区块链编程 pdf下载

本书是一本区块链技术入门指南，内容涵盖密码学数学基础（包括有限域、椭圆曲线、椭圆曲线密码学）、序列化工具、交易数据的结构与传输，以及数字签名的构造与验证等。通过本书，读者将学习如何使用这种流行的加密货币及其区块链支付系统背后的基础知识，包括数学、密码学、区块、网络等。

本书涉及的内容多与技术实现相关，例如序列化工具、交易数据的结构与传输、数字签名的构造与验证等，书中关于共识算法与经济模型的讨论只有具体的实现与参数，并不涉及其背后的经济学原理。正如前言所述，本书特点之一就是在前三章提供简单易懂的、有针对性的密码学数学基础，带领读者完成相应的推导过程，并且将推导的结果应用于各个章节之中。

基于我们对区块链项目的研究，我们认为本书这样的知识安排也十分适合于理解除了比特币以外的区块链项目。本书的学习路径大致可总结为以下几个步骤：先理解数学工具；再基于密码学和公钥基础设施（PKI）建立账户体系；之后学习不同账户之间的相互操作，例如，完成一笔交易；最后学习数据间通信的格式（如区块）与方法（如共识算法）。

Jimmy Song 是一位拥有20多年经验的开发人员，其中有5年的时间从事比特币的相关工作。 他是 bitcointechtalk.com 的编辑，也为杂志 Bitcoin Magazine撰稿，同时也是 Blockchain Capital 的合伙人以及得克萨斯州大学比特币编程课程的授课教师。 Jimmy 是Bitcoin Core（比特币核心）以及其他比特币相关项目的开发贡献者。 他也曾是比特币钱包Armory的技术副总裁。

前言1
第1章 有限域11
学习更高等的数学11
有限域的定义12
定义有限集合12
使用Python构建有限域13
练习114
模运算14
Python的模运算16
有限域的加法和减法16
练习218
使用Python编写有限域的加法和减法18
练习319
有限域的乘法和指数运算19
练习420
练习520
使用Python编写乘法20
练习620
使用Python编写指数运算21
练习721
有限域的除法21
练习823
练习923
重新定义指数运算24
总结25
第2章 椭圆曲线26
定义26
使用Python编写椭圆曲线31
练习132
练习232
点的加法32
点加法的性质35
实现点加法37
练习338
x1≠x2时的点加法38
练习440
实现x1≠x2时的点加法40
练习540
P1 = P2时的点加法40
练习642
实现P1 = P2时的点加法42
练习742
实现另一个特例42
总结43
第3章 椭圆曲线密码学44
实数域上的椭圆曲线44
有限域上的椭圆曲线45
练习146
实现有限域上的椭圆曲线46
有限域上的点加法48
实现有限域上的点加法49
练习249
练习349
椭圆曲线的标量乘法49
练习451
再议标量乘法51
数学上的群52
恒等元53
封闭性53
可逆性54
交换律54
结合律55
练习556
实现标量乘法56
定义比特币的曲线58
使用secp256k159
公钥密码学61
签名和验证61
雕刻靶坐标62
验证的细节64
验证签名65
练习666
编程实现签名验证66
签名的细节67
创造签名67
练习768
编程实现消息签名68
总结70
第4章 序列化72
未压缩的SEC格式72
练习173
压缩的SEC格式73
练习277
DER签名77
练习379
Base5879
转录你的公钥79
练习481
地址格式81
练习582
WIF格式82
练习683
再议大端序和小端序83
练习783
练习883
练习984
总结84
第5章 交易85
交易的组成85
版本号87
练习188
输入88
解析脚本92
练习292
输出93
练习394
时间锁94
练习495
练习595
实现交易的序列化96
交易手续费96
计算交易手续费98
练习698
总结98
第6章 Script99
Script机制99
Script如何运作100
几个操作符的例子101
实现操作符101
练习1102
解析脚本字段102
实现一个Script解析工具和序列化工具103
合并脚本字段105
实现合并命令集106
标准脚本106
p2pk107
实现脚本计算110
栈元素的本质112
练习2113
p2pk的缺陷113
使用p2pkh修复问题114
p2pkh114
脚本可以被任意构建118
练习3120
脚本的使用121
练习4121
SHA-1 Pin躠ta122
总结122
第7章 交易的创建与验证123
验证交易123
校验交易输入是否可用123
校验交易输入的总和与交易输出的总和124
校验签名125
练习1129
练习2129
校验交易的全部内容129
创建交易129
构建交易130
制作交易132
签名交易133
练习3134
在测试链上创建你自己的交易134
练习4135
练习5135
总结135
第8章 支付到脚本哈希交易136
裸多签136
实现OP_CHECKMULTISIG140
练习1140
裸多签的问题141
支付到脚本哈希141
实现p2sh147
更复杂的脚本148
地址148
练习2149
练习3149
p2sh签名验证149
练习4152
练习5152
总结152
第9章 区块153
创块交易153
练习1154
签名脚本154
BIP0034155
练习2156
区块头156
练习3157
练习4157
练习5157
版本号157
练习6158
练习7159
练习8159
父区块159
默克尔根159
时间戳159
工作量160
序号160
工作量证明160
矿工如何生成新的哈希161
计算目标161
练习9162
计算难度162
练习10163
校验工作量证明163
练习11163
计算难度调整163
练习12165
练习13165
总结165
第10章 比特币网络通信166
网络消息166
练习1168
练习2168
练习3168
解析payload168
练习4169
网络握手170
连接到比特币网络170
练习5172
获取区块头信息173
练习6174
区块头响应174
总结176
第11章 简单支付验证177
动机177
默克尔树178
默克尔树的父哈希179
练习1180
默克尔父节点层数180
练习2181
默克尔根181
练习3182
区块中的默克尔根182
练习4183
默克尔树的使用183
默克尔块184
默克尔树结构186
练习5187
实现默克尔树187
默克尔块命令192
练习6193
标记位和哈希的使用193
练习7197
总结197
第12章 布隆过滤器198
什么是布隆过滤器198
练习1200
布隆过滤器进阶200
BIP0037布隆过滤器201
练习2203
练习3203
载入一个布隆过滤器203
练习4204
获取默克尔块204
练习5205
获取相关交易205
练习6206
总结206
第13章 隔离见证207
支付到见证公钥哈希207
交易的延展性207
修复延展性问题208
p2wpkh交易209
p2sh-p2wpkh212
实现p2wpkh和p2sh-p2wpkh交易216
支付到见证脚本哈希220
p2sh-p2wsh223
实现p2wsh和p2sh-p2wsh交易228
其他方面的改善230
总结230
第14章 高级主题和进阶231
推荐的学习主题231
钱包231
支付通道和闪电网络232
贡献代码232
推荐的项目233
测试链钱包233
区块链浏览器233
网上商店233
工具库234
寻找工作234
总结234
附录 练习答案235

本书将讨论比特币技术的基本内容。书中不包含有关货币、经济学以及社会进程的比特币话题，但是了解比特币背后的工作原理将给我们带来对各种可能性的深入洞察。当下有一种在不真正了解的情况下大肆鼓吹比特币和区块链的趋势。这本书将是这种趋势的“解药”。
毕竟现在有许多关于比特币的书籍，它们有的涵盖了比特币的历史与经济方面，有的提供了详细的技术说明。本书讲解如何编写一个包含所有必要组件的比特币库，以此让人们了解比特币。在本书中，编写这样一个库并不是为了使其完美或高效，而是为了让读者学习比特币技术。
本书的适用人群
本书适用于想通过编写代码来学习比特币的程序员。他们将通过从零开始编写比特币库的基础组件来学习比特币，但本书并不能用作查询某些特征细节的参考书。
书中大部分的内容都取自我教授开发者比特币知识的为期两天的讲座课程。在写作本书的过程中，我已经讲授过20多次该课程，学生超过400人。
当你读完这本书后，你将不仅会创建一笔交易，而且能够从连接节点中获取所有你需要的数据，然后通过网络发送一笔交易。本书涵盖了完成该行为所需的所有知识，从数学基础到解析数据,再到比特币网络连接和最后进行的区块验证。
预备知识
阅读本书的前提条件是你了解编程语言，尤其是Python。比特币库本身是用Python 3编写的，许多练习都可以在特定的环境（如Jupyter笔记本）中完成。熟练掌握Python有助于阅读本书，但即使只具有Python的基础知识也足以学习书中的许多概念。
阅读本书也需要一定的数学知识，第1章和第2章介绍了与本书相关的数学概念，非数学专业的人可能不熟悉这些概念。拥有代数知识应足以帮你理解新概念，并完成这些章节中涵盖的练习。
诸如哈希函数这样的常见计算机科学知识将派上用场，但这些知识对于完成本书中的练习并不是必需的。
本书的结构
本书共分为14章。每一章都是在前一章的基础上构建的，因此我们能从头至尾了解构建比特币库的全过程。粗略地说，第1～4章建立我们需要的数学工具。第5～8章介绍交易，这是比特币的基本单位。第9～12章介绍区块和网络。最后两章涵盖一些高级主题，但实际上并不需要你编写代码。
第1章和第2章介绍我们需要的一些数学知识。 要了解第3章中的椭圆曲线密码学，需要有限域和椭圆曲线知识。在第3章后半部分介绍了公钥密码学之后，第4章增加了解析和序列化，这是存储和传输加密文本的方式。
第5章介绍交易的结构。第6章介绍比特币背后的智能合约语言Script。第7章以前面的章节为基础，展示如何基于前面四章中的椭圆曲线密码学来验证和创建一笔交易。第8章建立支付到脚本哈希（p2sh）交易的工作方式，这是一种制作更强大的智能合约的方式。
第9章介绍区块，它是一组有序交易。第10章介绍比特币中的网络通信。第11章和第12章讨论一个轻节点或者一个无法访问整个区块链的软件如何向存储整个区块链的节点请求数据或向其广播数据。
第13章介绍隔离见证，这是2017年推出的比特币软件向后兼容的升级。第14章提供进一步研究的建议。这两章是选读章节，希望为你学习更多知识提供一个起点。
第1～12章的练习要求你从头开始构建库。答案在本书附录和GitHub存储库（https://github.com/jimmysong/programmingbitcoin）的相应章节目录中。你将编写许多Python类，不仅要验证交易/区块，还要创建自己的交易并将其广播到网络上。
第12章中的最后一个练习特别要求你连接到测试链上的另一个节点，计算你可以花的钱，构造和签名交易，然后在网络上广播。前11章为你完成此练习打下了基础。
你的代码需要通过很多单元测试。本书是按照这种方式设计的，因此你可以写一些代码中的“有趣”部分。为了帮助你进步，我们将在整个过程中加入大量代码和图表。
配置
为了充分利用本书，你需要创建一个环境，在其中可以运行示例代码并进行练习。以下是设置这一环境所需的步骤：
1. 在你的机器上安装Python 3.5或者更高版本：
Windows
https://www.python.org/ftp/python/3.6.2/python-3.6.2-amd64.exe
macOS
https://www.python.org/ftp/python/3.6.2/python-3.6.2-macosx10.6.pkg
Linux
请查看你的版本文档（许多Linux版本如Ubuntu都预先安装了Python 3.5以上的版本）。
2. 通过下载脚本安装pip工具，下载网址为https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py。
3. 使用Python 3运行该脚本：
$ python3 get-pip.py
4. 安装Git工具。下载及安装该工具的方式可以在https://git-scm.com/downloads上找到。
5. 下载本书的源代码：
$ git clone https://github.com/jimmysong/programmingbitcoin
$ cd programmingbitcoin
6. 安装virtualenv工具：
$ pip install virtualenv
7. 安装Python依赖：
Linux/macOS
$ virtualenv -p python3 .venv
$ . .venv/bin/activate
(.venv) $ pip install -r requirements.txt
Windows
C:\programmingbitcoin> virtualenv -p
C:\PathToYourPythonInstallation\Python.exe .venv
C:\programmingbitcoin> .venv\Scripts\activate.bat
C:\programmingbitcoin> pip install -r require