区块链科普系列第3天：区块链演变和架构
文/杜豆豆
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前面我们讲了区块链的基本知识，首先复盘一下。在基本知识里，我们了解到以下几点：
第一点、区块链系统实际上就是一个维护公共数据账本的系统，所有的技术设计都是围绕维护好这个公共账本来进行的。这些技术设计组合在一起，被称为技术栈。
第二点、技术栈中有5个重要的模块：区块链账本、共识机制、密码算法、脚本系统和网络路由。
第三点、区块链通过共识机制达成节点账本的数据一致，通过密码算法确保账本数据的不可篡改以及数据发送的安全，通过脚本系统扩展账本数据的表达范畴。
今天，我们讲区块链的演变。
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说区块链，就不得不从比特币开始说起。
区块链听起来很高大上，或者有新鲜感，其实究其根基，也就是个特别设计的分布式数据库系统。只不过，和P2P网络、加密解密技术等组合在一起，一不小心就诞生了比特币。很多人，就是因为看到比特币的疯狂发展，才开始研究它背后的技术——区块链的。
2008年金融危机带来了一系列的蝴蝶效应，银行倒闭、股市崩盘、次贷危机，也引起了美国等金融大国国民对政府和银行的不满和失望。这时，有个叫做中本聪的日裔美国人，发表了一篇《 A Peer-to-Peer Electronic Cash System》（中文译为：《比特币白皮书》）的论文，引起了广泛关注。2009年，出现了比特币的第一个区块，人称创世区块。
在比特币的发展史上，有一个叫做“密码朋克”的团体非常神秘。这个团体群聚了众多密码天才，在比特币的一系列创新，大量借鉴了这些天才们的技术贡献。密码朋克们有这么一个观念：个人隐私和权力正在不断被侵蚀，在数字时代，要维持一个开放社会的同时，还要用技术来保障对隐私的保护。体现到比特币中就是：去中心化、匿名、自由主义。
2010年时，有人用10000个比特币买了一个披萨，这是第一次以比特币为代表的数字货币在线下进行了交易，对后期比特币在市场上进行交易和升值具有重要的意义。放到今天，这10000个比特币已经升值到7亿人民币，想一想，这大概是世界上最贵的匹萨了！
2013年到2014年，Vitalik创建以太坊，它和比特币最大的区别就是加入了智能合约的内容。这一事件，这成为区块链2.0时代到来的标志性事件。
2015年R3金融联盟成立，Hyperledger组织开始做fabric项目，fabric是IBM倡导的一个项目，现在很多公司都在使用fabric的技术和平台。这一时期，已经不再局限在金融范畴的应用，而是广泛到了范围更广的各种业务数据了。
到了2017年下半年，比特币的价值持续往上升，尽管跌过一段时间，但之后就回稳了，被越来越多的国家所认可，从整体上来说，价值始终是在逐步升高的。
进入2018年，区块链技术被称为下一个风口，成为与人工智能、大数据、云计算并称的最新技术，并被各个国家提到了规划和大力发展的层面，看起来，似乎就要风生云起了。
所以，现在，还不懂区块链的小白，要赶快捡起来了，不然，你真的就要OUT了!
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接下来，我们再从技术角度，来看看区块链的架构是怎么发展变化的。
从上面的介绍，我们可以清晰看到3个阶段的发展：
第一个阶段，也就是早期的区块链系统。这些系统都是面向数字货币的，比如比特币、莱特币。这个阶段，通常被我们认为是一个支持数字货币合约的系统。
第二个阶段，出现了能够支持自定义智能合约的系统，比如以太坊，它实现了对比特币这样数字货币系统的扩展，但是应用更多的还是金融范畴。
第三个阶段，就是之后的多应用阶段。比如，超级账本项目，尤其是IBM倡导的Fabric子项目，在此系统中，已经不再局限于金融范畴的应用，而是开始支持各种领域的数据定义。
这三个阶段，我们将它们称为区块链系的1.0、2.0、3.0结构时期。
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下面，我就针对这三个阶段的区块链架构演变，为大家做个介绍。
（1）区块链1.0架构
这个阶段的区块链系统，主要是用来实现数字货币的，如下图所示：
如图所示，在整个结构中，分为核心节点和前端工具。我们重点来看一下核心节点中的“矿工”功能。在矿工的1.0系统中，主要承担两个任务：
第一个是通过竞争获得区块数据的打包权后，将内存池（待确认交易数据）中的交易数据打包进区块，并且广播给其他节点；
第二个是接受系统对打包行为的数字货币奖励，从而系统通过这种奖励机制完成新货币的发行。
在前端工具中，重点说说钱包工具，钱包工具是提供给用户管理自己账户地址以及余额的；浏览器是用来查看区块链网络中发生的数据情况，比如最新的区块高度，内存池的交易数、单位时间的网络处理能力等；PRC客户端和命令行接口都是用来访问节点的功能的，在这个时候，核心节点就相当于一个服务器，通过PRC服务提供功能调用接口。
（2）区块链2.0架构
我们用以太坊的典型架构来说明。如下图：
大家应该看出差别了吧。与1.0的架构相比，最大的特点就是支持智能合约，在以太坊中，我们使用智能合约开发工具开发合约程序，并且编译为字节码，最终部署到以太坊的区块链账本中。部署后的智能合约是运行在虚拟机上的，称为“以太坊虚拟机”。智能合约的实现，扩展了区块链系统的功能。不过，它依然使用钱包，支持数字货币。
（3）区块链3.0架构
我们先来看一下架构图。
在3.0的架构中，超越了对数字货币或者金融的应用范畴，而将区块链技术作为一种泛解决方案，可以在其他行业领域使用。
行业应用一般是需要具备企业级属性的，比如身份认证、许可授权、加密传输等，并且对数据的处理性能也会有要求，因此企业级场景下的应用，往往都是联盟链或者私有链。数字货币不再是一个必选的组件了，当然如果需要，我们也可以通过智能合约的方式来实现数字货币的。
与之前的架构相比，最大的特点就是增加了一个网关控制，实际上就是增加了对安全保密的需求的支持，并且通过数据审计加强对数据的可靠性管理。
在3.0中，实际上可以看成是一套框架，通过对框架的配置和二次开发可以适应各行业的需求，比如图中的“可插拔共识”，意思就是共识机制不是固定的，而是可以通过用户自己去选用配置。
（未完待续）
本文观点和案例参考了《白话区块链》和搜狐作者“技术最前沿”部分文章。
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