99%的人都不懂中本聪、V神这么牛靠的是什么？一张图而已！

浪花财经浪花财经 观点 2019年3月1日
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会当凌绝顶，一览众山小。进入区块链底层开发前，我们需要了解区块链底层的通用架构是如何设计的，从上而下地审视区块链底层的结构，做到了然于胸，才能胸有成竹。

99%的人都不懂中本聪、V神这么牛靠的是什么？一张图而已！/

会当凌绝顶，一览众山小。进入区块链底层开发前，我们需要了解区块链底层的通用架构是如何设计的，从上而下地审视区块链底层的结构，做到了然于胸，才能胸有成竹。

他山之石，可以攻玉。在介绍区块链底层通用架构之前，我们不妨先从比特币、以太坊、Hyperledger 的架构解读开始。（一定要读完哟，因为有书拿！！！）

比特币架构

99%的人都不懂中本聪、V神这么牛靠的是什么？一张图而已！/

根据中本聪的论文《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》中对比特币系统的描述，我们可以整理出如下图所示的比特币系统架构。

99%的人都不懂中本聪、V神这么牛靠的是什么？一张图而已！/

比特币系统架构

如图所示，比特币系统分为 6 层，由下至上依次是存储层、数据层、网络层、共识层、RPC 层、应用层。

其中，存储层主要用于存储比特币系统运行中的日志数据及区块链元数据，存储技术主要使用文件系统和 LevelDB。

数据层主要用于处理比特币交易中的各类数据，如将数据打包成区块，将区块维护成链式结构，区块中内容的加密与哈希计算，区块内容的数字签名及增加时间戳印记，将交易数据构建成 Merkle 树，并计算 Merkle 树根节点的哈希值等。

区块构成的链有可能分叉，在比特币系统中，节点始终都将最长的链条视为正确的链条，并持续在其后增加新的区块。

网络层用于构建比特币底层的 P2P 网络，支持多节点动态加入和离开，对网络连接进行有效管理，为比特币数据传输和共识达成提供基础网络支持服务。

共识层主要采用了 PoW(Proof Of Work)共识算法。在比特币系统中，每个节点都不断地计算一个随机数(Nonce)，直到找到符合要求的随机数为止。在一定的时间段内，第一个找到符合条件的随机数将得到打包区块的权利，这构建了一个工作量证明机制。从 PoW 的角度，是不是发现 PoW 和分布式锁有异曲同工之妙呢?

RPC 层实现了 RPC 服务，并提供 JSON API 供客户端访问区块链底层服务。

应用层主要承载各种比特币的应用，如比特币开源代码中提供了 bitcoin client。该层主要是作为 RPC 客户端，通过 JSON API 与 bitcoin 底层交互。除此之外，比特币钱包及衍生应用都架设在应用层上。

以太坊架构

99%的人都不懂中本聪、V神这么牛靠的是什么？一张图而已！/

根据以太坊白皮书《A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform》

<span helvetica="" neue",="" "pingfang="" sc",="" "hiragino="" sans="" gb",="" "microsoft="" yahei="" ui",="" yahei",="" arial,="" sans-serif;"="" text-indent: 2em; line-height: 2em; margin-bottom: 10px;">通道层指的是通道 (Channel)，通道是一种 Hyperledger Fabric 数据隔离机制，用于保证交易信息只有交易参与方可见。每个通道都是一个独立的区块链，因此多个用户可以共用同一个区块链系统，而不用担心信息泄漏问题。

网络层用于给区块链网络中各个通信节点提供 P2P 网络支持，是保障区块链账本一致性的基础服务之一。

在 Hyperledger Fabric 中，Node 是区块链的通信实体。Node 仅仅是一个逻辑上的功能，多个不同类型的 Node 可以运行在同一个物理服务器中。Node 有三种类型，分别是客户端、peers 节点和 Ordering Service。

其中，客户端用于把用户的交易请求发送到区块链网络中。

peers 节点负责维护区块链账本，peers 节点可以分为 endoring peers 和 committing peers 两种。endoring peers 为交易作认证，认证的逻辑包含验证交易的有效性，并对交易进行签名；committing peers 接收打包好的区块，并写入区块链中。与 Node 类似，peers节点也是逻辑概念，endoring peers 和 committing peers 可以同时部署在一台物理机上。

Ordering Service 会接收交易信息，并将其排序后打包成区块，然后，写入区块链中，最后将结果返回给 committing peers。

共识层基于 Kafka、SBTF 等共识算法实现。Hyperledger Fabric 利用 Kafka 对交易信息进行排序处理，提供高吞吐、低延时的处理能力，并且在集群内部支持节点故障容错。相比于 Kafka，SBFT(简单拜占庭算法)能提供更加可靠的排序算法，包括容忍节点故障以及一定数量的恶意节点。

合约层是 Hyperledger Fabric 的智能合约层 Blockchain，Blockchain 默认由 Go 语言实现。Blockchain 运行的程序叫作链码，持有状态和账本数据，并负责执行交易。在Hyperledger Fabric 中，只有被认可的交易才能被提交。而交易是对链码上的操作的调用，因此链码是核心内容。同时还有一类称之为系统链码的特殊链码，用于管理函数和参数。

应用层是 Hyperledger Fabric 的各个应用程序。

此外，既然是联盟链，在 Hyperledger Fabric中 还有一个模块专门用于对联盟内的成员进行管理，即 Membership Service Provider(MSP)，MSP 用于管理成员认证信息，为客户端和 peers 节点提供成员授权服务。

区块链通用架构

至此，我们已经了解了比特币、以太坊和 Hyperledger 的架构设计，三者根据使用场景的不同而有不同的设计，但还是能抽象出一些共同点，我们可以基于这些共同点设计企业级联盟链的底层架构。

本文提供的联盟链底层架构如下图所示。

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联盟链底层架构

我们将区块链底层分为 6 层，从下至上分别是存储层、数据层、网络层、共识层、激励层和应用层。

存储层主要存储交易日志和交易相关的内容。其中，交易日志基于 LogBack 实现。交易的内容由内置的 SQLite 数据库存储，读写 SQLite 数据库可以基于 JPA 实现；交易的上链元数据信息由 RocksDB 或 LevelDB 存储。

数据层由区块和区块“链”(区块的链式结构)组成。其中，区块中还会涉及交易列表在 Merkle 树中的存储及根节点哈希值的计算。交易的内容也需要加密处理。由于在联盟链中有多个节点，为有效管理节点数据及保障数据安全，建议为不同节点分配不同的公、私钥，以便加密使用。

网络层主要提供共识达成及数据通信的底层支持。在区块链中，每个节点既是数据的发送方，又是数据的接收方。可以说每个节点既是客户端，又是服务端，因此需要基于长连接来实现。我们可以基于 WebSocket 用原生方式建立长连接，也可以基于长连接第三方工具包实现。

共识层采用 PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)共识算法。不同于公链的挖矿机制，联盟链中更注重各节点信息的统一，因此可以省去挖矿，直奔共识达成的目标。

激励层主要是币(Coin)和 Token 的颁发和流通。在公链中，激励是公链的灵魂；但在联盟链中不是必需的。

应用层主要是联盟链中各个产品的落地。一般联盟链的应用层都是面向行业的，解决行业内的问题。

Java 版联盟链的部署架构如下图所示。

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Java 版联盟链的部署架构

联盟链由 1 个超级节点和若干个普通节点组成，超级节点除具备普通节点的功能外，还具备在联盟中实施成员管理、权限管理、数据监控等工作。因此相较于完全去中心化的公链，联盟链是部分去中心化的，或者说联盟的“链”是去中心化的，但是联盟链的管理是中心化的。

整个开发环境建议基于 Spring Boot 2.0 实现。基于 Spring Boot 开发，可以省去大量的 xml 配置文件的编写，能极大简化工程中在 POM 文件配置的复杂依赖。Spring Boot 还提供了各种 starter，可以实现自动化配置，提高开发效率。

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星期五 2019-03-01 12:49:35

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会当凌绝顶，一览众山小。进入区块链底层开发前，我们需要了解区块链底层的通用架构是如何设计的，从上而下地审视区块链底层的结构，做到了然于胸，才能胸有成竹。

他山之石，可以攻玉。在介绍区块链底层通用架构之前，我们不妨先从比特币、以太坊、Hyperledger 的架构解读开始。（一定要读完哟，因为有书拿！！！）

比特币架构

99%的人都不懂中本聪、V神这么牛靠的是什么？一张图而已！/

根据中本聪的论文《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》中对比特币系统的描述，我们可以整理出如下图所示的比特币系统架构。

99%的人都不懂中本聪、V神这么牛靠的是什么？一张图而已！/

比特币系统架构

如图所示，比特币系统分为 6 层，由下至上依次是存储层、数据层、网络层、共识层、RPC 层、应用层。

其中，存储层主要用于存储比特币系统运行中的日志数据及区块链元数据，存储技术主要使用文件系统和 LevelDB。

数据层主要用于处理比特币交易中的各类数据，如将数据打包成区块，将区块维护成链式结构，区块中内容的加密与哈希计算，区块内容的数字签名及增加时间戳印记，将交易数据构建成 Merkle 树，并计算 Merkle 树根节点的哈希值等。

区块构成的链有可能分叉，在比特币系统中，节点始终都将最长的链条视为正确的链条，并持续在其后增加新的区块。

网络层用于构建比特币底层的 P2P 网络，支持多节点动态加入和离开，对网络连接进行有效管理，为比特币数据传输和共识达成提供基础网络支持服务。

共识层主要采用了 PoW(Proof Of Work)共识算法。在比特币系统中，每个节点都不断地计算一个随机数(Nonce)，直到找到符合要求的随机数为止。在一定的时间段内，第一个找到符合条件的随机数将得到打包区块的权利，这构建了一个工作量证明机制。从 PoW 的角度，是不是发现 PoW 和分布式锁有异曲同工之妙呢?

RPC 层实现了 RPC 服务，并提供 JSON API 供客户端访问区块链底层服务。

应用层主要承载各种比特币的应用，如比特币开源代码中提供了 bitcoin client。该层主要是作为 RPC 客户端，通过 JSON API 与 bitcoin 底层交互。除此之外，比特币钱包及衍生应用都架设在应用层上。

以太坊架构

99%的人都不懂中本聪、V神这么牛靠的是什么？一张图而已！/

根据以太坊白皮书《A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform》

<span helvetica="" neue",="" "pingfang="" sc",="" "hiragino="" sans="" gb",="" "microsoft="" yahei="" ui",="" yahei",="" arial,="" sans-serif;"="" text-indent: 2em; line-height: 2em; margin-bottom: 10px;">通道层指的是通道 (Channel)，通道是一种 Hyperledger Fabric 数据隔离机制，用于保证交易信息只有交易参与方可见。每个通道都是一个独立的区块链，因此多个用户可以共用同一个区块链系统，而不用担心信息泄漏问题。

网络层用于给区块链网络中各个通信节点提供 P2P 网络支持，是保障区块链账本一致性的基础服务之一。

在 Hyperledger Fabric 中，Node 是区块链的通信实体。Node 仅仅是一个逻辑上的功能，多个不同类型的 Node 可以运行在同一个物理服务器中。Node 有三种类型，分别是客户端、peers 节点和 Ordering Service。

其中，客户端用于把用户的交易请求发送到区块链网络中。

peers 节点负责维护区块链账本，peers 节点可以分为 endoring peers 和 committing peers 两种。endoring peers 为交易作认证，认证的逻辑包含验证交易的有效性，并对交易进行签名；committing peers 接收打包好的区块，并写入区块链中。与 Node 类似，peers节点也是逻辑概念，endoring peers 和 committing peers 可以同时部署在一台物理机上。

Ordering Service 会接收交易信息，并将其排序后打包成区块，然后，写入区块链中，最后将结果返回给 committing peers。

共识层基于 Kafka、SBTF 等共识算法实现。Hyperledger Fabric 利用 Kafka 对交易信息进行排序处理，提供高吞吐、低延时的处理能力，并且在集群内部支持节点故障容错。相比于 Kafka，SBFT(简单拜占庭算法)能提供更加可靠的排序算法，包括容忍节点故障以及一定数量的恶意节点。

合约层是 Hyperledger Fabric 的智能合约层 Blockchain，Blockchain 默认由 Go 语言实现。Blockchain 运行的程序叫作链码，持有状态和账本数据，并负责执行交易。在Hyperledger Fabric 中，只有被认可的交易才能被提交。而交易是对链码上的操作的调用，因此链码是核心内容。同时还有一类称之为系统链码的特殊链码，用于管理函数和参数。

应用层是 Hyperledger Fabric 的各个应用程序。

此外，既然是联盟链，在 Hyperledger Fabric中 还有一个模块专门用于对联盟内的成员进行管理，即 Membership Service Provider(MSP)，MSP 用于管理成员认证信息，为客户端和 peers 节点提供成员授权服务。

区块链通用架构

至此，我们已经了解了比特币、以太坊和 Hyperledger 的架构设计，三者根据使用场景的不同而有不同的设计，但还是能抽象出一些共同点，我们可以基于这些共同点设计企业级联盟链的底层架构。

本文提供的联盟链底层架构如下图所示。

99%的人都不懂中本聪、V神这么牛靠的是什么？一张图而已！/

联盟链底层架构

我们将区块链底层分为 6 层，从下至上分别是存储层、数据层、网络层、共识层、激励层和应用层。

存储层主要存储交易日志和交易相关的内容。其中，交易日志基于 LogBack 实现。交易的内容由内置的 SQLite 数据库存储，读写 SQLite 数据库可以基于 JPA 实现；交易的上链元数据信息由 RocksDB 或 LevelDB 存储。

数据层由区块和区块“链”(区块的链式结构)组成。其中，区块中还会涉及交易列表在 Merkle 树中的存储及根节点哈希值的计算。交易的内容也需要加密处理。由于在联盟链中有多个节点，为有效管理节点数据及保障数据安全，建议为不同节点分配不同的公、私钥，以便加密使用。

网络层主要提供共识达成及数据通信的底层支持。在区块链中，每个节点既是数据的发送方，又是数据的接收方。可以说每个节点既是客户端，又是服务端，因此需要基于长连接来实现。我们可以基于 WebSocket 用原生方式建立长连接，也可以基于长连接第三方工具包实现。

共识层采用 PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)共识算法。不同于公链的挖矿机制，联盟链中更注重各节点信息的统一，因此可以省去挖矿，直奔共识达成的目标。

激励层主要是币(Coin)和 Token 的颁发和流通。在公链中，激励是公链的灵魂；但在联盟链中不是必需的。

应用层主要是联盟链中各个产品的落地。一般联盟链的应用层都是面向行业的，解决行业内的问题。

Java 版联盟链的部署架构如下图所示。

99%的人都不懂中本聪、V神这么牛靠的是什么？一张图而已！/

Java 版联盟链的部署架构

联盟链由 1 个超级节点和若干个普通节点组成，超级节点除具备普通节点的功能外，还具备在联盟中实施成员管理、权限管理、数据监控等工作。因此相较于完全去中心化的公链，联盟链是部分去中心化的，或者说联盟的“链”是去中心化的，但是联盟链的管理是中心化的。

整个开发环境建议基于 Spring Boot 2.0 实现。基于 Spring Boot 开发，可以省去大量的 xml 配置文件的编写，能极大简化工程中在 POM 文件配置的复杂依赖。Spring Boot 还提供了各种 starter，可以实现自动化配置，提高开发效率。