《图说区块链》之区块链的底层结构

区块链的模型构架

区块链的底层构架分为六层，包括数据层、网络层、共识层、激励层、合约层、应用层。每层分别完成一项核心功能，各层之间互相配合，实现一个去中心化的信任机制。

一、数据层

数据层主要描述区块链技术物理形态。首先建立的一个起始节点是“创世区块”，然后按照同样的规则创建规格相同的区块，通过一个链式的结构依次相连组成一条主链。

二、网络层

网络层的主要目的是实现区块链网络中节点之间的信息交流。区块链网络本质上是一个点对点网络。

三、共识层

共识层能让高度分散的节点在去中心化的系统中高效的针对区块数据的有效性达成共识。比较常用的共识机制有工作量证明（POW）、权益证明（POS）和股份授权证明（DPOS）三种。

四、激励层

激励层的主要功能是提供一定的激励措施，鼓励节点参与区块链的安全验证工作。

五、合约层

合约层只要是指各种脚本代码、算法机制以及智能合约等。

六、应用层

应用层封装了区块链的各种应用场景和案例。

区块辆的基本类型

一、公有链

公有链是指全世界任何人都可读取、任何人都能发送交易且交易能获得有效确认，任何人都能参与共识过程的区块链，共识过程决定哪个区块可被添加到区块链中，同时明确当前状态。公有链有如下几个特点：

1、保护用户免受开发者的影响

2、访问门槛低

3、所有数据默认公开

二、私有链

私有链是指其写入权限仅在一个组织手里的区块链，目的是对读取权限或者对外开放权限进行限制。私有链有如下几个特点：

1、交易速度非常快

2、为隐私提供更好的保障

3、交易成本大幅降低甚至为零

4、有助于保护其基本的产品不被破坏

三、联盟链

联盟链是指其共识过程受到预选节点控制的区块链。联盟链可视为“部分去中心化”。

区块链的发展史

区块链1.0：以比特币为代表的可编程货币。它更多是指数字货币领域的创新，如货币转移、兑付和支付系统。

区块链2.0：基于区块链的可编程金融。它更多涉及一些合约方面的创新，特别是商业合同以及交易方面的创新，比如股票、证券、期货、贷款、清算结算、所谓的智能合约等。

区块链3.0：区块链在其他行业的应用。它更多的对应人类组织形态的变革，包括健康、科学、文化和基于区块链的司法、投票等。

区块链的共识机制

常用的共识机制有工作量证明（POW）、权益证明（POS）和股份授权证明（DPOS）三种。

一、工作量证明（POW）

工作量证明（POW）通常只能从结果证明，因为监测工作过程通常是繁琐且低效的。依赖机器进行数学运算来获取记账权，资源消耗大、共识机制高、可监管性弱。

优点：完全去中心化，节点自由进出。

缺点：目前比特币已经吸引全球大部分的算力，其它在使用此机制的区块链应用很难获得相同的算力来保障自身安全：挖矿造成大量资源浪费；共识达成的时间较长。

二、权益证明（POS）

权益证明（POS）的主要理念是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比。

优点：在一定程度上缩短了共识达成的时间，本质上没有解决商业应用的痛点；不再需要大量消耗能源去挖矿。

缺点：还是需要挖矿；所有的确认都只是一个概率上的表达，而不是一个确定性的事情，理论上有可能存在其它攻击影响。

三、股份授权证明（DPOS）

股份授权证明（DPOS）与POS的主要区别在于节点选举若干代理人，由代理人验证和记账。

优点：大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证。

缺点：整个共识机制还是依赖于代币，而很多商业应用不需要代币的。