學習區塊鏈 你不可不知的五層架構！

當前的區塊鏈技術採用的是五層架構，從下到上分別是數據層、網路層、共識層、激勵層、智能合約層，如下圖所示。

五層架構

數據層

數據層最底層的技術，是一切的基礎，主要實現了兩個功能，一個是相關數據的存儲，另一個是賬戶和交易的實現與安全。數據存儲主要基於Merkle樹，通過區塊的方式和鏈式結構實現，大多以KV資料庫的方式實現持久化，比如以太坊採用leveldb。帳號和交易的實現基於數字簽名、哈希函數和非對稱加密技術等多種密碼學演算法和技術，保證了交易在去中心化的情況下能夠安全的進行。

網路層

網路層主要實現網路節點的連接和通訊，又稱點對點技術，是沒有中心伺服器、依靠用戶群交換信息的互聯網體系。與有中心伺服器的中央網路系統不同，對等網路的每個用戶端既是一個節點，也有伺服器的功能，其具有去中心化與健壯性等特點。

共識層

共識層主要實現全網所有節點對交易和數據達成一致，防範拜占庭攻擊、女巫攻擊、51%攻擊等共識攻擊，其演算法稱為共識機制，因為其應用場景不同，區塊鏈2.0出現了多種富有特色的共識機制。

1. PoS：Proof of Stake，權益證明

原理：節點獲得區塊獎勵的概率與該節點持有的代幣數量和時間成正比，在獲取區塊獎勵後，該節點的代幣持有時間清零，重新計算。但由於代幣在初期分配時人為因素過高，容易導致後期貧富差距過大。

2. DPoS：Delegate Proof of Stake，股份授權證明

原理：所有的節點投票選出100個（或其他數量）委託節點，區塊完全由這100個委託節點按照一定演算法生成，類似於美國的議會制。

3. Casper：投注共識

原理：以太坊下一代的共識機制，每個參與共識的節點都要支付一定的押金，節點獲取獎勵的概率和押金成正比，如果有節點作惡押金則要被扣掉。

4. PBFT：Practical Byzantine Fault Tolerance，拜占庭容錯演算法

原理：與一般公有鏈的共識機制主要基於經濟博弈原理不同，PBFT基於非同步網路環境下的狀態機副本複製協議，本質上是由數學演算法實現了共識，因此區塊的確認不需要像公有鏈一樣在若干區塊之後才安全，可以實現出塊即確認。

5. PoET：Proof of Elapsed Time，消逝時間量證明

原理：該共識機制由intel提出，核心是用Intel支持SGX技術的CPU硬體，在受控安全環境（TEE）下隨機產生一些延時，同時CPU從硬體級別證明延時的可信性，類似於彩票演算法，誰的延時最低，誰將獲取記賬權。這樣，增加記賬權的唯一方法就是多增加CPU的數量，具備了當初中本聰設想的一個CPU一票的可能，同時增加的CPU會提升整個系統的資源，變相實現了記賬權與提供資源之間的正比例關係。

共識機制有各自的優缺點，適應不同的場景，進行對比，如下表所示。

不同共識演算法對比

激勵層

激勵層主要實現區塊鏈代幣的發行和分配機制，比如以太坊，定位以太幣為平台運行的燃料，可以通過挖礦獲得，每挖到一個區塊固定獎勵5個以太幣，同時運行智能合約和發送交易都需要向礦工支付一定的以太幣。

智能合約層

智能合約賦予賬本可編程的特性，區塊鏈2.0通過虛擬機的方式運行代碼實現智能合約的功能，比如以太坊的以太坊虛擬機（EVM）。同時，這一層通過在智能合約上添加能夠與用戶交互的前台界面，形成去中心化的應用（DAPP）。當然，在某些技術文檔中認為DAPP應該在智能合約層之上單獨為應用層，也是有一定道理，只要不影響讀者理解即可。

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