产业互链网：区块链的六大基础模型

什么是区块链的六层模型？区块链的六层模型自下而上分别是：数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层。区块链的六层模型分别代表什么含义？

（一）数据层

数据层不仅封装了底层数据区块，还藏有相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法，处于整个区块链技术中的最底层。

区块链由哪些结构组成？

区块链是由区块相互连接形成的链式存储结构，区块就是链式存储结构中的数据元素，第一个区块被称为创始区块。区块包括区块头和区块体两部分。区块头中含有各区块的身份识别信息，如版本号、Hash值、时间戳、区块高度等；区块体主要包含具体的交易数据。

数据层主要实现了两个功能：数据存储、账户和交易的实现与安全。其中，数据存储主要基于Merkle树，通过区块和链式结构实现，大多以KV数据库的方式实现持久化，比如比特币和以太坊采用的Leveldb（一个可持久化的KV数据库引擎）。账户和交易的实现与安全等功能，基于数字签名、哈希函数和非对称加密技术等多种密码学算法和技术，保证了交易的安全进行。

区块链的名称包含了两个特点：数据区块和链式结构。

（1）数据区块。区块链技术是一个由规格相同的区块通过链式结构组成的链条。设计者建立了链条的创世节点后，根据规则，区块链网络中的节点就会产生新的区块，并经验证后将新区块连接在主链条上。随着系统运行时间的延续，主链条会不断延长。例如，比特币区块链主链的区块多达几十万个，包含着具体应用需要记载的信息。

（2）链式结构。为了确保安全，每个区块都采用了很多技术，如采用时间戳技术，确保每个区块按照时序链接；采用哈希函数，确保交易信息不被篡改；采用Merkle树，记录具体的交易信息；采用非对称加密，实现身份认证。

（二）网络层

从本质上来说，区块链就是一个点对点（P2P）网络，各节点既能接收信息，也能生产信息，节点之间一般都是通过维护一个共同的区块链来保持通信的。

在区块链网络中，每个节点都可以创造出新的区块，之后会用广播的形式通知其他节点，其他节点反过来也会对该节点进行验证。一旦区块链网络中超过51%的用户对其验证通过，该新区块就会被添加到主链上。

网络层的主要目的是，实现区块链网络节点之间的信息交互。建设网络层的阶段，一共包括7层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。1～4层是低层，与数据移动密切相关；5～7层是高层，包含应用程序级的数据，且每种层数都有着独特的意义和作用，如表3-1所示：

表3-1　网络层的各层

（三）共识层

共识层是区块链的核心技术之一，也是区块链社群的治理机制，主要包括共识算法和共识机制，能让高度分散的节点在去中心化的区块链网络中高效地对区块数据的有效性达成共识。(www.xing528.com)

在区块链中，主流的共识机制主要有三种：工作量证明、权益证明和股份授权证明。

（1）工作量证明。工作量证明（Proof of Work, PoW）可以用栗子来比喻。春节期间，商场搞活动发礼品，百姓踊跃参加，但礼品有限，商场想出一个办法：通过解答数学题来获取奖品，谁先解出答案，谁就可以获得一份礼品。第一道题出来后，张三第一个给出了正确答案，获得了相应的礼品。其他人很羡慕，哀叹一声后投入新的题目解答中。同样在区块链的PoW，就是通过计算获得一个符合一定难度的“哈希散列值”。而要想获得合理的区块哈希值，则需要大量的尝试计算，计算时间取决于机器的哈希运算速度。

（2）权益证明。权益证明（Proof of Stake, PoS）是一种公有（区块）链的共识算法，可以保证网络中验证者的经济利益，具有较高的安全性，中心化风险低，能源效率却很高。在基于工作量证明的公有链中，该算法通过奖励计算的参与者来验证交易并创建新的区块；而在基于PoS的公有链中，则是通过一组验证者轮流针对下一区块进行提议并投票，验证者的权益越大，投票权重越大。

（3）股份授权证明。股份授权证明（Delegated Proof of Stake, DPoS）的工作原理如下：各股东的持股比例决定着其相应影响力。51%股东投票通过，不仅不可逆，还有一定的约束力。为了实现这个目标，各股东可以将自己的投票权授予一名代表，获票数最多的前100位代表就能按照既定时间表轮流产生区块，各代表会得到一个时间段来生产区块。

（四）激励层

激励层主要出现在公有链中，其主要任务是，将经济因素集成到区块链技术体系中，包括经济激励的发行机制和分配机制等。在公有链中，要想让整个系统实现良性发展，就要做到赏罚分明，不仅要对参与记账的节点进行鼓励，还要对不遵守规则的节点进行处罚。例如，比特币，遵循PoW共识机制，每个人都能通过计算设备运行比特币网络，提供的计算能力越多，破解的算力问题越多，获得区块奖励就越多，而比特币又是整个区块链网络流通记录转移的媒介。因此，只有各节点通过合作共同构建共享和可信的区块链历史记录，并维护比特币系统的有效性，获得的比特币奖励和交易手续费才能更有价值。

数字货币有被盗的风险吗？

有。仅2019年上半年，全球就至少出现了10起被盗事件。同时，数字资产诈骗事件也频频发生。被盗或被诈骗的数字货币总额或已超50亿美元。

简言之就是，要想让整个区块网络更具价值，需要持续信任它的人以及所有人的共同维护；为了让人们长期无私奉献，就要通过奖励的方式，让网络的参与者都享受到公平对等的价值回报。

（五）合约层

智能合约是一种协议，于1994年由Nick Szabo首次提出，主要目的是以信息化的方式进行传播、验证或执行合同。智能合约允许在没有第三方的情况下进行可信交易，可以为用户提供优于传统合约的安全方法，减少与合约有关的其他交易成本。

之所以称为智能合约，是因为这份合约可以在达到约束条件时自动触发执行，不需人工干预；即使没有达到预期的条件，也可以自动解约。这也是区块链能够解放信用体系核心的技术之一。

合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础。

（六）应用层

区块链网络不会控制数据，不仅可以提供单项服务，还无法占有用户交互的接口。对于一个网络来说，越分散化，越难通过一个接口来提供整套服务，所以区块链世界里的各类应用一般都建构在多个可组合的协议之上。这种架构，就是区块链的服务架构。