区块链技术相关概述

news2025/1/20 20:03:03

第一节区块链技术相关概述

一、区块链定义

区块链其实就相当于一个去中介化的数据库，是由一串数据块组成的。

狭义：区块链是就是一种按照时间顺序来将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。

广义：区块链其实是一种分布式基础架构与计算方式，它是用于保证数据传输和访问的安全的。

二、区块链本质

质上是一个去中心化的数据库

三、工作原理

区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中，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基础数据和基本算法；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；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；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；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；应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。

四、区块链的基础架构

数据层

数据层（Data Layer)相当于区块链四大核心技术中的数据结构，即“区块+链”的结构。从还没有记录交易信息的创世区块起，直到现在仍一直在新添加的区块，构成的链式结构，里面包含了哈希值、随机数、认证交易的时间戳、交易信息数据、公钥和私钥等，是整个区块链技术中最底层的数据结构。

网络层

网络层（Network Layer)则类似于四大核心技术中的分布式存储，主要是点对点机制、数据传播机制和数据验证机制。分布式算法以及加密签名等都在网络层中实现，区块链上的各个节点通过这种方式来保持联系，共同维护整个区块链账本，比较熟知的有闪电网络、雷电网络等第二层支付协议。

名词Peer-to-peer networl对等网络

共识层

（Consensus Layer)则相当于四大核心技术中的共识机制，主要包括共识算法机制。目前为止有 PoW、PoS、DPoS、PoW 和 PoS 结合、燃烧证明、重要性证明等十几种共识机制。

共识算法

PoW（工作量证明Proof-of-Work）

PoS(股权证明 proof os Stake)

DPoS委托股权证明 (Delegated proof os Stake).

PBFT拜占庭容错算法

Practical Byzantine Fault Tolerance

激励层

（Actuator Layer)包括激励机制和分配制度。在区块链中一般指挖矿奖励，通过奖励一部分数字资产从而激励矿工去验证交易信息，从而维持挖矿活动以及区块链账本更新的持续进行；另外，还会制定一些相关制度，奖惩分明，激励记账节点，惩罚恶意节点。

合约层

（Contract Layer)自然就和我们最常听到的智能合约有关。把代码写到合约里，就可以自定义约束条件，不需要第三方信任背书，到时间立即实时操作。当然除了智能合约，是区块链作为信任机器的重要层级，还有一些别的脚本代码、侧链应用等等。

应用层

（Application Layer)就很简单了，类似于手机上的各种 APP，即区块链的各种应用场景。例如比特币、以太坊等就是区块链的应用项目，这个层面包括未来区块链应用落地的各个方面。

架构图

五、区块链的用途

区块链主要是用于解决交易的信任和安全问题。

六、核心特点

去中心化、不可篡改、全程留痕、集体维护、公开透明

七、区块链结构

创世区块：

区块大小：

用字节表示的区块数据大小

区块头：

1. 区块头hash值

2. 父区块头hash值

3. 时间戳：区块产生的近似时间

4. Merkle根：该区块中交易的merkle树根的哈希值

5. 难度目标：该区块工作量证明算法的难度目标

6. Nonce：用于工作量证明算法的计数器

交易计数器：交易的数量

交易:记录在区块里的交易信息

八、区块链网络

实际的区块链系统由多个区块链节点组成，每个节点都运行着相同一套区块链主干网络的副本，且各个节点间通过P2P网络进行交互，并最终形成一个完整的区块链网络系统。

P2P网络具有可靠性、去中心化，以及开放性，各个节点之间交互运作、协同处理，每个节点在对外提供服务的同时也使用网络中其他节点所提供的服务。当某一个区块链节点产生新的区块时，会通过广播的方式告诉其他节点，其他节点通过网络接收到该区块信息时，会对这个区块信息进行验证，当有一定数量的节点都验证通过后，各个节点会把该区块更新到各自现有的区块链上，最终使得整个区块链网络中的各个节点信息保持一致，这也是区块链去中心化、可信任特性的体现。

区块链的网络模型

第二节区块链的分类

一、公有链Public Block Chains

世界上任何个体或者团体都可以发送交易，且交易能够获得该区块链的有效确认，任何人都可以参与其共识过程。

应用：BTC网络、以太坊网络

二、专有链（私有区块链Private Block Chains）

仅仅使用区块链的总账技术进行记账，可以是一个公司，也可以是个人，独享该区块链的写入权限，本链与其他的分布式存储方案没有太大区别。传统金融都是想实验尝试私有区块链，而公链的应用例如bitcoin已经工业化，私链的应用产品还在摸索当中

三、联盟链（联合（行业）区块链Consortium Block Chains）

由某个群体内部指定多个预选的节点为记账人，每个块的生成由所有的预选节点共同决定（预选节点参与共识过程），其他接入节点可以参与交易，但不过问记账过程（本质上还是托管记账，只是变成分布式记账，预选节点的多少，如何决定每个块的记账者成为该区块链的主要风险点），其他任何人可以通过该区块链开放的API进行限定查询。

应用：Hyperledger Fabric，也叫超级账本。