区块链的基本架构

笔者记得当比特币开始受注目时，经常看到有评论和报导将比特币和区块链混为一谈。这一两年随着越来越多的区块链项目的实施，特别是各式各样区块链平台的出现，今天我们反而要掌握的一个课题是，怎样的架构才算是一个区块链？换句话说，一个区块链应该有哪些元素？

初接触区块链的朋友一般的学习方法都是先选择某一个区块链平台，深入研究那个平台的特性。笔者也是先由「比特币」开始，再扩展至其他平台例如「以太坊」(Ethereum) 和Hyperledger Fabric（尚未见到有适合的中文译名，以下会保留这个名称）。而本文却是笔者在接触过不同的区块链平台后作的分析和总结，希望为各位带来另一种学习方式：先从总体认识区块链架构，之后当各位在研习某一个区块链平台时，可以比对这篇文章的介绍，从而较为系统性的掌握区块链不同的部份。

以下我会介绍区块链的三个要素：网络、账本和智能合约。

区块链是由节点构成的网络

所谓网络，就是由多于一部机器连接而成，即我们所称的节点(node)，各个节点通常运行同一组软件，这些软件已备有相互沟通的功能，即我们经常说的P2P (Peer -to-Peer) 通讯模式，而非今天主流的客户— 服务器(Client-Server) 模型。今天大部份区块链平台均以互联网互相连结，按需要节点之间的通讯可作加密处理。

在不同的区块链上，节点可能带有不同的功能。例如Hyperledger Fabric 上的Peer 节点负责管有账本和执行智能合约（稍后有更详细介绍），但Orderer 节点则只负责将交易(Transactions) 排序和构建新的区块(Block)；「以太坊」的节点可以只是单单管有账本和执行智能合约，同时有些节点也可选择加入挖矿(Mining) 角色来构建新的区块等等。

按不同的实施模式，节点的数量有所不同。在公开使用的区块链平台如「比特币」和「以太坊」，任何人在任何地方任何时间都可加入或离开网络，不需要一个中央组织去批准。这种区块链网络我们称为Permissionless Blockchain。因此节点的数目就经常浮动。在本文写作时（2019年3月），比特币有超过一万个节点，而「以太坊」则有八千六百多个，分布在全球各大洲上。

智能合约的例子（取材自Hyperledger Composer）

技术上来说，智能合约可以更新账本。这个更新涉及产生新的交易记录，和修改整体状态。因为这涉及更新区块链中最重要的数据架构，智能合约必须要反映真实参与各方的意愿（大家都接受这些合约内容和相关编码），按照指定的检定机制（例如合约的执行要由哪些机构确认）等，甚至引入第三方的监察或审计等。

智能合约作为编码，必然在某个地方执行。在区块链的平台上，节点负责执行智能合约，而且是由多个节点各自进行。例如以太坊是每个节点都会执行智能合约，由于是同一份合约编码，如果大家都有着相同的账本，执行后的结果理论上应该是相同，从而更新账本。而Hyperledger Fabric 则按大家协定和需要指定一些节点Peer 负责执行，得出的结果经过Orderer 排序后以区块模式发送给所有Peer 更新他们的账本。（当然，因为各节点各自独立执行合约编码，现实是有可能出现不一致的情况。各平台在设计时已包括机制处理这些情况。）

智能合约的编写会用上编码语言。不同平台有不同的语言，例如以太坊用的是Solidity，一种新的合约语言，而Hyperledger Fabric 使用多种，由最初的Go，发展到后来的Node 和Java。

结语

这篇文章主要以区块链的一些共同特性而加以讨论。日后当大家深入研究某一区块链平台时可以找出这三个重要元素：网络、账本和智能合约的功能。

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