区块链框架有用吗？

近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所智慧农业创新团队与西班牙马德里理工大学、澳大利亚斯威本科技大学、中国检验检疫科学院合作，提出基于区块链的食品追溯框架，以增强中国和欧盟间食品贸易的可信度。

团队成员、中国农科院资划所研究员钱建平介绍，食品贸易已成为满足全球食物需求的重要因素。加强双边或多边食品贸易信任对促进贸易的可持续发展、增强全球粮食危机背景下的深度合作均具有重要意义;然而，在许多国家和区域，对于食品跨境流通仍然缺乏可信的追溯系统。区块链本质上是一个分布式的公共账本，技术特征包括去中心化、去信任、可集体维护、可靠等。目前区块链已经发展到3.0时代，从金融领域扩展到数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等多个领域。为此，中国农科院组织相关专家提出了区块链农业应用技术行动倡议，并将农产品追溯区块链作为首要发展任务。

智慧农业团队一直专注于区块链技术在农产品追溯、农业资源管理中应用的技术难点研究。该研究以中国和欧盟之间的食品贸易为例，设计了一个概念框架;通过充分利用这两国(地区)现有的追溯系统，分析了实物流、数据流和区块链流的特点，考虑到数据容量和数据隐私水平，采用了链上和链下相结合的混合数据存储方法;根据跨境食品贸易的特点，设计了出口数据记录、检测数据记录与验证、追溯查询跟踪等的智能合约，提出了一种基于区块链的追溯交互式框架，以增加食品贸易过程中对食品安全的信任。基于区块链的可信追溯框架能增强双边对跨境食品贸易信任，为在双边或者多边框架下促进国际食品贸易可持续发展具有重要作用。

研究成果在线发表于《粮食和能源安全(Food and Energy
Security)》，该论文也是中国农科院组织相关专家提出区块链农业应用技术行动倡议后，首篇将区块链技术应用于农业的国际期刊文章。

我们知道区块链技术就是一个去中心化的分布式账本，可以实现价值和信任的传递。

日常生活中，我们的账本是在一页一页子账中逐笔记录，最后汇聚成册，形成一个账本。一个账本记满了，再在一个新账本上开始一页一页地记录，最终所有账本按时间顺序组合在一起形成一个总账本，结构非常简单清晰。

既然区块链本质上是一个账本，那它又是什么样的架构呢?实际上，有关区块链的架构问题，已经被广泛讨论过了，基本上已达成了共识。区块链的架构自下而上分为六层，分别是数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层，每一层都有其对应的核心功能。

区块链的架构

1、数据层

区块链是通过区块(block)存储数据，每个数据节点之间都包含所有数据。数据层主要是解决这些数据以什么样的形式组合在一起，形成一个有意义的区块。就像下图中的现金日记账一样，一页账本每一个账目都由相应的时间、凭证编号、摘要、借贷金额、余额等数据构成一个完成的账目。

每个区块都包括了区块的大小、区块头、区块所包含的交易数量及部分或所有的近期新交易。在每个区块中，对整个区块链起决定作用的是区块头。数据的生成运用了诸多技术，如时间戳技术，它可以确保每一个区块按时间先后顺序相连接;非对称加密技术使得数据不能被篡改等等。

2、网络层

数据按序组合好之后，怎么让网络中的其他节点知晓呢?区块链技术没有中心化服务器，依靠用户点对点交换信息，这就需要网络层来实现。

其功能是实现区块链网络中节点与节点之间的信息交流，主要包括P2P组网机制、数据传播和验证机制。正是由于区块的P2P特性，数据传输是分散在各个节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏对其他部分影响很小。

这一点很好理解，我们熟悉的BT下载也采用了P2P的技术，用户在下载的同时，也在上传内容，即使某个点关闭了软件，只要网络中还有人在下载上传，也就不影响整个流程。

3、共识层

由于区块链中每个节点都可以生成新的区块完成记账，那要是所有节点同时都在记账，整个网络不就乱套了么?

共识层的功能是让高度分散的节点在P2P网络中，针对区块数据的有效性达成共识，决定了谁可以将新的区块添加到主链中。

目前已经出现了十余种共识机制算法，其中最为知名的有工作量证明机制(PoW)、权益证明机制(PoS)、股份授权证明机制(DPoS)等。

4、激励层

激励层的功能主要是提供一些激励措施，鼓励节点参与记账，保证整个网络的安全运行。通过共识机制胜出取得记账权的节点能获得一定的奖励。我们最熟悉的比特币的激励措施主要有两种，一种是新区块产生时系统奖励的比特币，另一种是每笔交易扣除的手续费。当比特币数量达到2100万枚的上限后，激励就全靠交易的手续费了。

5、合约层

区块链具有可编程的特性，其基础是其合约层封装了各类脚本、算法和智能合约。比特币的脚本中就规定了比特币的交易方式和过程中的种种细节。

智能合约是存储在区块链上的一段代码，它们可以被区块链上的交易所触发，触发后，这段代码可以从区块链上读取数据或者向区块链上写入数据。这样就可以利用程序算法，替代人去仲裁和执行合约，将来将为我们节省巨额的信任成本。

6、应用层

应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例，比如搭建在以太坊上的各类区块链应用，如前一段时间让以太网络瘫痪的以太猫，就是部署在应用层。

上面这些模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识机制的激励机制和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。其中数据层、网络层和共识层是构建区块链应用的必要因素，否则将不能称之为真正意义上的区块链。