區塊鏈10技術架構

『壹』 區塊鏈的核心技術是什麼

區塊鏈運作的7個核心技術介紹
2018-01-15
1.區塊鏈的鏈接
顧名思義，區塊鏈即由一個個區塊組成的鏈。每個區塊分為區塊頭和區塊體（含交易數據）兩個部分。區塊頭包括用來實現區塊鏈接的前一區塊的哈希（PrevHash）值（又稱散列值）和用於計算挖礦難度的隨機數（nonce）。前一區塊的哈希值實際是上一個區塊頭部的哈希值，而計算隨機數規則決定了哪個礦工可以獲得記錄區塊的權力。
2.共識機制
區塊鏈是伴隨比特幣誕生的，是比特幣的基礎技術架構。可以將區塊鏈理解為一個基於互聯網的去中心化記賬系統。類似比特幣這樣的去中心化數字貨幣系統，要求在沒有中心節點的情況下保證各個誠實節點記賬的一致性，就需要區塊鏈來完成。所以區塊鏈技術的核心是在沒有中心控制的情況下，在互相沒有信任基礎的個體之間就交易的合法性等達成共識的共識機制。
區塊鏈的共識機制目前主要有4類：PoW、PoS、DPoS、分布式一致性演算法。
3.解鎖腳本
腳本是區塊鏈上實現自動驗證、自動執行合約的重要技術。每一筆交易的每一項輸出嚴格意義上並不是指向一個地址，而是指向一個腳本。腳本類似一套規則，它約束著接收方怎樣才能花掉這個輸出上鎖定的資產。
交易的合法性驗證也依賴於腳本。目前它依賴於兩類腳本：鎖定腳本與解鎖腳本。鎖定腳本是在輸出交易上加上的條件，通過一段腳本語言來實現，位於交易的輸出。解鎖腳本與鎖定腳本相對應，只有滿足鎖定腳本要求的條件，才能花掉這個腳本上對應的資產，位於交易的輸入。通過腳本語言可以表達很多靈活的條件。解釋腳本是通過類似我們編程領域里的「虛擬機」，它分布式運行在區塊鏈網路里的每一個節點。
4.交易規則
區塊鏈交易就是構成區塊的基本單位，也是區塊鏈負責記錄的實際有效內容。一個區塊鏈交易可以是一次轉賬，也可以是智能合約的部署等其他事務。
就比特幣而言，交易即指一次支付轉賬。其交易規則如下：
1）交易的輸入和輸出不能為空。
2）對交易的每個輸入，如果其對應的UTXO輸出能在當前交易池中找到，則拒絕該交易。因為當前交易池是未被記錄在區塊鏈中的交易，而交易的每個輸入，應該來自確認的UTXO。如果在當前交易池中找到，那就是雙花交易。
3）交易中的每個輸入，其對應的輸出必須是UTXO。
4）每個輸入的解鎖腳本（unlocking
）必須和相應輸出的鎖定腳本（locking
）共同驗證交易的合規性。
5.交易優先順序
區塊鏈交易的優先順序由區塊鏈協議規則決定。對於比特幣而言，交易被區塊包含的優先次序由交易廣播到網路上的時間和交易額的大小決定。隨著交易廣播到網路上的時間的增長，交易的鏈齡增加，交易的優先順序就被提高，最終會被區塊包含。對於以太坊而言，交易的優先順序還與交易的發布者願意支付的交易費用有關，發布者願意支付的交易費用越高，交易被包含進區塊的優先順序就越高。
6.Merkle證明
Merkle證明的原始應用是比特幣系統（Bitcoin），它是由中本聰（Satoshi
Nakamoto）在2009年描述並且創造的。比特幣區塊鏈使用了Merkle證明，為的是將交易存儲在每一個區塊中。使得交易不能被篡改，同時也容易驗證交易是否包含在一個特定區塊中。
7.RLP
RLP（Recursive
Length
Prefix，遞歸長度前綴編碼）是Ethereum中對象序列化的一個主要編碼方式，其目的是對任意嵌套的二進制數據的序列進行編碼。

『貳』 區塊鏈技術架構是什麼

區塊鏈技術的架構包括以下幾個方面：

去中心化網路：區塊鏈技扒豎術的核心是去中心化，它的網路結構不同於巧此遲傳統的中心化網路結構，它通過點對點的方式實現數據的傳輸和驗證，從而達到去中心化的目的。

共識機制：共識機制是區塊鏈網路中保證數據安全和可靠性的重要手段，通過共識機制可以保證區塊鏈網路中所有節點之間的數據一致性。常見的共識機制包括工作量證明、權益證明和股份授權等。

智能合約：智能合約是區塊鏈技術的另一個重要組成部分，它是一種能夠自動執行和驗證合約的計算機程序，可以在區塊鏈網路上實現可編程的自動化交易。分布式存儲：分布式存儲是區塊鏈技術的又一個重要組成部分，它通過將數據存儲在網路的各個節點上，實現數據的分布式存儲和備份，從而提高了數據的安全性和可靠性。

常見的數字特徵包括期望、方差、標准差等，這些指標可以用來描述隨機變數的中心趨勢孝李、離散程度等特徵，同時也可以用來進行概率計算和風險分析等。

『叄』 組成區塊鏈基礎運算功能的組織架構內容

隨著互聯網的都不發展，消費者對區塊鏈技術和數字虛擬貨幣的認知程度也在不斷的提高。今天，我們就一起來了解一下區塊鏈技術的基礎運算方法都有哪些結構構成的。下面java課程就一起來了解一下具體情況吧。

構成計算技術的基本元素是存儲、處理和通信。大型主機、PC、移動設備和雲服務都以各自的方式展現這些元素。各個元素之內還有專門的構件塊來分配資源。

本文聚焦於區塊鏈的大框架：介紹區塊鏈中各個計算元素的模塊以及各個模塊的一些實現案例，偏向概論而非詳解。

區塊鏈的組成模塊

以下是去中心化技術中各個計算元素的構件塊：

存儲：代幣存儲、資料庫、文件系統/blob

處理：有狀態的業務邏輯、無狀態的業務邏輯、高性能計算

通信：數據、價值和狀態的連接網路

存儲

作為基本計算元素，存儲部分包含了以下構件塊。

代幣存儲。代幣是價值的存儲媒介(例如資產、證券等)，價值可以是比特幣、航空里程或是數字作品的版權。代幣存儲系統的主要作用是發放和傳輸代幣(有多種變體)，同時防止多重支付之類的事件發生。

比特幣和Zcash是兩大「純凈」的、只關注代幣本身的系統。以太坊則開始將代幣用於各種服務，以實現其充當全球計算中心的理想。這些例子中代幣被用作運營整個網路架構的內部激勵。

還有些代幣不是網路用來推動自身運行的內部工具，而是用做更高級別網路的激勵，但它們的代幣實際上是存儲在底層架構中的。一個例子是像Golem這樣的ERC20代幣，運行在以太坊網路層上。另一個例子是Envoke的IP授權代幣，運行在IPDB網路層上。

資料庫。資料庫專門用信敗來存儲結構化的元數據，例如數據表(關系型資料庫)、文檔存儲(例如JSON)、鍵值存儲、時間序列或圖資料庫。資料庫可以使用SQL這樣的查詢快速檢索數據。

傳統的分布式(但中心化)資料庫如MongoDB和Cassandra通常會存儲數百TB甚至PB級的數據，性能可達到每秒百萬次寫入。

SQL這樣的查詢語言是很強大的，因為它將實現與規范區分開來，這樣就伏坦慶不會綁定在某個具體的應用上。SQL已經作為標准應用了數十年，所以同一個資料庫系統可以用在很多不同的行業中。

換言之，要在比特幣之外討論一般性，不一定要拿圖靈完備性說事。你只需要一個資料庫就夠了，這樣既簡潔又方便擴展。有些時候圖靈完備也是很有用的，我們將在「去中心化處理」一節具體討論。

BigchainDB是去中心化的資料庫軟體，是專門的文檔存儲系統。它基於MongoDB(或RethinkDB)，繼承了後者的查詢和擴展邏輯。但它也具備了區塊鏈的特徵，諸如去中心化控制、防篡改和代幣支持。IPDB是BigchainDB的一個受監管的公開實例。

在區塊鏈領域，也可以說IOTA是一個時間序列資料庫。

文件系統/blob數據存儲。這些系統以目錄和文件的層級結構來存儲大文件(電影、音樂、大數據集)。

IPFS和Tahoe-LAFS是去中心化的文件系統，包含去中心化或中心化的blob存儲。FileCoin、Storj、Sia和Tieron是去中心化的blob存儲系統，古老而出色的BitTorrent也是如此，雖然後者使用的是p2p體系而非代幣。以太坊Swarm、Dat、Swarm-JS基本上都支持上述兩種方式。

數據市場。這種系統將數據所有者(比如企業)與數據使用者(比如AI創業公司)連接在一起。它們位缺握於資料庫與文件系統的上層，但依舊是核心架構，因為數不清的需要數據的應用(例如AI)都依賴這類服務。Ocean就是協議和網路的一個例子，可以基於它創建數據市場。還有一些特定應用的數據市場：EnigmaCatalyst用於加密市場，Datum用於私人數據，DataBrokerDAO則用於物聯網數據流。

處理

接下來討論處理這個基本計算元素。

「智能合約」系統，通常指的是以去中心化形式處理數據的系統[3]。它其實有兩個屬性完全不同的子集：無狀態(組合式)業務邏輯和有狀態(順序式)業務邏輯。無狀態和有狀態在復雜性、可驗證性等方面差異巨大。三種去中心化的處理模塊是高性能計算(HPC)。

無狀態(組合式)業務邏輯。這是一種任意邏輯，不在內部保留狀態。用電子工程術語來說，它可以理解為組合式數字邏輯電路。這一邏輯可以表現為真值表、邏輯示意圖、或者帶條件語句的代碼(if/then、and、or、not等判斷的組合)。因為它們沒有狀態，很容易驗證大型無狀態智能合約，從而創建大型可驗證的安全系統。N個輸入和一個輸出需要O(2^N)個計算來驗證。

跨賬本協議(ILP)包含crypto-conditions(CC)協議，以便清楚地標出組合電路。CC很好理解，因為它通過IETF成為了互聯網標准，而ILP則在各種中心和去中心化的支付網路(例如超過75家銀行使用的瑞波)中廣泛應用。CC有很多獨立實現的版本，包括JavaScript、Python、Java等。BigchainDB、瑞波等系統也用CC，用以支持組合式業務邏輯/智能合約。

『肆』 區塊鏈技術框架有哪些

當前主流的區塊鏈架構包含六個層級：網路層、數據層、共識層、激勵層、合約層和應用層。圖中將數據層和網路層的位置進行了對調，主要用途將在下一節中詳述。
網路層：區塊鏈網路本質是一個P2P（Peer-to-peer點對點）的網路，網路中的資源和服務分散在所有節點上，信息的傳輸和服務的實現都直接在節點之間進行，可以無需中間環節和伺服器的介入。每一個節點既接收信息，也產生信息，節點之間通過維護一個共同的區塊鏈來同步信息，當一個節點創造出新的區塊後便以廣播的形式通知其他節點，其他節點收到信息後對該區塊進行驗證，並在該區塊的基礎上去創建新的區塊，從而達到全網共同維護一個底層賬本的作用。所以網路層會涉及到P2P網路，傳播機制，驗證機制等的設計，顯而易見，這些設計都能影響到區塊信息的確認速度，網路層可以作為區塊鏈技術可擴展方案中的一個研究方向；
數據層：區塊鏈的底層數據是一個區塊+鏈表的數據結構，它包括數據區塊、鏈式結構、時間戳、哈希函數、Merkle樹、非對稱加密等設計。其中數據區塊、鏈式結構都可作為區塊鏈技術可擴展方案對數據層研究時的改進方向。
共識層：它是讓高度分散的節點對區塊數據的有效性達到快速共識的基礎，主要的共識機制有POW（Proof Of Work工作量證明機制），POS（Proof of Stake權益證明機制），DPOS（Delegated Proof of Stake委託權益證明機制）和PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance實用拜占庭容錯）等，它們一直是區塊鏈技術可擴展方案中的重頭戲。
激勵層：它是大家常說的挖礦機制，用來設計一定的經濟激勵模型，鼓勵節點來參與區塊鏈的安全驗證工作，包括發行機制，分配機制的設計等。這個層級的改進貌似與區塊鏈可擴展並無直接聯系。
合約層：主要是指各種腳本代碼、演算法機制以及智能合約等。第一代區塊鏈嚴格講這一層是缺失的，所以它們只能進行交易，而無法用於其他的領域或是進行其他的邏輯處理，合約層的出現，使得在其他領域使用區塊鏈成為了現實，以太坊中這部分包括了EVM(以太坊虛擬機)和智能合約兩部分。這個層級的改進貌似給區塊鏈可擴展提供了潛在的新方向，但結構上來看貌似並無直接聯系
應用層：它是區塊鏈的展示層，包括各種應用場景和案例。如以太坊使用的是truffle和web3-js.區塊鏈的應用層可以是移動端，web端，或是是融合進現有的伺服器，把當前的業務伺服器當成應用層。這個層級的改進貌似也給區塊鏈可擴展提供了潛在的新方向，但結構上來看貌似並無直接聯系。
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『伍』 什麼是區塊鏈技術區塊鏈技術的核心構成是什麼

從技術的角度，架構的角度，用通俗的語言來跟大家講講，我對區塊鏈的一些理解。

究竟啥是區塊鏈？Block chain，一句話來說，區塊鏈是一個存儲系統，存儲系統更細一點，區塊鏈是一個沒有管理員，每個節點都擁有全部數據的分布式存儲系統。

那常見的存儲系統，是什麼樣子的呢？

首先看一下如何保證高可用？

普通的存儲系統通常是用「冗餘」的方式來解決高可用問題的。圖上圖所示如果能夠把數據復製成幾份，冗餘到多個地方，就能夠保證高可用。一個地方的數據掛了，另外的地方還存有數據，例如MySQL的主從集群就是這個原理，磁碟的RAID也是這個原理。

這個地方需要強調的兩點是：數據冗餘，往往會引發一致性的問題

1、例如MySQL的主從集群中中其實讀寫會有延時的，它其實就是有一個短的時間內讀寫不一致。這個是數據冗餘，帶來的一個副作用。

2、第二個點是數據冗餘往往會降低寫入的效率，因為數據同步也是需要消耗資源的。你看單點寫入，如果加了兩個從庫之後，其實寫入的效率會受影響。普通的存儲系統，就是採用冗餘的方式，保證數據的高可用的。

那麼第二個問題，普通的存儲系統，能否多點寫入呢？

答案是可以的，比如說以這個圖為例：

其實MySQL的話可以做一個雙主的主從同步，雙主的主從同步，兩個節點，同時可以寫入。如果要做多機房多活的數據中心，其實多機房多活也是進行數據同步的。這里要強調的是多點寫入，往往會引發寫寫沖突的一致性問題，以MySQl為例，假設有一個表的屬性是自增ID，那麼現在資料庫中的數據是1234，那麼其中一個節點寫入，插入了一條數據，那它可能變成5了，然後這5條數據，向另外一個主節點進行數據同步，同步完成之前，如果另外一個寫入節點，也插入了一條數據，也生成了一條這個自增id為5的數據。那麼，生成之後，往另外一個節點同步，然後同步數據到達之後會與本地的這兩條5沖突，就會同步失敗，會引發寫寫的一致性沖突問題。這個多點寫入的話都會出現這個問題。

多點寫入，如何保證一致？

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『陸』 區塊鏈架構設計

區塊鏈作為一種架構設計的實現，與基礎語言或平台等差別較大。區塊鏈是加密貨幣背後的技術，是當下與VR虛擬現實等比肩的熱門技術之一，本身不是新技術，類似Ajax，可以說它是一種技術架構，所以我們乎讓辯從架構設計的歲缺角度談談區塊鏈的技術實現。無論你擅長什麼編程語言，都能夠參考這種設計去實現一款區塊鏈產品。與此同時，梳理與之相關的知識圖譜和體系，幫助大家系統去學習研究。

從架構設計上來說，區塊鏈可以簡單的分為三個層次，協議層、滑塵擴展層和應用層。其中，協議層又可以分為存儲層和網路層，它們相互獨立但又不可分割。

『柒』 區塊鏈的模型架構是什麼

區塊鏈技術不是單一的創新技術，而是多種技術整合創新的結果，其本質是一個弱中心的、自信任的底層架構技術。與傳統的互聯網技術相比，它的技術原理與模型架構是一次重大革新。在這里，我們將就區塊鏈的基本技術模型進行剖析。

模型圖

區塊鏈技術模型自下而上包括數據層、網路層、共識層、激勵層、合約層和應用層。每一層分別具備一項核心功能，不同層級之間相互配合，共同構建一個去中心的價值傳輸體系

數據層是區塊鏈最底層的釋術架構，應用了公私鑰相結合的非對稱加密技術，利用散列函數確保信息不被篡改，還採用了鏈式結構、時間戳技術、梅克爾（Merkle)樹等技術對數據區塊進行處理，讓新舊區塊之間相互鏈接，相互驗證，是區塊鏈安全穩定運行的基礎。

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