区块链教学课件：第3章.pdf

区块链架构

裴庆祺、卫佳

1

通用区块链

用户层钱包接入DAPP开发

应用层智能合约虚拟机SDKRPC接口

管理层准入验证权限管理CA证书管理身份管理

核心层P2P网络共识算法激励机制存储技术

基础层基础数据结构密码技术隐私保护算法库

通用区块链

•数据结构：一般包括账本的块链结构、交易的Merkle树结构、世界状态的MPT树结构。不同的区块链平台，

所使用的数据结构不尽相同，并非一成不变。例如，除了块链结构的账本，还可以有DAG结构的账本，利用

有向无环图直接将交易组织起来，放弃了区块结构。

•数据库：节点保留账本的副本，即是将账本数据持久化，因此必需要使用数据存储的介质，例如：文件、

关系数据库、键值数据库。

•网络层：网络层封装了区块链系统的组网方式、消息传播协议等要素。结合实际应用需求，通过设计特定

的传播协议和数据验证机制，可使得区块链系统中每一个节点都能参与区块数据的记账和校验过程，区块

数据通过网络节点验证后，才能落盘存储。

•共识层：区块链技术的核心优势之一就是能够在决策权高度分散的去中心化系统中使得各节点有效地就区

块数据的一致性达成共识。

通用区块链

•激励机制：区块链网络通过汇聚大量的节点资源来实现对共享区块链账本数据的记账和验证工作，因

而其本质是一种共识节点间的任务众包过程。去中心化系统中的共识节点本身是自利的，最大化自身

收益是其参与数据验证和记账的根本目标。因此，必须设计激励相容的合理众包机制，使得共识节点

最大化自身收益的个体理性行为与保障去中心化区块链系统的安全、有效性的整体目标相吻合。区块

链系统通过设计适度的经济激励机制与共识过程相集成，从而汇聚大规模的节点参与并形成对区块链

历史的稳定共识。例如，在比特币系统中,大、小算力节点或独立，或加入矿池通过相互合作汇集算

力来提高”挖“到新区块的概率,分享生成新区块的比特币和手续费奖励.

•智能合约：合约封装区块链系统中可编程的各类脚本、代码和算法。如果说数据、网络和共识分别承

担数据表示、数据传播和数据验证功能的话,合约则是建立在区块链底层之上的商业逻辑和算法,是

实现区块链系统灵活编程和操作数据的基础。

通用区块链

区块链是一个分布式账本。先来说说账本，账本就是一个记账的账簿，本质上跟传统的账簿没有什么区别，账本数据在以太坊平台里

面分为两个部分存储。第一个部分是转账、交易数据，将若干交易打包进一个区块，然后用哈希函数将区块串连起来，形成“块链”

式结构，这样做可以在一定程度上防止篡改，至少可以极大增加恶意篡改的成本。第二个部分是状态数据，用来维护账户和智能合约

运行的状态，在以太坊中状态数据以Merkle树，即经过优化的MPT树的方式存在，每一个MPT树唯一排序，保证账本的一致性。再来

说说账本的分布式特性，主要体现在帐本在所有节点上的多备份拷贝，这一点确保了账本的公开和共享。有了分布式账本，区块链的

概念已经初具形态了，这个时候就要问了，账本共享了就一定可靠吗，如何确保数据是真实可信的？账本是如何在节点之间完成冗余

备份的？针对第一个问题，就要引出共识机制了。上面提到了账本，既然有账本，就有记账问题，谁来记账？为什么愿意记账？比特

币和以太坊中引入了激励机制，就是说记账是有好处的，既然有好处、有激励，让谁获取这个好处，也就是拿到记账权呢？那就要去

竞争了，可以通过付出算力参与竞争的，所有节点有平等参与竞争的机会，谁先通过哈希碰撞得到一个指定范围的哈希值，就被认为

是竞争胜出的一方，其它节点验证这个哈希结果，验证通过了就接纳本轮区块数据，也就是本次记账区块。全网所有参与竞争记账权

的节点就是所谓的矿工了，每一轮记账都有不同的矿工胜出