1.2.3 区块链应用架构

区块链的独特架构使其特别适用于那些对数据的鲁棒性要求较高的场合，如金融业、政府等，因为这些行业的数据中心一旦出问题，损失是巨大的，采用区块链这种分布式架构后，就算有单点故障，也不至于影响大局。目前，区块链已在各行各业得到了广泛应用，总地来说，可以分为两大架构，分别是区块链应用技术架构和区块链应用产业链架构。

1.区块链应用技术架构

区块链应用技术架构如图1-6所示。最下面是数据层，主要包括数据区块结构、加密算法等核心技术，区块结构在前面已经介绍过，加密算法等在后面的章节中会详细讨论；网络层负责通信和信息共享，包括P2P网络、传播机制和验证机制等；共识层非常重要，它制定了区块链社区参与各方的游戏规则和利益共享机制，包括PoW机制、PoS机制等，这些机制的作用是促进区块链社区的参与者贡献力量，推动社区发展；激励层包括各种数字通行证的发行机制和激励机制，可以从经济上激励社区的参与者。例如，比特币是一个民间发起的项目，它是如何吸引更多的人参与并贡献力量呢？这就是激励机制的作用。共识层和激励层共同作用，构成区块链社区的激励体系。

以比特币为例，它采用PoW机制，又称“工作量证明”，其基本原理是矿工们计算一道数学题，谁最先找到答案谁就获得比特币，并且创建新区块，其他矿工同步更新数据到新区块中。通俗地说，就是“按劳分配”，谁的贡献大，谁就获得比特币。

图1-6 区块链应用技术架构

比特币最初只是一个精神奖励，就像前面小故事中的小红花一样，谁也没有想到后来比特币居然如此值钱。

除了比特币，还有很多其他的数字货币，它们在以太坊这种公有链平台上通过发行Token（通证）的方式进行社区激励。

最上面是智能合约层，各种实际应用需求通过智能合约编程的方式，固定为一系列可编程的操作集合，不需要人的干预就可以自动运行，完成预先设定的操作。例如，可以利用智能合约实现保险的自动理赔、供应链中的合作协议签署、电商平台的自动结账等。可以说，真实世界的大部分活动都可以通过智能合约的方式实现，使整个社会更加自动化，从而提高效率和增加透明度。

2.区块链应用产业链架构

从应用产业链的角度来看，区块链架构会稍微简单一些，目前业内也提出了不同的分层方法。这里介绍《2019腾讯区块链白皮书》中的设计，该设计将区块链应用产业链架构分为底层核心平台、平台产品服务层和应用服务层，如图1-7所示。

图1-7 区块链应用产业链架构

（1）底层核心平台主要负责基础的数据存储、数据通信、用户身份管理、共识机制等。其关键技术体现在安全和通信速度上。目前，高速通信技术、5G的发展，使底层核心平台处理数据的速度和效率得到极大提高。底层核心平台在安全方面负责私钥管理和用户身份管理，私钥管理采用非对称加密模式，用户身份管理可以与人的生物特征绑定，如指纹和人脸等。

（2）平台产品服务层主要构建各种智能合约，如数字资产合约、信息共享合约等。可以将这些智能合约理解为一种“根据预设的条件自动执行的程序集”，预先编制相应的游戏规则，当条件满足时，不需要人的干预，就可以自动完成相应的操作。智能合约提供了核心服务的支持平台，更多的应用服务通过调用不同的智能合约方式实现。例如，一项电商服务就可能包括信息共享合约、管理合约、支付合约等。

（3）应用服务层是针对实际需要搭建的、直接面向用户的各种服务的集合，包括区块链的各种应用场景和案例，如银行、保险、证券、供应链等行业的解决方案；具体的区块链应用包括供应链金融、数字黄金、公益寻人、游戏资产等。该层的作用几乎涉及人类社会的方方面面，图1-7中只列出了一小部分，更多的应用正在快速发展。

本节讨论了区块链核心架构，包括区块结构和链结构，以及应用架构。可以看出，区块链采用的是和目前主流数据中心完全不同的分布式架构，牺牲了效率，换来的是安全和公平，并且链式结构保留了交易的所有历史，从而可以从任意节点进行追溯。为了使这种分布式架构良好运行，还需要解决几项关键技术。