ajax不是什麼新技術，但組合在一起就成就了産品谷歌地球，與之類似，區塊鍊也不是什麼新技術，但與加密解密技術、P2P網絡等組合在一起，就誕生了比特币。區塊鍊作為比特币背後的技術，無需中心伺服器。比特币等加密貨币存儲資料的一種獨特方式，是一種自引用的資料結構，用來存儲大量交易資訊。區塊鍊是一項技術，加密貨币是其開發實作的一類産品（含有代币，也有不含代币的區塊鍊産品）。與加密貨币相比，區塊鍊這個名字抛開了代币的概念，更加形象化、技術化、去政治化，更适合作為一門技術去研究、去推廣。
架構圖：從架構設計上來說，區塊鍊可以簡單的分為三個層次，協定層、擴充層和應用層。其中，協定層又可以分為存儲層和網絡層，它們互相獨立但又不可分割。如圖：
區塊鍊架構設計和知識圖譜
協定層
所謂的協定層，就是指代最底層的技術。這個層次通常是一個完整的區塊鍊産品，類似于我們電腦的作業系統，它維護着網絡節點，僅提供Api供調用。通常官方會提供簡單的用戶端（通稱為錢包），這個用戶端錢包功能也很簡單，隻能建立位址、驗證簽名、轉賬支付、檢視餘額等。這個層次是一切的基礎，建構了網絡環境、搭建了交易通道、制定了節點獎勵規則，至于你要交易什麼，想幹什麼，它一概不過問，也過問不了。典型的例子，自然是比特币，還有各種二代币，比如萊特币等，本書介紹的億書币也是。這個層次，是現階段開發者聚集的地方，這說明加密貨币仍在起步當中。
從用到的技術來說，協定層主要包括網絡程式設計、分布式算法、加密簽名、資料存儲技術等4個方面，其中網絡程式設計能力是大家選擇程式設計語言的主要考慮因素，因為分布式算法基本上屬于業務邏輯上的實作，什麼語言都可以做到，加密簽名技術是直接簡單的使用（請看書中相關的加密解密文章，不建議自由發揮，沒有過多的編碼邏輯），資料庫技術也主要在使用層面，隻有點對點網絡的實作和并發處理才是開發的難點，是以對于那些網絡程式設計能力強，對并發處理簡單的語言，人們就特别偏愛。也是以，Nodejs開發區塊鍊應用，逐漸變得更加流行，Go語言也在逐漸興起。
上面的架構設計圖裡，我把這個層面進一步分成了存儲層和網絡層。資料存儲可以相對獨立，選擇自由度大一些，可以單獨來讨論。選擇的原則無非是性能和易用性。我們知道，系統的整體性能，主要取決于網絡或資料存儲的I/O性能，網絡I/O優化空間不大，但是本地資料存儲的I/O是可以優化的。比如，比特币選擇的是谷歌的LevelDB，據說這個資料庫讀寫性能很好，但是很多功能需要開發者自己實作。目前，困擾業界的一個重大問題是，加密貨币交易處理量遠不如現在中心化的支付系統（銀行等），除了I/O，需要全方位的突破。
分布式算法、加密簽名等都要在實作點對點網絡的過程中加以使用，是以自然是網絡層的事情，也是編碼的重點和難點，《Nodejs開發加密貨币》全書分享的基本上就是這部分的内容。當然，也有把點對點網絡的實作單獨分開的，把節點查找、資料傳輸和驗證等邏輯獨立出來，而把共識算法、加密簽名、資料存儲等操作放在一起組成核心層。無論怎麼組合，這兩個部分都是最核心、最底層的部分，都是協定層的内容。
擴充層
這個層面類似于電腦的驅動程式，是為了讓區塊鍊産品更加實用。目前有兩類，一是各類交易市場，是法币兌換加密貨币的重要管道，實作簡單，來錢快，成本低，但風險也大。二是針對某個方向的擴充實作，比如基于億書側鍊，可為第三方出版機構、論壇網站等内容生産商提供定制服務等。特别值得一提的就是大家聽得最多的“智能合約”的概念，這是典型的擴充層面的應用開發。所謂“智能合約”就是“可程式設計合約”，或者叫做“合約智能化”，其中的“智能”是執行上的智能，也就是說達到某個條件，合約自動執行，比如自動轉移證券、自動付款等，目前還沒有比較成型的産品，但不可否認，這将是區塊鍊技術重要的發展方向。
擴充層使用的技術就沒有什麼限制了，可以包括很多，上面提到的分布式存儲、機器學習、VR、物聯網、大資料等等，都可以使用。程式設計語言的選擇上，可以更加自由，因為可以與協定層完全分離，程式設計語言也可以與協定層使用的開發語言不相同。在開發上，除了在交易時與協定層進行互動之外，其他時候盡量不要與協定層的開發混在一起。這個層面與應用層更加接近，也可以了解為B/S架構的産品中的服務端（Server）。這樣不僅在架構設計上更加科學，讓區塊鍊資料更小，網絡更獨立，同時也可以保證擴充層開發不受限制。
從這個層面來看，區塊鍊可以架構開發任何類型的産品，不僅僅是用在金融行業。在未來，随着底層協定的更加完善，任何需要第三方支付的産品都可以友善的使用區塊鍊技術；任何需要确權、征信和追溯的資訊，都可以借助區塊鍊來實作。我個人覺得，這個目标應該很快就能實作。
應用層
這個層面類似于電腦中的各種軟體程式，是普通人可以真正直接使用的産品，也可以了解為B/S架構的産品中的浏覽器端（Browser）。這個層面的應用，目前幾乎是空白。市場亟待出現這樣的應用，引爆市場，形成真正的擴張之勢，讓區塊鍊技術快速走進尋常百姓，服務于大衆。大家使用的各類輕錢包（用戶端），應該算作應用層最簡單、最典型的應用。很快，億書将基于億書網絡推出文檔協作工具，這個就是典型的應用層的産品。
限于目前區塊鍊技術的發展，億書隻能從協定層出發，把目标指向應用層，同時為第三方開發者提供擴充層的強大支援。這樣做既可以避免貪多，又可以避免無法落地，是真正理性的開發路線。因為純粹的開發協定層或擴充層，無法真正了解和驗證應用層，會脫離實際，讓第三方開發者很難使用。如果僅僅考慮應用層，市面上又找不到真正牢固、易用的協定層或擴充層的産品。是以，我們隻好全面發力，采取完全開源開放的态度，通過社群的力量，共同去做一件有意義的事情，也算為中國區塊鍊技術發展做點技術積累和微薄貢獻。
程式設計實作
很多小夥伴，習慣結合自己的技術背景，來了解上面的架構設計。這裡，結合具體的程式設計語言，簡單介紹幾款産品，僅供參考。
（1）C/C++
這兩個語言是無法逾越的，任何開發遇到瓶頸，基本上都會找到它們，自然應該排在第一位要介紹的。同時，區塊鍊技術的鼻祖，比特币（協定層）就是用C++語言開發的，而且目前為止，沒有比比特币更加成功的區塊鍊産品。是以，無論你使用什麼語言開發，在正式進入這個行業的過程中，都應該先研究研究比特币。比特币官方用戶端錢包用的Qt，第三方錢包有Python語言開發的，特别是第三方整理的開發庫（Api包）很多是Nodejs設計的。比特币的架構，與上面的架構設計基本相同，另外，因為共識算法采用的是工作量證明機制（PoW:Proof of work)，還有一些特殊的挖礦的過程。其他競争币都是直接來自比特币的分支，是以程式設計語言相同，具體的技術選型和技術實作上可能有所改進，比如：萊特币，使用了其他的加密算法。
官方網站： https://bitcoin.org/ 源碼庫： https://github.com/bitcoin
（2）Nodejs/Javascript
Nodejs平台強大的網絡程式設計能力，以及js腳本語言的簡單快捷，在區塊鍊領域自然少不了它的身影。億書便是這樣一個區塊鍊産品，億書币是它的協定層，使用了著名的express開發架構，基于http協定開發而成。同時，它采用了授權股權證明機制（DPoS），算法上的改進，讓它在處理交易時更加輕量，處理能力大大提升。它提供了強大的協作機制，為數字出版、版權保護提供了便利；擴充了側鍊功能，可以基于它開發任何去中心化的應用，進而為專業作者、部落格愛好者和開發者提供很多友善。《Nodejs開發加密貨币》這本書完整分享了它的源碼，從區塊鍊基礎概念到代碼實作，從基本原理到開發設計思路，都做了比較詳細的探索，目前為止，從協定層面深入代碼講解區塊鍊技術實作的書籍極少，這算作一本。
http://ebookchain.org/ https://github.com/Ebookcoin
（3）Python
如果是Python語言愛好者，我建議研究研究以太坊（Ethereum）的Python實作。盡管因為The Dao事件鬧得沸沸揚揚，但從技術實作的角度來說，仍然值得參考學習。以太坊官方定位為一種開發管理分布式應用的平台，主攻方向就是“智能合約”，并為其定制了一種程式設計語言Solidity。以太坊的核心是以太坊虛拟機（EVM），允許使用者按照自己的意願建立操作。以太坊給出了Go、Java、Python等多語言的實作。其中以python為基礎的實作主要包括三個部分：Pyethapp是用戶端部分；pyethereum是核心庫，實作了區塊鍊、以太坊模拟機和挖礦等功能；pydevp2p是點對點網絡庫，實作了節點發現、合約代碼傳輸、加密簽名等功能，這三者組合在一起就是完整的區塊鍊實作，後面兩個核心庫共同組成了協定層。另外，go-ethereum是go語言的完整實作；Ethereum(J) 是純Java實作，它作為可以嵌入任何Java/Scala項目的庫提供。用戶端方面，還有Rust、Ruby、Javascript等語言的實作。
https://ethereum.org/ https://github.com/ethereum/pyethapp
（4）Go
在多核時代，Go語言備受喜愛，它可以讓你用同步方式輕松實作高并發，特别是在分布式系統、網絡程式設計等領域，應用非常廣。是以，在區塊鍊開發領域，也有很多使用Go語言的項目。其中，由linux基金會主導的超級賬本（HyperLeger），版本庫的名字叫Fabric，就是其中一個。該項目試圖為新一代的事務應用建立一種開放的分布式賬本标準，支援許可式區塊鍊（這種方式可能無法再現比特币那種強大的網絡效應）。Fabric的開發環境建立在VirtualBox虛拟機上，部署環境可以自建網絡，也可以直接部署在BlueMix上，部署方式可docker化，支援用Go和JavaScript開發智能合約。它采用PBFT分布式算法，網絡程式設計方面用gRPC來做P2P通訊，使用 Protocol Buffer來序列化要傳遞的資料結構。在架構設計上，Fabric可能與比特币等區塊鍊産品有所不同，但是上述基本組成部分還是不可或缺的。
https://www.hyperledger.org/ https://github.com/hyperledger
其他程式設計語言，比如：C#等，也有具體執行個體，這裡就不再列舉。總之，針對不同的程式設計語言，在具體的編碼或架構設計上可能有所差别，甚至很大，但是協定層所使用的技術并沒有太大的變化。其中，網絡程式設計是重點和難點，多數沒有現成的架構可用，都是使用程式設計語言自身提供的庫來設計開發，是以比較底層，非常考驗開發者的編碼功底。
知識圖譜
循着上面的分析，我們已經可以了解區塊鍊是什麼，并知道怎麼實作了，順便梳理一下其中的程式設計技術知識，自然也就清晰多了。
根據個人的了解，我把與區塊鍊相關的知識分為下面5個方面：
（1）基礎知識
區塊鍊是新技術，與之相關的是其背後大量的新概念、新理論。這些知識，雖然不直接展現在編碼裡，但卻是了解區塊鍊，掌握區塊鍊技術的基本知識。是以，理當成為區塊鍊技術不可或缺的一部分。這部分從基本概念入手，到工作原理的描述，就能夠把區塊鍊基礎知識全部覆寫。
（2）技術實作
區塊鍊是一項技術，但從上面的分析可以看出，它應該是一種架構應用，架構的實作理當是我們知識庫的核心。正如大家看到的，任何一款區塊鍊産品，協定層必須包括點對點網絡、加密簽名、資料存儲、分布式算法等4個部分，應用層也必然要提供錢包、用戶端浏覽器等基礎應用。是以，把這部分獨立出來，也是合情合理。
在擴充層的部分，區塊鍊技術可以對接各種應用，比如：金融、物聯網、網絡安全、版權保護、電子商務等等，現有的很多技術都可以用在這裡。隻不過，如何與區塊鍊結合，如何實作跨行業使用，自然是這部分内容研究的課題。是以，這裡所羅列或涉及到的技術，理應歸為技術實作的一個重要部分。
（3）開發環境
區塊鍊是多項技術的組合，有其自身的複雜性，個别應用對開發環境依賴較大，開發工具與環境搭建，是讓開發者快速上手的重要内容。
（4）項目實踐
據說，短短數年，全球區塊鍊産品已經有幾千個，其中不乏創新應用。有些優秀的開源産品和項目實踐，是最好的學習研究資料。
（5）開發文檔
這個自然不用說了，每一種産品也都會有自己的開發文檔。另一個，就是有心的開發者整理彙總的一些資源，可以幫助我們節省很多查詢的時間。
在考慮這個知識體系的過程中，主要思考的是，讀者循着這些标簽去查閱文章，能否快速掌握區塊鍊技術，并最終上手開發實作一個區塊鍊産品。另外，也刻意規避了與具體程式設計語言，以及特定領域相關的詞彙，唯一可以區分的就是這些節點之下對應的文章标簽。是以，這些分類就顯得非常中性。也考慮過使用比特币、競争币、智能合約、數字資産、智能資産等具體領域的實作作為分類方法，但又怕限制了讀者的思維，同時随着區塊鍊的發展，新概念将會層出不窮，那樣這個圖譜就需要不停的修改下去。
總結
這篇文章，我們把區塊鍊技術基礎架構描述了一下，需要再次強調的是，這僅僅是一種實作方式，絕非所有的區塊鍊産品都是如此，我們也期待更多創新出現，也相信一定會出現。文章的程式設計實作部分，羅列了幾種程式設計語言與其實作的典型産品，因為協定層技術較為底層，并沒有太多現成的架構需要介紹或讨論，同時，具體的技術細節，也絕非幾行字能夠羅列清楚，所幸，這些産品都是開源産品，大家可以結合自己的技術背景，進一步檢視對應的産品源碼，很快就能了解其中的奧妙。
原文釋出時間為：2017年11月08日
本文作者：風生水起_2017
本文來源：
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