课程还会回答一些关于比特币安全性和隐私性的问题。例如，“比特币交易是否匿名？”、“如何保护我的比特币钱包？”等。

此外，课程会解答一些关于比特币未来发展的问题。例如，“比特币会取代传统货币吗？”、“比特币的价格会如何变化？”等。

### 比特币：匿名性

在这一集，课程会深入探讨比特币的匿名性问题。首先，课程会介绍比特币的基本隐私特性。比特币交易是公开的，但用户身份是匿名的，只有公钥地址被记录在区块链上。

接下来，课程会详细解释比特币的匿名性局限。尽管比特币地址不直接关联用户身份，但通过区块链分析和其他数据来源，攻击者仍能推断出用户的身份。

课程还会介绍一些增强比特币匿名性的技术。例如，混币服务（CoinJoin）通过将多个用户的交易混合在一起，增加了追踪难度。课程会详细解释混币服务的工作原理和应用场景。

此外，课程会讨论比特币隐私性的未来发展。一些新兴的隐私币，如门罗币（Monero）和Zcash，采用了更先进的隐私保护技术，课程会比较这些技术与比特币的差异。

### 比特币：思考

这一集会对比特币系统进行总体反思。首先，课程会总结比特币的主要优点和创新点，如去中心化、安全性和有限供应量。

接下来，课程会探讨比特币的局限和挑战。例如，比特币的高能耗问题、扩展性问题和价格波动问题。课程会讨论这些问题的潜在解决方案和未来发展方向。

课程还会反思比特币的社会和经济影响。比特币作为一种新型资产，对传统金融体系和货币政策产生了深远影响。课程会探讨比特币在金融包容性、跨境支付和资产保护方面的潜力。

此外，课程会展望比特币的未来。随着技术的进步和社会的接受，比特币会在更多领域得到应用。课程会讨论比特币的长期前景和的演变。

### 以太坊：概述

在这一集，课程会对以太坊进行整体介绍。首先，课程会介绍以太坊的背景和设计目标。以太坊由Vitalik Buterin于2015年推出，旨在扩展区块链技术的应用范围，支持更复杂的智能合约和去中心化应用（DApps）。

接下来，课程会详细解释以太坊的基本架构。以太坊的核心组件包括以太坊虚拟机（EVM）、智能合约和帐户模型。课程会介绍这些组件的工作原理和相互关系。

课程还会讨论以太坊的共识机制。最初，以太坊采用工作量证明（PoW）机制，但计划逐步过渡到权益证明（PoS）机制。课程会详细解释这两种机制的区别和各自的优缺点。

此外，课程会介绍以太坊的开发工具和生态系统。以太坊提供了一系列开发工具，如Solidity编程语言、Remix IDE和Truffle框架，课程会介绍这些工具的使用方法和应用场景。

### 以太坊：帐户

这一集会详细讲解以太坊的帐户模型。首先，课程会介绍以太坊的两种帐户类型：外部拥有帐户（EOA）和合约帐户。EOA由私钥控制，合约帐户由智能合约代码控制。

接下来，课程会深入探讨EOA的工作原理。EOA包含一个以太币余额和一个nonce值，用于防止重放攻击。课程会详细解释如何生成和管理EOA的私钥和公钥。

课程还会介绍合约帐户的结构和功能。合约帐户包含合约代码和持久化存储，用于保存合约的状态。课程会详细解释如何部署和调用智能合约。

此外，课程会讨论帐户之间的交互。以太坊的交易可以在EOA之间进行，也可以调用合约帐户的函数。课程会介绍交易的结构和执行过程。

### 以太坊：状态树

在这一集，课程会深入探讨以太坊的状态树结构。首先，课程会介绍以太坊的状态树概念。状态树是一种Merkle-Patricia树，用于存储所有帐户的最新状态。

接下来，课程会详细解释状态树的结构和工作原理。状态树的每个节点包含一个键值对，键是帐户地址的哈希值，值是帐户的状态。课程会介绍如何通过状态树快速查找和更新帐户状态。

课程还会讨论状态树的优势和挑战。状态树提供了高效的数据存储和检索，但其复杂性也带来了实现和维护的难题。课程会探讨这些问题的解决方案和优化方法。

此外，课程会介绍状态树在以太坊中的应用场景。状态树不仅用于存储帐户状态，还用于存储智能合约的持久化数据。课程会详细解释这些应用场景的实现和操作。

### 以太坊：交易树和收据树

这一集会详细讲解以太坊的交易树和收据树结构。首先，课程会介绍交易树和收据树的基本概念。交易树用于存储区块中的所有交易，收据树用于存储交易执行的结果。

接下来，课程会深入探讨交易树的结构和工作原理。交易树是一种Merkle-Patricia树，每个节点包含一个交易的哈希值。课程会介绍如何通过交易树验证交易的存在性和完整性。

课程还会详细解释收据树的结构和功能。收据树也是一种Merkle-Patricia树，每个节点包含一个交易收据的哈希值。交易收据记录了交易的执行结果，包括状态变化和事件日志。

此外，课程会讨论交易树和收据树在以太坊中的应用。交易树和收据树提供了高效的数据存储和检索，课程会介绍这些树结构在区块验证和智能合约执行中的作用。

### 以太坊：GHOST协议

在这一集，课程会深入探讨以太坊的GHOST协议。首先，课程会介绍GHOST协议的背景和设计目标。GHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）协议是一种改进的共识算法，用于解决区块链中的孤块问题。

接下来，课程会详细解释GHOST协议的工作原理。在传统的PoW共识机制中，只有最长链上的区块才被认为是有效的，而孤块则被丢弃。GHOST协议通过考虑所有区块的权重，包括孤块，来确定最重的链。这种方法可以提高网络的安全性和吞吐量。

课程还会讨论GHOST协议对以太坊网络的影响。通过采用GHOST协议，以太坊能够实现更快的区块生成时间（约15秒），同时保持网络的安全性。课程会比较GHOST协议与比特币的最长链规则的区别。

此外，课程会探讨GHOST协议的优势和挑战。GHOST协议提高了网络的效率和安全性，但也增加了系统的复杂性。课程会讨论如何在实践中实现和优化GHOST协议。

### 以太坊：挖矿算法

这一集会详细讲解以太坊的挖矿算法。首先，课程会介绍以太坊最初采用的Ethash算法。Ethash是一种内存密集型的PoW算法，旨在抵抗ASIC矿机，保持挖矿的去中心化。

接下来，课程会深入探讨Ethash算法的工作原理。Ethash使用一个大型数据集（DAG），矿工需要从这个数据集中随机读取数据来计算哈希值。课程会详细解释DAG的生成过程和更新机制。

课程还会讨论Ethash算法的优势和挑战。Ethash的内存密集特性使得普通计算机仍然可以参与挖矿，但也带来了能耗和效率的问题。课程会探讨这些问题的潜在解决方案。

此外，课程会介绍以太坊计划中的挖矿算法变更。以太坊计划从PoW转向PoS，这将彻底改变挖矿的概念。课程会讨论这一转变的原因、过程和潜在影响。

### 以太坊：难度调整

在这一集，课程会深入探讨以太坊的难度调整机制。首先，课程会介绍难度调整的目的和重要性。难度调整用于维持网络的稳定性，确保区块生成时间保持在目标值附近。

接下来，课程会详细解释以太坊的难度调整算法。与比特币每2016个区块调整一次不同，以太坊在每个区块都会调整难度。课程会介绍这种动态调整机制的优势和实现方法。

课程还会讨论以太坊的”冰河时代”和难度炸弹。难度炸弹是一种故意设计的难度急剧增加机制，旨在促进网络向PoS过渡。课程会详细解释难度炸弹的工作原理和影响。

此外，课程会探讨难度调整对矿工和网络的影响。难度调整直接影响矿工的收益，也影响网络的安全性和效率。课程会讨论如何在这些因素之间取得平衡。

### 以太坊：PoS

这一集会详细讲解以太坊计划中的权益证明（PoS）共识机制。首先，课程会介绍PoS的基本概念和设计目标。PoS旨在解决PoW的能耗问题，同时保持网络的安全性和去中心化。

接下来，课程会深入探讨以太坊的PoS实现，即Casper协议。Casper包括两个主要版本：Casper FFG（Friendly Finality Gadget）和Casper CBC（Correct-by-Construction）。课程会详细解释这两个版本的工作原理和区别。

课程还会讨论PoS的验证者机制。在PoS中，验证者通过质押以太币来获得创建新区块的权利。课程会介绍验证者的选择、奖励和惩罚机制。

此外，课程会探讨PoS的优势和挑战。PoS可以显著降低能耗，提高网络效率，但也面临着一些潜在的安全风险，如”无成本”攻击。课程会讨论这些问题的解决方案。

### 以太坊：智能合约

在这一集，课程会深入探讨以太坊的智能合约系统。首先，课程会介绍智能合约的基本概念和设计目标。智能合约是自动执行的程序，可以实现复杂的业务逻辑和去中心化应用。

接下来，课程会详细解释智能合约的编写和部署过程。以太坊使用Solidity语言编写智能合约，课程会介绍Solidity的基本语法和常用功能。同时，课程会讨论智能合约的测试、部署和升级策略。

课程还会探讨智能合约的执行环境，即以太坊虚拟机（EVM）。EVM是一个图灵完备的虚拟机，负责执行智能合约代码。课程会详细解释EVM的工作原理、指令集和gas机制。

此外，课程会讨论智能合约的安全性问题。智能合约的不可更改性意味着任何漏洞都造成严重后果。课程会介绍一些常见的智能合约漏洞和防范措施。

### 以太坊：The DAO

这一集会详细讲解以太坊历史上著名的The DAO事件。首先，课程会介绍The DAO的背景和设计目标。The DAO是一个基于以太坊的去中心化自治组织，旨在创建一个无需信任的风险投资基金。

接下来，课程会深入探讨The DAO的技术实现。The DAO使用智能合约来管理资金和投票过程，课程会详细解释其合约结构和功能。

课程还会讨论The DAO遭受的黑客攻击。攻击者利用The DAO合约中的递归调用漏洞，窃取了大量以太币。课程会详细分析这个漏洞的原理和攻击过程。

此外，课程会探讨The DAO事件对以太坊社区的影响。为了挽回损失，以太坊社区决定进行硬分叉，这引发了关于区块链不可篡改性的激烈讨论。课程会讨论这次事件对以太坊和整个区块链行业的启示。

### 以太坊：反思

在这一集，课程会对以太坊系统进行总体反思。首先，课程会总结以太坊的主要创新和贡献，如智能合约、去中心化应用和代币标准（如ERC-20）。

接下来，课程会探讨以太坊面临的挑战和局限。例如，可扩展性问题、高昂的gas费用和环境问题。课程会讨论这些问题的潜在解决方案，如分片技术和第二层扩展方案。

课程还会反思以太坊的社会和经济影响。以太坊催生了大量创新应用，如去中心化金融（DeFi）和非同质化代币（NFT）。课程会探讨这些应用的潜力和风险。

此外，课程会展望以太坊的未来发展。以太坊2.0的推出将带来重大变革，课程会讨论这些变革的潜在影响和挑战。

### 以太坊：美链

这一集会介绍基于以太坊的美链项目。首先，课程会介绍美链的背景和设计目标。美链是一个专注于内容创作和分享的区块链平台。

接下来，课程会深入探讨美链的技术实现。美链基于以太坊构建，但引入了一些创新特性，如内容权益证明（Proof of Creativity）。课程会详细解释这些特性的工作原理。

课程还会讨论美链的经济模型。美链使用代币激励内容创作和传播，课程会介绍这个模型的设计和运作机制。

此外，课程会探讨美链在实际应用中的挑战和机遇。作为一个内容平台，美链面临着用户采用、内容质量控制等问题。课程会讨论这些问题的潜在解决方案。

学习方式：
肖臻的《区块链技术与应用》视频课程可以通过多种方式进行学习：

在线学习：通过视频网站或在线学习平台进行学习，可以随时随地观看视频和学习。

中文关键词：区块链技术,区块链原理,核心组件, 共识算法,加密算法, 智能合约。
英文关键词：Xiao Zhen, Blockchain Technology and Applications, video course, course system, learning method, application scenario, development practice.