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1.2 区块链基础知识

2018.06.09 11:09 1277浏览


1.2.1  区块链相关术语

  区块链板块主要更新一些专业技术、相关算法技术实现。 其中一些的相关基础知识就不再做赘述了。

    但是 我给大家搜集整理了一下  相关术语,想入门但对这个方向还是不是很了解的小伙伴,可以看一下下面的这个:

《区块链行业字典》

 

1.2.2  区块链始祖——比特币技术

来自中本聪的比特币白皮书:《一种点对点的电子现金系统》中文版

1.2.3  区块链特性

去中心化:因为它是分布式存储的,所以不存在中心点,也可以说各个节点都是中心点,生活中应用就是不需要第三方系统了(银行、支付宝、房产中介等都属于第三方)。

开放性:区块链的系统数据是公开透明的,每个人都可以参与进来,比如租房子,你可以知道这个房子以前的出租信息,有没出现过问题,当然这里头的一些个人私有信息是加密的。

自治性:区块链采用基于协商一致的规范和协议(比如一套公开透明的算法),然后各个节点就按照这个规范来操作,这样就是所有的东西都有机器完成,就没有人情成分。 使得对"人"的信任改成了对机器的信任,任何人为的干预不起作用。

信息不可篡改:如果信息存储到区块链中就被永久保存,是没办法去改变,至于 51% 攻击,基本不可能实现。

匿名性:区块链上面没有个人的信息,因为这些都是加密的,是一堆数字字母组成的字符串,这样就不会出现你的各种身份证信息、电话号码被倒卖的现象。

 

1.2.3  区块链用到的领域技术:

分布式数据库、P2P网络、加密算法等相对成熟的传统技术的新的集合体或创造性结合!

1.2.4  区块结构

区块包含两个部分:

1、区块头(Head):记录当前区块的元信息

2、区块体(Body):实际数据

包含数据如下图所示:

 

1.2.5  区块链架构设计

区块链作为一种架构设计的实现,与基础语言或平台等差别较大。区块链本身不是新的技术,将加密解密技术、P2P网络等组合在一起,就诞生了比特币;类似Ajax,可以说它是一种技术架构。所以我们从架构设计的角度谈谈区块链的技术实现。

架构图

https://img3.mukewang.com/5b1b44d300015c0709931455.jpg

协议层

 

所谓的协议层,就是指代最底层的技术。这个层次通常是一个完整的区块链产品,类似于我们电脑的操作系统,它维护着网络节点,仅提供Api供调用。通常官方会提供简单的客户端(通称为钱包),这个客户端钱包功能也很简单,只能建立地址、验证签名、转账支付、查看余额等。这个层次是一切的基础,构建了网络环境、搭建了交易通道、制定了节点奖励规则,至于你要交易什么,想干什么,它一概不过问,也过问不了。典型的例子,自然是比特币,还有各种二代币,比如莱特币等,本书介绍的亿书币也是。这个层次,是现阶段开发者聚集的地方,这说明加密货币仍在起步当中。

从用到的技术来说,协议层主要包括网络编程、分布式算法、加密签名、数据存储技术等4个方面,其中网络编程能力是大家选择编程语言的主要考虑因素,因为分布式算法基本上属于业务逻辑上的实现,什么语言都可以做到,加密签名技术是直接简单的使用(请看书中相关的加密解密文章,不建议自由发挥,没有过多的编码逻辑),数据库技术也主要在使用层面,只有点对点网络的实现和并发处理才是开发的难点,所以对于那些网络编程能力强,对并发处理简单的语言,人们就特别偏爱。也因此,Nodejs开发区块链应用,逐渐变得更加流行,Go语言也在逐渐兴起。

上面的架构设计图里,我把这个层面进一步分成了存储层和网络层。数据存储可以相对独立,选择自由度大一些,可以单独来讨论。选择的原则无非是性能和易用性。我们知道,系统的整体性能,主要取决于网络或数据存储的I/O性能,网络I/O优化空间不大,但是本地数据存储的I/O是可以优化的。比如,比特币选择的是谷歌的LevelDB,据说这个数据库读写性能很好,但是很多功能需要开发者自己实现。目前,困扰业界的一个重大问题是,加密货币交易处理量远不如现在中心化的支付系统(银行等),除了I/O,需要全方位的突破。

分布式算法、加密签名等都要在实现点对点网络的过程中加以使用,所以自然是网络层的事情,也是编码的重点和难点,《Nodejs开发加密货币》全书分享的基本上就是这部分的内容。当然,也有把点对点网络的实现单独分开的,把节点查找、数据传输和验证等逻辑独立出来,而把共识算法、加密签名、数据存储等操作放在一起组成核心层。无论怎么组合,这两个部分都是最核心、最底层的部分,都是协议层的内容。

 

扩展层

 

这个层面类似于电脑的驱动程序,是为了让区块链产品更加实用。目前有两类,一是各类交易市场,是法币兑换加密货币的重要渠道,实现简单,来钱快,成本低,但风险也大。二是针对某个方向的扩展实现,比如基于亿书侧链,可为第三方出版机构、论坛网站等内容生产商提供定制服务等。特别值得一提的就是大家听得最多的“智能合约”的概念,这是典型的扩展层面的应用开发。所谓“智能合约”就是“可编程合约”,或者叫做“合约智能化”,其中的“智能”是执行上的智能,也就是说达到某个条件,合约自动执行,比如自动转移证券、自动付款等,目前还没有比较成型的产品,但不可否认,这将是区块链技术重要的发展方向。

扩展层使用的技术就没有什么限制了,可以包括很多,上面提到的分布式存储、机器学习、VR、物联网、大数据等等,都可以使用。编程语言的选择上,可以更加自由,因为可以与协议层完全分离,编程语言也可以与协议层使用的开发语言不相同。在开发上,除了在交易时与协议层进行交互之外,其他时候尽量不要与协议层的开发混在一起。这个层面与应用层更加接近,也可以理解为B/S架构的产品中的服务端(Server)。这样不仅在架构设计上更加科学,让区块链数据更小,网络更独立,同时也可以保证扩展层开发不受约束。

从这个层面来看,区块链可以架构开发任何类型的产品,不仅仅是用在金融行业。在未来,随着底层协议的更加完善,任何需要第三方支付的产品都可以方便的使用区块链技术;任何需要确权、征信和追溯的信息,都可以借助区块链来实现。我个人觉得,这个目标应该很快就能实现。

 

应用层

 

这个层面类似于电脑中的各种软件程序,是普通人可以真正直接使用的产品,也可以理解为B/S架构的产品中的浏览器端(Browser)。这个层面的应用,目前几乎是空白。市场亟待出现这样的应用,引爆市场,形成真正的扩张之势,让区块链技术快速走进寻常百姓,服务于大众。大家使用的各类轻钱包(客户端),应该算作应用层最简单、最典型的应用。很快,亿书将基于亿书网络推出文档协作工具,这个就是典型的应用层的产品。

限于当前区块链技术的发展,亿书只能从协议层出发,把目标指向应用层,同时为第三方开发者提供扩展层的强大支持。这样做既可以避免贪多,又可以避免无法落地,是真正理性的开发路线。因为纯粹的开发协议层或扩展层,无法真正理解和验证应用层,会脱离实际,让第三方开发者很难使用。如果仅仅考虑应用层,市面上又找不到真正牢固、易用的协议层或扩展层的产品。所以,我们只好全面发力,采取完全开源开放的态度,通过社区的力量,共同去做一件有意义的事情,也算为中国区块链技术发展做点技术积累和微薄贡献。

 

编程实现

 

很多小伙伴,习惯结合自己的技术背景,来理解上面的架构设计。这里,结合具体的编程语言,简单介绍几款产品,仅供参考。

(1)C/C++

这两个语言是无法逾越的,任何开发遇到瓶颈,基本上都会找到它们,自然应该排在第一位要介绍的。同时,区块链技术的鼻祖,比特币(协议层)就是用C++语言开发的,而且目前为止,没有比比特币更加成功的区块链产品。所以,无论你使用什么语言开发,在正式进入这个行业的过程中,都应该先研究研究比特币。比特币官方客户端钱包用的Qt,第三方钱包有Python语言开发的,特别是第三方整理的开发库(Api包)很多是Nodejs设计的。比特币的架构,与上面的架构设计基本相同,另外,因为共识算法采用的是工作量证明机制(PoW:Proof of work),还有一些特殊的挖矿的过程。其他竞争币都是直接来自比特币的分支,所以编程语言相同,具体的技术选型和技术实现上可能有所改进,比如:莱特币,使用了其他的加密算法。

官方网站:https://bitcoin.org/

源码库:https://github.com/bitcoin
(2)Nodejs/Javascript

Nodejs平台强大的网络编程能力,以及js脚本语言的简单快捷,在区块链领域自然少不了它的身影。亿书便是这样一个区块链产品,亿书币是它的协议层,使用了著名的express开发框架,基于http协议开发而成。同时,它采用了授权股权证明机制(DPoS),算法上的改进,让它在处理交易时更加轻量,处理能力大大提升。它提供了强大的协作机制,为数字出版、版权保护提供了便利;扩展了侧链功能,可以基于它开发任何去中心化的应用,从而为专业作者、博客爱好者和开发者提供很多方便。《Nodejs开发加密货币》这本书完整分享了它的源码,从区块链基础概念到代码实现,从基本原理到开发设计思路,都做了比较详细的探索,目前为止,从协议层面深入代码讲解区块链技术实现的书籍极少,这算作一本。

官方网站:http://ebookchain.org/

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