夸克区块链技术总结（2）

#2. 区块链的一般性架构介绍

有关区块链本身的发展史，网络上资料比较多，本文不再赘述。

而有关区块链技术的介绍，在各个区块链平台的社区是有详细资料的，但是针对这些资料的总结，以及抽象出一共通概念的介绍，还是凤毛麟角，本文尝试总结一下。

在介绍之前，我想稍微介绍一下公有链，联盟链的概念，这些概念是以太坊创始人Vitalik提出的，我在这些概念的基础上做了一些研究。

其实区分公有链、联盟链很简单，只要看这个区块链的访问权限就可以了，如果访问该区块链需要获得链上节点的许可，那么这是一个联盟链，否则是公有链。

根据名称，我们也可以”望文生义“，公有表示一个完全开放的网络，联盟表示一个半开放的网络，成员之间是共享的，非成员身份是没有自由访问权限的，所以我们也称联盟链为许可链。

下面我们来看几个比较主流的区块链平台（公有链，皆开源）：

比特币 Bitcoin

以太坊 Ethereum/经典以太坊 Ethereum Classic

比特股 Bitshares

我一般戏称为”三巨头“，从生态上来看，比特币是最为成熟稳定的，以太坊更像是一个冲在前面的勇士，比特股相比前两位生态要小很多，但是从创新的角度，也不亚于前两位。

其他的很多项目，是从这三个区块链上衍生出来的，所以以这三个为基础，基本上可以吃透区块链了。

不得不提的还有Linux基金会项目——HyperLedger项目（主打联盟链，开源），也是旨在打造一个通用的区块链技术，不过我认为目前尚在开发迭代当中，还没有具体的应用案例，按下不讲。

另外还有一些好玩的联盟链项目——R3 CEV项目（联盟链，闭源），以及中国的R3项目——ChinaLedger（联盟链，闭源），当然这些不是开源的，我无法获得有用的资料进行分析，所以就不展开了。

从技术上来看，针对不同的业务场景，对区块链有不同需求，比如实时结算业务，要求区块链提供秒级的交割，相对应的就是出块速度的要求，而出块速度过快往往会导致区块链分叉（fork），形成孤儿链，孤儿链是无效的，那么交易也就作废了，影响了区块链的最终一致性。

如果频繁产生分叉造成相当比例的用户交易失效，那么可以认为系统是不可靠的。

如果我们将这种实时性要求比较高的业务安插到联盟链中，就可以控制风险，通过调整共识算法，利用快速一致共识模型（Consensus Model）来避免上述问题，虽然不如公有链那么健壮，但对某些特殊场景足够了。

所以架构层面，对公有链和联盟链的技术也要差异化对待。

不过客户端整体的设计还是有一些通用的概念的，如下图：

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（图1）

一个区块链至少分为三层，

最底层是一些通用的基础模块，比如基础加密算法，网络通讯库，流处理，线程封装，消息封装与解码，系统时间等；

中间一层是区块链的核心模块，一般包含了区块链的主要逻辑，如P2P网络协议，共识模块，交易处理模块，交易池模块，简单合约或者智能合约模块，嵌入式数据库处理模块，钱包模块等等；

最上面一层，往往都是基于Json Standard RPC的交互模块，基于Json-RPC,我们还可以做出更好的UI界面，也可以是一个web-service。

如果区块链 支持智能合约，可能还要分更多的层，比如增加BaaS层，区块链上的智能合约提供自治的服务，比如下面这张以太坊的架构图（来自google，仅作参考）：

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（图2）

这种分层更加关注的是区块链本身的分层，即业务上的视角，而不完全是技术的。

我们再转向比特币的设计：

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（图3）

比特币几个模块之间的耦合度其实比较高，而且有不少历史包袱，比特币的发明者——中本聪在开发比特币的时候，使用VC++开发，而VC++的标准库中的sstream流处理性能非常感人，不得不放弃，自行实现了了基于vector<char>的流处理容器。而随着c++11的推出以及标准库的更新迭代，性能不可同日而语。

从整张图我们可以看出，比特币的模块比较少，也比较简单。chain-paramters描述了整个区块链的参数设置，wallet是与地址/加密还有存储相关的，mem-pool是未确认的交易池。得益于比特币核心开发者的不朽贡献，相比中本聪时代的比特币代码，现在的比特币代码质量已经相当不错了。

以上无论哪种设计，一般都要从P2P网络协议作为切入，作为一个P2P钱包，既要提供Service也要提供Client，作为Service依赖P2P网络协议，作为Client依赖Json-RPC。

需要指出的是，目前”三巨头”所使用的账户模型是不同的（所谓账户模型是指账户记账方法），比特币使用UXTO模型，以太坊和比特股使用账户余额模型。

UXTO模型（Unspent Transaction Outputs (UTXOs)?）：此模型表达了一种转移的概念，即任何产生的新币，在以后的生命周期中，只有转移，没有消亡，转移实质上是由加密算法的签名与验证控制的：

（图4）

账户余额模型：账户余额模型摒弃了这种强验证的账户模型，即账户余额回归到数字加减，这样做提升了交易的效率。

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编译者/作者：财经咖TM

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