区块链分层结构：提升分布式数据库技术

2023-10-28 理论教育版权反馈

【摘要】：图19.18区块链的分层结构图下面对区块链系统的分层结构进行讨论。来自执行层的事务由一组指令构成，在语义层得以验证其有效性。在比特币系统中，合法事务、双重支出问题、是否获得授权等都在语义层进行验证。区块链系统的安全性也要在这个层面确认。

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图19.18　区块链的分层结构图

下面对区块链系统的分层结构进行讨论。区块链不仅是一种技术，而且是商务规则、经济学、博弈论、密码学和计算机科学技术的组合。参照TCP/IP协议栈（请参见参考文献［4］），可以将区块链系统分层。图19.18是区块链的分层结构图。

1.应用层

如前所述，区块链的重要特征是数据的不变性、对参与者的透明性和抗攻击性等，这体现在应用层（application layer）上，区块链应用也构建在应用层上。用户在这层上为其所需的功能进行编码，可以使用经典的软件开发方法，如客户端程序编制、脚本开发、API、开发框架等。

2.执行层

执行层（execution layer）负责执行应用层传递过来的指令，可以是一个简单指令，也可以是一个指令集。在执行过程中，需要保证事务的正确执行。区块链网络中的所有节点必须独立执行程序/脚本。按相同输入集和条件确定性地执行会在所有节点上产生相同的输出，有助于避免不一致性。

3.语义层(www.chuimin.cn)

语义层（semantic layer）是一个逻辑层，这里的事务和区块是有序的。来自执行层的事务由一组指令构成，在语义层得以验证其有效性。在比特币系统中，合法事务、双重支出问题、是否获得授权等都在语义层进行验证。

在这个层面会定义一些系统规则。

4.传播层

在这个层面，前面尚未涉及的节点间协调问题需要通过传播层（propagation layer）是Peer-to-Peer通信层来解决，允许节点发现其他节点、相互交谈和同步。众所周知，生成事务后会广播在整个网络；当节点推出有效块时，也会立即传播于整个网络，以便让其他节点书写相关数据。简言之，事务和块的传播在这个层面定义，以确保网络的稳定性。

5.一致层

一致层（consensus layer）是区块链的基础层。这一层的基本目的是让网络所有节点的记账处于一致状态。区块链系统的安全性也要在这个层面确认。

区块链分层结构：提升分布式数据库技术

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