区块链百科合集 之 层 级 架 构

原文发布时间 2021-01-19

原“能链科技”现已更名“零数科技”

科技的发展总是超乎人们想象

区块链技术不仅已成为时代浪潮里的坚实着陆地

更是未来可以承载巨大变革的基础

【零数科技】将持续更新区块链百科专栏

围绕热点问题进行深入浅出地解读

与你共话技术发展 点亮数字未来

《区块链百科合集03- 六大层级结构》

如果我们将区块链想像成洋葱，各类技术组件就像洋葱一层紧挨一层的组织，但在实现衔接上要更为复杂，这些相邻层次的组件需要通过接口交互和支撑。总体来看，区块链的基础架构可以分为六层，包括数据层、网络层、共识层、激励层、合约层、应用层。每一层分别完成不同核心的功能并互相配合，从而实现了一个去中心化的信任机制。

本期《区块链百科》专栏将与你一起回顾区块链六大层级结构，了解层级之间的关系和各个层级的相关知识，进而对区块链形成整体的认知和系统的理解。点击标题即可阅读全文。

一般说来，区块链系统由自下而上的 数据层、网络层、共识层、合约层、激励层和应用层 六大层级架构组成。其中数据层、网络层和共识层是构建区块链应用的必要基础，而另三者则为其拓展层级，为区块链提供可编程的基础，使全网节点参与区块链系统的建设维护，进而保证区块链系统的安全性和可靠性。

数据层我们可以理解成数据库。对于区块链而言，这个数据库是不可篡改的、分布式的数据库，也就是我们所谓的“分布式账本”，主要可实现两大功能：数据存储、账户和交易的安全。通过多节点储存数据，算法加密数据，区块链数据层由此搭建起了一个底层信任体系。

像互联网一样，区块链被设计为不同层级架构，正是这些“层”由可互操作的开放协议定义，人们可基于此构建产品及服务。网络层，作为区块链的模型架构之一，其核心目的是要实现区块链网络节点之间的信息交互。

在区块链点对点（P2P）网络中，信息的传输和服务的实现都直接在节点之间进行，而无需中间环节或中心化的服务器/第三方介入。当一个节点创造出新的区块后便以广播的形式通知其他节点，其他节点收到信息后对该区块进行验证，并在该区块的基础上去创建新的区块，从而达到全网共同维护一个底层账本的作用。

从最基本的层面上说，共识是一种让多样化团体在不发生冲突的情况下作出决策的方法。区块链作为分布式的网络系统在全球范围内运行，没有任何单一的中心化机构，然而这种分散是有代价的：当网络中没有人“负责”时，我们如何确保网络参与者同意“真相”？

这项重要的任务便由共识层来执行。它就像是区块链网络中裁判，只不过非人工方式，而是通过算法及协议。在区块链动态变化的网络中，这些公开共享的账簿需要一个高效、公平、实时、有效、可靠和安全的机制，以确保网络上发生的所有交易都是真实的，所有参与者都对账簿的状态达成一致。它激励参与者产生并记录真相，包括但不限于在一个分布式网络中，哪些资金属于哪些地址，并允许其他人验证真相。当这种对真相的认同得到证实时，共识就会在没有中央权威的情况下产生。

如果说数据、网络和共识三层，分别承担了区块链底层数据表示、数据传播和数据验证功能的话，合约层则是封装各类脚本代码、算法以及更为复杂的智能合约，是区块链系统实现灵活编程和操作数据的基础。

作为一种自我执行的协议，智能合约被嵌入在区块链的计算机代码中。该代码包含一组规则，在这些规则下，智能合约的各方同意彼此进行交互，且如果满足预定义的规则，协议将自动执行。由此，智能合同提供了有效管理权益资产及多方之间访问权的机制。

在市场经济中，“看不见的手”就是市场机制对经济发展的作用，推动经济社会持续健康发展；银行设置利息，就是为了激励人们把多余的资金存在银行；学校设立奖学金，增加学生学习的动力；平台设立积分机制以增加用户黏度……这些都是一种激励机制。

在区块链网络中，如果说密码学是保障P2P系统的通信安全，那么激励机制是通过经济平衡的手段，鼓励节点参与到维护区块链系统安全运行中来，防止对总帐本进行篡改，是长期维持区块链网络运行的动力。每一个区块链都应该包含这样一个设计原则，即网络节点恶意行为的边际成本必须等于，或者更好的方式是，显著高于从这种恶意行为中获得的任何可能的边际收益，从而让系统中有足够多的节点来保证系统正常运行

就像电脑操作系统上的软件、互联网浏览器上的门户网站、电子商城或是手机端上的 APP，区块链应用层封装了各种应用场景和案例，是用户可以真正直接使用的产品。

区块链应用层通过开发去中心化应用（DApps），即通过调用协议层及智能合约层的接口，以适配区块链的各类应用场景，为用户提供各种服务和应用，来丰富整个区块链生态。但一个成功、强劲和可持续的Dapps，在用户体验、隐私、安全性等方面有着截然不同的特征，这也是其制胜传统中心化应用的关键。

总而言之，我们正处在一场深远变革的前夕。作为数字新基建的重要组成部分，区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。但这需要各行各业的先行者们鼎力协作，加速并实现区块链大规模应用的落地。