一、各区块链架构的横向比较

各区块链架构的横向比较

时常听人们谈起区块链，从 2009年比特币诞生至今，各式各样的区块链系统或基于区块链的应用不断被开发出来，并被应用到大量的场景中，而区块链技术本身也在不停地变化和改进。

区块链又被称为分布式账本，与之对应的则是中心化账本，比如银行。与中心化账本不同的是，分布式账本依靠的是将账本数据冗余存储在所有参与节点中，来保证账本的安全性。简单地说，区块链会用到三种底层技术：点对点网络技术、密码学技术和分布式一致性算法。而通常，区块链系统还会“免费附赠”一种被称为智能合约的功能。智能合约虽然不是区块链系统的必要组成部分，但由于区块链天生所具备的去中心化特点，使它可以很好地为智能合约提供可信的计算环境。

为了适应不同场景的需求，区块链系统在实际应用的过程中往往会需要进行各种改造，以满足特定业务的要求，比如身份认证、共识机制、密钥管理、交易频次、响应时间、隐私保护、监管要求等。而实际应用区块链系统的公司往往没有进行这种改造的能力，于是市场上慢慢出现了一些用于定制专用区块链系统的框架，采用这些框架就可以很方便地定制出适用于企业自身业务的区块链系统。

本文将对目前市场上几个典型的区块链框架进行横向对比，看看它们都有哪些特点，以及它们之间到底有哪些区别。为了保持对比的公正性，本文将只针对开源的区块链框架进行讨论。

各区块链架构的简单介绍

1、比特币

比特币(bitcoin)源自一名叫做中本聪(Satoshi Nakamoto)的人在 2008年发表的一篇名为《比特币：一种点对点的电子现金系统》(Bitcoin: A Peer-to-PeerElectronic Cash System)的论文，文中描述了一种被他称为“比特币”的电子货币及其算法。在之后的几年里，比特币不断成长和成熟，而它的底层技术也逐渐被人们认识并抽象出来，这就是区块链技术。比特币作为区块链的鼻祖，在区块链的大家族中具有举足轻重的地位，基于比特币技术开发出的山寨币(altcoins)的数量有如天上繁星，数不胜数。

从论文中可以得知，中本聪设计比特币的目的，就是希望能够实现一种完全基于点对点网络的电子现金系统，使得在线支付能够直接由一方发起并支付给另外一方，中间不需要通过任何的中介机构。总结来说，他希望比特币的设计能够实现以下这些目标：

●不需要中央机构就可以发行货币

●不需要中介机构就可以支付

●保持使用者的匿名性

●交易无法被撤销

从电子现金系统的角度来看，以上这些目标在比特币中基本都得到了实现，但是依然有一些技术问题有待解决，比如延展性攻击、区块容量限制、区块分叉、扩展性等。

在应用场景方面，目前大量的数字货币项目都是基于比特币架构来设计的，此外还有一些比较实际的应用案例，比如彩色币、t?等。

彩色币(coloredcoin)，通过仔细跟踪一些特定比特币的来龙去脉，可以将它们与其他的比特币区分开来，这些特定的比特币就叫作彩色币。它们具有一些特殊的属性，从而具有与比特币面值无关的价值，利用彩色币的这种特性，使得开发者可以在比特币网络上创建其它的数字资产。彩色币本身就是比特币，存储和转移不需要第三方，可以利用已经存在的比特币的基础。

t?是比特币区块链在金融领域的应用，是美国在线零售商 Overstock推出的基于区块链的私有和公有股权交易平台。

2、以太坊

以太坊(ethereum)的目标是提供一个带有图灵完备语言的区块链，用这种语言可以创建合约来编写任意状态转换功能，用户只要简单地用几行代码来实现逻辑，就能够创建一个基于区块链的应用程序，并应用于货币以外的场景。

以太坊的设计思想是不直接“支持”任何应用，但图灵完备的编程语言意味着理论上任意的合约逻辑和任何类型的应用都可以被创建出来。总结来说，以太坊在比特币的设计目标之外，还需要实现以下几个目标：

●图灵完备的合约语言

●内置的持久化状态存储

目前基于以太坊的合约项目已达到数百个，比较有名的有 Augur、TheDAO、Digix、FirstBlood等。

Augur是一个去中心化的预测市场平台，基于以太坊区块链技术。用户可以用数字货币进行预测和下注，依靠群众的智慧来预判事件的发展结果，可以有效地消除对手方风险和服务器的中心化风险。

限于篇幅，基于以太坊智能合约平台的项目就不多介绍了。基于以太坊的代码进行改造的区块链项目也有不少，但几乎都是闭源项目，只能依靠一些公开的特性来推断，所以就不在本文展开讨论了。

3、Fabric

Fabric是由 IBM和 DAH主导开发的一个区块链框架，是超级帐本的项目成员之一。它的功能与以太坊类似，也是一个分布式的智能合约平台。但与以太坊和比特币不同的是，它从一开始就是一个框架，而不是一个公有链，也没有内置的代币(token)。

超级账本(hyperledger)是 Linux基金会于 2015年发起的推进区块链技术和标准的开源项目，加入成员包括：荷兰银行(ABN AMRO)、埃森哲(Accenture)等十几个不同利益体，目标是让成员共同合作，共建开放平台，满足来自多个不同行业各种用户案例，并简化业务流程。

作为一个区块链框架，Fabric采用了松耦合的设计，将共识机制、身份验证等组件模块化，使之在应用过程中可以方便地替换成自定义的模块。除此之外，Fabric还采用了容器技术，将智能合约代码(chaincode)放在 docker中运行，从而使得智能合约可以用几乎任意的高级语言来编写。

以下是 Fabric的一些设计目标：

●模块化设计，组件可替换

●运行于 docker的智能合约

目前已经有不少采用 Fabric架构进行开发的概念验证(POC)项目在实施过程中，其中不乏一些金融机构做出的尝试，不过由于项目刚刚起步，还没有比较成熟的落地应用。

4、DNA

DNA(Distributed Networks Architecture，分布式网络架构)，是由总部位于上海的区块链创业公司“分布科技”开发的区块链架构，可以同时支持公有链、联盟链、私有链等不同应用类型和场景，并快速与业务系统集成。

与以太坊、Fabric不同的是，DNA在系统底层实现了对多种数字资产的支持，用户可以直接在链上创建自己的资产类型，并用智能合约来控制它的发行逻辑。对于绝大部分的区块链应用场景，数字资产是必不可少的，而为每一种数字资产都开发一套基于智能合约的转账、发行逻辑是非常浪费且低效的。因此，由区块链底层提供直接的数字资产功能是十分必要的。而对于那些完全不需要数字资产的应用场景，同样可以基于 DNA提供的智能合约架构来编写任意的自定义逻辑来实现。

DNA的设计目标主要有以下几点：

●多种数字资产的底层支持

●图灵完备的智能合约和状态持久化

●跨链互操作性

●交易的最终性

目前已有不少金融机构采用 DNA架构来进行区块链概念验证产品的开发。除此之外，还有一些已经落地的区块链项目，如小蚁区块链、法链等。

小蚁(antshares)是一个定位于资产数字化的公有链，将实体世界的资产和权益进行数字化，通过点对点网络进行登记发行、转让交易、清算交割等金融业务的去中心化网络协议。它采用社区化开发的模式，在架构上与 DNA保持一致，从而可以与任何基于DNA的区块链系统发生跨链互操作。

法链是全球第一个大规模商用的法律存证区块链，一个底层基于 DNA区块链技术，并由多个机构参与建立和运营的证据记录和保存系统。该系统没有中心控制点，且数据一旦录入，单个机构或节点无法篡改，从而满足司法存证的要求。

5、Corda

Corda是由一家总部位于纽约的区块链创业公司 R3CEV开发的，由其发起的 R3区块链联盟，至今已吸引了数十家巨头银行的参与，其中包括富国银行、美国银行、纽约梅隆银行、花旗银行、德国商业银行、德意志银行、汇丰银行、三菱 UFJ金融集团、摩根士丹利、澳大利亚国民银行、加拿大皇家银行、瑞典北欧斯安银行（SEB）、法国兴业银行等。

从 R3成员的组成上也可以看出，Corda是一款专门用于银行与银行间业务的区块链架构。尽管 R3自己声称 Corda不是区块链，但从各项特征来看，它具备区块链的一些特性。

技术对比

1、数字资产

接下来，将对前文中提到的这些区块链框架进行一系列的技术对比，并从多个维度展开介绍它们的区别与相似之处。

区块链的内置代币通常是一种经济激励模型和防止垃圾交易的手段。比特币天生就有且只有一种内置代币，所以在比特币系统中所有的“交易”本质上都是转账行为，除非通过外部的协议层来给比特币增加额外的数字资产。

以太坊和 DNA具有内置代币，它们的作用除了以上提到的经济激励和防止垃圾交易之外，还具有为系统内置功能提供一个收费的渠道。比如以太坊的智能合约运行需要消耗 GAS，而 DNA的数字资产创建也需要消耗一定的代币。

以太坊和 Fabric没有内置的多种数字资产支持，而是通过智能合约来实现相应的功能。这种方式的好处在于，系统设计可以做到非常简洁，而且资产的行为可以任意指定，自由度极高。然而这样的设计也会带来一系列的负面影响，比如所有的资产创建者不得不自己编写重复的业务逻辑，而用户也没有办法通过统一的方式去操作自己的资产。

相比之下，DNA和 Corda采用了在底层支持多种数字资产的方式，让资产创建者可以方便地创建自己的资产类型，而用户也可以在同一个客户端中管理所有的资产。对于逻辑更加复杂一点的业务场景来说，他们同样可以利用智能合约来强化资产的功能，或者创建一种与资产无关的业务逻辑。

2、账户系统

UTXO(Unspent Transaction Output)是这样一种机制：每一枚数字货币都会被登记在一个账户的所有权之下，一枚数字货币有两种状态，即要么还没有被花费，要么已经被花费。当需要使用一枚数字货币的时候，就将它的状态标记为已经花费，并创造一枚新的与之等额的数字货币，将它的所有权登记到新的账户之下。在这个过程中，被标记为已花费的数字货币就被称为交易的输入，而创造出来的新的数字货币被称为交易的输出，在一笔交易中，可以包含多个输入和多个输出，但是输入之和与输出之和必须相等。要计算一个账户的余额时，只要将所有登记在该账户下的数字货币的面额相加即可得出。

比特币和 Corda就采用了 UTXO这样一种账户机制，而以太坊则采用了更加直观的余额机制：每个账户有一个状态，状态中直接记录了账户当前的余额，转账的逻辑就是从一个账户中减去一部分余额，并在另一个账户中加上相应的余额，减去的部分和加上的部分必须相等。DNA在账户机制上同时兼容这两种模式。

那么 UTXO模式和余额模式，究竟有什么优缺点呢？UTXO最大的好处就是，基于 UTXO的交易可以并行验证且任意排序，因为所有的 UTXO之间都是没有关联的，这对区块链未来的伸缩性是有很大帮助的，而基于余额的设计就没有这个优势了；反过来，余额设计的优点是设计思想非常简洁和直觉化，便于程序实现，特别是在智能合约中，要处理 UTXO的状态是非常困难的。这也是为什么以智能合约为主要功能的以太坊选择余额设计的原因，而比特币、OnchainDNA、Corda这些以数字资产为核心的架构则更倾向于 UTXO设计。

关于身份认证，比特币和以太坊基本没有身份认证的设计，原因很简单，因为这两者的设计思想都是强调隐私和匿名，而反对监管和中心化，而身份认证就势必要引入一些中心或者弱化的中心机构。Fabric、DNA和 Corda不约而同地选择了采用数字证书来对用户身份进行认证，原因在于这三者都有应用于现有金融系统的设计目标，而金融系统必然要考虑合规化并接受监管，此外现有的金融系统已经大范围地采用数字证书方案，这样便可以和区块链系统快速集成。

二、区块链用到哪些架构(区块链技术的架构有五个层面)

区块链技术的架构模型包含了哪些？

金窝窝分析区块链技术的架构模型如下几点：

1、数据层

数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等技术；

2、网络层

网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；

3、共识层

共识层主要封装网络节点的各类共识算法；

4、激励层

激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；

5、合约层

合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；

6、应用层

应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。

1分钟带你快速了解区块链的技术模型架构

区块链技术性并并不是一项单一的技术性，只是多种多样技术性融合自主创新的结果，其实质是一个弱管理中心的、自信赖的最底层构架技术性。

区块链技术性实体模型由上而下包含数据信息层、传输层的共识层、鼓励层、合同层和网络层。每一层具有一项关键作用，不一样等级中间互相配合，一同搭建一个去管理中心的使用价值传送管理体系。

数据信息层的特性是不能伪造、全备份数据、彻底公平（数据信息、管理权限、编码），而其算法设计是区块链，包含区块链头和区块材。区块链头由三组区块链数据库，一组数据库是父区块链哈希值，用以该区域块与区块链中的前一区块链相互连接；二组数据库是Merkle根，一种用于合理地小结区块链中全部买卖的算法设计；三组数据库是难度系数总体目标、时间格式和Nonce与生产制造区块链有关。

传输层封装了P2P网络体制、散播和认证体制等技术性。在传输层中，新的买卖向各大网站开展广播节目，每一个连接点都将接到的交易信息列入一个区块链中，且每一个连接点都试着在自身的区块链中寻找一个具备充足难度系数的劳动量证实，当一个连接点找到一个劳动量证实（得到装包区块链的资质），它就向各大网站开展广播节目（新装包的区块链），当且仅当包括在该区域块中的全部买卖全是合理的且以前未存有过的，别的连接点才认可该区域块的实效性，而表明认可接纳的方式，则是在追随该区域块的结尾，生产制造新的区块链以增加该传动链条，而将被接纳区块链的任意散列值视作在于新区块链的任意散列值。

的共识层封装了节点的各种共识机制优化算法，它是区块链的关键技术，由于这决策了区块链的造成，而记帐决策方法可能危害全部系统软件的安全系数和稳定性。现阶段早已发生了十余种共识机制优化算法，在其中较为知名的有劳动量证实体制（POW）、好用拜占庭容错机制优化算法（PBFT）、利益证实体制（POS）、股权授权证明体制。

鼓励层包含发售体制和激励制度。简易而言，激励制度是根据经济发展均衡的方式，激励连接点参加到维护保养区块链系统优化运作中，避免对总帐簿开展伪造，使长期性保持区块链互联网运作的驱动力。

合同层具备可编程控制器的特点，关键包含智能合约、共识算法、脚本制作、编码，是区块链可编程控制器特点的基本。将编码置入区块链或动态口令中，完成能够自定的智能合约，并在做到某一明确的约束的状况下，不用经过第三方就可以全自动实行，是区块链去信赖的基本。

网络层封装了区块链的各种各样应用领域和实例，跟电脑的应用软件、电脑浏览器上的门户网等很类似，将区块链关键技术布署在如以太币、EOS上并在实际中落地式。

#比特币[超话]##数字货币#

区块链架构设计有哪些？

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，帮助大家系统去学习研究。

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。

区块链架构图

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北大青鸟设计培训：组成区块链基础运算功能的组织架构内容？

随着互联网的都不发展，消费者对区块链技术和数字虚拟货币的认知程度也在不断的提高。

今天，我们就一起来了解一下区块链技术的基础运算方法都有哪些结构构成的。

下面java课程就一起来了解一下具体情况吧。

构成计算技术的基本元素是存储、处理和通信。

大型主机、PC、移动设备和云服务都以各自的方式展现这些元素。

各个元素之内还有专门的构件块来分配资源。

本文聚焦于区块链的大框架：介绍区块链中各个计算元素的模块以及各个模块的一些实现案例，偏向概论而非详解。

区块链的组成模块以下是去中心化技术中各个计算元素的构件块：存储：代币存储、数据库、文件系统/blob处理：有状态的业务逻辑、无状态的业务逻辑、高性能计算通信：数据、价值和状态的连接网络存储作为基本计算元素，存储部分包含了以下构件块。

代币存储。

代币是价值的存储媒介(例如资产、证券等)，价值可以是比特币、航空里程或是数字作品的版权。

代币存储系统的主要作用是发放和传输代币(有多种变体)，同时防止多重支付之类的事件发生。

比特币和Zcash是两大“纯净”的、只关注代币本身的系统。

以太坊则开始将代币用于各种服务，以实现其充当全球计算中心的理想。

这些例子中代币被用作运营整个网络架构的内部激励。

还有些代币不是网络用来推动自身运行的内部工具，而是用做更高级别网络的激励，但它们的代币实际上是存储在底层架构中的。

一个例子是像Golem这样的ERC20代币，运行在以太坊网络层上。

另一个例子是Envoke的IP授权代币，运行在IPDB网络层上。

数据库。

数据库专门用来存储结构化的元数据，例如数据表(关系型数据库)、文档存储(例如JSON)、键值存储、时间序列或图数据库。

数据库可以使用SQL这样的查询快速检索数据。

传统的分布式(但中心化)数据库如MongoDB和Cassandra通常会存储数百TB甚至PB级的数据，性能可达到每秒百万次写入。

SQL这样的查询语言是很强大的，因为它将实现与规范区分开来，这样就不会绑定在某个具体的应用上。

SQL已经作为标准应用了数十年，所以同一个数据库系统可以用在很多不同的行业中。

换言之，要在比特币之外讨论一般性，不一定要拿图灵完备性说事。

你只需要一个数据库就够了，这样既简洁又方便扩展。

有些时候图灵完备也是很有用的，我们将在“去中心化处理”一节具体讨论。

BigchainDB是去中心化的数据库软件，是专门的文档存储系统。

它基于MongoDB(或RethinkDB)，继承了后者的查询和扩展逻辑。

但它也具备了区块链的特征，诸如去中心化控制、防篡改和代币支持。

IPDB是BigchainDB的一个受监管的公开实例。

在区块链领域，也可以说IOTA是一个时间序列数据库。

文件系统/blob数据存储。

这些系统以目录和文件的层级结构来存储大文件(电影、音乐、大数据集)。

IPFS和Tahoe-LAFS是去中心化的文件系统，包含去中心化或中心化的blob存储。

FileCoin、Storj、Sia和Tieron是去中心化的blob存储系统，古老而出色的BitTorrent也是如此，虽然后者使用的是p2p体系而非代币。

以太坊Swarm、Dat、Swarm-JS基本上都支持上述两种方式。

数据市场。

这种系统将数据所有者(比如企业)与数据使用者(比如AI创业公司)连接在一起。

它们位于数据库与文件系统的上层，但依旧是核心架构，因为数不清的需要数据的应用(例如AI)都依赖这类服务。

Ocean就是协议和网络的一个例子，可以基于它创建数据市场。

还有一些特定应用的数据市场：EnigmaCatalyst用于加密市场，Datum用于私人数据，DataBrokerDAO则用于物联网数据流。

处理接下来讨论处理这个基本计算元素。

“智能合约”系统，通常指的是以去中心化形式处理数据的系统[3]。

它其实有两个属性完全不同的子集：无状态(组合式)业务逻辑和有状态(顺序式)业务逻辑。

无状态和有状态在复杂性、可验证性等方面差异巨大。

三种去中心化的处理模块是高性能计算(HPC)。

无状态(组合式)业务逻辑。

这是一种任意逻辑，不在内部保留状态。

用电子工程术语来说，它可以理解为组合式数字逻辑电路。

这一逻辑可以表现为真值表、逻辑示意图、或者带条件语句的代码(if/then、and、or、not等判断的组合)。

因为它们没有状态，很容易验证大型无状态智能合约，从而创建大型可验证的安全系统。

N个输入和一个输出需要O(2^N)个计算来验证。

跨账本协议(ILP)包含crypto-conditions(CC)协议，以便清楚地标出组合电路。

CC很好理解，因为它通过IETF成为了互联网标准，而ILP则在各种中心和去中心化的支付网络(例如超过75家银行使用的瑞波)中广泛应用。

CC有很多独立实现的版本，包括JavaScript、Python、Java等。

BigchainDB、瑞波等系统也用CC，用以支持组合式业务逻辑/智能合约。

三、区块链技术框架有哪些

当前主流的区块链架构包含六个层级：网络层、数据层、共识层、激励层、合约层和应用层。图中将数据层和网络层的位置进行了对调，主要用途将在下一节中详述。

网络层：区块链网络本质是一个P2P（Peer-to-peer点对点）的网络，网络中的资源和服务分散在所有节点上，信息的传输和服务的实现都直接在节点之间进行，可以无需中间环节和服务器的介入。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同步信息，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。所以网络层会涉及到P2P网络，传播机制，验证机制等的设计，显而易见，这些设计都能影响到区块信息的确认速度，网络层可以作为区块链技术可扩展方案中的一个研究方向；

数据层：区块链的底层数据是一个区块+链表的数据结构，它包括数据区块、链式结构、时间戳、哈希函数、Merkle树、非对称加密等设计。其中数据区块、链式结构都可作为区块链技术可扩展方案对数据层研究时的改进方向。

共识层：它是让高度分散的节点对区块数据的有效性达到快速共识的基础，主要的共识机制有POW（Proof Of Work工作量证明机制），POS（Proof of Stake权益证明机制），DPOS（Delegated Proof of Stake委托权益证明机制）和PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance实用拜占庭容错）等，它们一直是区块链技术可扩展方案中的重头戏。

激励层：它是大家常说的挖矿机制，用来设计一定的经济激励模型，鼓励节点来参与区块链的安全验证工作，包括发行机制，分配机制的设计等。这个层级的改进貌似与区块链可扩展并无直接联系。

合约层：主要是指各种脚本代码、算法机制以及智能合约等。第一代区块链严格讲这一层是缺失的，所以它们只能进行交易，而无法用于其他的领域或是进行其他的逻辑处理，合约层的出现，使得在其他领域使用区块链成为了现实，以太坊中这部分包括了EVM(以太坊虚拟机)和智能合约两部分。这个层级的改进貌似给区块链可扩展提供了潜在的新方向，但结构上来看貌似并无直接联系

应用层：它是区块链的展示层，包括各种应用场景和案例。如以太坊使用的是truffle和web3-js.区块链的应用层可以是移动端，web端，或是是融合进现有的服务器，把当前的业务服务器当成应用层。这个层级的改进貌似也给区块链可扩展提供了潜在的新方向，但结构上来看貌似并无直接联系。

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