看懂区块链，这篇文章就够了，从初学者到专家

如果你先问有没有区块链或比特币？ 我想一半以上的人会答错。 事实上，首先是比特币。

比特币白皮书《比特币：一种点对点的电子现金系统》值得一读。 大部分内容都比较容易理解。 看完之后，你会惊叹于中本聪的精彩设计。 正是比特币巧妙地融合了很多底层技术，包括加密算法、分布式存储、P2P点对点网络、共识算法等（下文会详细介绍），而这些技术组合在一起，被称为区块链。 事实上，这些具体的技术都是非常“古老”的技术，大部分都存在于 1960 年代和 70 年代左右。

比特币被称为区块链1.0时代，解决了隐私和安全等问题。 在以以太坊为代表的2.0时代，诞生了智能合约、计算、存储、资产交易等解决方案。 至于3.0，众说纷纭。 有人认为是通证经济，有人认为区块链3.0是价值互联网的核心，有人认为实现完全权限控制和安全保障的Hyperledger项目是区块链3.0的代表。

但区块链3.0到底是什么？ 在今天的文章中，这些都不重要。 因为本文不谈：区块链1.0、2.0、3.0具体是什么，如何扩展性能，实现业务需求。 如何布局赛道，区块链如何改变生产关系促进生产力，信任机器如何与云计算、大数据、人工智能、物联网协同，目前实施情况如何，如何实现？之前发布白皮书的经销商？ ，收获的韭菜现在怎么样了？ 炒币者在海边有别墅，或者在海里工作。 （还有，专门传授炒币秘籍的，毁了家业的。）

这篇文章主要是技术相关的，后面会单独开一篇文章讲上面这篇文章没有讲到的内容。

10月24日中央政治局第十八次集体学习时强调，要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入，努力攻克一批关键核心技术，加快推进区块链技术发展和产业创新。 区块链技术终于走到了时代的前沿。

应用场景

区块链可以和很多行业结合，区块链+会成为未来新的方向。 区块链+将使商业交易更安全、交易成本更低、协同效率更高，从而改变生产关系比特币客户端分为几种，促进生产力发展。

区块链分类

区块链的英文是BlockChain，区块链的本质是去中心化的账本数据库。 区块链没有统一的定义。 广义上讲，区块链技术是指基于密码学、分布式共识协议、点对点网络通信技术和智能合约转化为语言的多方数据交换。 、加工和储存技术相结合。

区块链具有去中心化、公开性、不可篡改修改性、匿名性、可追溯性五大特征。

区块链还有一个不可能三角，这也是制约区块链的关键，即去中心化、安全性和交易性能。 你不能两者兼得，更不用说三者了。 当然，近几年新项目层出不穷，发布了眼花缭乱的白皮书，各种“完美”的解决方案也层出不穷，比如Layer2、DAG……，但归根结底，只有一个几根羽毛，没人看的白皮书，无望的韭菜和未完成的项目。 我真诚地希望不可能的三角形成为可能。

根据参与方式，区块链可分为公有链、联盟链和私有链三类。

公链

公链对公众开放，用户无需注册即可匿名参与，无需授权即可访问网络和区块链。 公链是真正意义上的完全去中心化的区块链。 它使用密码学来确保交易不能被篡改。 同时，它利用密码学验证和经济激励在陌生的网络环境中建立共识，从而形成去中心化的中心化信用机制。

比如比特币和以太坊都是公链。 公有链一般适用于虚拟货币、大众电子商务、互联网金融等。

公链的架构一般分为七层，从下到上：

加密层：加密层是区块链技术的基石，保证了整个区块链系统的安全性和匿名性。 其中，椭圆加密算法ECC用于签名，SHA256用于处理POW共识算法以及头部信息和交易信息的加密。

数据层：类似于默克尔树的数据结构，以消息摘要的形式存在，使得历史数据难以篡改，保证数据完整性。 例如，使用的主要数据库是 Leveldb。 Leveldb 是 Google 实现的一个非常高效的 KV 数据库。 LevelDB 是一种具有非常高性能的单进程服务。 在4核Q6600 CPU机器上比特币客户端分为几种，每秒写入数据超过40w，而随机读取性能超过每秒10w。 或者，CouchDB，一种开源的面向文档的数据库管理系统，可通过 RESTful JavaScript 对象表示法 (JSON) API 访问。 提供高可用性和可靠性，即使在易出故障的硬件上运行时也是如此。

网络层：规定了整个网络节点中的通信机制，即P2P对等网络，无需中央服务器即可实现数据共享。 P2P网络管理主要是实现与网络上其他相邻节点的通信功能。

共识层：在分布式系统中，首要要解决的问题是如何实现不同账本节点上账本数据的一致性和正确性。 通过POW、BFT、POS、DPOS等共识算法，保证全网数据的一致性。 共识算法是区块链技术的关键。

激励层：包括经济激励的发行机制和分配机制。 通过经济激励机制，让更多主体更积极地参与，确保去中心化的实现，创造更安全、更稳定的共识状态。

契约层：简单来说，可以产生代码即法律的效果。 提供区块链系统的可编程性。 智能合约可以看作是一种计算机程序，可以自主执行全部或部分与合约相关的操作，并生成可验证的证据。 在部署智能合约之前，已经制定了与合约相关的所有条款的逻辑流程，然后用户可以随时调用智能合约来执行。

应用层：可以开发分布式应用，即DAPP，丰富整个区块链生态。

联盟链

联盟链仅限联盟成员参与，对区块链的读写权限和参与记账权限按照联盟规则制定。 联盟链的共识过程由预选节点控制。 一般来说，它适用于机构间的交易、结算或清算。

公链面向不可控场景，需要在安全性、性能和去中心化之间找到平衡点。 在联盟链服务场景中，参与者的数量相对更可控，联盟链的性能和安全性更容易突破。 因此在不可能三角上做出了让步，即在去中心化程度和共识算法上做出了一定的让步，从而提高了系统的效率。 联盟链大多采用权益证明、PBFT、RAFT等共识算法。

联盟链的代表是“Hyperledger”。 Linux基金会于2015年12月启动“Hyper Ledger”开源项目，旨在推动各方协作，共同构建基于区块链的企业级分布式账本底层技术，用于构建支持区块链的行业应用和平台。商业 。 参与超级账本的企业阵容非常强大，既有IBM、英特尔、思科等科技巨头，也有摩根大通、富国银行等金融巨头，也有胜三、胜三等专注区块链的企业。共识系统。

目前Hyperledger项目中有五个项目进入孵化状态，分别是Fabric、Sawtooth Lake（锯齿湖）、Iroha（彩色）、BlockchainExplorer和Cello。

由于篇幅有限，下面重点介绍Fabric。

联盟链和公有链从大的架构层面来说基本是一样的。 但由于联盟链主要处理联盟内部事务，基本没有激励层，而且由于面向对象、参与者等场景主要是联盟，所以比公链多了一些服务，例如, Fabric 有更多的身份服务和策略服务。

1.身份服务

身份服务（Identity Service）管理系统中各种实体、​​参与者和对象的身份信息，包括参与组织、验证者和交易者、账本中的资产和智能合约、系统组件和运行环境等。

2、保单服务

策略服务最重要的是访问控制和授权功能。 Fabric 交易通常需要参与者有权限才能进行。 其他策略包括加入和启动网络的策略、身份注册、验证、隐私和保密策略、共识策略等。

3. 区块链服务

Fabric的区块链服务提供最基础的构建分布式账本的能力，实现数据传输、共识等底层功能，提供发布/订阅时间管理框架。 分布式账本中的各种事件可以通知外部监视器应用程序。 Fabric的区块链服务主要包括四个组件：P2P协议组件、分布式账本组件、共识管理器组件和账本存储组件。

共识算法是非常关键的部分，对于不熟悉区块链的人来说是非常神秘的部分。 这里我们将花一点篇幅找一个比较简单但实用的共识算法做一个简单的介绍，Raft。

使用Raft实现记账共识的过程是这样的：首先选举一个leader，然后赋予leader全权管理记账。 领导者收到客户端的记账请求，完成记账操作，生成区块，复制到其他记账节点。 拥有领导者可以简化管理，但领导者可能会失败或与其他节点失去联系。 这时候系统会选举出新的leader。

一个 Raft 集群通常包含 5 个服务器，允许系统有两个故障服务器。 每个服务器都处于 3 种状态之一：领导者、追随者或候选者。 正常情况下只有一个leader，其他server都是follower。

当follower在选举超时时间内没有收到leader的心跳信息，就会切换到candidate状态。 为了避免冲突，这个超时是一个介于 150 和 300 毫秒之间的随机数。

一般来说，在 Raft 系统中：

1）任何服务器都可以成为候选人，它向其他服务器追随者发送自己的选举请求。

2) 另一台服务器同意并发出 OK。 注意，如果这个过程中follower宕机了，没有收到选举请求，这时候candidate可以选举自己。 只要达到 N/2+1 的多数票，候选人仍然可以成为领导者。

3）这样，candidate成为leader leader，

4）以后会通过心跳进行计费通知。

以上就是对RAFT共识算法的简单介绍。

4. 智能合约服务

Fabric 智能合约的本质是运行在验证节点上的分布式交易程序，自动执行特定的业务规则，最终更新账本的状态。 智能合约分为公开、保密和访问控制类型。 公开合约可以被任何成员调用，保密合约只能由验证成员发起。

由于篇幅有限，本文先说到这里，以后慢慢说！

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