前言

區(qū)塊鏈是目前最火的技術(shù)，曾經(jīng)業(yè)界流傳一句話：“人工智能徹底解放生產(chǎn)力，區(qū)塊鏈徹底解放生產(chǎn)關(guān)系”，一時間區(qū)塊鏈成為人工智能全球應用的最底層技術(shù)。但是大家基本都區(qū)塊鏈的認識都是停留在比特幣這個物種上，殊不知比特幣只是區(qū)塊鏈在金融領(lǐng)域的應用之一。區(qū)塊鏈不是一種偶然產(chǎn)生的新技術(shù)，而是信息技術(shù)發(fā)展的今天遇到的瓶頸產(chǎn)生的必然結(jié)果。

記得2017年的勒索者病毒吧，被勒索者需要用比特幣贖回自己的數(shù)據(jù)。全球無數(shù)頂級IT公司乃至防衛(wèi)嚴密的中石油的IT系統(tǒng)都被勒索者輕松擊破。作為技術(shù)出身的我，喜歡轉(zhuǎn)眼前沿的技術(shù)，當時看到區(qū)塊鏈的技術(shù)架構(gòu)，就預言?，F(xiàn)在的IT系統(tǒng)一旦互聯(lián)網(wǎng)化都會面臨新的災難，數(shù)據(jù)中心，節(jié)點聯(lián)網(wǎng)模式，Paas平臺，Saas應用，集中服務器的模式突然面對信息爆炸時代變得非常的低效和危險?；贔aas模式和Serverless的應用模式，讓功能直接面對用戶，讓用戶直接面對數(shù)據(jù)，用智能的合約法律來保障安全，或許才是人工智能真正能應用具體產(chǎn)業(yè)中的根本技術(shù)突破。

原來的信息技術(shù)一直最難突破的是：IT系統(tǒng)、軟件、互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)人員不懂業(yè)務，特別是復雜的工業(yè)業(yè)務，同懂工業(yè)弓制造的人員對IT的架構(gòu)系統(tǒng)、軟件的代碼思維，互聯(lián)網(wǎng)的運營邏輯望而卻步，所以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)發(fā)展到今天，在工業(yè)領(lǐng)域一直沒有新的實質(zhì)的進展，即使傳統(tǒng)的人工智能技術(shù)也只是星星點燈。

最初接觸區(qū)塊鏈的小伙伴，感覺非常茫然，無從下手，原因是區(qū)塊鏈本身不是什么新技術(shù)，類似于Ajax，說它是一種技術(shù)架構(gòu)，或許更加確切。所以，這篇文章我們就從架構(gòu)設計的角度，談談區(qū)塊鏈的技術(shù)實現(xiàn)，無論你擅長什么編程語言，都能夠參考這種設計去實現(xiàn)一款區(qū)塊鏈產(chǎn)品。當然，具體到產(chǎn)品，架構(gòu)設計有很多種，不同的人、不同的產(chǎn)品，架構(gòu)設計也不盡相同，我們這里僅僅提供一種參考，讓讀者能夠直觀的感受區(qū)塊鏈的技術(shù)實現(xiàn)，并順便梳理與之相關(guān)的知識體系，幫助大家更進一步去學習研究。

基本概念

區(qū)塊鏈作為比特幣背后的技術(shù)，無需中心服務器，可實現(xiàn)各類存儲數(shù)據(jù)公開、透明、可追溯。原本是比特幣等加密貨幣存儲數(shù)據(jù)的一種獨特方式，是一種自引用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來存儲大量交易信息，每條記錄從后向前有序鏈接起來，具備公開透明、無法篡改、方便追溯的特點。實際上，這種特性也直接體現(xiàn)了整個比特幣的特點，因此使用區(qū)塊鏈來概括加密貨幣背后的技術(shù)實現(xiàn)是非常直觀和恰當?shù)?。區(qū)塊鏈是一項技術(shù)，加密貨幣是其開發(fā)實現(xiàn)的一類產(chǎn)品（含有代幣，也有不含代幣的區(qū)塊鏈產(chǎn)品），不能等同或混淆。與加密貨幣相比，區(qū)塊鏈這個名字拋開了代幣的概念，更加形象化、技術(shù)化、去政治化，更適合作為一門技術(shù)去研究、去推廣。

所以，目前當大家單獨說到區(qū)塊鏈的時候，就是指的區(qū)塊鏈技術(shù)，是實現(xiàn)了數(shù)據(jù)公開、透明、可追溯的產(chǎn)品的架構(gòu)設計方法，算作廣義的區(qū)塊鏈。而當在具體產(chǎn)品中談到區(qū)塊鏈的時候，可以指類似比特幣的數(shù)據(jù)存儲方式，或許是數(shù)據(jù)庫設計，或許是文件形式的設計，這算作狹義的區(qū)塊鏈。廣義的區(qū)塊鏈技術(shù)，必須包含點對點網(wǎng)絡設計、加密技術(shù)應用、分布式算法的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的使用等4個方面，其他的可能涉及到分布式存儲、機器學習、VR、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等。狹義的區(qū)塊鏈僅僅涉及到數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，數(shù)據(jù)庫或文件操作等。本文的區(qū)塊鏈，指的是廣義的區(qū)塊鏈。

架構(gòu)圖

從架構(gòu)設計上來說，區(qū)塊鏈可以簡單的分為三個層次，協(xié)議層、擴展層和應用層。其中，協(xié)議層又可以分為存儲層和網(wǎng)絡層，它們相互獨立但又不可分割。比特幣的區(qū)塊鏈應用架構(gòu)我就不描述了，我們中機在工業(yè)領(lǐng)域應用的區(qū)塊鏈的應用架構(gòu)（可公開部分）分享給大家參考，我想不用解釋，技術(shù)領(lǐng)域的各位都清楚了。

協(xié)議層

所謂的協(xié)議層，就是指代最底層的技術(shù)。這個層次通常是一個完整的區(qū)塊鏈產(chǎn)品，類似于我們電腦的操作系統(tǒng)，它維護著網(wǎng)絡節(jié)點，僅提供Api供調(diào)用。用的技術(shù)也很簡單，基本都是網(wǎng)絡編程、分布式算法、加密簽名、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。

架構(gòu)設計圖里，我把這個層面進一步分成了存儲層和網(wǎng)絡層。區(qū)塊鏈在工業(yè)應用中最大的特性就是安全，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一直遇到的瓶頸就是安全隱患，傳統(tǒng)的Saas平臺用防火墻來預防安全，但是一旦黑客突破防火墻，后面的集中存儲數(shù)據(jù)庫基本都是裸露一樣，任黑客宰割。現(xiàn)在的所謂的工業(yè)云平臺最大的問題都是安全問題，我們的安全工程師也對所謂國內(nèi)號稱主流的工業(yè)云平臺進行了安全測試，發(fā)現(xiàn)基本都是大量漏洞。換句話來說，如果這些云平臺連接了工廠的設備，而我們的安全工程師變成了黑客，那么工廠設備停工，工廠爆炸都似乎輕易而舉的事情。

數(shù)據(jù)存儲的分布式，一切取決業(yè)務的效率與安全性。同時采用分布式算法、加密簽名，這些要在實現(xiàn)點對點網(wǎng)絡的過程中加以使用。這些是大家寫編碼的重點和難點，《Nodejs開發(fā)加密貨幣》全書分享的基本上就是這部分的內(nèi)容。當然，也有把點對點網(wǎng)絡的實現(xiàn)單獨分開的，把節(jié)點查找、數(shù)據(jù)傳輸和驗證等邏輯獨立出來，而把共識算法、加密簽名、數(shù)據(jù)存儲等操作放在一起組成核心層。無論怎么組合，這兩個部分都是最核心、最底層的部分，都是協(xié)議層的內(nèi)容。

擴展層

擴展層可以理解為我們用的設備驅(qū)動程序，主要是讓區(qū)塊鏈產(chǎn)品更加實用。

一是交互平臺：放到比特幣就是交易市場，讓各種貨幣可以兌換加密貨幣。在工業(yè)應用中就是電子、脈沖、設備信號與人機信號的轉(zhuǎn)換。

二是擴展實現(xiàn)：就是大家聽的最多的智能合約，“智能合約”商業(yè)語言叫“合約智能化”，學術(shù)語言“可編程動態(tài)合約”，其中的智能主要體現(xiàn)在執(zhí)行上智能，達到某個條件合約自動生效。比如比特幣的自動轉(zhuǎn)賬、自動付款，工業(yè)應用中采購業(yè)務和發(fā)票業(yè)務的智能合約機制。

擴展層使用的技術(shù)也不復雜主要是：分布式存儲、機器學習、VR、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等等，都可以使用。

從這個層面來看，區(qū)塊鏈可以架構(gòu)開發(fā)任何類型的產(chǎn)品，不僅僅是用在金融行業(yè)。在未來，在工業(yè)，隨著底層協(xié)議的更加完善，任何需要確權(quán)、征信和追溯的信息，都可以借助區(qū)塊鏈來實現(xiàn)。

應用層

區(qū)塊鏈的應用層電腦的軟件程序和手機的app應用，就是普通人直接可以用的產(chǎn)品，但是目前這塊應用全球都很匱乏?？梢赃@些說阿里釘釘、支付寶都不能算區(qū)塊鏈的應用，騰訊的微信也只能算80%的區(qū)塊鏈應用。所以從技術(shù)角度就可以明白為什么阿里做應用做不過騰訊，在這方面我覺得張小龍先生應該是懂的比較多，只是他不表達。

限于當前區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，市面上又找不到真正牢固、易用的協(xié)議層或擴展層的產(chǎn)品。去中機采訪他們首席科學家，人工智能區(qū)塊鏈架構(gòu)師李紅杰先生，他說：他的團隊200人，其中包括IBM、谷歌很多資深開發(fā)工程師，剛開始都困惑這類應用的開發(fā)，開發(fā)難度和成本都比較高。所以李總和他的研發(fā)團隊才投入了2年時間，近3億的資金研發(fā)了，GURU智能工業(yè)技術(shù)架構(gòu)，當然現(xiàn)在沒有完全商用。但是在工業(yè)區(qū)塊鏈應用開發(fā)領(lǐng)域已經(jīng)取得突破，讓用戶直接面對數(shù)據(jù)，進行自主創(chuàng)新應用性開發(fā)，打破Java應用語言和C#等語言的通信障礙，把工業(yè)語言和人機語言進行融合對話。

李總表示：我們只好全面發(fā)力，采取完全開源開放的態(tài)度，通過社區(qū)的力量，共同去做一件有意義的事情，也算為中國區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展做點技術(shù)積累和微薄貢獻。

附錄：知識圖譜

循著上面的分析，我們已經(jīng)可以了解區(qū)塊鏈是什么，并知道怎么實現(xiàn)了，順便梳理一下其中的編程技術(shù)知識，自然也就清晰多了。

根據(jù)個人的理解，我把與區(qū)塊鏈相關(guān)的知識分為下面5個方面：

（1）基礎知識

區(qū)塊鏈是新技術(shù)，與之相關(guān)的是其背后大量的新概念、新理論。這些知識，雖然不直接體現(xiàn)在編碼里，但卻是理解區(qū)塊鏈，掌握區(qū)塊鏈技術(shù)的基本知識。所以，理當成為區(qū)塊鏈技術(shù)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(qū)塊鏈基礎知識全部覆蓋。

（2）技術(shù)實現(xiàn)

區(qū)塊鏈是一項技術(shù)，但從上面的分析可以看出，它應該是一種架構(gòu)應用，架構(gòu)的實現(xiàn)理當是我們知識庫的核心。正如大家看到的，任何一款區(qū)塊鏈產(chǎn)品，協(xié)議層必須包括點對點網(wǎng)絡、加密簽名、數(shù)據(jù)存儲、分布式算法等4個部分，應用層也必然要提供錢包、客戶端瀏覽器等基礎應用。所以，把這部分獨立出來，也是合情合理。

在擴展層的部分，區(qū)塊鏈技術(shù)可以對接各種應用，比如：金融、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡安全、版權(quán)保護、電子商務等等，現(xiàn)有的很多技術(shù)都可以用在這里。只不過，如何與區(qū)塊鏈結(jié)合，如何實現(xiàn)跨行業(yè)使用，自然是這部分內(nèi)容研究的課題。所以，這里所羅列或涉及到的技術(shù)，理應歸為技術(shù)實現(xiàn)的一個重要部分。

（3）開發(fā)環(huán)境

區(qū)塊鏈是多項技術(shù)的組合，有其自身的復雜性，個別應用對開發(fā)環(huán)境依賴較大，開發(fā)工具與環(huán)境搭建，是讓開發(fā)者快速上手的重要內(nèi)容。

（4）項目實踐

據(jù)說，短短數(shù)年，全球區(qū)塊鏈產(chǎn)品已經(jīng)有幾千個，其中不乏創(chuàng)新應用。有些優(yōu)秀的開源產(chǎn)品和項目實踐，是最好的學習研究資料。

（5）開發(fā)文檔

這個自然不用說了，每一種產(chǎn)品也都會有自己的開發(fā)文檔。另一個，就是有心的開發(fā)者整理匯總的一些資源，可以幫助我們節(jié)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，讀者循著這些標簽去查閱文章，能否快速掌握區(qū)塊鏈技術(shù)，并最終上手開發(fā)實現(xiàn)一個區(qū)塊鏈產(chǎn)品。另外，也刻意規(guī)避了與具體編程語言，以及特定領(lǐng)域相關(guān)的詞匯，唯一可以區(qū)分的就是這些節(jié)點之下對應的文章標簽。所以，這些分類就顯得非常中性。也考慮過使用比特幣、競爭幣、智能合約、數(shù)字資產(chǎn)、智能資產(chǎn)等具體領(lǐng)域的實現(xiàn)作為分類方法，但又怕限制了讀者的思維，同時隨著區(qū)塊鏈的發(fā)展，新概念將會層出不窮，那樣這個圖譜就需要不停的修改下去。

總結(jié)

這篇文章，我們把區(qū)塊鏈技術(shù)基礎架構(gòu)描述了一下，需要再次強調(diào)的是，這僅僅是一種實現(xiàn)方式，絕非所有的區(qū)塊鏈產(chǎn)品都是如此，我們也期待更多創(chuàng)新出現(xiàn)，也相信一定會出現(xiàn)?？梢钥隙ㄊ牵磥聿蛔鰠^(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)改造的企業(yè)，勒索者病毒會輕松破了你的系統(tǒng)，拿走你的數(shù)據(jù)，恣意糟蹋的你用戶，除非你痛苦的遠離網(wǎng)絡！

當人工智能與區(qū)塊鏈融入工業(yè)后未來的場景一定美的不像話！