区块链架构是什么？

区块链作为一种架构设计的实现，与基础语言或平台等差别较大。区块链是加密货币背后的技术，是当下与VR虚拟现实等比肩的热门技术之一，本身不是新技术，类似Ajax，可以说它是一种技术架构，所以我们从架构设计的角度谈谈区块链的技术实现。

无论你擅长什么编程语言，都能够参考这种设计去实现一款区块链产品。与此同时，梳理与之相关的知识图谱和体系，帮助到底系统的去学习研究。

1、基本概念

区块链的概念最近很火，它来自于比特币等加密货币的实现，但是目前，这项技术已经逐步运用在各个领域。什么是区块链技术?为了感性认识这个问题，我们可以使用谷歌地球的例子做类比，ajax不是什么新技术，但组合在一起就成就了产品谷歌地球，与之类似，区块链也不是什么新技术，但与加密解密技术、P2P网络等组合在一起，就诞生了比特币。技术人员，特别是Web开发工程师，学习了解ajax技术最早是被谷歌地球酷炫的效果所吸引。而现在，历史再一次重演，很多人被比特币的疯狂发展所吸引，进而开始研究其背后的技术——区块链。

区块链原本是比特币等加密货币存储数据的一种独特方式，是一种自引用的数据结构，用来存储大量交易信息，每条记录从后向前有序链接起来，具备公开透明、无法篡改、方便追溯的特点。实际上，这种特性也直接体现了整个比特币的特点，因此使用区块链来概括加密货币背后的技术实现是非常直观和恰当的。区块链是一项技术，加密货币是其开发实现的一类产品(含有代币，也有不含代币的区块链产品)，不能等同或混淆。与加密货币相比，区块链这个名字抛开了代币的概念，更加形象化、技术化、去政治化，更适合作为一门技术去研究、去推广。

所以，目前当到底单独说到区块链的时候，就是指的区块链技术，是实现了数据公开、透明、可追溯的产品的架构设计方法，算作广义的区块链。而当在具体产品中谈到区块链的时候，可以指类似比特币的数据存储方式，或许是数据库设计，或许是文件形式的设计，这算作狭义的区块链。广义的区块链技术，必须包含点对点网络设计、加密技术应用、分布式算法的实现、数据存储技术的使用等4个方面，其他的可能涉及到分布式存储、机器学习、VR、物联网、大数据等。狭义的区块链仅仅涉及到数据存储技术，数据库或文件操作等。本文的区块链，指的是广义的区块链。

2、架构图

从架构设计上来说，区块链可以简单的分为三个层次，协议层、扩展层和应用层。其中，协议层又可以分为存储层和网络层，它们相互独立但又不可分割。如图：

协议层

所谓的协议层，就是指代最底层的技术。这个层次通常是一个完整的区块链产品，类似于我们电脑的操作系统，它维护着网络节点，仅提供Api供调用。通常官方会提供简单的客户端(通称为钱包)，这个客户端钱包功能也很简单，只能建立地址、验证签名、转账支付、查看余额等。这个层次是一切的基础，构建了网络环境、搭建了交易通道、制定了节点奖励规则，至于你要交易什么，想干什么，它一概不过问，也过问不了。典型的例子，自然是比特币，还有各种二代币，比如莱特币等，本书介绍的亿书币也是。这个层次，是现阶段开发者聚集的地方，这说明加密货币仍在起步当中。

从用到的技术来说，协议层主要包括网络编程、分布式算法、加密签名、数据存储技术等4个方面，其中网络编程能力是到底选择编程语言的主要考虑因素，因为分布式算法基本上属于业务逻辑上的实现，什么语言都可以做到，加密签名技术是直接简单的使用(请看书中相关的加密解密文章，不建议自由发挥，没有过多的编码逻辑)，数据库技术也主要在使用层面，只有点对点网络的实现和并发处理才是开发的难点，所以对于那些网络编程能力强，对并发处理简单的语言，人们就特别偏爱。也因此，Nodejs开发区块链应用，逐渐变得更加流行，Go语言也在逐渐兴起。

上面的架构设计图里，我把这个层面进一步分成了存储层和网络层。数据存储可以相对独立，选择自由度大一些，可以单独来讨论。选择的原则无非是性能和易用性。我们知道，系统的整体性能，主要取决于网络或数据存储的I/O性能，网络I/O优化空间不大，但是本地数据存储的I/O是可以优化的。比如，比特币选择的是谷歌的LevelDB，据说这个数据库读写性能很好，但是很多功能需要开发者自己实现。目前，困扰业界的一个重大问题是，加密货币交易处理量远不如现在中心化的支付系统(银行等)，除了I/O，需要全方位的突破。

分布式算法、加密签名等都要在实现点对点网络的过程中加以使用，所以自然是网络层的事情，也是编码的重点和难点，《Nodejs开发加密货币》全书分享的基本上就是这部分的内容。当然，也有把点对点网络的实现单独分开的，把节点查找、数据传输和验证等逻辑独立出来，而把共识算法、加密签名、数据存储等操作放在一起组成核心层。无论怎么组合，这两个部分都是最核心、最底层的部分，都是协议层的内容。

扩展层

这个层面类似于电脑的驱动程序，是为了让区块链产品更加实用。目前有两类，一是各类交易市场，是法币兑换加密货币的重要渠道，实现简单，来钱快，成本低，但风险也大。二是针对某个方向的扩展实现，比如基于亿书侧链，可为第三方出版机构、论坛网站等内容生产商提供定制服务等。特别值得一提的就是到底听得最多的“智能合约”的概念，这是典型的扩展层面的应用开发。所谓“智能合约”就是“可编程合约”，或者叫做“合约智能化”，其中的“智能”是执行上的智能，也就是说达到某个条件，合约自动执行，比如自动转移证券、自动付款等，目前还没有比较成型的产品，但不可否认，这将是区块链技术重要的发展方向。

扩展层使用的技术就没有什么限制了，可以包括很多，上面提到的分布式存储、机器学习、VR、物联网、大数据等等，都可以使用。编程语言的选择上，可以更加自由，因为可以与协议层完全分离，编程语言也可以与协议层使用的开发语言不相同。在开发上，除了在交易时与协议层进行交互之外，其他时候尽量不要与协议层的开发混在一起。这个层面与应用层更加接近，也可以理解为B/S架构的产品中的服务端(Server)。这样不仅在架构设计上更加科学，让区块链数据更小，网络更独立，同时也可以保证扩展层开发不受约束。

从这个层面来看，区块链可以架构开发任何类型的产品，不仅仅是用在金融行业。在未来，随着底层协议的更加完善，任何需要第三方支付的产品都可以方便的使用区块链技术;任何需要确权、征信和追溯的信息，都可以借助区块链来实现。我个人觉得，这个目标应该很快就能实现。

应用层

这个层面类似于电脑中的各种软件程序，是普通人可以真正直接使用的产品，也可以理解为B/S架构的产品中的浏览器端(Browser)。这个层面的应用，目前几乎是空白。市场亟待出现这样的应用，引爆市场，形成真正的扩张之势，让区块链技术快速走进寻常百姓，服务于大众。到底使用的各类轻钱包(客户端)，应该算作应用层最简单、最典型的应用。很快，亿书将基于亿书网络推出文档协作工具，这个就是典型的应用层的产品。

限于当前区块链技术的发展，亿书只能从协议层出发，把目标指向应用层，同时为第三方开发者提供扩展层的强大支持。这样做既可以避免贪多，又可以避免无法落地，是真正理性的开发路线。因为纯粹的开发协议层或扩展层，无法真正理解和验证应用层，会脱离实际，让第三方开发者很难使用。如果仅仅考虑应用层，市面上又找不到真正牢固、易用的协议层或扩展层的产品。区块链商城目标以数字货币市场起步，用区块链这项全新的去中心化的技术和理念，改变现在单已赚钱为目标的中心化垄断平台，让用户体验到互联网透明、简单、高效的购物本质，并享受到自我贡献价值的回报。区块链商城是去中心化平台，没有实际控制者，购物和看广告可以得到价值分享。

区块链商城

区块链商城是用虚拟币支付的。区块链商城的官方代币可以是比特币等现有币，也可以自己开发一款代币
。加密货币是可以分割的，最小单位一聪，开区块链商城最关心的是哪些加密货币的转帐手续费低，适合日常交易，而不是关心币的单价贵不贵，币单价贵和开商城没有什么关系。

代币总量固定，永不增发，利润回购销毁，是不断通缩的增值代币。
代币代表了商城盈利的分红权和生态的使用权，使区块链商城用户成为平台的利益共同体，平台用户量越大，产生的利润越多，其市场需求就会越大，用户获得的代币价格将不断上升获得价值回报。

区块链商城是适应新零售社会的自然产物，它的发展态势肯定会快速传遍所有零售行业，尤其是电子商务行业。商家要牢牢把握时代脉搏，抓住机遇，在新的形势下，利用好形势，促进行业更好地适应新的零售环境。汉全科技打造完美的消费者购物与区块链技术整合平台，让区块链技术的优势服务于消费者购物的实际交易场景，帮助消费者实现增值购物的梦想。帮助实体企业快速增加产品的销售，也让消费者在购物中获得最大的利益。

区块链技术目前还不是很成熟，业内都认为五到十年后技术会真正成熟，会出现应用的落地，但目前对区块链技术的研究各大IT巨头、金融、咨询类等公司都不断在投入，相信技术出现重大突破后整个区块链架构平台会更完善，更切合应用，从而实现区块链的信任价值。

简版的六个架构

一、数据层-描述区块链技术的物理形式

区块链系统设计的技术人员首先建立的一个起始节点是“创世区块”，之后在同样规则下创建的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条。随着运行时间越来越长，新的区块通过验证后不断被添加到主链上，主链也会不断地延长。

二、网络层-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P2P(点对点)网络。每一个节点既接收信息，也产生信息。节点之间通过维护一个共同的区块

链来保持通信。区块链的网络中，每一个节点都可以创造新的区块，在新区块被创造后会以广播的形式通知其他节点，其他节点会对这个区块进行验证，当全区块链网络中超过51%的用户验证通过后，这个新区块就可以被添加到主链上了。

三、共识层-让高度分散的节点在去中心化的系统中高效地针对区块数据的有效性达成共识。

区块链中比较常用的共识机制主要有

工作量证明(Proof of Work)

权益证明(Proof of Stake)

股份授权证明(Delegated Proof of Stake)

还有投注共识、瑞波共识机制、Pool验证池、实用拜占庭容错、授权拜占庭容错、帕克索斯算法等。

四、激励层-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-主要是指各种脚本代码、算法机制以及智能合约等。

以比特币为例，比特币是一种可编程的货币，合约层封装的脚本中规定了比特币的交易方式和过程中涉及的种种细节。

六、应用层-封装了区块链的各种应用场景和案例

比如基于区块链的跨境支付平台OKLink