筆者記得當比特幣開始受注目時，經(jīng)?？吹接性u論和報導將比特幣和區(qū)塊鏈混為一談。這一兩年隨著越來越多的區(qū)塊鏈項目的實施，特別是各式各樣區(qū)塊鏈平臺的出現(xiàn)，今天我們反而要掌握的一個課題是，怎樣的架構(gòu)才算是一個區(qū)塊鏈？換句話說，一個區(qū)塊鏈應該有哪些元素？

初接觸區(qū)塊鏈的朋友一般的學習方法都是先選擇某一個區(qū)塊鏈平臺，深入研究那個平臺的特性。筆者也是先由「比特幣」開始，再擴展至其他平臺例如「以太坊」(Ethereum) 和Hyperledger Fabric（尚未見到有適合的中文譯名，以下會保留這個名稱）。而本文卻是筆者在接觸過不同的區(qū)塊鏈平臺后作的分析和總結(jié)，希望為各位帶來另一種學習方式：先從總體認識區(qū)塊鏈架構(gòu)，之后當各位在研習某一個區(qū)塊鏈平臺時，可以比對這篇文章的介紹，從而較為系統(tǒng)性的掌握區(qū)塊鏈不同的部份。

以下我會介紹區(qū)塊鏈的三個要素：網(wǎng)絡(luò)、賬本和智能合約。

區(qū)塊鏈是由節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)

所謂網(wǎng)絡(luò)，就是由多于一部機器連接而成，即我們所稱的節(jié)點(node)，各個節(jié)點通常運行同一組軟件，這些軟件已備有相互溝通的功能，即我們經(jīng)常說的P2P (Peer -to-Peer) 通訊模式，而非今天主流的客戶— 服務器(Client-Server) 模型。今天大部份區(qū)塊鏈平臺均以互聯(lián)網(wǎng)互相連結(jié)，按需要節(jié)點之間的通訊可作加密處理。

在不同的區(qū)塊鏈上，節(jié)點可能帶有不同的功能。例如Hyperledger Fabric 上的Peer 節(jié)點負責管有賬本和執(zhí)行智能合約（稍后有更詳細介紹），但Orderer 節(jié)點則只負責將交易(Transactions) 排序和構(gòu)建新的區(qū)塊(Block)；「以太坊」的節(jié)點可以只是單單管有賬本和執(zhí)行智能合約，同時有些節(jié)點也可選擇加入挖礦(Mining) 角色來構(gòu)建新的區(qū)塊等等。

按不同的實施模式，節(jié)點的數(shù)量有所不同。在公開使用的區(qū)塊鏈平臺如「比特幣」和「以太坊」，任何人在任何地方任何時間都可加入或離開網(wǎng)絡(luò)，不需要一個中央組織去批準。這種區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)我們稱為Permissionless Blockchain。因此節(jié)點的數(shù)目就經(jīng)常浮動。在本文寫作時（2019年3月），比特幣有超過一萬個節(jié)點，而「以太坊」則有八千六百多個，分布在全球各大洲上。

取自網(wǎng)站https://bitnodes.earn.com/（2019年3月）

至于商用的區(qū)塊鏈平臺就不一樣。商用區(qū)塊鏈的節(jié)點通常只放在參與的機構(gòu)和監(jiān)管機構(gòu)內(nèi)，而非任何未被批準的機構(gòu)或個人可以參與。因此，節(jié)點的數(shù)量會和參與機構(gòu)數(shù)目有關(guān)。例如一個由七間銀行組成的「區(qū)塊鏈貿(mào)易融資平臺」，即使每間銀行有兩個節(jié)點，總數(shù)不會超過二十個節(jié)點。

物理上這些節(jié)點構(gòu)成一個可靠穩(wěn)妥的架構(gòu)。理論上節(jié)點數(shù)目越多，分布越廣，網(wǎng)絡(luò)越堅固，而受阻斷服務攻擊(DoS, Denial of Service) 的機會越少。這是因為每個節(jié)點擁有一份相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在區(qū)塊鏈我們稱之為「賬本」Ledger（或稱為賬簿）。

各節(jié)點共同擁有一個相同的賬本

這是區(qū)塊鏈一個非常重要的元素。技術(shù)上「賬本」是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，之所以稱為賬本，主要是因為這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用作保存一筆又一筆的交易紀錄，功能上就如一本賬本。而事實上，我們所討論的「區(qū)塊鏈」更準確的說法是「分布式賬本技術(shù)」(Distributed Ledger Technology)，而「區(qū)塊鏈」是「分布式賬本技術(shù)」實現(xiàn)的一種方法。為免把事情復雜化，我們還是沿用「區(qū)塊鏈」作討論。

所謂的「共同擁有」，并非一個「共同使用的物理或邏輯結(jié)構(gòu)」，就如我們說幾臺電腦共用一個儲存裝置（硬碟或檔案系統(tǒng)）一樣?！竻^(qū)塊鏈」所說的「共同擁有」，是各節(jié)點各自管有這個數(shù)據(jù)架構(gòu)。節(jié)點之間的數(shù)據(jù)架構(gòu)互不從屬，沒有物理關(guān)系，但它們之間的內(nèi)容保持相同。

何以各節(jié)點管有自己的數(shù)據(jù)架構(gòu)而又內(nèi)容可保持相同？這就是區(qū)塊鏈其中一個令人著迷的地方。這個「數(shù)據(jù)同步」（容許我這樣說）的過程稱為達致「共識」Consensus。不同區(qū)塊鏈會基于不同原因使用不同的共識方法。如「比特幣」和「以太坊」這些公共區(qū)塊鏈需要使用Proof of Work這個方法生成新的區(qū)塊，而當中亦涉及經(jīng)濟誘因(incentive)，結(jié)果是成千上萬的節(jié)點向數(shù)據(jù)達致「同步」這個方向發(fā)展。又例如Hyperledger Fabric 是按已定下的政策由指定的Peer 節(jié)點處理交易，交給Orderer 節(jié)點排序，最后由每個Peer 節(jié)點確認才記在賬本上，這也是一種使數(shù)據(jù)達一致的手段。

目前區(qū)塊鏈中「共識」這個題目還在發(fā)展中，不少人還在投入大量的研究，希望從各方面去改善達致共識的辦法。我們悉目以待。

此外，這個「數(shù)據(jù)架構(gòu)」是否就是我們沿用很久的「數(shù)據(jù)庫」(Database)？雖然兩者都是儲存數(shù)據(jù)的手段，但區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)架構(gòu)和一般的數(shù)據(jù)庫有著明顯的分別。區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)架構(gòu)通常包含兩個部分：交易記錄和整體狀態(tài)(World State)。前者比較易明，就是記錄每一筆的交易紀錄，而后者則是交易處理過后的狀態(tài)。

舉一個簡單例子，如果現(xiàn)在的狀態(tài)是「我有一百元，而你有二百元」，當一筆交易「我給你五十元」處理后，狀態(tài)就變?yōu)椤肝矣形迨?，而你有二百五十元」。但常用的「?shù)據(jù)庫」就有較廣泛的用途而不單只是記錄交易和狀態(tài)。此外，區(qū)塊鏈的交易記錄只能疊加在現(xiàn)有的記錄之上，不能（或不易）刪除或更新一些已存在的交易記錄。「數(shù)據(jù)庫」則彈性更大，一般可以增加、閱讀、更新和刪除(CRUD)。

這里我們終于觸及到「區(qū)塊鏈」這個名詞了。上述的交易記錄是以「區(qū)塊鏈」的模式存在。簡單地說，這些交易會放在一個區(qū)塊內(nèi)，而區(qū)塊與區(qū)塊之間利用密碼學(Cryptography) 的技術(shù)連結(jié)起來成為一個鏈狀結(jié)構(gòu)。新來的交易會加入在新的區(qū)塊，而新的區(qū)塊就接在現(xiàn)存的鏈上，如此這條「區(qū)塊鏈」就隨時間增長。

區(qū)塊鏈的一個重要特性，就是數(shù)據(jù)寫上后不易被修改或刪除，而且修改的記錄很容易被其他節(jié)點發(fā)現(xiàn)而拒絕接受。這是因為區(qū)塊鏈的構(gòu)造透過密碼學和其鏈狀架構(gòu)，以及達致共識的機制得出的果效。以剛才的例子，不論是要刪去「我給你五十元」這筆交易記錄，又或者將整體狀態(tài)中的「我有五十元」改為「我有五千元」，幾乎成為不可能的事。

至于誰來建立區(qū)塊和維持這條區(qū)塊鏈？不同的平臺有不同的做法?！副忍貛拧购汀敢蕴弧沟膮^(qū)塊鏈是由「采礦節(jié)點」(Mining Node or Miner) 透過競爭生成區(qū)塊，而管有區(qū)塊鏈的節(jié)點就按既定協(xié)議來維護節(jié)點上的區(qū)塊鏈。Hyperledger Fabric是由Orderer 節(jié)點生成區(qū)塊，而每個Peer 節(jié)點收到區(qū)塊后，再確認當中交易才放入Peer 節(jié)點上的區(qū)塊鏈。

最后，雖然稱為「賬本」，所有記錄并不限于和金錢或貨品交易。理論上任何資料也可以記在這個數(shù)據(jù)架構(gòu)，而記在區(qū)塊鏈的資料都有著剛才所講的特性。如果有留意新聞，去年就有人將兩韓的「板門店宣言」寫在以太坊上。理論上只要以太坊一天還存在，這筆記錄都會永遠留存。

可編程的智能合約

智能合約(Smart Contract) 并不是區(qū)塊鏈發(fā)明，然而，在區(qū)塊鏈架構(gòu)中智能合約扮演一個重要的角色。

智能合約是一些編碼(code) 或程式(program)，透過編碼反映出各參與方的計劃和意愿。它之所稱為「合約」，是因為在區(qū)塊鏈的應用場景中，「智能合約」可視為交易雙方或多方共同接受的事項，有如商業(yè)上的「合約」；它之所以是「智能」 ，是因為這個編碼落實在區(qū)塊鏈時，節(jié)點會照編碼所定的步驟和邏輯(logic) 自動執(zhí)行，最重要的還是執(zhí)行結(jié)果同步于整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)（即每一節(jié)點）。

沿用上述的例子，「我給你五十元」可以是一個單一而明確的交易，但也可反映現(xiàn)實一個有條件性的合約，例如：「如果你明天把這份文件送到我的公司，我給你五十元」。這個「我給你五十元」交易會否出現(xiàn)，要視乎這個條件有沒有發(fā)生。當然，現(xiàn)實商業(yè)世界的合約條款要更復雜，但只要可以以編碼模式寫成智能合約，還是可以在區(qū)塊鏈的平臺執(zhí)行的。

智能合約的例子（取材自Hyperledger Composer）

技術(shù)上來說，智能合約可以更新賬本。這個更新涉及產(chǎn)生新的交易記錄，和修改整體狀態(tài)。因為這涉及更新區(qū)塊鏈中最重要的數(shù)據(jù)架構(gòu)，智能合約必須要反映真實參與各方的意愿（大家都接受這些合約內(nèi)容和相關(guān)編碼），按照指定的檢定機制（例如合約的執(zhí)行要由哪些機構(gòu)確認）等，甚至引入第三方的監(jiān)察或?qū)徲嫷取?/p>

智能合約作為編碼，必然在某個地方執(zhí)行。在區(qū)塊鏈的平臺上，節(jié)點負責執(zhí)行智能合約，而且是由多個節(jié)點各自進行。例如以太坊是每個節(jié)點都會執(zhí)行智能合約，由于是同一份合約編碼，如果大家都有著相同的賬本，執(zhí)行后的結(jié)果理論上應該是相同，從而更新賬本。而Hyperledger Fabric 則按大家協(xié)定和需要指定一些節(jié)點Peer 負責執(zhí)行，得出的結(jié)果經(jīng)過Orderer 排序后以區(qū)塊模式發(fā)送給所有Peer 更新他們的賬本。（當然，因為各節(jié)點各自獨立執(zhí)行合約編碼，現(xiàn)實是有可能出現(xiàn)不一致的情況。各平臺在設(shè)計時已包括機制處理這些情況。）

智能合約的編寫會用上編碼語言。不同平臺有不同的語言，例如以太坊用的是Solidity，一種新的合約語言，而Hyperledger Fabric 使用多種，由最初的Go，發(fā)展到后來的Node 和Java。

結(jié)語

這篇文章主要以區(qū)塊鏈的一些共同特性而加以討論。日后當大家深入研究某一區(qū)塊鏈平臺時可以找出這三個重要元素：網(wǎng)絡(luò)、賬本和智能合約的功能。

以上就是區(qū)塊鏈的基本架構(gòu)有哪些?一文讀懂區(qū)塊鏈的基本架構(gòu)的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于區(qū)塊鏈基本架構(gòu)的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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