区块链技术的层级结构

对于区块链这个词大家都不陌生，可到底什么是区块链，看到的答案多半是只言片语，一叶障目。尤其是一群人讨论，你说分布式计算、他说密码学哈希值；你说共识机制说挖矿，他讲链式结构；反正好像每个人说的都对，又都互相对不上，大家你吵你的我吵我的，内心说不定还暗自互相鄙视一下。这就像盲人摸象，有人说像蒲扇，有人说像柱子，还有人说像绳子，好像每个人说的都对，可每个人又都不对，所以要想从整体上了解区块链，还是要对区块链技术的层次结构有个总体的了解比较好。我们从两个方面把区块链的层次结构说一说，和大家讨论。

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一、区块链的技术层次

我们从下向上介绍一下区块链技术的层次。

物理层：

物理层就是指软件运行所依赖的物理环境，比如物理机，一般可以自行购买服务器，接入互联网；扩展一下，还可以采用云主机，比如阿里云、腾讯云等的云虚拟机，提供了软件运行所需要的技术、存储和网络环境。

数据层：

数据层我们可以理解成数据库，只不过对于区块链来讲，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”在数据层上，也就是在这个“分布式账本”上，存放着区块链上的数据信息，封装着区块的块链式结构、非对称加密技术、哈希算法等技术手段，来保证数据在全网公开的情况下的安全性问题。区块链最常见的数据结构当然就是单链式结构，像一条铁链一样，一个节点只有一个前序节点和一个后续节点。

网络层：

区块链的网络系统，本质上是一个P2P（点对点）网络，点对点意味着不需要一个中间环节或者中心化服务器来操控这个系统，网络中的所有资源和服务都是分配在各个节点手中的，信息的传输也是两个节点之间直接往来就可以了。不过，需要注意的是，P2P（点对点）并不是区块链出现才有的，区块链只是融合了这一技术而已。

区块链的网络层实际上就是一个特别强大的点对点网络系统。在这个系统上，每一个节点既可以生产信息，也可以接收信息，就好比发邮件，你既可以编写自己的邮件，也可以收到别人给你发送的邮件。在区块链网络上，节点之间需要共同维护这条区块链系统，每当一个节点创造出新的区块后，他需要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，然后在该区块的基础上去创建新的区块，这样一来，全网便可以共同维护更新区块链系统这个总账本了。但是，全网要依据什么规则来维护更新区块链系统这个总账本呢，这就涉及到了所谓的“法律法规”（规则），也就是我们接下来要介绍的：共识层。

共识层：

在区块链的世界里，共识，简单来讲就是全网要依据一个统一的、大家一致同意的规则来维护更新区块链系统这个总账本，类似于更新数据的规则。让高度分散的节点在去中心化的区块链网络中高效达成共识，是区块链的核心技术之一，也是区块链社区的治理机制。目前主流的共识机制算法有：BTC的工作量证明（POW）、ETH的权益证明（POS）、柚子的委托权益证明（DPOS）ULAM的共识机制（NITCV）等等。POW就是大家常见的挖矿，大家共同算一道数学题，谁先算出来谁就有权来记账。比如BTC就是算一个hash值，要说算哈希值本身倒不是很难，难的是要算出符合条件的hash值，所以只能一个一个的反复试，这个毫无意义的计算耗费了大量的资源（电力）然而确实也没有什么实用价值，这也是挖矿经常被人诟病的地方。至于大家为什么要争夺记账权，这就是和后面的激励机制有关了，我们后面讲。POS权益证明简单的理解就是像股票一样，谁手头的股票多谁是老大。DPOS委托权益证明有点像美国大选，大家先把票投给代理人，由代理人去行使自己的权利。柚子采用DPOS方式，选出了13个超级节点来记账。Ulam 是根据节点的幸运值来决定挖矿概率的，不需要进行 hash 值的计算。每个节点根据幸 运数的大小，决定拥有的随机数就会有不同，节点的幸运值越大拥有的随机数越多，在每次 出块的时候被选为记账节点的几率也就越高。Ulam 算法类似于乐透开奖的方式，幸运值越 大拥有的随机号码越大，中奖的机会越大。 举个例子 如果 Alice 的幸运数是 3 就会有 3 个随机数 比如 1，3，4 Bob 的幸运数是 5 就 会有对应的 5 个随机数比如 1，2，5，7，8 出块的时候会根据链上之前的信息计算出一个 随机数 比如说 5 这样 Bob 就拥有记账权获得挖矿奖励

激励层：

前面提到各个节点按照一定的共识机制争夺记账权。尤其是对于公链来说，任何人都可以加入，而加入和记账都是需要消耗服务器资源的。那问题来了，节点有什么动力要花费服务器的计算、存储、网络等资源来参与记账呢? 这就要设计一定的激励机制。比如ULAM，你为区块链系统做了多少贡献，你就可以得到多少奖励。用这种激励机制，能够鼓励全网节点参与区块链上的数据记录与维护工作。对于公有链来说激励机制是必不可少的，只有设计一套这样的激励机制，才能激励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。

合约层：

合约层主要包括各种脚本、代码、算法机制及智能合约，是区块链可编程的基础。我们说的“智能合约”便属于合约层这个层级上。智能合约让区块链的应用开拓了广阔的空间 .

应用层：

应用层很简单，顾名思义，就是区块链的各种应用场景和案例，存证、溯源、博彩、游戏类的应用等等。

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二、区块链应用、研究的层次

对于区块链的研究和应用，也可以对应分为几个层次，在每个层次上都有很多机会。 有些公司关注底层技术方面的研究，如新一代的密码学核心技术的研究、抗量子加密技术，链上数据隐私保护技术、区块链的性能提升和可扩展技术、区块链跨链技术等。

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