什麼是區塊鏈？ 如何創建網絡、代碼及其架構

就像人工智能和機器學習一樣，區塊鏈正在迅速發展成為當今行業的主流技術。 區塊鏈技術不再局限於 BFSI 領域，它在其他領域也廣為人知，包括醫療保健、治理、零售和物流等。 然而，儘管區塊鏈已經在通用詞彙中佔據一席之地，但很少有人知道區塊鏈架構及其運作方式。

在這篇文章中，我們將討論您需要了解的有關區塊鍊和區塊鏈架構的所有信息。 首先，讓我們從基礎開始。

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什麼是區塊鏈？

區塊鍊是一種去中心化的分佈式賬本，早在 1991 年就被設計用於存儲和記錄金融交易。 但是，它能夠存儲任何有價值的東西。 從本質上講，區塊鍊是一個互連的網絡或計算機網絡，它們鏈接在一起，而不是連接到一個中央服務器。 該網絡中的所有機器（或節點）都可以定義和同意數據的共享狀態，同時遵守一些一致同意的約束——儘管系統由多個節點組成，但沒有整個節點的共識，任何單個節點都不能更改數據網絡。

由於區塊鍊是一個分佈式網絡，網絡中的每個節點都會維護、批准和更新新條目。 每個成員交叉驗證記錄和程序，從而使區塊鍊網絡有效和安全。 這樣，即使成員之間互不信任，他們也可以在共同的基礎上建立一致。

顧名思義，區塊鏈由包含特定信息的塊組成，這些特定信息由點對點 (P2P) 網絡中的所有連接機器共享。 這些塊是捆綁交易集並將其分發到 P2P 網絡中的所有節點的數據結構。 每個塊都通過高度專業化的加密密鑰進行保護。 此外，每個塊都包含一個塊頭（元數據），用於驗證塊的有效性。 塊的塊元數據由以下六個組件組成：

• 版本 – 塊結構的當前版本。
• 上一個區塊頭哈希——對該區塊的父區塊的引用。
• Merkle 根哈希——它是區塊中記錄的所有交易的加密哈希。
• Timestamp – 創建區塊的時間。
• nBits – 塊頭中目標閾值的編碼形式。
• Nonce（使用一次的數字）——一個隨機值，塊的創建者可以按照他們的意願進行操作。

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雖然這六個組件構成了區塊頭，但區塊的其餘部分包含礦工在創建區塊時包含的交易。 網絡中的用戶創建此類交易並將其提交給網絡以包含在一個塊中。 隨著這些交易的不斷增長，區塊鏈的規模也在不斷擴大。

區塊鏈的去中心化和分佈式特性使其透明且負責（網絡中的每個用戶都對鏈中的任何更改負責）。 區塊鏈中記錄的所有內容都通過密碼學得到保護，這一事實使其安全可靠。 區塊鏈的這些特性使其吸引了各行各業的愛好者，他們樂於投資區塊鏈架構以開發基於區塊鏈的應用程序。

區塊鏈架構

現在，我們已經清除了區塊鏈架構的基礎知識，我們將更深入地研究它。 區塊鏈架構由兩個核心數據結構組成：

• 指針——這些是記錄另一個變量位置信息的變量。 換句話說，它們指出了另一個變量的位置。
• 鍊錶——這些是一系列塊，其中每個塊都有一個唯一的數據，並通過指針鏈接到它後面的塊。

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按照這個邏輯，鏈中的第一個塊，也就是創世塊，不包含指針（它是開始塊）。 同樣，鏈中的最後一個塊將有一個空指針（沒有值）。

區塊鏈架構的特點

區塊鏈架構具有一些獨特的特徵，包括：

• 密碼學——記錄在區塊鏈中的每筆交易都通過所有相關利益相關者驗證的複雜密碼計算得到保護。
• 去中心化——區塊鍊網絡的每個成員都可以訪問完整的數據庫。
• 出處——可以跟踪和監控區塊鏈分類帳中包含的每筆交易的來源。
• 不變性——一旦交易記錄在區塊鏈中，就無法刪除。 只有在各方同意的情況下，才能更改記錄。
• 匿名性——網絡中的每個用戶都有一個通過系統本身生成的地址——他們沒有身份。 這樣，用戶可以保持他們的匿名性（在公共區塊鏈結構中尤其需要）。
• 透明度 – 由於區塊鏈的每個成員都可以訪問系統並監控操作，因此流程完全透明。 改變一個區塊就意味著必須改變整個鏈，而這種情況極不可能發生（它需要巨大的計算能力來覆蓋區塊鍊網絡）。

區塊鏈架構的類型

區塊鏈架構主要分為三種類型：

• 公共區塊鏈架構

在公共區塊鏈架構中，任何願意參與區塊鍊網絡的個人都可以訪問數據和系統。 比特幣、以太坊和萊特幣是公共區塊鏈系統的一些優秀例子。

• 私有區塊鏈架構

與公共區塊鏈架構不同，私有區塊鏈架構只能由屬於特定組織的一組授權用戶或受邀參與網絡的人員控制。

• 聯盟區塊鏈架構

聯盟區塊鏈架構由一組組織組成，系統的程序由選定的指定用戶組設置和控制。

公共區塊鍊是純粹的去中心化區塊鏈，因為它是開放式的，任何願意參與協議或系統的人都可以訪問。 所有記錄對網絡中的每個參與用戶都是可見的。 相反，私有區塊鏈描述了一個更集中的系統的行為，因為它由一組享有更大隱私的精選用戶管理和控制。

區塊鏈架構的核心組件

六個核心組件構成了區塊鏈架構。 他們是：

• 節點——它指的是區塊鏈架構中的用戶/計算機。 每個節點都擁有整個區塊鏈賬本的獨立副本。
• 交易——指區塊鏈系統的最小構建塊，即存儲在塊中的記錄和信息。
• 塊——它是一種數據結構，用於存儲/記錄一組交易，然後在網絡中的所有節點之間共享（分佈）。
• 鏈 – 它是按特定順序排列的一系列塊的術語。
• 礦工——這是一個用於在將區塊添加到區塊鏈結構之前驗證區塊的特定節點的術語。
• 共識算法 - 它是執行區塊鏈操作應嚴格遵守的規則和程序的集合。

下面給出的區塊鏈架構圖進一步解釋了系統如何作為分佈式數字錢包工作：

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早些時候，我們討論了塊元數據的組件。 現在，我們將看一下區塊鏈中塊的元素。 每個塊包括：

• 數據——一個區塊的數據很大程度上取決於它所屬的區塊鏈架構類型。 例如，對於比特幣或萊特幣，塊中包含的數據將包含發送者、接收者和硬幣數量的信息。
• 塊的散列——散列是一個唯一的鍵，幾乎就像一個指紋。 它是數字和字母的複雜組合。 每個塊哈希都是通過使用特定的加密哈希算法——SHA256 創建的。 立即創建一個塊，生成一個哈希鍵。 對塊所做的任何更改也將自動更改其哈希值。 換句話說，區塊哈希有助於檢測對區塊所做的任何修改。
• 前一個區塊的哈希值——除了包含其唯一的哈希鍵外，一個區塊還必須包含緊接在它之前的區塊的哈希值。 正是此功能有助於在區塊鏈架構中創建連接鏈，並且是其安全性背後的主要元素。

由於區塊鏈中所有經過驗證的區塊都來自創世區塊，因此任何破壞或違反單個區塊的嘗試都會產生連鎖反應，促使所有區塊發生變化。 如果發生這種情況，所有的塊都會將不正確的信息向前傳遞，從而使整個區塊鏈無效。 但是，可以通過共識算法對區塊鏈架構進行更改。

什麼是共識算法？

共識算法是指確保個體成員擁有的區塊鏈賬本的本地副本相互一致並更新到最新版本的機製或協議。 這有助於確保區塊鏈架構內的一致性和同步性。 以下是使用最廣泛的三種共識算法：

工作證明（POW）

POW 要求您解決複雜的計算難題，以在區塊鍊網絡中創建和添加新塊。 因此，您必須猜測產生 256 位散列的特定字符串，由 SHA256 散列算法傳播。 由於需要進行數百萬次猜測來驗證哈希，因此它被稱為“工作量證明”。

股權證明（POS）

POS 協議將系統中的所有節點視為可以驗證交易以賺取交易費用的驗證者。 POS 隨機選擇這些節點來驗證區塊——隨機選擇一個節點背後的概率取決於它節點擁有的股份數量。

簡化拜占庭容錯 (SBFT)

在這種方法中，有一個節點（驗證器）捆綁提議的交易以在區塊鏈中創建一個新塊。 驗證者被稱為當事方。 在這裡，當網絡中最小數量的其他節點對新創建的塊進行糾正時，就達成了共識。

如何創建區塊鏈架構？

要構建區塊鏈架構，首先，您必須注意兩件事：

• 區塊鍊網絡——它與放置在一個或幾個組織的特定環境中的區塊鏈應用程序的基礎設施有關。
• 區塊鏈代碼——它指的是區塊鏈應用程序旨在執行的任務和目標。

今天，由於開源解決方案的廣泛可用性，開發區塊鏈架構變得更加容易。 Linux Foundation 的 Hyperledger 是最流行的用於構建私有區塊鏈架構的平台。 除了 Hyperledger，以太坊和 Corda 也是開發區塊鏈架構的優秀工具。

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如何創建區塊鍊網絡？

當一個或一組組織決定投資區塊鏈解決方案時，就會形成區塊鍊網絡。 從所有組織的技術基礎架構的角度來看，該網絡既可以被視為具有其工作人員的單個組織，也可以被視為一個整體。

通常，多方參與區塊鍊網絡。 區塊鏈應用程序/解決方案的目的是通過形成一個透明的點對點系統來組織這些各方，其中每個成員都可以實時跟踪和監控所有活動。 此功能有助於消除與交易或業務相關的所有風險。

在區塊鍊網絡中，每個參與組織都擁有一個單獨的賬本副本，該副本與區塊鍊網絡（對等）的獨特協議和技術層同步。 排序服務可以在控制區塊鍊網絡中的交易及其訂單的所有各方之間共享。 同樣，會員服務提供商 (MSP) 功能允許訪問網絡內的特定用戶，以維護網絡的隱私和安全。 最後，網絡中包含的所有交易都記錄在總賬中。

如何創建區塊鏈代碼？

一旦區塊鍊網絡就位，相關各方必須就應該在區塊鏈架構內進行的業務交易類型達成共識。 這種共識是通過稱為智能合約的法律協議的形式實現的。 這是區塊鏈代碼，又名鏈代碼。 就像任何法律文件一樣，智能合約包含參與者、資產和即將發生的交易的信息。 每個事務都需要一個事務處理器函數，該函數概述了事務執行後將發生的過程。

區塊鏈架構的好處

通過建立區塊鏈架構，組織可以獲得以下好處：

• 降低成本

公司通常會花費大量資金來維護容易受到網絡攻擊的集中式數據庫。 有了區塊鏈結構，一件事是確保組織不必擔心安全和系統違規。 因此，他們不需要花費額外的錢來加強系統安全性。

• 增加透明度

在區塊鏈結構中，成員可以隨時查看任何交易的歷史記錄。 因此，與集中式數據庫不同，這是一個不斷增長的檔案，其中成員享有完全的透明度。

• 數據安全

一旦您將信息（數據）輸入到區塊鏈結構中，幾乎不可能篡改或破壞它。 對區塊鏈所做的任何更改都必須得到網絡中所有成員的驗證，從而使該過程變得漫長而耗時。 自然，區塊鏈架構中的數據安全商非常高。

所以，簡而言之，這就是區塊鏈架構！

我們希望這可以幫助您更好地了解這項新興技術。

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