什么是区块链？ 如何创建网络、代码及其架构

就像人工智能和机器学习一样，区块链正在迅速发展成为当今行业的主流技术。 区块链技术不再局限于 BFSI 领域，它在其他领域也广为人知，包括医疗保健、治理、零售和物流等。 然而，尽管区块链已经在通用词汇中占据一席之地，但很少有人知道区块链架构及其运作方式。

在这篇文章中，我们将讨论您需要了解的有关区块链和区块链架构的所有信息。 首先，让我们从基础开始。

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什么是区块链？

区块链是一种去中心化的分布式账本，早在 1991 年就被设计用于存储和记录金融交易。 但是，它能够存储任何有价值的东西。 从本质上讲，区块链是一个互连的网络或计算机网络，它们链接在一起，而不是连接到一个中央服务器。 该网络中的所有机器（或节点）都可以定义和同意数据的共享状态，同时遵守一些一致同意的约束——尽管系统由多个节点组成，但没有整个节点的共识，任何单个节点都不能更改数据网络。

由于区块链是一个分布式网络，网络中的每个节点都会维护、批准和更新新条目。 每个成员交叉验证记录和程序，从而使区块链网络有效和安全。 这样，即使成员之间互不信任，他们也可以在共同的基础上建立一致。

顾名思义，区块链由包含特定信息的块组成，这些特定信息由点对点 (P2P) 网络中的所有连接机器共享。 这些块是捆绑交易集并将其分发到 P2P 网络中的所有节点的数据结构。 每个块都通过高度专业化的加密密钥进行保护。 此外，每个块都包含一个块头（元数据），用于验证块的有效性。 块的块元数据由以下六个组件组成：

• 版本 – 块结构的当前版本。
• 上一个区块头哈希——对该区块的父区块的引用。
• Merkle 根哈希——它是区块中记录的所有交易的加密哈希。
• Timestamp – 创建区块的时间。
• nBits – 块头中目标阈值的编码形式。
• Nonce（使用一次的数字）——一个随机值，块的创建者可以按照他们的意愿进行操作。

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虽然这六个组件构成了区块头，但区块的其余部分包含矿工在创建区块时包含的交易。 网络中的用户创建此类交易并将其提交给网络以包含在一个块中。 随着这些交易的不断增长，区块链的规模也在不断扩大。

区块链的去中心化和分布式特性使其透明且负责（网络中的每个用户都对链中的任何更改负责）。 区块链中记录的所有内容都通过密码学得到保护，这一事实使其安全可靠。 区块链的这些特性使其吸引了各行各业的爱好者，他们乐于投资区块链架构以开发基于区块链的应用程序。

区块链架构

现在，我们已经清除了区块链架构的基础知识，我们将更深入地研究它。 区块链架构由两个核心数据结构组成：

• 指针——这些是记录另一个变量位置信息的变量。 换句话说，它们指出了另一个变量的位置。
• 链表——这些是一系列块，其中每个块都有一个唯一的数据，并通过指针链接到它后面的块。

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按照这个逻辑，链中的第一个块，也就是创世块，不包含指针（它是开始块）。 同样，链中的最后一个块将有一个空指针（没有值）。

区块链架构的特点

区块链架构具有一些独特的特征，包括：

• 密码学——记录在区块链中的每笔交易都通过所有相关利益相关者验证的复杂密码计算得到保护。
• 去中心化——区块链网络的每个成员都可以访问完整的数据库。
• 出处——可以跟踪和监控区块链分类帐中包含的每笔交易的来源。
• 不变性——一旦交易记录在区块链中，就无法删除。 只有在各方同意的情况下，才能更改记录。
• 匿名性——网络中的每个用户都有一个通过系统本身生成的地址——他们没有身份。 这样，用户可以保持他们的匿名性（在公共区块链结构中尤其需要）。
• 透明度 – 由于区块链的每个成员都可以访问系统并监控操作，因此流程完全透明。 改变一个区块就意味着必须改变整个链，而这种情况极不可能发生（它需要巨大的计算能力来覆盖区块链网络）。

区块链架构的类型

区块链架构主要分为三种类型：

• 公共区块链架构

在公共区块链架构中，任何愿意参与区块链网络的个人都可以访问数据和系统。 比特币、以太坊和莱特币是公共区块链系统的一些优秀例子。

• 私有区块链架构

与公共区块链架构不同，私有区块链架构只能由属于特定组织的一组授权用户或受邀参与网络的人员控制。

• 联盟区块链架构

联盟区块链架构由一组组织组成，系统的程序由选定的指定用户组设置和控制。

公共区块链是纯粹的去中心化区块链，因为它是开放式的，任何愿意参与协议或系统的人都可以访问。 所有记录对网络中的每个参与用户都是可见的。 相反，私有区块链描述了一个更集中的系统的行为，因为它由一组享有更大隐私的精选用户管理和控制。

区块链架构的核心组件

六个核心组件构成了区块链架构。 他们是：

• 节点——它指的是区块链架构中的用户/计算机。 每个节点都拥有整个区块链账本的独立副本。
• 交易——指区块链系统的最小构建块，即存储在块中的记录和信息。
• 块——它是一种数据结构，用于存储/记录一组交易，然后在网络中的所有节点之间共享（分布）。
• 链 – 它是按特定顺序排列的一系列块的术语。
• 矿工——这是一个用于在将区块添加到区块链结构之前验证区块的特定节点的术语。
• 共识算法 - 它是执行区块链操作应严格遵守的规则和程序的集合。

下面给出的区块链架构图进一步解释了系统如何作为分布式数字钱包工作：

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早些时候，我们讨论了块元数据的组件。 现在，我们将看一下区块链中块的元素。 每个块包括：

• 数据——一个区块的数据很大程度上取决于它所属的区块链架构类型。 例如，对于比特币或莱特币，块中包含的数据将包含发送者、接收者和硬币数量的信息。
• 块的散列——散列是一个唯一的键，几乎就像一个指纹。 它是数字和字母的复杂组合。 每个块哈希都是通过使用特定的加密哈希算法——SHA256 创建的。 立即创建一个块，生成一个哈希键。 对块所做的任何更改也将自动更改其哈希值。 换句话说，区块哈希有助于检测对区块所做的任何修改。
• 前一个区块的哈希值——除了包含其唯一的哈希键外，一个区块还必须包含紧接在它之前的区块的哈希值。 正是此功能有助于在区块链架构中创建连接链，并且是其安全性背后的主要元素。

由于区块链中所有经过验证的区块都来自创世区块，因此任何破坏或违反单个区块的尝试都会产生连锁反应，促使所有区块发生变化。 如果发生这种情况，所有的块都会将不正确的信息向前传递，从而使整个区块链失效。 但是，可以通过共识算法对区块链架构进行更改。

什么是共识算法？

共识算法是指确保个体成员拥有的区块链账本的本地副本相互一致并更新到最新版本的机制或协议。 这有助于确保区块链架构内的一致性和同步性。 以下是使用最广泛的三种共识算法：

工作证明（POW）

POW 要求您解决复杂的计算难题，以在区块链网络中创建和添加新块。 因此，您必须猜测产生 256 位散列的特定字符串，由 SHA256 散列算法传播。 由于需要进行数百万次猜测来验证哈希，因此它被称为“工作量证明”。

股权证明（POS）

POS 协议将系统中的所有节点视为可以验证交易以赚取交易费用的验证者。 POS 随机选择这些节点来验证区块——随机选择一个节点背后的概率取决于它节点拥有的股份数量。

简化拜占庭容错 (SBFT)

在这种方法中，有一个节点（验证器）捆绑提议的交易以在区块链中创建一个新块。 验证者被称为当事方。 在这里，当网络中最小数量的其他节点对新创建的块进行纠正时，就达成了共识。

如何创建区块链架构？

要构建区块链架构，首先，您必须注意两件事：

• 区块链网络——它与放置在一个或几个组织的特定环境中的区块链应用程序的基础设施有关。
• 区块链代码——它指的是区块链应用程序旨在执行的任务和目标。

今天，由于开源解决方案的广泛可用性，开发区块链架构变得更加容易。 Linux Foundation 的 Hyperledger 是最流行的用于构建私有区块链架构的平台。 除了 Hyperledger，以太坊和 Corda 也是开发区块链架构的优秀工具。

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如何创建区块链网络？

当一个或一组组织决定投资区块链解决方案时，就会形成区块链网络。 从所有组织的技术基础架构的角度来看，该网络既可以被视为具有其工作人员的单个组织，也可以被视为一个整体。

通常，多方参与区块链网络。 区块链应用程序/解决方案的目的是通过形成一个透明的点对点系统来组织这些各方，其中每个成员都可以实时跟踪和监控所有活动。 此功能有助于消除与交易或业务相关的所有风险。

在区块链网络中，每个参与组织都拥有一个单独的账本副本，该副本与区块链网络（对等）的独特协议和技术层同步。 排序服务可以在控制区块链网络中的交易及其订单的所有各方之间共享。 同样，会员服务提供商 (MSP) 功能允许访问网络内的特定用户，以维护网络的隐私和安全。 最后，网络中包含的所有交易都记录在总账中。

如何创建区块链代码？

一旦区块链网络就位，相关各方必须就应该在区块链架构内进行的业务交易类型达成共识。 这种共识是通过称为智能合约的法律协议的形式实现的。 这是区块链代码，又名链代码。 就像任何法律文件一样，智能合约包含参与者、资产和即将发生的交易的信息。 每个事务都需要一个事务处理器函数，该函数概述了事务执行后将发生的过程。

区块链架构的好处

通过建立区块链架构，组织可以获得以下好处：

• 降低成本

公司通常会花费大量资金来维护容易受到网络攻击的集中式数据库。 有了区块链结构，一件事是确保组织不必担心安全和系统违规。 因此，他们不需要花费额外的钱来加强系统安全性。

• 增加透明度

在区块链结构中，成员可以随时查看任何交易的历史记录。 因此，与集中式数据库不同，这是一个不断增长的档案，其中成员享有完全的透明度。

• 数据安全

一旦您将信息（数据）输入到区块链结构中，几乎不可能篡改或破坏它。 对区块链所做的任何更改都必须得到网络中所有成员的验证，从而使该过程变得漫长而耗时。 自然，区块链架构中的数据安全商非常高。

所以，简而言之，这就是区块链架构！

我们希望这可以帮助您更好地了解这项新兴技术。

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