区块链在比特币中的应用，区块链架构核心技术有哪些,区块链基本架构

一、区块链架构五个层面是什么(区块链架构主要分为哪两种)

区块链的模型架构是什么？

区块链技术不是单一的创新技术，而是多种技术整合创新的结果，其本质是一个弱中心的、自信任的底层架构技术。与传统的互联网技术相比，它的技术原理与模型架构是一次重大革新。在这里，我们将就区块链的基本技术模型进行剖析。

模型图

区块链技术模型自下而上包括数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层。每一层分别具备一项核心功能，不同层级之间相互配合，共同构建一个去中心的价值传输体系

数据层是区块链最底层的释术架构，应用了公私钥相结合的非对称加密技术，利用散列函数确保信息不被篡改，还采用了链式结构、时间戳技术、梅克尔（Merkle)树等技术对数据区块进行处理，让新旧区块之间相互链接，相互验证，是区块链安全稳定运行的基础。

链乔教育在线旗下学硕创新区块链技术工作站是中国教育部学校规划建设发展中心开展的“智慧学习工场2020-学硕创新工作站”唯一获准的“区块链技术专业”试点工作站。专业站立足为学生提供多样化成长路径，推进专业学位研究生产学研结合培养模式改革，构建应用型、复合型人才培养体系。

区块链技术的架构模型包含了哪些？

金窝窝分析区块链技术的架构模型如下几点：

1、数据层

数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等技术；

2、网络层

网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；

3、共识层

共识层主要封装网络节点的各类共识算法；

4、激励层

激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；

5、合约层

合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；

6、应用层

应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。

区块链技术框架有哪些？

当前主流的区块链架构包含六个层级：网络层、数据层、共识层、激励层、合约层和应用层。图中将数据层和网络层的位置进行了对调，主要用途将在下一节中详述。

网络层：区块链网络本质是一个P2P（Peer-to-peer点对点）的网络，网络中的资源和服务分散在所有节点上，信息的传输和服务的实现都直接在节点之间进行，可以无需中间环节和服务器的介入。每一个节点既接收信息，也产生信息，节点之间通过维护一个共同的区块链来同步信息，当一个节点创造出新的区块后便以广播的形式通知其他节点，其他节点收到信息后对该区块进行验证，并在该区块的基础上去创建新的区块，从而达到全网共同维护一个底层账本的作用。所以网络层会涉及到P2P网络，传播机制，验证机制等的设计，显而易见，这些设计都能影响到区块信息的确认速度，网络层可以作为区块链技术可扩展方案中的一个研究方向；

数据层：区块链的底层数据是一个区块+链表的数据结构，它包括数据区块、链式结构、时间戳、哈希函数、Merkle树、非对称加密等设计。其中数据区块、链式结构都可作为区块链技术可扩展方案对数据层研究时的改进方向。

共识层：它是让高度分散的节点对区块数据的有效性达到快速共识的基础，主要的共识机制有POW（ProofOfWork工作量证明机制），POS（ProofofStake权益证明机制），DPOS（DelegatedProofofStake委托权益证明机制）和PBFT（PracticalByzantineFaultTolerance实用拜占庭容错）等，它们一直是区块链技术可扩展方案中的重头戏。

激励层：它是大家常说的挖矿机制，用来设计一定的经济激励模型，鼓励节点来参与区块链的安全验证工作，包括发行机制，分配机制的设计等。这个层级的改进貌似与区块链可扩展并无直接联系。

合约层：主要是指各种脚本代码、算法机制以及智能合约等。第一代区块链严格讲这一层是缺失的，所以它们只能进行交易，而无法用于其他的领域或是进行其他的逻辑处理，合约层的出现，使得在其他领域使用区块链成为了现实，以太坊中这部分包括了EVM(以太坊虚拟机)和智能合约两部分。这个层级的改进貌似给区块链可扩展提供了潜在的新方向，但结构上来看貌似并无直接联系

应用层：它是区块链的展示层，包括各种应用场景和案例。如以太坊使用的是truffle和web3-js.区块链的应用层可以是移动端，web端，或是是融合进现有的服务器，把当前的业务服务器当成应用层。这个层级的改进貌似也给区块链可扩展提供了潜在的新方向，但结构上来看貌似并无直接联系。

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区块链结构层是什么？

区块链总共有六个层级结构，这六个层级结构自下而上是：数据层、网络层、共识层、激励层、合约层、应用层。

数据层——数据层是区块链六个层级结构里面的最底层。数据层我们可以理解成数据库，只不过对于区块链来说，这个数据库是不可篡改的、分布式存储的数据库，也就是所谓的分布式账本。

合约层——合约层主要包括各种脚本、代码、算法机制、智能合约，是区块链可编程的基础。我们说的智能合约便属于合约层。如果说比特币系统不够智能，那么以太坊提出的智能合约则能够满足许多应用场景。合约层的原理主要是将代码嵌入到区块链系统上，用这种方式来实现能够自定义的智能合约。这样一来，在区块链系统上，一旦触发了智能合约的条款，系统就能够自动执行命令。

网络层——区块链的网络系统，本质上是一个P2P（点对点）网络，点对点意味着不需要一个中间环节或者中心化服务器来操控这个系统，网络中的所有资源和服务都是分配在各个节点手中的，信息的传输也是两个节点之间直接往来就可以了。不过，需要注意的是P2P（点对点）并不是中本聪发明的，区块链只是融合了这一技术而已。所以，区块链的网络层实际上就是一个特别强大的点对点网络系统。在这个系统上，每一个节点既可以生产信息，也可以接收信息，就好比发邮件，你既可以编写自己的邮件，也可以收到别人给你发送的邮件。

应用层——应用层就是区块链的各种应用场景和案例，我们现在说的区块链＋就是所谓的应用层。目前已经落地的区块链应用主要是搭建在ETH、EOS等公链上的各类区块链应用，博彩、游戏类的应用比较多。真正实用的区块链落地应用，目前有由CoinBank投资的全球首条物联网落地应用。

共识层——在区块链的世界里，共识，简单来说就是全网要依据一个统一的、大家一致同意的规则来维护更新区块链系统这个总账本，类似于更新数据的规则。让高度分散的节点在去中心化的区块链网络中高效达成共识，是区块链的核心技术之一，也是区块链社区的治理机制。目前主流的共识机制算法有：比特币的工作量证明（POW）、以太坊的权益证明（POS）、EOS的委托权益证明（DPOS）等等。数据层、网络层、共识层这三层保证了区块链上有数据、有网络、有规则。

激励层——激励层就是所谓的挖矿机制，挖矿机制其实可以理解成激励机制：你为区块链系统做了多少贡献，你就可以得到多少奖励。用这种激励机制，能够鼓励全网节点参与区块链上的数据记录和维护工作。

链乔教育在线旗下学硕创新区块链技术工作站是中国教育部学校规划建设发展中心开展的“智慧学习工场2020-学硕创新工作站”唯一获准的“区块链技术专业”试点工作站。专业站立足为学生提供多样化成长路径，推进专业学位研究生产学研结合培养模式改革，构建应用型、复合型人才培养体系。

请问区块链的架构是什么？

首先需要知道区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式，其次对于区块链系统的组成架构金窝窝集团认为是由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。

1、数据层：封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等技术

2、网络层：则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；

3、共识层：主要封装网络节点的各类共识算法；激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；

4、合约层：主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；目前西南地区金窝窝已经率先开始了以区块链为底层技术的大数据研究，也提供以区块链为底层技术的大数据服务。

5、应用层：则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点

区块链的层级结构（什么是区块链的Layer0/1/2）

分层结构是区块链处理数据和运行的基础。

为了寻找到区块链的可扩展性方案，学术研究领域（通常论文中）所指的区块链被分为三层：Layer0、Layer1和Layer2。

通常，区块链系统主要分为：应用层、激励层、共识层、网络层和数据层，共六层，主要体现在初期的比特币系统上。随着智能合约的产生，在应用层和激励层之间加入了合约层，主要体现在以太坊系统中。

对于每一层的内容如上图所示，但在具体的不同系统中所使用的技术可能并不相同，比如共识层主要完成节点之间的共识，除了工作量证明机制（ProofofWork）还有权益证明机制（ProofofStake）和拜占庭容错机制（ByzantineFaultTolerance（BFT）等方式。

数据层、网络层、共识层三者构成了区块链层级的底层基础，也是区块链必不可少的三个元素，缺少任何一个都无法称之为真正的区块链技术。

区块链分层结构对应到OSI体系7层模型和TCP/IP4层模型下的对比如下图所示。

如果我们再聚焦TCP/IP的四层，特别是上面的「应用层」的话，我们会看到，有可能区块链是把原来只专注于信息传递的应用层，分出来一个专门用于价值转移的新层。因此，我们可以认为TCP/IP四层拆分成了五层，将区块链视为TCP/IP的一层：价值层。

一般认为比特币、以太坊、EOS是区块链1.0、2.0、3.0的代表，如果去看它们的分层也很有意思：

从比特币到以太坊，增加了合约层。从以太坊到EOS，因为采用DPOS，激励层实际上合并到了共识层。而EOS增加出来两层：①工具层，以让在其上更容易开发应用；②生态层，它自身的定位是一个开源软件，那么其他人可以用它的开源软件建立行业链、领域链。

徐忠、邹传伟写了一篇央行工作论文，从经济学的角度探讨区块链，试图给出一种Token范式。其中，实际上他们给出了一个分层模型，这回是内外分层：里层是共识，又分：Token、智能合约、共识算法；处在共识边界与区块链边界，是区块链内的其他信息；处在区块链边界之外，是互联网和实体世界。

一些系统为了提升性能，其实对它的分布式网络也进行了分层。也就是，不是所有的节点都是平等的。

比如，以下是EOS的分层。

为了让区块链变得有用，又有人从其他视角进行讨论。ENChain.Asia的朱峰在BAO白皮书中提出了「自组织商业体7层模型」，这个模型又被在《通证经济的模型与实践》（0.2）报告中引述，称之为「自商业七层模型」。

不过，要注意的是，这里的「激励层」，和我们通常说区块链的激励层，有相似之处，又不一样。之前我们讨论激励层，往往是在公链原生代币的角度讨论的，而这里的激励层，则是通证层面讨论的。

火币研究院在2018年12月的一份报告《区块链四层应用模型的构建与解析》中，给出了一个四层的应用模型，很有意思：

参考文献：

1.区块链十年：各种各样的层

2.区块链六大层级结构你知道多少？-知乎

3.区块链的六个分层级结构介绍-区块链-电子发烧友网

二、区块链用的是什么链

区块链三大公链是什么？

区块链的三大公链指的是BTC，ETH，ADA

区块链公链也被称之为区块链共有链，公链的意思就是说任何人都可以在任何时间读取系统中的数据，公链往往都是完全去中心化的，这样的特点让所有人和机构都不能控制或是篡改链上的数据。

拓展资料：

区块链是一个信息技术领域的术语。从本质上讲，它是一个共享数据库，存储于其中的数据或信息，具有“不可伪造”“全程留痕”“可以追溯”“公开透明”“集体维护”等特征。基于这些特征，区块链技术奠定了坚实的“信任”基础，创造了可靠的“合作”机制，具有广阔的运用前景。

类型

1、公有区块链

公有区块链（PublicBlockChains)是指：世界上任何个体或者团体都可以发送交易，且交易能够获得该区块链的有效确认，任何人都可以参与其共识过程。公有区块链是最早的区块链，也是应用最广泛的区块链，各大bitcoins系列的虚拟数字货币均基于公有区块链，世界上有且仅有一条该币种对应的区块链。

2、联合（行业）区块链

行业区块链（ConsortiumBlockChains)：由某个群体内部指定多个预选的节点为记账人，每个块的生成由所有的预选节点共同决定（预选节点参与共识过程），其他接入节点可以参与交易，但不过问记账过程(本质上还是托管记账，只是变成分布式记账，预选节点的多少，如何决定每个块的记账者成为该区块链的主要风险点），其他任何人可以通过该区块链开放的API进行限定查询。

3、私有区块链

私有区块链（PrivateBlockChains)：仅仅使用区块链的总账技术进行记账，可以是一个公司，也可以是个人，独享该区块链的写入权限，本链与其他的分布式存储方案没有太大区别。传统金融都是想实验尝试私有区块链，而公链的应用例如bitcoin已经工业化，私链的应用产品还在摸索当中。

什么是区块链

区块链的意思是一个信息技术领域的术语。从本质上讲，它是一个共享数据库，存储于其中的数据或信息，具有“蠢并不可伪造”“全程留痕”“可以追溯”“公开透明”“集体维护”等特征。

它最早出现在1991年，由一群研究人员用来给数字化文档打时间戳。以使得这些文档不能被篡改，看上去区块链技术就像一位公证人一样。

一条区块链就是对所有人完全公开的分布式账本，它有一个很有趣的属性：一旦数据被记录到区块链中后就带烂迹很难再发生改变。那么它到底是如何工作的呢？接下来让我们首先来观察一下单个区块的组成。

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相关资料

一般说来，区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等。

区块链到底是什么？

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。简单来说，区块链就是一种去中心化的分布式账本数据库。

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。看完以后，你可能还是一脸懵逼。其实用大白话来说，区块链就是一种去中心化的分布式账本数据库。这种分布式账本的好处就是，买家和卖家可直接交易，不需要任何中介。人人都有备份，哪怕你这份丢失了，也不受影响。

那什么叫分布式和去中心化呢？拿结婚登记来举例。以前两个人结婚，必须去民政局办手续，然后电脑录入信息，才算走完法律上的流程。如果用区块链技术呢？只要两个人同意结婚，然后在朋友圈发布一条消息，就完成了结婚的流程，根本不需要去民政局。你的朋友们是共同的见证者，他们可能分布在世界各地，但他们的手机会帮你把信息记录下来，并告诉其他想要了解情况的人。

如果想隐瞒结婚信息，以前只要修改民政局电脑上的记录就行了，但是现在必须同时修改所有知情者手机上的记录，知情者越多，越不可能去修改，因而是不可能完成的任务。这就是分布式和去中心化。

在网络上，每隔一段时间，会生成一个区块，这个区块相当于一个网络记录本，用来记录一段时间内所发生过的相关信息，等这个记录本记录满了，又会生成新的记录本，信息一旦被记录下来，就会告知所有参与者，并同步更新所有人的记录本。

这些记录本最终相互串联起来，这就是区块链技术。因为采用了密码学技术，如果有人想单方面篡改消息的话，通过区块链算法防护机制一验证，如果时间点对不上，关联信息对不上，其他人就不会更新自己的记录本，那这个信息就无效。

因此区块链技术相对传统的信息存贮技术来说，更加的安全、透明，且信息不可逆。

区块链不等于比特币，它只是实现比特币这种数字货币而发明的一种底层技术。区块链可以应用的范围更广，除了数字货币之外，还可以应用在P2P借款、全球支付、微金融、电子支付、汇款等金融方面，也可以在知识产权、选举、公证等民生方面，未来发展的前景巨大。

区块链是什么

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。

区块链（Blockchain）是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。

区块链的主要作用是储存信息。任何需要保存的信息，都可以写入区块链，也可以从里面读取，所以它是数据库。

其次，任何人都可以架设服务器，加入区块链网络，成为一个节点。区块链的世界里面，没有中心节点，每个节点都是平等的，都保存着整个数据库。你可以向任何一个节点，写入/读取数据，因为所有节点最后都会同步，保证区块链一致。

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扩展资料

一、区块链的最大特点：

分布式数据库并非新发明，市场上早有此类产品。但是，区块链有一个革命性特点。

区块链没有管理员，它是彻底无中心的。其他的数据库都有管理员，但是区块链没有。如果有人想对区块链添加审核，也实现不了，因为它的设计目标就是防止出现居于中心地位的管理当局。

二、局限性

为了保证数据的可靠性，区块链也有自己的代价。一是效率，数据写入区块链，最少要等待十分钟，所有节点都同步数据，则需要更多的时间；二是能耗，区块的生成需要矿工进行无数无意义的计算，这是非常耗费能源的。

1、不存在所有成员都信任的管理当局。

2、写入的数据不要求实时使用。

3、挖矿的收益能够弥补本身的成本。

如果无法满足上述的条件，那么传统的数据库是更好的解决方案。

参考资料来源：/baike.baidu.com/item/%E5%8C%BA%E5%9D%97%E9%93%BE/13465666"target="_blank"title="百度百科-区块链"百度百科-区块链

区块链三大公链是什么

公链，公有链的简称，指全世界任何人都可读取，任何人都可以发送交易且交易能获得有效确认任何人都能参与其中共识过程的区块链。

一.全球排名前三大公链

BTC、ETH、EOS（按市值）三个重量级的产品，分别代表区块链1.0、区块链2.0和区块链3.0三个阶段。

1.比特币BTC（区块链1.0）

比特币2009诞生以来作为一种新型的数字货币和全球支付网络而出现，BTC也是区块链最成功最成熟的应用，现在很多情景下BTC的名气要比区块链还要响亮得多。

2.以太坊ETH（区块链2.0）

通俗说，以太坊是开源平台数字货币和区块链平台，为开发者提供在区块链上搭建发布应用的平台。以太坊可以编程，分散，担保，交易任何事物，投票域名，金融交易所，众筹，公司管理合同与大部分的协议，知识产权，还有硬件集成的智能资产等。

3.柚子EOS（区块链3.0）

EOS在比特币和以太坊的基础上，以企业级区块链操作系统出现，比前者更易用更强大。EOS为所有的应用程序开发者提供了数据库账目权限设置，执行调度认证以及网络通信等诸多功能。

二.全球三大交易所公链：火币公链HuobiChain、币安链BinanceChain、OKEx链OKChain

1.全球第一大交易平台火币开发，HuobiChain是自主创新的面向金融领域的可监管区块链操作系统，基于区块链全球性资产数字化和金融市场的基础设施。同时基于对HT长期价值注入统一价值载体的考虑，HT将作为火币公链唯一的底层通证。

2.全球第二大交易平台币安开发，BinanceChain在应用方面起步早，目前主要DEX和资产链上流通。BinanceChain是一个数字资产创建与交换平台，BNB作为主链代币

3.全球第三大交易平台OKEx开发，OKChain更具可扩展性，高交易处理能力的交易与智能合约平台，OKChain基于Cosmos-SDK研发，共识使用DPOS。OKB是OKEx生态系统的底层通证。

区块链的链分类

前两天有朋友微信上问了许多关于区块链的一些问题，其中一个问题就是区块链的这个链怎么去分类。区块链目前可以分为四类：公链，私链，联盟链以及侧链。北京木奇移动技术有限公司，专业的区块链外包开发公司，欢迎洽谈合作。下面带大家了解区块链这几个链各自的特点以及如何应用，希望对大家有所帮助。

1.公链——人人可参与

公链是指任何人都可读取的、任何人都能发送交易且交易能获得有效确认的、任何人都能参与其中共识过程的区块链。

公链采取了采取工作量证明机制（POW）、权益证明机制(POS)、股份授权证明机制（DPOS）等方式，并将经济奖励和加密数字验证结合了起来，并建立一个原则就是每个人从中可获得的经济奖励与工作量成正比。这些区块链通常被认为是完全去中心化的。

特性：

1.开源，由于整个系统的运作规则公开透明，这个系统是开源系统；2.保护用户免受开发者的影响，在公有链中程序开发者无权干涉用户，所以区块链可以保护使用他们开发的程序的用户;3.访问门槛低，任何拥有足够技术能力的人都可以访问，也就是说，只要有一台能够联网的计算机就能够满足访问的条件;4.所有数据默认公开，尽管所有关联的参与者都隐藏自己的真实身份，这种现象十分的普遍。他们通过他们的公共性来产生自己的安全性，在这里每个参与者可以看到所有的账户余额和其所有的交易活动。

案例：公有链中有许多我们熟悉的身影：BTC,ETH,EOS,AE,ADA等

2.私链——权利掌握在少数人手里

私链是指其写入权限仅在一个组织手里的区块链。读取权限或者对外开放，或者被任意程度地进行了限制。相关的应用囊括数据库管理、审计、甚至一个公司，尽管在有些情况下希望它能有公共的可审计性，但在很多的情形下，公共的可读性并非是必须的。

特性：

1.交易速度快，一个私链的交易速度可以比任何其他的区块链都快，甚至接近了并不是一个区块链的常规数据库的速度。这是因为就算少量的节点也都具有很高的信任度，并不需要每个节点来验证一个交易。2.隐私性好，给隐私更好的保障私有链使得在那个区块链上的数据隐私政策像在另一个数据库中似的完全一致;不用处理访问权限和使用所有的老办法，但至少说，这个数据不会公开地被拥有网络连接的任何人获得。3.交易成本低交易成本大幅降低甚至为零私有链上可以进行完全免费或者至少说是非常廉价的交易。如果一个实体机构控制和处理所有的交易，那么他们就不再需要为工作而收取费用。

案例：Linux基金会、R3CEVCorda平台以及GemHealth网络的超级账本项目（Hyperledgerproject）或在开发或在使用私链。

3.联盟链——部分去中心化

联盟链开放程度和去中心化程度是有所限制的。其参与者是被提前筛选出来或者直接指定的，数据库的读取权限可能是公开的，也可能像写入权限一样只限于系统的参与者。

特性：

1.交易成本低，交易只需被几个受信的高算力节点验证就可以了，而无需全网确认；2.节点容易连接，若是出了问题，联盟链可以迅速通过人工干预来修复，并允许使用共识算法减少区块时间，从而更快完成交易；3.灵活，如果需要的话，运行私有区块链的共同体或公司可以很容易地修改该区块链的规则，还原交易，修改余额等。

案例：瑞波用于日韩国际汇款及日本本国银行间汇款建立了联盟链，同时之前火过一阵子的迅雷链克也是一种半开放的联盟链。

4.侧链——拓展协议

侧链”从严格上来说，其本身并不是区块链，可以理解为区块链的一种扩展协议。早期“侧链”是为了解决比特币区块链技术的限制问题。侧链就像是一条条通路，将不同的区块链互相连接在一起，以实现区块链的扩展。侧链完全独立于比特币区块链，但是这两个账本之间能够“互相操作”，实现交互。

特性：

1.独立性，侧链架构的好处是代码和数据独立，不增加主链的负担，避免数据过度膨胀。侧链有独立的区块链，有独立的受托人或者说见证人，同时也有独立的节点网络，就是说一个侧链产生的区块只会在所有安装了该侧链的节点之间进行广播。2.灵活性，侧链所有的区块链参数是可以定制的，简单的比如区块间隔、区块奖励、交易费的去向等，高级用户还可以修改共识算法。

案例：LSK,RDN,ARDR等币种是利用的侧链技术。

对于目前整个数字货币领域而言，今年可能仍然是底层公有链项目的竞争大赛，原因是目前公链作为区块链的基础设施还是存在明显的不足，尚且无法实现真正的安全、可靠和高效。这也明显制约着整个区块链产业的发展。

三、区块链架构核心技术有哪些,区块链基本架构

区块链的核心技术包含了哪些？

重庆金窝窝分析区块链的核心技术如下：

1-区块、链

2-分布式结构——开源的、去中心化的协议

3-非对称加密算法

4-脚本

区块链的三大核心技术是什么？

区块链运作的7个核心技术介绍2018-01-15

1.区块链的链接

顾名思义，区块链即由一个个区块组成的链。每个区块分为区块头和区块体（含交易数据）两个部分。区块头包括用来实现区块链接的前一区块的哈希（PrevHash）值（又称散列值）和用于计算挖矿难度的随机数（nonce）。前一区块的哈希值实际是上一个区块头部的哈希值，而计算随机数规则决定了哪个矿工可以获得记录区块的权力。

2.共识机制

区块链是伴随比特币诞生的，是比特币的基础技术架构。可以将区块链理解为一个基于互联网的去中心化记账系统。类似比特币这样的去中心化数字货币系统，要求在没有中心节点的情况下保证各个诚实节点记账的一致性，就需要区块链来完成。所以区块链技术的核心是在没有中心控制的情况下，在互相没有信任基础的个体之间就交易的合法性等达成共识的共识机制。

区块链的共识机制目前主要有4类：PoW、PoS、DPoS、分布式一致性算法。

3.解锁脚本

脚本是区块链上实现自动验证、自动执行合约的重要技术。每一笔交易的每一项输出严格意义上并不是指向一个地址，而是指向一个脚本。脚本类似一套规则，它约束着接收方怎样才能花掉这个输出上锁定的资产。

交易的合法性验证也依赖于脚本。目前它依赖于两类脚本：锁定脚本与解锁脚本。锁定脚本是在输出交易上加上的条件，通过一段脚本语言来实现，位于交易的输出。解锁脚本与锁定脚本相对应，只有满足锁定脚本要求的条件，才能花掉这个脚本上对应的资产，位于交易的输入。通过脚本语言可以表达很多灵活的条件。解释脚本是通过类似我们编程领域里的“虚拟机”，它分布式运行在区块链网络里的每一个节点。

4.交易规则

区块链交易就是构成区块的基本单位，也是区块链负责记录的实际有效内容。一个区块链交易可以是一次转账，也可以是智能合约的部署等其他事务。

就比特币而言，交易即指一次支付转账。其交易规则如下：

1）交易的输入和输出不能为空。

2）对交易的每个输入，如果其对应的UTXO输出能在当前交易池中找到，则拒绝该交易。因为当前交易池是未被记录在区块链中的交易，而交易的每个输入，应该来自确认的UTXO。如果在当前交易池中找到，那就是双花交易。

3）交易中的每个输入，其对应的输出必须是UTXO。

4）每个输入的解锁脚本（unlocking）必须和相应输出的锁定脚本（locking）共同验证交易的合规性。

5.交易优先级

区块链交易的优先级由区块链协议规则决定。对于比特币而言，交易被区块包含的优先次序由交易广播到网络上的时间和交易额的大小决定。随着交易广播到网络上的时间的增长，交易的链龄增加，交易的优先级就被提高，最终会被区块包含。对于以太坊而言，交易的优先级还与交易的发布者愿意支付的交易费用有关，发布者愿意支付的交易费用越高，交易被包含进区块的优先级就越高。

6.Merkle证明

Merkle证明的原始应用是比特币系统（Bitcoin），它是由中本聪（SatoshiNakamoto）在2009年描述并且创造的。比特币区块链使用了Merkle证明，为的是将交易存储在每一个区块中。使得交易不能被篡改，同时也容易验证交易是否包含在一个特定区块中。

7.RLP

RLP（RecursiveLengthPrefix，递归长度前缀编码）是Ethereum中对象序列化的一个主要编码方式，其目的是对任意嵌套的二进制数据的序列进行编码。

区块链的核心技术是？

区块链的核心技术组成:无论是公链还是联盟链，至少需要四个模块组成：P2P

网络协议、分布式一致性算法（共识机制）、加密签名算法、账户与存储模型。这就是区块链的核心技术，至于详细内容可参考有关这方面的书籍。

区块链核心技术攻关目标

????重点突破涵盖安全隐私保护、开放跨链协议、高效链上链下协同和安全智能合约机制等区块链应用支撑技术。

1.安全隐私保护技术。重点在安全多方计算、零知识证明、安全传输、同态加密等方面取得技术突破。

2.链链互联互通技术。重点在跨链协议、同构/异构跨链架构及安全性、扩展性和性能等方面取得突破。

3.链上链下协同技术。重点在链上链下数据协同访问控制、高效存储与管理等技术取得突破。

4.安全智能合约技术。重点在智能合约形式化验证与安全漏洞风险评测、智能合约审计等方面取得突破。

5.区块链监管技术。重点在区块链穿透式监管技术、动态监测技术、区块链风险隔离与控制等方面取得技术突破和应用。

???????????????????????????From：浙江省区块链技术和产业发展规划（2020-2025）

区块链核心技术-P2P网络

点对点网络是区块链中核心的技术之一，主要关注的方面是为区块链提供一个稳定的网络结构，用于广播未被打包的交易（交易池中的交易）以及共识过的区块，部分共识算法也需要点对点的网络支撑（如PBFT），另外一个辅助功能，如以太坊的消息网络，也需要点对点网络的支持。

P2P网络分为结构化和非结构化网络两类。结构化网络采用类似DHT算法来构建网络结构；非结构化网络是一种扁平的网络，每个节点都有一些邻居节点的地址。

点对点网络的主要职责有维护网络结构和发送信息这两个方面。网络结构要关注的是新节点的加入和网络更新这两个方面，而发送信息包括广播和单播两个方面

如何建立并维护点对点的整个网络？节点如何加入、退出？

网络结构的建立有两个核心的参数，一个是每个节点向外连接的节点数，第二个是最大转发数。

新节点对于整个网络一无所知，要么通过一个中心的服务获取网络中的一些节点去连接，要么去连接网络中的“种子”节点。

网络更新处理当有新节点加入或者节点退出，甚至原来一些节点网络不好，无法连接，过一段时间又活了，等等这些情况。一般通过节点已有的连接来广播这些路由表的变化。需要注意的是，因为点对点网络的特殊性，每个节点的路由表是不一样的（也叫partialview）

广播一般采用泛洪协议，即收到转发方式，使的消息在网络中扩散，一般要采用一些限制条件，比如一条消息要设置最大的转发数，避免网络的过渡负载。

单播需要结构化网络结构支持，一般是DHT，类似于DNS解析的方式，逐跳寻找目标节点地址，之后进行传输，并且更新本地路由表。

要想快速检索信息，有两种数据结构可以使用，一种是树类型，如AVL树、红黑树、B树等；另外一类是hash表。

哈希表的效率比树更高，但是需要占用更多的内存。

信息的表示采用键值对的方式，即一个键对应一个值，我们要查找的是key，值是附着的信息。

哈希表要解决的问题是如何均匀地为每一个key分配一个存储位置。

这里面有两个重点：1.是为key分配一个存储地点，这个分配算法是固定的，保证存储的时候和查找的时候使用同一个算法，不然存进去之后会找不到；2.是均匀地分配，不能有点地方存放数据多，有点放存放数据少。

一般语言里面的hashtable、map等结构使用这个技术来实现，哈希函数可以直接使用取模函数，key%n，这种方式，n代表有多少个地方，key是整数，如果key是其他类型，需要先进行一次哈希，将key转为整数。这种方式可以解决上面的两个需求，但是当n不够大的时候（小于要存储的数据），会产生冲突，一个地方一定会有两个key要存储，这时候，需要在这个地方放一个链表，将分配到同一地点、不同key，顺序摆放。当一个地点放的key太多后，链表的查找速度太慢，要转化为树类型结构（红黑树或者AVL树）。

上面说过，哈希表效率很高，但是占用内容，使用多台机器就可以解决这个限制。在分布式环境中，可以将上述的地点理解为计算机（后面成为节点），即如何将一个key映射到一个节点上，每个节点有一个节点ID，即key-nodeid的映射，这个映射算法也要固定。

这个算法还有一个非常重要的要求，即scalebility,当新节点加入和退出时候，需要迁移的key要尽量少。

这个映射算法有两种典型结构，一个是环形，一个是树形；环形的叫一致性哈希算法，树形的典型叫kademlia算法。

选点算法就是解决key-nodeid的映射算法，形象的来说就是为一个key选择它生命中的她（节点）。

假设我们使用32哈希，那么总共能容纳的key的数据量是2**32，称之为hash空间，把节点的ID映射成整数，key也映射成整数。把key哈希和节点哈希值接的差值的叫做距离（负数的话要取模，不用绝对值），比如一个key的哈希是100（整数表示），一个节点的哈希是105，则这两个的距离是105-100=5。当然使用其他距离表示也可以，比如反过来减，但是算法要固定。我们把key映射（放到）距离他最近的节点上。距离取模的话，看起来就是把节点和key放到一个环上，key归属到从顺时针角度离它最近的节点上。

kademlia算法的距离采用的是key哈希与节点哈希异或计算之后的数值来表示（整数），从左往右，拥有越多的“相同前缀”，则距离越近，越在左边位置不一样，距离越远。

树结构的体现是，将节点和key看成树的节点，这个算法支持的位数是160bit，即20个8字节，树的高度为160，每个边表示一位。

选点的算法和一致性哈希相同，从所有节点中，选择一个距离key距离最小的节点作为这个key的归宿。

由于是在分布式环境中，为了保证高可用，我们假设没有一个中心的路由表，没有这个可以看到全貌的路由表，带来了一些挑战，比如如何发现节点、查找节点？

在P2P网络中，常用的方法是每个节点维护一个部分路由表，即只包含部分节点的路由信息。在泛洪算法中，这些节点上随机的；在DHT算法中，这个路由表是有结构的，维护的节点也是有选择性的。那么如何合理的选择需要维护路由信息的节点呢？

一个朴素的做法是，每一个节点保存比他大的节点的信息，这样可以组成一个环，但是这样做的话，有一个大问题和一个小问题。大问题是，每个节点知道的信息太少(只有下一个节点的哈希和地址)，当给出一个key时，它不知道网络中还有没有比它距离这个key距离还短的节点，所以它首先判断key是否属于自己和下一个节点,如果是，那么这个key就属于下一个节点，如果不是就调用下一个节点同样的方法，这个复杂度是N(节点数)。一个优化的方法是，每个节点i维护的其他节点有：i+21,i+22,....i+2**31,通过观察这个数据，发现由近到远，节点越来越稀疏。这样可以把复杂度降低到lgN

每个节点保存的其他节点的信息，包括，从左到右，每一位上与本节点不同的节点，最多选择k个（算法的超参数）。比如在节点00110上（为演示起见，选择5位），在要保存的节点路由信息是：

1****:xxx,....,xxx(k个)

01:xxx,....,xxx(k个)

000:xxx,....,xxx(k个)

0010:xxx,....,xxx(k个)

00111:xxx,....,xxx(k个)

以上为一行称为k-bucket。形象的来看，也是距离自己越近，节点越密集，越远，节点越稀疏。这个路由查找、节点查找的算法也是lgN复杂度。