區(qū)塊鏈概念與架構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜

1、1、前言區(qū)塊鏈作為一種架構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，與基礎(chǔ)語(yǔ)言或平臺(tái)等差別較大。區(qū)塊鏈?zhǔn)羌用茇泿疟澈蟮募夹g(shù)，是當(dāng)下與虛擬現(xiàn)實(shí)等比肩的熱門技術(shù)之一，本身不是新技術(shù)，類似，可以說(shuō)它是一種技術(shù)架構(gòu)，所以我們從架構(gòu)設(shè)計(jì)的角度談?wù)剠^(qū)塊鏈的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。無(wú)論你擅長(zhǎng)什么編程語(yǔ)言，都能夠參考這種設(shè)計(jì)去實(shí)現(xiàn)一款區(qū)塊鏈產(chǎn)品。與此同時(shí)，梳理與之相關(guān)的知識(shí)圖譜和體系，幫助大家系統(tǒng)的去學(xué)習(xí)研究。2、基本概念區(qū)塊鏈的概念最近很火，它來(lái)自于比特幣等加密貨幣的實(shí)現(xiàn)，但是目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)逐步運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域。什么是區(qū)塊鏈技術(shù)？為了感性認(rèn)識(shí)這個(gè)問(wèn)題，我們可以使用谷歌地球的例子做類比，不是什么新技術(shù)，但組合在一起就成就了產(chǎn)品谷歌地球，與之類似，區(qū)塊

2、鏈也不是什么新技術(shù)，但與加密解密技術(shù)、P2P網(wǎng)絡(luò)等組合在一起，就誕生了比特幣。技術(shù)人員，特別是開(kāi)發(fā)工程師，學(xué)習(xí)了解技術(shù)最早是被谷歌地球酷炫的效果所吸引。而現(xiàn)在，歷史再一次重演，很多人被比特幣的瘋狂發(fā)展所吸引，進(jìn)而開(kāi)始研究其背后的技術(shù)區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈原本是比特幣等加密貨幣存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一種獨(dú)特方式，是一種自引用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來(lái)存儲(chǔ)大量交易信息，每條記錄從后向前有序鏈接起來(lái)，具備公開(kāi)透明、無(wú)法篡改、方便追溯的特點(diǎn)。實(shí)際上，這種特性也直接體現(xiàn)了整個(gè)比特幣的特點(diǎn)，因此使用區(qū)塊鏈來(lái)概括加密貨幣背后的技術(shù)實(shí)現(xiàn)是非常直觀和恰當(dāng)?shù)?。區(qū)塊鏈?zhǔn)且豁?xiàng)技術(shù)，加密貨幣是其開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的一類產(chǎn)品（含有代幣，也有不含代幣的區(qū)塊鏈產(chǎn)品

3、），不能等同或混淆。與加密貨幣相比，區(qū)塊鏈這個(gè)名字拋開(kāi)了代幣的概念，更加形象化、技術(shù)化、去政治化，更適合作為一門技術(shù)去研究、去推廣。所以，目前當(dāng)大家單獨(dú)說(shuō)到區(qū)塊鏈的時(shí)候，就是指的區(qū)塊鏈技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)公開(kāi)、透明、可追溯的產(chǎn)品的架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，算作廣義的區(qū)塊鏈。而當(dāng)在具體產(chǎn)品中談到區(qū)塊鏈的時(shí)候，可以指類似比特幣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，或許是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，或許是文件形式的設(shè)計(jì)，這算作狹義的區(qū)塊鏈。廣義的區(qū)塊鏈技術(shù)，必須包含點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、加密技術(shù)應(yīng)用、分布式算法的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的使用等4個(gè)方面，其他的可能涉及到分布式存儲(chǔ)、機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等。狹義的區(qū)塊鏈僅僅涉及到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)或文件操作等

4、。本文的區(qū)塊鏈，指的是廣義的區(qū)塊鏈。3、架構(gòu)圖從架構(gòu)設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)，區(qū)塊鏈可以簡(jiǎn)單的分為三個(gè)層次，協(xié)議層、擴(kuò)展層和應(yīng)用層。其中，協(xié)議層又可以分為存儲(chǔ)層和網(wǎng)絡(luò)層，它們相互獨(dú)立但又不可分割。如圖：協(xié)議層所謂的協(xié)議層，就是指代最底層的技術(shù)。這個(gè)層次通常是一個(gè)完整的區(qū)塊鏈產(chǎn)品，類似于我們電腦的操作系統(tǒng)，它維護(hù)著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，僅提供供調(diào)用。通常官方會(huì)提供簡(jiǎn)單的客戶端（通稱為錢包），這個(gè)客戶端錢包功能也很簡(jiǎn)單，只能建立地址、驗(yàn)證簽名、轉(zhuǎn)賬支付、查看余額等。這個(gè)層次是一切的基礎(chǔ)，構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、搭建了交易通道、制定了節(jié)點(diǎn)獎(jiǎng)勵(lì)規(guī)則，至于你要交易什么，想干什么，它一概不過(guò)問(wèn)，也過(guò)問(wèn)不了。典型的例子，自然是比特幣，還有各

5、種二代幣，比如萊特幣等，本書(shū)介紹的億書(shū)幣也是。這個(gè)層次，是現(xiàn)階段開(kāi)發(fā)者聚集的地方，這說(shuō)明加密貨幣仍在起步當(dāng)中。從用到的技術(shù)來(lái)說(shuō)，協(xié)議層主要包括網(wǎng)絡(luò)編程、分布式算法、加密簽名、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)等4個(gè)方面，其中網(wǎng)絡(luò)編程能力是大家選擇編程語(yǔ)言的主要考慮因素，因?yàn)榉植际剿惴ɑ旧蠈儆跇I(yè)務(wù)邏輯上的實(shí)現(xiàn)，什么語(yǔ)言都可以做到，加密簽名技術(shù)是直接簡(jiǎn)單的使用（請(qǐng)看書(shū)中相關(guān)的加密解密文章，不建議自由發(fā)揮，沒(méi)有過(guò)多的編碼邏輯），數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)也主要在使用層面，只有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)和并發(fā)處理才是開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)，所以對(duì)于那些網(wǎng)絡(luò)編程能力強(qiáng)，對(duì)并發(fā)處理簡(jiǎn)單的語(yǔ)言，人們就特別偏愛(ài)。也因此，開(kāi)發(fā)區(qū)塊鏈應(yīng)用，逐漸變得更加流行，語(yǔ)言也在逐漸

6、興起。上面的架構(gòu)設(shè)計(jì)圖里，我把這個(gè)層面進(jìn)一步分成了存儲(chǔ)層和網(wǎng)絡(luò)層。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以相對(duì)獨(dú)立，選擇自由度大一些，可以單獨(dú)來(lái)討論。選擇的原則無(wú)非是性能和易用性。我們知道，系統(tǒng)的整體性能，主要取決于網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的性能，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化空間不大，但是本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的是可以優(yōu)化的。比如，比特幣選擇的是谷歌的，據(jù)說(shuō)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)性能很好，但是很多功能需要開(kāi)發(fā)者自己實(shí)現(xiàn)。目前，困擾業(yè)界的一個(gè)重大問(wèn)題是，加密貨幣交易處理量遠(yuǎn)不如現(xiàn)在中心化的支付系統(tǒng)（銀行等），除了，需要全方位的突破。分布式算法、加密簽名等都要在實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中加以使用，所以自然是網(wǎng)絡(luò)層的事情，也是編碼的重點(diǎn)和難點(diǎn)，開(kāi)發(fā)加密貨幣全書(shū)分享的基本上就是這

7、部分的內(nèi)容。當(dāng)然，也有把點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)單獨(dú)分開(kāi)的，把節(jié)點(diǎn)查找、數(shù)據(jù)傳輸和驗(yàn)證等邏輯獨(dú)立出來(lái)，而把共識(shí)算法、加密簽名、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等操作放在一起組成核心層。無(wú)論怎么組合，這兩個(gè)部分都是最核心、最底層的部分，都是協(xié)議層的內(nèi)容。擴(kuò)展層這個(gè)層面類似于電腦的驅(qū)動(dòng)程序，是為了讓區(qū)塊鏈產(chǎn)品更加實(shí)用。目前有兩類，一是各類交易市場(chǎng)，是法幣兌換加密貨幣的重要渠道，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，來(lái)錢快，成本低，但風(fēng)險(xiǎn)也大。二是針對(duì)某個(gè)方向的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，比如基于億書(shū)側(cè)鏈，可為第三方出版機(jī)構(gòu)、論壇網(wǎng)站等內(nèi)容生產(chǎn)商提供定制服務(wù)等。特別值得一提的就是大家聽(tīng)得最多的“智能合約”的概念，這是典型的擴(kuò)展層面的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。所謂“智能合約”就是“可編程合約”

8、，或者叫做“合約智能化”，其中的“智能”是執(zhí)行上的智能，也就是說(shuō)達(dá)到某個(gè)條件，合約自動(dòng)執(zhí)行，比如自動(dòng)轉(zhuǎn)移證券、自動(dòng)付款等，目前還沒(méi)有比較成型的產(chǎn)品，但不可否認(rèn)，這將是區(qū)塊鏈技術(shù)重要的發(fā)展方向。擴(kuò)展層使用的技術(shù)就沒(méi)有什么限制了，可以包括很多，上面提到的分布式存儲(chǔ)、機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等等，都可以使用。編程語(yǔ)言的選擇上，可以更加自由，因?yàn)榭梢耘c協(xié)議層完全分離，編程語(yǔ)言也可以與協(xié)議層使用的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言不相同。在開(kāi)發(fā)上，除了在交易時(shí)與協(xié)議層進(jìn)行交互之外，其他時(shí)候盡量不要與協(xié)議層的開(kāi)發(fā)混在一起。這個(gè)層面與應(yīng)用層更加接近，也可以理解為架構(gòu)的產(chǎn)品中的服務(wù)端（）。這樣不僅在架構(gòu)設(shè)計(jì)上更加科學(xué)，讓區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)更小

9、，網(wǎng)絡(luò)更獨(dú)立，同時(shí)也可以保證擴(kuò)展層開(kāi)發(fā)不受約束。從這個(gè)層面來(lái)看，區(qū)塊鏈可以架構(gòu)開(kāi)發(fā)任何類型的產(chǎn)品，不僅僅是用在金融行業(yè)。在未來(lái)，隨著底層協(xié)議的更加完善，任何需要第三方支付的產(chǎn)品都可以方便的使用區(qū)塊鏈技術(shù)；任何需要確權(quán)、征信和追溯的信息，都可以借助區(qū)塊鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)。我個(gè)人覺(jué)得，這個(gè)目標(biāo)應(yīng)該很快就能實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用層這個(gè)層面類似于電腦中的各種軟件程序，是普通人可以真正直接使用的產(chǎn)品，也可以理解為架構(gòu)的產(chǎn)品中的瀏覽器端（）。這個(gè)層面的應(yīng)用，目前幾乎是空白。市場(chǎng)亟待出現(xiàn)這樣的應(yīng)用，引爆市場(chǎng)，形成真正的擴(kuò)張之勢(shì)，讓區(qū)塊鏈技術(shù)快速走進(jìn)尋常百姓，服務(wù)于大眾。大家使用的各類輕錢包（客戶端），應(yīng)該算作應(yīng)用層最簡(jiǎn)單、最典型的應(yīng)用。很快，億書(shū)將基于億書(shū)網(wǎng)絡(luò)推出文檔協(xié)作工具，這個(gè)就是典型的應(yīng)用層的產(chǎn)品。限于當(dāng)前區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，億書(shū)只能從協(xié)議層出發(fā)，把目標(biāo)指向應(yīng)用層，同時(shí)為第三方開(kāi)發(fā)者提供擴(kuò)展層的強(qiáng)大支持。這樣做既可以避免貪多，又可以避免無(wú)法落地，是真正理性的開(kāi)發(fā)路線。因?yàn)榧兇獾拈_(kāi)發(fā)協(xié)議層或擴(kuò)