我們知道，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要由單一機(jī)構(gòu)管理和維護(hù)，而在多方參與者協(xié)作的場(chǎng)景中，因無(wú)法完全信任數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，各方都自建數(shù)據(jù)庫(kù)，由此導(dǎo)致繁瑣的人工對(duì)賬和協(xié)同爭(zhēng)議。而區(qū)塊鏈作為一種不可篡改、可追溯、多方共同維護(hù)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)崿F(xiàn)可信的數(shù)據(jù)共享和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的價(jià)值傳輸。本文我們就從架構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，分析區(qū)塊鏈技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，并梳理與之相關(guān)的知識(shí)體系，幫助大家更進(jìn)一步去學(xué)習(xí)研究。
區(qū)塊鏈百科No.42：區(qū)塊鏈層級(jí)結(jié)構(gòu)
如果我們將區(qū)塊鏈想象成洋蔥，各技術(shù)組件就像洋蔥一層緊挨一層的組織，但在實(shí)現(xiàn)銜接上要更為復(fù)雜，這些相鄰層次的組件需要通過(guò)接口交互和支撐。
總體上來(lái)看，區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)架構(gòu)可以分為六層，包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層、應(yīng)用層。每一層分別完成不同核心的功能，各層之間互相配合，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)去中心化的信任機(jī)制。
數(shù)據(jù)層 / Data Layer
數(shù)據(jù)層我們可以理解成數(shù)據(jù)庫(kù)，只不過(guò)對(duì)于區(qū)塊鏈來(lái)講，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)是不可篡改的、分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)，也就是我們所謂的“分布式賬本”，主要可實(shí)現(xiàn)兩大功能：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、賬戶和交易的安全。
數(shù)據(jù)層主要描述區(qū)塊鏈的物理形式，是區(qū)塊鏈上從創(chuàng)世區(qū)塊起始的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，包含了區(qū)塊鏈的區(qū)塊數(shù)據(jù)、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)以及區(qū)塊上的隨機(jī)數(shù)、時(shí)間戳、公鑰、私鑰數(shù)據(jù)等，是整個(gè)區(qū)塊鏈技術(shù)中最底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
網(wǎng)絡(luò)層 / Network Layer
數(shù)據(jù)按序組合好之后，怎么讓網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)知曉呢？這就需要網(wǎng)絡(luò)層來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)之間的信息交流。
網(wǎng)絡(luò)層主要通過(guò)P2P技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)層包括 P2P 組網(wǎng)機(jī)制、數(shù)據(jù)傳播機(jī)制和數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制，因此區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個(gè)P2P（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）網(wǎng)絡(luò)，具備自動(dòng)組網(wǎng)的機(jī)制，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)維護(hù)一個(gè)共同的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)來(lái)保持通信。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)既接收信息，也產(chǎn)生信息。
其實(shí)可以類比于線上辦公，雖然我們都處在不同地點(diǎn)，但通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)大家可以保持協(xié)作共同完成。
共識(shí)層 / Consensus Layer
如果區(qū)塊鏈中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以生成新的區(qū)塊完成記賬，那整個(gè)記賬體系就容易亂套。
共識(shí)層便是讓高度分散的節(jié)點(diǎn)在P2P網(wǎng)絡(luò)中，針對(duì)區(qū)塊數(shù)據(jù)的有效性達(dá)成共識(shí)。在區(qū)塊鏈的世界里，共識(shí)，簡(jiǎn)單來(lái)講就是全網(wǎng)要依據(jù)大家一致同意的更新數(shù)據(jù)的規(guī)則，來(lái)維護(hù)更新區(qū)塊鏈系統(tǒng)這個(gè)總賬本。共識(shí)層主要包含共識(shí)算法以及共識(shí)機(jī)制，能讓高度分散的節(jié)點(diǎn)在去中心化的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中高效地針對(duì)區(qū)塊數(shù)據(jù)的有效性達(dá)成共識(shí)，是區(qū)塊鏈的核心技術(shù)之一，也是區(qū)塊鏈社群的治理機(jī)制。
當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，算法上就必須考慮到某些節(jié)點(diǎn)是不可用的，或者網(wǎng)絡(luò)上會(huì)有數(shù)據(jù)丟失。這使得區(qū)塊鏈共識(shí)算法從一開始就具有容錯(cuò)能力，從而將提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作的效率。
合約層 / Contract Layer
區(qū)塊鏈具有可編程的特性，其基礎(chǔ)是其合約層封裝了各類腳本、代碼、算法機(jī)制以及智能合約，使得各項(xiàng)指令能夠?qū)崿F(xiàn)確定自動(dòng)化地執(zhí)行。
以智能合約為例，它是存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上的一段代碼，使其在達(dá)到某個(gè)確定的約束條件的情況下，無(wú)需經(jīng)由第三方就能夠自動(dòng)執(zhí)行，這也是區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)信任的基礎(chǔ)。通過(guò)程序算法替代人去仲裁和執(zhí)行合約，這將為我們節(jié)省巨額的信任成本。
激勵(lì)層 / Actuator Layer
從上可以看出，借由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層，區(qū)塊鏈保證了有數(shù)據(jù)、有網(wǎng)絡(luò)，以及在網(wǎng)絡(luò)上更新數(shù)據(jù)的規(guī)則。但是天下沒(méi)有免費(fèi)的午餐，如何讓節(jié)點(diǎn)積極踴躍地參與區(qū)塊鏈系統(tǒng)維護(hù)呢？這里就涉及到了激勵(lì)。
激勵(lì)層主要包括經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的發(fā)行制度和分配制度，其功能是提供一定的激勵(lì)措施，鼓勵(lì)節(jié)點(diǎn)參與區(qū)塊鏈中安全驗(yàn)證工作，并將經(jīng)濟(jì)因素納入到區(qū)塊鏈技術(shù)體系中，激勵(lì)遵守規(guī)則參與記賬的節(jié)點(diǎn)，并懲罰不遵守規(guī)則的節(jié)點(diǎn)。例如比特幣中的挖礦就是記錄交易信息， 比特幣網(wǎng)絡(luò)通過(guò)獎(jiǎng)勵(lì)BTC代幣來(lái)鼓勵(lì)礦工參與記賬。
應(yīng)用層 / Application Layer
區(qū)塊鏈的應(yīng)用層封裝了各種應(yīng)用場(chǎng)景和案例，類似于電腦操作系統(tǒng)上的應(yīng)用程序、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器上的門戶網(wǎng)站、搜尋引擎、電子商城或是手機(jī)端上的 APP。
正如能鏈科技提供的“區(qū)塊鏈+”解決方案及數(shù)字金融服務(wù)，就是基于區(qū)塊鏈搭建的應(yīng)用層體系，以深度服務(wù)實(shí)體產(chǎn)業(yè)，賦能金融效率提升。未來(lái)整個(gè)可編程社會(huì)，亦有可能搭建在區(qū)塊鏈應(yīng)用層上。
后續(xù)，我們還將陸續(xù)就區(qū)塊鏈的各個(gè)層級(jí)架構(gòu)展開詳細(xì)解讀，并與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，探索它們之間的異同，敬請(qǐng)期待！
