區(qū)塊鏈科普系列第3天：區(qū)塊鏈演變和架構(gòu)
文/杜豆豆
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前面我們講了區(qū)塊鏈的基本知識(shí)，首先復(fù)盤一下。在基本知識(shí)里，我們了解到以下幾點(diǎn)：
第一點(diǎn)、區(qū)塊鏈系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)維護(hù)公共數(shù)據(jù)賬本的系統(tǒng)，所有的技術(shù)設(shè)計(jì)都是圍繞維護(hù)好這個(gè)公共賬本來進(jìn)行的。這些技術(shù)設(shè)計(jì)組合在一起，被稱為技術(shù)棧。
第二點(diǎn)、技術(shù)棧中有5個(gè)重要的模塊：區(qū)塊鏈賬本、共識(shí)機(jī)制、密碼算法、腳本系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)路由。
第三點(diǎn)、區(qū)塊鏈通過共識(shí)機(jī)制達(dá)成節(jié)點(diǎn)賬本的數(shù)據(jù)一致，通過密碼算法確保賬本數(shù)據(jù)的不可篡改以及數(shù)據(jù)發(fā)送的安全，通過腳本系統(tǒng)擴(kuò)展賬本數(shù)據(jù)的表達(dá)范疇。
今天，我們講區(qū)塊鏈的演變。
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說區(qū)塊鏈，就不得不從比特幣開始說起。
區(qū)塊鏈聽起來很高大上，或者有新鮮感，其實(shí)究其根基，也就是個(gè)特別設(shè)計(jì)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。只不過，和P2P網(wǎng)絡(luò)、加密解密技術(shù)等組合在一起，一不小心就誕生了比特幣。很多人，就是因?yàn)榭吹奖忍貛诺寞偪癜l(fā)展，才開始研究它背后的技術(shù)——區(qū)塊鏈的。
2008年金融危機(jī)帶來了一系列的蝴蝶效應(yīng)，銀行倒閉、股市崩盤、次貸危機(jī)，也引起了美國(guó)等金融大國(guó)國(guó)民對(duì)政府和銀行的不滿和失望。這時(shí)，有個(gè)叫做中本聰的日裔美國(guó)人，發(fā)表了一篇《 A Peer-to-Peer Electronic Cash System》（中文譯為：《比特幣白皮書》）的論文，引起了廣泛關(guān)注。2009年，出現(xiàn)了比特幣的第一個(gè)區(qū)塊，人稱創(chuàng)世區(qū)塊。
在比特幣的發(fā)展史上，有一個(gè)叫做“密碼朋克”的團(tuán)體非常神秘。這個(gè)團(tuán)體群聚了眾多密碼天才，在比特幣的一系列創(chuàng)新，大量借鑒了這些天才們的技術(shù)貢獻(xiàn)。密碼朋克們有這么一個(gè)觀念：個(gè)人隱私和權(quán)力正在不斷被侵蝕，在數(shù)字時(shí)代，要維持一個(gè)開放社會(huì)的同時(shí)，還要用技術(shù)來保障對(duì)隱私的保護(hù)。體現(xiàn)到比特幣中就是：去中心化、匿名、自由主義。
2010年時(shí)，有人用10000個(gè)比特幣買了一個(gè)披薩，這是第一次以比特幣為代表的數(shù)字貨幣在線下進(jìn)行了交易，對(duì)后期比特幣在市場(chǎng)上進(jìn)行交易和升值具有重要的意義。放到今天，這10000個(gè)比特幣已經(jīng)升值到7億人民幣，想一想，這大概是世界上最貴的匹薩了！
2013年到2014年，Vitalik創(chuàng)建以太坊，它和比特幣最大的區(qū)別就是加入了智能合約的內(nèi)容。這一事件，這成為區(qū)塊鏈2.0時(shí)代到來的標(biāo)志性事件。
2015年R3金融聯(lián)盟成立，Hyperledger組織開始做fabric項(xiàng)目，fabric是IBM倡導(dǎo)的一個(gè)項(xiàng)目，現(xiàn)在很多公司都在使用fabric的技術(shù)和平臺(tái)。這一時(shí)期，已經(jīng)不再局限在金融范疇的應(yīng)用，而是廣泛到了范圍更廣的各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)了。
到了2017年下半年，比特幣的價(jià)值持續(xù)往上升，盡管跌過一段時(shí)間，但之后就回穩(wěn)了，被越來越多的國(guó)家所認(rèn)可，從整體上來說，價(jià)值始終是在逐步升高的。
進(jìn)入2018年，區(qū)塊鏈技術(shù)被稱為下一個(gè)風(fēng)口，成為與人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算并稱的最新技術(shù)，并被各個(gè)國(guó)家提到了規(guī)劃和大力發(fā)展的層面，看起來，似乎就要風(fēng)生云起了。
所以，現(xiàn)在，還不懂區(qū)塊鏈的小白，要趕快撿起來了，不然，你真的就要OUT了!
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接下來，我們?cè)?b>從技術(shù)角度，來看看區(qū)塊鏈的架構(gòu)是怎么發(fā)展變化的。
從上面的介紹，我們可以清晰看到3個(gè)階段的發(fā)展：
第一個(gè)階段，也就是早期的區(qū)塊鏈系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都是面向數(shù)字貨幣的，比如比特幣、萊特幣。這個(gè)階段，通常被我們認(rèn)為是一個(gè)支持?jǐn)?shù)字貨幣合約的系統(tǒng)。
第二個(gè)階段，出現(xiàn)了能夠支持自定義智能合約的系統(tǒng)，比如以太坊，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)比特幣這樣數(shù)字貨幣系統(tǒng)的擴(kuò)展，但是應(yīng)用更多的還是金融范疇。
第三個(gè)階段，就是之后的多應(yīng)用階段。比如，超級(jí)賬本項(xiàng)目，尤其是IBM倡導(dǎo)的Fabric子項(xiàng)目，在此系統(tǒng)中，已經(jīng)不再局限于金融范疇的應(yīng)用，而是開始支持各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)定義。
這三個(gè)階段，我們將它們稱為區(qū)塊鏈系的1.0、2.0、3.0結(jié)構(gòu)時(shí)期。
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下面，我就針對(duì)這三個(gè)階段的區(qū)塊鏈架構(gòu)演變，為大家做個(gè)介紹。
（1）區(qū)塊鏈1.0架構(gòu)
這個(gè)階段的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，主要是用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字貨幣的，如下圖所示：
如圖所示，在整個(gè)結(jié)構(gòu)中，分為核心節(jié)點(diǎn)和前端工具。我們重點(diǎn)來看一下核心節(jié)點(diǎn)中的“礦工”功能。在礦工的1.0系統(tǒng)中，主要承擔(dān)兩個(gè)任務(wù)：
第一個(gè)是通過競(jìng)爭(zhēng)獲得區(qū)塊數(shù)據(jù)的打包權(quán)后，將內(nèi)存池（待確認(rèn)交易數(shù)據(jù)）中的交易數(shù)據(jù)打包進(jìn)區(qū)塊，并且廣播給其他節(jié)點(diǎn)；
第二個(gè)是接受系統(tǒng)對(duì)打包行為的數(shù)字貨幣獎(jiǎng)勵(lì)，從而系統(tǒng)通過這種獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制完成新貨幣的發(fā)行。
在前端工具中，重點(diǎn)說說錢包工具，錢包工具是提供給用戶管理自己賬戶地址以及余額的；瀏覽器是用來查看區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的數(shù)據(jù)情況，比如最新的區(qū)塊高度，內(nèi)存池的交易數(shù)、單位時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)處理能力等；PRC客戶端和命令行接口都是用來訪問節(jié)點(diǎn)的功能的，在這個(gè)時(shí)候，核心節(jié)點(diǎn)就相當(dāng)于一個(gè)服務(wù)器，通過PRC服務(wù)提供功能調(diào)用接口。
（2）區(qū)塊鏈2.0架構(gòu)
我們用以太坊的典型架構(gòu)來說明。如下圖：
大家應(yīng)該看出差別了吧。與1.0的架構(gòu)相比，最大的特點(diǎn)就是支持智能合約，在以太坊中，我們使用智能合約開發(fā)工具開發(fā)合約程序，并且編譯為字節(jié)碼，最終部署到以太坊的區(qū)塊鏈賬本中。部署后的智能合約是運(yùn)行在虛擬機(jī)上的，稱為“以太坊虛擬機(jī)”。智能合約的實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)展了區(qū)塊鏈系統(tǒng)的功能。不過，它依然使用錢包，支持?jǐn)?shù)字貨幣。
（3）區(qū)塊鏈3.0架構(gòu)
我們先來看一下架構(gòu)圖。
在3.0的架構(gòu)中，超越了對(duì)數(shù)字貨幣或者金融的應(yīng)用范疇，而將區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種泛解決方案，可以在其他行業(yè)領(lǐng)域使用。
行業(yè)應(yīng)用一般是需要具備企業(yè)級(jí)屬性的，比如身份認(rèn)證、許可授權(quán)、加密傳輸?shù)?，并且?duì)數(shù)據(jù)的處理性能也會(huì)有要求，因此企業(yè)級(jí)場(chǎng)景下的應(yīng)用，往往都是聯(lián)盟鏈或者私有鏈。數(shù)字貨幣不再是一個(gè)必選的組件了，當(dāng)然如果需要，我們也可以通過智能合約的方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)字貨幣的。
與之前的架構(gòu)相比，最大的特點(diǎn)就是增加了一個(gè)網(wǎng)關(guān)控制，實(shí)際上就是增加了對(duì)安全保密的需求的支持，并且通過數(shù)據(jù)審計(jì)加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性管理。
在3.0中，實(shí)際上可以看成是一套框架，通過對(duì)框架的配置和二次開發(fā)可以適應(yīng)各行業(yè)的需求，比如圖中的“可插拔共識(shí)”，意思就是共識(shí)機(jī)制不是固定的，而是可以通過用戶自己去選用配置。
（未完待續(xù)）
本文觀點(diǎn)和案例參考了《白話區(qū)塊鏈》和搜狐作者“技術(shù)最前沿”部分文章。
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