公链设计架构

文章前言

本系列文章将结合以太坊公链源码对公链设计进行深入剖析解读，涉及范围包括但不仅限于以下几点：

• 公链设计架构
• 公链启动过程
• 公链交互工具
• 公链接口设计
• 公链区块设计
• 公链交易处理
• 公链智能合约
• 公链虚拟机类
• 公链P2P网络
• 公链数据存储
• 公链共识算法
• 公链挖矿流程

区块链技术

区块链技术起源于2008年中本聪发表的名为《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》的论文，在这篇论文中提出了一种"点对点"的数字货币(BTC)，该货币可以独立存在于任何国家、任何机构之外，不受任何第三方管控，其底层实现技术即为区块链技术。

如果要用一句话来概述什么是区块链，那么我们可以将其概括为——区块链是一个以"去中心化"、"去信任化"方式集体维护的"分布式"账本，该账本用于记录网络参与者之间的交易，比如资产或数据的交换。

区块链可以分为以下三个大类：

• 公有链：无官方组织及管理机构、无中心服务器、参与的节点安装系统规则自由地接入网络，节点之间基于共识机制开展工作，比特币属于典型的共有链。
• 私有链：建立在某个企业内部，系统运作规则根据企业要求进行设定，读写权限仅限于少数节点，但人保留这区块链的真实性和部分去中心化特性，全球 42 家银行组建的区块链联盟 R3 CEV 就是私有链。
• 联盟链：由若干个机构联合发起，介于公链和私链之间，兼部分去中心化特性，网络中的节点部分可以任意接入，另一部分则必须通过授权才可以接入，比如：清算系统

区块链技术经历了以下几个阶段：

• 区块链 1.0：数字货币的去中心化化，以比特币为代币的虚拟货币的时代
• 区块链 2.0：智能合约与数字货币资产相结合，对金融领域体用了更加广泛的应用场景，代币产物有：以太坊、LISK等
• 区块链 3.0：区块链在金融行业之外的各行业的应用场景，能够满足更加复杂的商业逻辑，代币产物有：EOS、ELA、DFINITY等

以太坊架构

以太坊是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台，其设计架构如下所示：

简单介绍如下：

• Decentralized Application，即去中心应用(DApp)，它通过Web3.js和智能合约层进行交互，DAPP之与区块链类似于APP之与Android或IOS
• Smart Contract：智能合约，通过编写和调用合约实现图灵完备的编程操作
• EVM：以太坊虚拟机，是简历在区块链上的代码运行环境，其主要左右是处理以太坊系统内的智能合约
• RPC：远程过程调用，为一个节点请求另一个节点提供的服务，提供外部访问能力
• 核心层：区块链协议、共识算法、挖矿管理、分布式网络组件
• 基础库：公链基础应用库，涉及P2P通信协议、加密酸防库、Http、Solidity语法支持、LevelDB数据库以及Math运算支持等

分层功能设计

以太坊和传统的去中心化系统一样都遵循分层的功能设计，按照不同的功能目标，以太坊的功能设计可以划分为如下几个层级：

各层简单介绍如下：

• 数据层：数据区块、链式结构、交易池、Merkle Tree、非对称加密算法、Event事件
• 网络层：P2P网络、数据传输机制、数据校验机制
• 共识层：共识算法(POW、POS等)
• 激励层：Token发行机制、Token分配机制
• 合约层：智能合约、以太坊虚拟机(EVM)
• 应用层：数字钱包、DAPP、以太坊应用

后续文章，敬请期待~