1.2 区块链的技术架构

1.2.1 区块链技术组成

区块链由分布式账本、共识机制、智能合约、P2P网络等构成。

（1）分布式账本。

本章“1.1区块链的概念”中已经介绍过区块链就是一本账，在区块链系统中，所有节点都保存有一本账本数据，并通过网络从其他节点更新账本数据，这就是分布式账本，也是区块链技术的核心。

（2）共识机制。

区块链通过全民记账来解决信任问题，但是所有节点都参与记录数据，那么最终以谁的记录为准，或者说怎么保证所有节点最终都记录一份相同的正确数据。在传统的中心化系统中因为有权威的中心节点背书，可以中心节点记录的数据为准，其他节点仅简单复制中心节点的数据即可，很容易达成共识。然而在区块链这样的去中心化系统中，并不存在中心权威节点，所有节点平等地参与到共识过程之中。由于参与的各个节点的自身状态和所处网络环境不尽相同，而交易信息的传递又需要时间，并且消息传递本身不可靠，因此，每个节点接收到的需要记录的交易内容和顺序难以保持一致。更不用说，由于区块链中参与的节点的身份难以控制，还可能会出现恶意节点故意阻碍消息传递，或者发送不一致的信息给不同节点，以干扰整个区块链系统的记账一致性，从而从中获利的情况。因此，区块链系统的记账一致性问题，或者说共识问题，是一个十分关键的问题，它关系着整个区块链系统的正确性和安全性。当前，区块链系统的共识算法有许多种，主要可以归类为四大类，分别是工作量证明（Proof of Work, PoW）类的共识算法、Po*的凭证类共识算法、拜占庭容错（Byzantine Fault Tolerance, BFT）类算法、结合可信执行环境的共识算法。

（3）智能合约。

简单来说，智能合约是一种在满足一定条件时就自动执行的计算机程序。例如，自动售货机就可以被视为一个智能合约系统。客户选择商品并完成支付，这两个条件都满足后，售货机就会自动吐出货物。

智能合约不是区块链的必要组成，它是区块链2.0之后出现的技术。智能合约一旦在区块链上部署，所有参与节点都会严格按照既定逻辑执行。基于区块链上的大部分节点都是诚实的这一基本原则，如果某个节点修改了智能合约逻辑，那么执行结果就无法通过其他节点的校验而被承认，即修改无效。

一个基于区块链的智能合约需要包括事务处理机制、数据存储机制，以及完备的状态机制，用于接收和处理各种条件。事务的触发、处理及数据保存都必须在区块链上进行。当满足触发条件后，智能合约即会根据预设逻辑，读取相应数据并进行计算，最后将计算结果永久保存在链式结构中。

（4）P2P网络。

P2P网络即对等计算机网络（Peer-to-Peer network, P2P网络），是一种消除了中心化的服务节点，将所有的网络参与者视为对等者（Peer），并在他们之间进行任务和工作负载分配的网络。P2P网络打破了传统的C/S模式，去除中心服务器，是一种依靠用户群共同维护的网络结构。由于节点间的数据传输不再依赖中心服务器，P2P网络具有极强的可靠性，任何单个或者少量节点故障都不会影响整个网络正常运转。同时，P2P网络的网络容量没有上限，因为随着节点数量的增加，整个网络的资源也在同步增加。由于每个节点可以从任意（有能力的）节点处得到服务，加上P2P网络中暗含的激励机制也会尽力向其他节点提供服务，实际上P2P网络中节点数目越多，P2P网络提供的服务质量就越高。

1.2.2 区块链技术逻辑架构

从层次架构上看，区块链技术从下往上分别由数据层、网络层、合约层、应用层4层构成，如图1-2所示。

图1-2 区块链技术逻辑架构