区块链:区块链技术发展现状与展望之四_MITX

2.2网络层

组网方式：区块链系统的节点一般具有分布式、自治性、开放可自由进出等特性，因而一般采用对等式网络来组织散步全球的参与数据验证和记账的节点。对等网络中的每个节点均地位对等且以扁平式拓扑结构相互连通和交互，不存在任何中心化的特殊节点和层级结构，每个节点均会承担网络路由、验证区块数据、传播区块数据、发现新节点等功能。按照节点存储数据量的不同，可以分为全节点和轻量级节点。前者保存有从创世区块到当前最新区块为止的完整区块链数据，并通过实时参与区块数据的校验和记账来动态更新主链。全节点的优势在于不依赖任何其他节点而能够独立地实现任意区块数据数据的校验、查询和更新，劣势则是维护全节点的空间成本较高。与之相比，轻量级节点则仅保存一部分区块链数据，并通过简易支付验证方式向其相邻节点请求所需的数据来完成数据校验。

数据传播协议：任一区块数据生成后，将由生成该数据的节点广播到全网其他所有的节点来加以验证。根据中本聪的设计，比特币系统的交易数据传播协议包括如下步骤：

1.比特币交易节点将新生成的交易数据向全网所有节点进行广播；

2.每个节点都将收集到的交易数据存储到一个区块中；

3.每个节点基于自身算力在区块中找到一个具有足够难度的工作量证明；

4.当节点找到区块的工作量证明后，就向全网所有节点广播此区块；

5.仅当包含在区块中的所有交易都是有效的且之前未存在过的，其他节点才认同该区块的有效性；

6.其他节点接受该数据区块，并在该区块的末尾制造新的区块以延长该链条，而将被接受区块的随机哈希值视为先于新区块的随机哈希值。

需要说明的是，如果交易节点是与其他节点无连接的新节点，比特币系统通常会将一组长期稳定运行的“种子节点”推荐给新节点建立连接，或者推荐至少一个节点连接到新节点。此外，交易数据广播时，并不需要全部节点均接收到，而是只要足够多的节点做出响应即可整合进入区块账本中。未接收到特定交易数据的节点则可向邻近节点请求下载该缺失的交易数据。

数据验证机制：网络中每个节点都时刻监听比特币网络中广播的数据与新区块。节点接收到邻近节点发来的数据后，将首先验证该数据的有效性。如果数据有效，则按照接收顺序为新数据建立存储池以暂存尚未记入区块的有效数据，同时继续向邻近节点转发；如果数据无效，则立即废弃该数据，从而保证无效数据不会在区块链网络继续传播。

由网络层设计机理可见，区块链是典型的分布式大数据技术。全网数据同时存储于去中心化系统的所有节点上，即使部分节点失效，只要仍存在一个正常运行的节点，区块链主链数据就可完全恢复而不会影响后续区块数据的记录与更新。这种高度分散化的区块存储模式与云存储模式的区别在于，后者是基于中心化结构基础上的多重存储和多重数据备份模式，即“多中心化”模式；而前者则是完全“去中心化”的存储模式，具有更高的数据安全性。

2.3共识层

早期的比特币区块链采用高度依赖节点算力的工作量证明机制来保证比特币网络分布式记账的一致性。随着区块链技术的发展和各种竞争币的相继涌现，研究者提出多种不依赖算力而能够达成共识的机制，例如点点币首创的权益证明共识和比特币首创的授权股份证明机制，共识机制等。区块链共识层即封装了这些共识机制。

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