第

九

章

金

融

科

技

：

区

块

链

区块链的架构模型

第五节

架构概述

1

目

  录

C

O

N

T

E

N

T

S

区块链架构模型

2

PART

01

PART

01

区块链架构概述

区块链架构概述

1

2

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6

最

初

来

源

于

建

筑

，

其

核

心

是

通

过

一

系

列

构

建

的

组

合

来

承

接

上

传

传

递

的

压

力

。

也

叫

做

“

软

件

架

构

”

，

是

对

软

件

整

体

结

构

与

组

件

的

抽

象

描

述

，

用

于

指

导

大

型

软

件

系

统

各

个

方

面

的

设

计

。

 架构

区块链架构概述

架构是在理解和分析业务模型的基础上，从不

同视角和层次去认识、分析、描述业务需求的

过程。

实现复杂领域知识的模型化，确定功能和非功

能的要求，为不同的参与者提供交流、研发和

实现的基础，每类参与者都会结合架构的参考

模型，形成各自的架构视图。

区块链架构概述

（1）分层原则

•大部分系统应用采用三层架构模型，分别是表示层、业务逻辑层、数据访问层；

•在设计过程中，每层要相对独立，层之间的耦合度要低，每层横向要具有开放性。

（2）模块化原则

•确定了每层不同功能之间的逻辑关系，避免不用层模块的嵌套以及同层模块间的过渡

依赖。

（3）设计模式和框架的应用

•它是软件工程复用思想的重要体现，也是解决某一类问题的经验总结。

架构设计遵循的原则：

PART

01

PART

02

区块链架构模型

区块链架构模型

区块链系统

的组成部分

○数据层

○网络层

○共识层

○激励层

○合约层

应用层

区块链架构模型

1        数据层

职责：

将一段时间内接收到的交易数据封装

到带有时间戳的数据区块中，并链接

到当前最长的主区块链中，形成一个

新的区块。

区块链架构模型

1        数据层

包含的内容：

数据区块、链式结构、时间戳、哈希

函数、默克尔树、非对称加密算法。

区块链架构模型

1        数据层

（1）数据区块

作用：主要是保存交易数据，不同的系统采用的结构不同。

以比特币的区块结构为例：

比特币的交易记录会保存在数据区块之中，比特币系统中大约每10分钟会产生一个区

块，每个数据区块一般包含区块头（Header）和区块体（Body）两部分。

区块头包括前一区块的哈希（PreHash）值和用于计算挖矿难度的随机数（nounce），

而计算随机数规则决定了哪个矿工可以获得记录区块的权力。

区块链架构模型

1        数据层

（2）链式结构

○区块链是一种单向链式结构，由区块连接而成；

○第一个区块称为创始区块；

○除了创始区块外，每个区块都保留了上一个区块的哈希值，

通过引用上一个区块的哈希值，区块间形成了链式关系，从

而形成了区块链；

○区块链内区块的数量，称为区块的高度。

区块链架构模型

1        数据层

（3）时间戳

时间戳使区块链上每一笔数据都具有时间标记，通过时间戳保证每个区块依次顺序相连。

（4）哈希函数

将任意长度的内容输入，经过不可逆的处理过程，转换为固定长度的输出内容。

类型：Message Digest Algorithm（最常见的MD5，以及其前身MD2，MD3，MD4）、

Secure Hash Algorithm（常见的SHA-1，SHA-2，RIPEMD160）。

区块链架构模型

1        数据层

（5）默克尔树

存储哈希值的一棵树，默克尔树的叶子是数据块的哈希值，非叶节点是其对应节点串联字符

串的哈希值。

（6）非对称加密算法

•对称加密算法是指在加密和解密时使用的同一个密钥。

•非对称加密算法是有一对公钥和私钥，分别用于加密和解密，公钥一般是公开的，人人可

获取，私钥一般是个人持有，不能被他人获取。

区块链架构模型

2       网络层

通

过

P

2

P

协

议

实

现

数

据

通

讯

。

特点：

上传数据的同时也在下载数据，意味着区块

链自己具有自动组网的能力。

区块链架构模型

3       共识层

作

用

：

是

区

块

链

的

核

心

技

术

，

决

定

了

有

谁

来

记

账

，

记

账

决

定

方

式

将

会

影

响

整

个

系

统

的

安

全

性

和

可

靠

性

。

它封装了网络节点的各类共识机制算法，常

见的共识算法包括：工作量证明机制

（PoW）、权益证明机制（PoS）和股份授

权证明机制（DPoS）等。

区块链架构模型

4       激励层

对

公

有

链

特

别

重

要

，

是

保

障

这

个

链

稳

定

健

康

发

展

的

基

础

。

在

公

有

链

中

，

激

励

层

的

作

用

是

激

励

遵

守

规

则

参

与

记

账

的

节

点

，

并

且

惩

罚

不

遵

守

规

则

的

节

点

，

这

样

才

能

让

整

个

系

统

朝

着

良

性

循

环

的

方

向

发

展

。

区块链架构模型

5        合约层

作用：封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程

特性的基础。

最典型代表：以太坊

区块链架构模型

6       应用层

作

用

：

调

用

区

块

链

系

统

的

某

个

接

口

，

获

取

相

关

信

息

。

区块链在金融领域的应用包含：跨境支付、

数字票据结算、供应链融资、股权众筹等。

典型的区块链应用有区块链钱包、区块链浏

览器。

T

H

A

N

K

 Y

O

U

谢谢观看