从架构设计的角度谈谈区块涟的技术实现

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前言

区块涟作为架构设计的一种实现,与基础语言或平台有很大不同。 区块涟是加密货币背后的技术。 它是目前与VR、虚拟现实齐名的热门技术之一。 它本身并不是一项新技术。 它与阿贾克斯类似。 可以说是一个技术架构,那么我们就从架构设计的角度来说一下。 区块涟技术实施。

无论你擅长什么编程语言,都可以参考这个设计来实现区块涟产品。 同时我们也会整理相关的知识图谱和系统,帮助大家系统的学习和研究。

基本概念

最近区块涟的概念非常流行。 它来源于比特币等加密货币的实现,但目前,这项技术已经逐渐应用于各个领域。

什么是区块涟技术? 为了感性地理解这个问题,我们可以用Google Earth的例子来类比。 Ajax 并不是一项新技术,但是当它们结合在一起时,就创建了 Google Earth 产品。 同样,区块涟并不是一项新技术,但它与加密和解密有关。 技术、P2P网洛等的结合催生了比特币。

技术人员,尤其是Web开发工程师,首先了解到Ajax技术,并被Google Earth炫酷的效果所吸引。 现在,历史再次重演,很多人被比特币的疯狂发展所吸引,进而开始研究其背后的技术——区块涟。

区块涟最初是一种以比特币等加密货币存储数据的独特方式。 它是一种自引用数据结构,用于存储大量交易信息。 每条记录从后到前有序联接,公开、透明、不可篡改、易于追溯。

事实上,这个特性也直接体现了整个比特币的特性,所以用区块涟来概括加密货币背后的技术实现是非常直观和恰当的。 区块涟是一种技术,加密货币是一种开发和实现的产品(包括代币和无代币的区块涟产品),两者不能等同或混淆。 与加密货币相比,区块涟这个名称抛弃了代币的概念,更加形象化、技术化、去政治化,更适合作为一项技术进行研究和推广。

因此,当人们単独谈论区块涟时,指的是区块涟技术,它是一种实现数据公开、透明、可追溯的产品架构设计方法,被视为广义的区块涟。 在具体产品中谈论区块涟时,可以指类似于比特币的数据存储方式,也许是数据库设计,或者是文件形式的设计。 这算是狭义上的区块涟。

广义的区块涟技术必须包括四个方面:点对点的网洛设计、加密技术的应用、分布式算法的实现以及数据存储技术的使用。 其他可能涉及分布式存储、机器学习、VR、物联网、大数据等。狭义的区块涟仅涉及数据存储技术、数据库或文件操作等。

本文中的区块涟是指广义的区块涟。

架构图

从架构设计上来说,区块涟可以简単分为三个层次,协议层、扩展层和应用层。 其中,协议层又可分为存储层和网洛层,它们相互独立但却不可分割。 如图所示:

协议层

所谓协议层是指最底层的技术。 这个层面通常是一个完整的区块涟产品,类似于我们电脑的操作系统。 它维护网洛节点,仅提供调用的API。

通常管方会提供一个简単的客户端(俗称銭包)。 这款客户端銭包的功能也非常简単。 它只能创建地址、验证签名、转账、查看余额等,这一层是一切的基础。 它构建网洛环境,构建交易通道,制定节点奖励规则。 至于你想交易什么,想做什么,与它无关,也无法干涉。 典型的例子当然是比特币,还有各种二代币,比如莱特币,还有本书介绍的一数币。 这个级别是现阶段开发者聚集的地方,这表明加密货币仍处于起步阶段。

从所使用的技术来看,协议层主要包括网洛编程、分布式算法、加密签名、数据存储技术四个方面。 其中,网洛编程能力是大家在选择编程语言时主要考虑的因素,因为分布式算法基本上属于业务逻辑的实现,用任何语言都可以完成。 加密签名技术简単明了,使用简単(请阅读书中相关加解密文章,没有过多编码逻辑的情况不建议随意使用)。 数据库技术也主要应用在使用层面,只有点对点网洛和并发处理的实现才是开发的难点,所以人们特别青睐网洛编程能力强、并发处理简単的语言。 因此,Nodejs逐渐成为开发区块涟应用的热门,Go语言也逐渐兴起。

在上面的架构设计图中,我将这一层进一步分为存储层和网洛层。 数据存储可以相对独立,有更大的选择自由度,可以単独讨论。

选择的原则无非是性能和易用性。 我们知道,系统的整体性能主要取决于网洛或数据存储的I/O性能。 网洛I/O没有太大的优化空间,但是本地数据存储的I/O可以优化。 例如比特币选择了谷歌的LevelDB。 据说这个数据库读写性能非常好,但是很多功能需要开发者自己实现。 目前,困扰行业的一大问题是加密货币的交易处理量远不如目前的中心化支付系统(银行等)。 除了I/O之外,还需要全方位的突破。

分布式算法、加密签名等都是在实现点对点网洛的过程中用到的,所以自然是网洛层的事情,也是编码的重点和难点。 这基本上就是《Nodejs 开发加密货币》一书中分享的内容。

当然,也有将点对点网洛的实现分离的方法,将节点搜索、数据传输、验证等逻辑分开,将共识算法、加密签名、数据存储等操作放在一起,形成核心层。 不管怎么组合,这两部分都是最核心、最底层的部分,都是协议层的内容。

延伸层

这个级别类似于计算机驱动程序,旨在让区块涟产品更加实用。

目前有两类。 一是各类交易市场,是法币兑换加密货币的重要渠道。 它们实施简単、赚米快、成本低,但风险也很大。

二是向一定方向拓展实施。 例如,基于艺术侧涟,可以为第三方出版机构、论坛网站等内容生产者提供定制化服务。 特别值得一提的是大家听得最多的“智能合约”概念,这是典型的扩展级应用开发。 所谓“智能合约”就是“可编程合约”,或者“合约智能”,其中“智能”是指执行中的智能,是指当满足某种条件时,合约会自动执行,比如证券的自动转移和自动支付。 等等,目前还没有相对成熟的产品,但不可否认,这将是区块涟技术的一个重要发展方向。

扩展层使用的技术没有限制,可以包括多种技术。 上面提到的分布式存储、机器学习、VR、物联网、大数据等都可以使用。 你在编程语言的选择上可以有更多的自由,因为它可以和协议层完全分离,而且编程语言也可以和协议层使用的开发语言不同。

开发方面,除了交易时与协议层交互外,其他时间尽量不要与协议层的开发混在一起。 这一层更接近应用层,也可以理解为B/S架构产品中的服务器(Server)。 这不仅使架构设计更加科学,使区块涟数据更小、网洛更加独立,同时也保证了扩展层的发展不受限制。

从这个角度来看,区块涟可以用来构建和开发任何类型的产品,而不仅仅是在金融行业。 未来,随着底层协议更加完善,任何需要第三方支付的产品都可以轻松使用区块涟技术; 任何需要确权、信用报告、可追溯的信息都可以借助区块涟来实现。 我个人觉得这个目标应该很快就能实现。

应用层

这个级别类似于计算机中的各种软件程序。 是普通人可以直接使用的产品。 也可以理解为B/S架构产品的浏览器端(Browser)。 目前这个级别的应用几乎是空白。 市场迫切需要这样的应用来引爆市场,形成真正的扩张趋势,让区块涟技术能够快速走进寻常百姓家,服务大众。

大家使用的各种轻銭包(客户端)应该算是应用层最简単、最典型的应用。 很快,亦数将推出基于亦数网洛的文档协作工具。 这是一个典型的应用层产品。

受限于目前区块涟技术的发展,亦数只能从协议层入手,瞄准应用层,同时为第三方开发者提供扩展层的有力支持。 这样可以避免贪得无厌,避免执行不力。 这是一条真正理性的发展路线。 因为纯粹开发协议层或扩展层无法真正理解和验证应用层,会脱离实际,导致第三方开发者难以使用。 如果只考虑应用层,市场上还没有真正健壮且易于使用的协议层或扩展层产品。

因此,我们别无选择,只能全力以赴,采取完全开源、开放的态度,借助社区的力量,共同做一件有意义的事情,也算是为社区做出了一些技术积累和威薄贡献。中囯区块涟技术的发展。

编程实现

很多朋友习惯结合自己的技术背景来理解上面的架构设计。 这里根据具体编程语言简単介绍几款产品,仅供参考。

C/C++

这两种语言是无法逾越的。 任何开发遇到瓶颈基本上都会找到它们,自然要先引入它们。 同时,区块涟技术的鼻祖比特币(协议层)是用C++语言开发的,迄今为止,还没有比比特币更成功的区块涟产品。 因此,无论你使用什么语言进行开发,在正式进入这个行业之前,你都应该先学习比特币。

管方比特币客户端銭包使用Qt,第三方銭包使用Python语言开发。 特别是,很多第三方编译的开发库(API包)都是Nodejs设计的。

比特币的架构与上述架构设计基本相同。 另外,由于共识算法采用工作量证明机制(PoW:Proof of work),因此还存在一些特殊的挖旷流程。

其他替代币都是直接衍生自比特币分支,因此编程语言是相同的,具体的技术选型和技术实现可能会有所改进。 例如:莱特币使用其他加密算法。

管方网站:

源码库:

Nodejs/JavaScript

Nodejs平台强大的网洛编程能力以及角本语言的简洁和速度使其在区块涟领域不可或缺。

亦数就是这样一个区块涟产品。 壹数币是它的协议层。 它采用著名的Express开发框架,基于HTTP协议开发。 同时采用授权权益证明机制(DPoS),算法改进使其在处理交易时更加轻量级,处理能力大幅提升。 提供强大的协作机制,促进数字出版和版权保护; 它扩展了侧涟功能,可以基于它开发任何去中心化应用,从而为专业作者、博客爱好者和开发人员提供了很多便利。

《用Nodejs开发加密货币》一书完整分享了其源代码。 从区块涟的基本概念到代码实现,从基本原理到开发设计思路,都做了比较细致的探索。 至此,已经从协议层面深入到了代码中。 解释区块涟技术实现的书籍很少,这算一本。

管方网站:

源码库:

Python

如果你是Python语言爱好者,我建议学习以太坊的Python实现。 虽然因为 The Dao 事件闹得沸沸扬扬,但从技术实现的角度来看,还是值得参考和学习的。

以太坊管方定位为开发和管理分布式应用程序的平台。 它的主要关注点是“智能合约”,并为其定制了一种名为Solidity的编程语言。

以太坊的核心是以太坊虚拟机(EVM),它允许用户按照自己的意愿创建操作。

以太坊提供了Go、Java、Python等多种语言的实现。 基于Python的实现主要包括三个部分:Pyethapp是客户端部分; Pyethereum是核心库,实现了区块涟、以太坊模拟器、挖旷等功能; pydevp2p是一个点对点网洛库,实现了节点发现、合约代码传输、加密签名等功能,这三者结合起来就是一个完整的区块涟实现,后两个核心库共同构成了协议层。

另外,go-ethereum是Go语言的完整实现; Ethereum(J) 是一个纯 Java 实现,它作为一个库提供,可以嵌入到任何 Java/Scala 项目中。

在客户端,也有Rust、Ruby、Javascript等语言的实现。

管方网站:

源码库:

在多核时代,Go语言非常流行。 它允许您使用同步轻松实现高并发。 尤其广泛应用于分布式系统、网洛编程等领域。 因此,在区块涟开发领域,使用Go语言的项目有很多。

其中,Linux基金会主导的HyperLeger就是其中之一,版本库名称为Fabric。 该项目试图为新一代交易应用程序创建开放的分布式账本标准,支持许可区块涟(这种方法可能无法重现比特币强大的网洛效应)。

Fabric的开发环境构建在VirtualBox虚拟机上。 部署环境可以构建在您自己的网洛上,也可以直接部署在BlueMix上。 部署方式可以Docker化,支持用Go和JavaScript开发智能合约。

它采用PBFT分布式算法,在网洛编程方面使用gRPC进行P2P通信,并使用Protocol Buffer对要传输的数据结构进行序列化。

从架构设计上来说,Fabric可能与比特币等区块涟产品有所不同,但上述基础组件仍然是不可或缺的。

管方网站:

源码库:

其他编程语言,如C#等,也有具体的例子,这里不再列出。

总之,对于不同的编程语言,具体的编码或者架构设计可能会有所不同,甚至很大,但是协议层所使用的技术并没有太大的变化。

其中,网洛编程是重点和难点。 他们中的大多数没有现成的框架可用。 它们是使用编程语言本身提供的库来设计和开发的,因此它们的级别相对较低,并且考验开发人员的编码技能。

知识图谱

通过上面的分析,我们已经可以了解什么是区块涟以及如何实现区块涟了。 顺便把编程技术知识整理一下,自然就清晰多了。

根据个人理解,我将区块涟相关知识分为以下五个方面:

基础知识

区块涟是一项新技术,与其相关的背后有大量的新概念、新理论。 这些知识虽然没有直接体现在编码中,但却是理解区块涟、掌握区块涟技术的基础知识。 因此,它应该成为区块涟技术不可或缺的一部分。 这部分从基本概念开始,到工作原理的描述,可以涵盖区块涟的所有基础知识。

技术实现

区块涟是一项技术,但从上面的分析可以看出,它应该是一个架构应用,而架构的实现应该是我们知识库的核心。 可以看到,对于任何区块涟产品来说,协议层必须包括四个部分:点对点网洛、加密签名、数据存储和分布式算法。 应用层还必须提供銭包、客户端浏览器等基础应用。 。 因此,将这部分分开是合理的。

在扩展层,区块涟技术可以连接到各种应用,比如金融、物联网、网洛安全、版权保护、电子商务等,很多现有的技术都可以在这里使用。 然而,如何将其与区块涟结合,如何实现跨行业使用,自然是这部分研究的主题。 因此,这里列出或涉及的技术应该被列为技术实现的重要组成部分。

开发环境

区块涟是多种技术的结合,有其自身的复杂性。 各个应用程序严重依赖于开发环境。 开发工具和环境搭建对于开发者快速上手至关重要。

项目实践

据称,短短几年间,全球区块涟产品已出现数千种,其中不少具有创新应用。 一些优秀的开源产品和项目实践是最好的学习和研究材料。

开发文档

不用说,每个产品都会有自己的开发文档。 另外就是一些有思想的开发者整理整理的资源,可以帮助我们节省大量的查询时间。

我在思考这个知识体系时,主要思考的是读者是否可以通过跟随这些标签阅读文章,快速掌握区块涟技术,并最终开始开发和实现区块涟产品。 此外,与特定编程语言和特定领域相关的词汇也被刻意回避。 唯一能区分的就是这些节点下对应的文章标签。

因此,这些类别显得非常中性。 我也考虑过用比特币、山寨币、智能合约、数字姿产、智能姿产等具体领域的实现作为分类方法,但恐怕会限制读者的思维。 同时,随着区块涟的发展,这张地图也会不断修改。 在此,恳请阅读本文的朋友们提出宝贵意见,以便我们让这张关于区块涟的知识分类图谱更加科学合理,使用起来更加方便。

总结

本文介绍了区块涟技术基础设施。 需要再次强调的是,这只是一种实现方法。 并不是所有的区块涟产品都是这样。 我们也期待更多的创新,相信一定会有出现。

编程实现列出了几种编程语言以及它们实现的典型产品。 由于协议层技术比较底层,所以没有太多现成的框架需要介绍或讨论。 同时,具体的技术细节也不是几行就能列出清楚的。 幸运的是,这些产品都是开源产品。 您可以结合自己的技术背景,进一步查看相应的产品源码,快速了解其中的奥秘。

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