从架构看区块链十年发展史

作者| 付晓燕

打着比特币旗号的区块链技术，转眼已经走过了十年。 人们常觉得“十年一代”。 对于现在三年就会有代沟的飞速发展的时代，十年似乎是一段很长的时间。 我接触区块链大约一年了。 据说我在这方面做了三年的前辈或专家。 可见，这个领域虽然有十年的历史，但依旧没有积淀。 已有十年左右历史的云计算，目前“势不可挡”。 虽然有很多不尽如人意的地方，但我仍然认为这是一个有趣且富有想象力的领域。 因此比特币历史发展历程，我把自己通过这一年所学的区块链粗浅的认识整理出来和大家一起讨论。 我是一个业务架构设计师，所以我对区块链的理解更侧重于“业务”和“架构”。

1. 我对比特币的了解

比特币作为开山鼻祖，接触区块链的人，尤其是技术人员想必都了解比特币。 如果你不了解比特币和以太坊，你将无法为技术注入想象力的翅膀。 直接研究分布式系统会更实用。 我个人对比特币的设计思路总结如下：

按照中本聪自己在白皮书中的说法，他只是在设计一个点对点的电子现金交易系统。 为此，既要确保交易安全和资金安全，又要确保“双花”和“乱花”不能避免。 UTXO模型和区块链技术确保不会出现“双花”，提高历史记录的可信度； 通过非对称加密，你的“钱”只能自己花，不会被别人花。 通过工作量证明保证账本的唯一性，用经济手段“限制”有权势的人作恶。 这方面已经有很多讨论，本文不再赘述。

反复阅读白皮书，感受最深的是极客对单一目标的追求和架构设计的平衡。 中本聪只想实现一个点对点的电子现金交易系统。 为了安全，他选择了牺牲效率，所以，据说在BM要提高交易效率的时候，他批评BM不懂比特币。 在设计上，中本聪并没有打算支持除了他的系统目标之外的任何应用，即不提供更多的扩展空间，因为这方面会引入各种对电子现金系统来说不必要的、可能致命的方面。 这种“缺陷”会破坏比特币高度精简的数据结构。 为了应对其存储压力，比特币几乎将数据需求压缩到最低限度。

越简单越安全，而这恰恰是电子现金系统，尤其是免维护、自动运行的电子现金系统可靠、安全、可信的基础。 许多改造和扩展比特币的尝试都以失败告终。 事实上，这也显示了设计的刚性。 如果你不能理解比特币设计的初衷和它给自己带来的局限性，而任意展开你的想象，结果可能不会太好。 设计目标和约束条件将决定系统的特点和适用范围。 如果应用范围扩大，目标和约束也必须修改。 这就是以太坊所做的。

2. 我对以太坊的了解

以太坊是V神在2013年推出的，与中本聪不同的是，他是一个在这个领域能看到真身的“大神”。 以太坊其实还是挺复杂的，但是站在我作为业务架构师的角度，我觉得以太坊的整体逻辑是这样的：

太简单？ 或许。 Vitalik在以太坊白皮书中详细分析了比特币的设计，提出了四大主要不足：不支持图灵完备、状态少、区块盲目、价值盲目。 我不是很懂技术，所以我觉得后两个问题不大。 前两个与设计目标和约束有关。 中本聪只想建立一个点对点的电子现金系统，不想支持其他应用，所以图灵完备和更多的状态对他来说毫无意义。 “现金”要么在你口袋里，要么在我口袋里，没必要那么多状态。

V神想做的事情可没那么简单。 据说他和最初的团队提出了“世界计算机”的概念。 图灵完备和状态扩展对他来说是必要的。 他希望以太坊能够在比特币的“无信任”机制上开发出更多的应用，包括分布式自治组织（DAO）。 因此，比特币白皮书并没有多谈应用，因为它的系统目标非常单一，甚至明确指出有些东西应该在链下处理； 以太坊白皮书讲了很多应用，因为希望构建一个“新世界”，这个想法V神也在采访中多次表达过。

就共识逻辑而言，比特币只是确认一个签名和一笔交易在历史上存在过，并没有被用于其他交易； 以太坊比较复杂，需要确认一段代码逻辑的运行结果，同时也继承了比特币的共识思想，每个人都有一个账户，每个人都验证，这使得代码逻辑不会太复杂，否则部分节点无法运行，效率低下也会影响共识。 比特币虽然效率低下，但系统目的单一，习惯了就忍耐； 以太坊给了你翅膀，但你真的觉得“引力”太强了。 开玩笑地说，以太坊其实比比特币更能“折磨”人。 V神的设计还是划时代的突破，对比特币设计目标的修改也很明确。 这是做区块链技术研究和设计的人必须认真研究的。

3.我知道的联盟链

我觉得联盟链是公链的“折射”，所以做了很多约束调整，各种各样的人都有。 从高层概念来看，联盟链的诞生其实是社会现实的反映。 对此，我总结了一张图：

社会环境已经从中心化、辐射状、强依赖的生态结构逐渐演化为平台化、多中心、自由协作的网络体系，尤其是在企业端。 根据康威定律，设计对象的组织结构会映射，因此符合多中心网状生态特点的系统架构必然应运而生。 传统分布式系统诞生的目的主要是为了提高系统性能，而区块链系统考虑更多的是如何帮助用户平等参与网络。 这应该是两者在设计理念上的核心区别。 因此，区块链系统比传统的分布式系统更适合构建多方共赢的生态环境。 这就是看起来有点“后退”的联盟链价值，但也有它的道理。

公链的问题在于，如果在现阶段应用，显然不符合企业端生态的实际情况。 即使一开始不设计中心，企业端的生态环境自然会产生一个中心。 这是人类社会决定的，所以不要再拒绝所谓的“中心化”。 镜子里的自己好看不好看是自己，化妆并不能解决本质问题。

联盟链既然是面向企业的，自然会把效率的提升放在非常高的位置，所以在假设上有一些放宽。 比如节点被授权加入，其实就是注入了信任； 有了信任，有了共识，就可以轻松回到传统分布式系统的路线； 基于信任，出块速度可以达到秒级或毫秒级，不用担心中本聪认为传播速度过快的安全问题。 放宽假设最彻底的方法是微软的 Coco，它将节点置于基于硬件的可信执行环境中。 因此，智能合约不需要在每个节点上都执行一次比特币历史发展历程，而只需执行一次。 因此，每个人都信任，共识采用简单的跟进机制。 ，因此它也可以处理其他联盟链无法处理的“不确定性计算”。

联盟链对公链做了很多调整，有的很彻底，有的不彻底。 由于大多数联盟链对节点数量都有上限，因此联盟链中的节点通常代表节点本身而不是网络参与者，有点“代理”的意思，可以看作是传递信任人们对机器的信任，但它不同于公链的结构，它没有节点上限，节点直接代表参与者。 部署比较复杂，有点“尴尬”。

4.我所知道的共识

共识是区块链中一个很火的概念，连非技术的同学都觉得“共识”是区块链发明的。 对共识了解不多，只是根据资料总结了一个共识发展路径或者学习路径，供大家参考：

共识是一个高级数学问题。 除了上图中的POS和DPOS，其他的定理和共识都是有获得过图灵奖或相当于这个级别的专业数学论文支持的，所以共识不仅仅是好用。 ，没有数学基础的支持，很难保证其可靠性。 严格来说，POS和DPOS是专门为区块链设计的共识。 但缺点是没有严谨的数学论证，虽然以太坊的大师中不乏数学高手。

另外，对于业务人员和技术人员来说，共识这个词是有很大区别的。 业务共识通常是指共同遵守的业务规则和一致的结果，但对于技术人员来说，这是一个与业务关系不大的问题。 关系的话题。

五、我所了解的区块链架构

在回顾了比特币、以太坊和联盟链之后，我从个人角度总结了一个区块链的总体架构：

我认为广义区块链的设计主要包括数据层、网络层、共识层、激励层和智能合约层，但实际上共识层、激励层和智能合约层都是可选的，不是必须的。 每一层的具体机制也可以灵活变化。 尽管网络层是强制性的，但其机制是可选的。 最不动的就是数据层。 这一层的区块链数据结构是铁打的，但有人会说Codar？ Codar自己只说自己是受到区块链的启发，却从来没有说自己是区块链。

如果站在我们常用的软件架构的角度来看，我们也可以这样转换：

共识其实可以分为业务和数据库两部分。 前者是业务逻辑的共识，也就是智能合约，后者是记账权的共识，也就是数据的写入权。 可以类比，区块链系统与一般软件系统的主要区别在于底层数据库的实现和业务逻辑层的通证设计。 这也是为什么就设计而言，除了涉及虚拟数字货币的应用难以被传统分布式系统替代之外，其他类型的区块链设计，尤其是联盟链环境下的设计，几乎都可以被替代。 即数据层的更换。

6. 我所知道的区块链的未来

以后总有一些幻影，不是那么容易分辨的。 技术发展太快了，我的“三足猫”技能不敢轻易给出期限，也不敢轻易下结论。 我只能说说方向性的理解。

公链技术在效率上有一些非常复杂的东西。 我解释不清楚。 Sharding、L2层、状态通道等进一步赋能公链的技术或设计方法，或许能解决部分效率问题，但总体而言，并不能带来决定性的改变。 公链解决“信任”问题的方式有些极端，因此“牺牲”了效率的大幅提升。 在这个“瓶颈”改变之前，公链的效率可能很难有实质性的突破。

联盟链方面，前面提到的小“尴尬”，假设设计轻松，设计麻烦。 是不是该回头看看公链，找点灵感了？ 目前，原本由IBM带来的框架之风，变成了平台之风。 平台功能越来越多，越来越重，造成了学习、设计、部署、运维等方面的困难。 为什么联盟链不能注入平台？ 信任之后，是否还能兼顾公链的易部署性？ 在我最近的文章“ ”中，我尝试对 Ripple 模型进行一些更改。 Ripple 设计中的简化部署值得认真考虑。 如果要做平台，面向业务的功能和面向账本的存储分开考虑。 从这个角度来看，联盟链中“链”最重要的应该是可信连接，而不是所谓的系统底层； 要想好推广，就一定要好部署； 而易部署的前提是功能性的放弃，毕竟不需要区块链承担的事情太多了，比如智能合约。

Vitalik 最近在推特上发表了他对“智能合约”一词的“遗憾”。 许多人抱怨智能合约。 联盟链真的需要强大的智能合约吗？ 我们真的在为智能合约玩区块链吗？ 如果说我对区块链不够了解，“倒车”，那就“倒车”，也许下一代技术真的能解决这些问题，但在革命胜利之前，大家真的要使用区块链做某事。 一个设计能有大范围和有价值的影响力来证明区块链的价值，还是继续这么尴尬？ 如果是前者，能不能重新认识公链，了解Ripple，再看看平台设计，可能区块链不是作为平台，而是把用户信息和核心信息从平台中分离出来，比如，它有可能在下面吗？

用户通过区块链协议共享必要的账本信息，基于区块链机制进行身份验证，解决可信连接。 平台功能层负责复杂的业务功能，包括对接海量存储所必需的IDC。 这种方式便于在每个用户本地系统之间形成可信连接，调用强大的平台功能，但将区块链层和功能层分开。 平台功能可信。 对于联盟链来说，既然注入了信任，不信任岂不是浪费？

联盟链的很多设计都可以被分布式系统替代。 从价值上来说，我认为最重要的是从公链机制中省去点对点的连接和交互。 这不是传统分布式系统的设计方向。 让每个组织真正地自己参与而不是作为一个“代理人”，让区块链真正成为一个协议而不是一个平台。 或许这就是联盟链的设计方向。 说到未来，还是有虚拟数字货币的部分。 我不是数字货币投资者。 在我这个没有“币”的人看来，即使虚拟数字货币要在西方大行其道，也必须要靠与法币的合作。 合法的交易所和价值比较稳定的交易所，这个真的有资产数字化的能力，大部分人是投资者而不是投机者。 数字货币最重要的方面其实就是法定的数字货币。 只有实现了法定数字货币，区块链全球价值网络的梦想才会实现，上图中的联盟链形式也会获得更大的价值，所以我认为对于联盟链来说最重要的是是在公链上保持“真实”的点对点机制和易部署性。

区块链经历了动荡的十年。 虽然了解其技术的人并不多，但区块链在开发者社区中仍然是少数。 它的声誉更多是由比特币带来的。 毕竟，比特币创造了人类历史上资产价格上涨最快的一次。 但是，所有研究区块链、热爱区块链的人，尤其是技术人员，都不希望它停留在这个层面上。 大家在科技的真实感中欣赏它，期待浪漫的花朵，期待它的盛开。

关于作者

付晓燕，原某大型国有银行高级业务架构师，负责业务架构设计和项目管理，热衷于新技术探索和实践，具有丰富的银行业务和企业级项目业务架构设计经验，曾领导客户关系、金融市场银行、金融、资管、养老等多个领域核心系统的业务架构设计。 2017年起探索区块链技术及其应用，发表了《探讨利用区块链技术构建行业级银行间交易平台》、《数字货币可能引发的现金社会经济活动的模拟与思考》 、《盟链战国：五种盟链的横向比较》等多篇文章。