区块链的通用架构是什么？

区块链2.0的分类及特点

区块链2.0的典型代表是以太坊和超级账本，分别代表了区块链的两个重要发展方向：面向大众的公有链和面向企业的联盟链。

公有链、联盟链和私有链

公链是指对所有人开放，任何人都可以参与的区块链； 联盟链是由多个组织组成的联盟控制的区块链，进入和退出需要授权； 私有链完全由单个个人控制或由组织控制的区块链。 公链并不适合大多数企业应用场景。 未来企业应用的重点是联盟链，但现阶段重点是公链。 公链是区块链技术的试验田，会遇到各种复杂的情况和问题。 是对新技术、新服务的一次考验，为企业应用提供了很好的参考。

对于区块链的去中心化、安全、高效这三个特点，它符合蒙代尔不可能三角关系，即不可能同时满足三个条件。 公链实现了完全的去中心化和安全性，所以性能很低。 对于企业应用，联盟链提升了性能和安全性，不得不在去中心化上做出妥协，通过中心化的授权方式。 管理节点实现半中心化。

区块链2.0的优势

区块链1.0被称为“全球账本”。 相应地，区块链2.0可以看作是一台“全球计算机”：它实现了区块链系统的图灵完备性，可以在区块链上上传和执行应用程序，可以保证程序的有效执行。 在此基础上实现智能合约的功能。 与区块链1.0相比，区块链2.0具有以下优势：

1.支持智能合约

区块链2.0定位于应用平台。 在这个平台上以太坊架构，可以发布各种智能合约，与外部其他IT系统进行数据交互和处理，实现各种行业应用。

2、交易速度适配大部分应用场景

通过采用PBFT、POS、DPOS等新的共识算法，区块链2.0的交易速度得到大幅提升，峰值速度已超过3000TPS（每秒处理的交易数），远高于比特币的5TPS。 已经能够满足绝大部分金融应用场景。

3.支持信息加密

由于区块链2.0支持完整的程序运行，可以通过智能合约自定义发送和接收信息的加密和解密，从而达到保护企业和用户隐私的目的。 同时，零知识证明等先进密码学技术的应用进一步促进了其隐私性的发展。

4.无资源消耗

为了维持网络共识，比特币使用的算力超过122029 TH/s，相当于5000台天河二号A的算力，每天耗电量超过2000MWh，大约是几十万人民币（估计数据）。 区块链2.0采用PBFT、DPOS、POS等新的共识算法，不再需要消耗算力达成共识，实现资源零消耗，可以在企业信息中心部署绿色安全的方式。

技术架构

区块链2.0采用五层架构，自下而上为数据层、网络层、共识层、激励层、智能合约层，如图1所示。

图1 五层架构

数据层

数据层底层技术是一切的基础。 它主要实现两个功能，一个是相关数据的存储，另一个是账户和交易的实现和安全。 数据存储主要基于Merkle树，通过区块和链式结构实现，大部分以KV数据库的形式持久化。 例如，以太坊使用 leveldb。 账户和交易的实现基于数字签名、哈希函数、非对称加密技术等多种密码学算法和技术，确保交易可以在去中心化的环境下安全进行。

网络层

网络层主要实现网络节点间的连接和通信，也称点对点技术，是一种没有中央服务器，依靠用户群交换信息的互联网系统。 与具有中心服务器的中心网络系统不同，对等网络的每个客户端不仅是一个节点，还具有服务器的功能，具有去中心化和健壮性的特点。

共识层

共识层主要实现全网所有节点对交易和数据达成共识，防止拜占庭攻击、女巫攻击、51%攻击等共识攻击。 独特的共识机制。

1. PoS: Proof of Stake, 权益证明

原理：节点获得区块奖励的概率与节点持有代币的数量和时间成正比。 获得区块奖励后，节点的代币持有时间被清零并重新计算。 但由于初期代币分配人为因素较高，后期容易造成贫富差距过大。

2. DPoS：Delegate Proof of Stake，共享授权凭证

原理：所有节点投票选出100个（或其他数量）委托节点，区块完全由这100个委托节点按照一定算法产生，类似于美国的议会制。

3. Casper：博彩共识

原理：下一代以太坊的共识机制，每个参与共识的节点都必须缴纳一定的押金，节点获得奖励的概率与押金成正比，如果有节点作恶，押金将被扣押扣除。

4. PBFT：Practical Byzantine Fault Tolerance，拜占庭容错算法

原理：与一般公链的共识机制主要基于经济博弈原理不同，PBFT基于异步网络环境下的状态机副本复制协议。 本质上，共识是通过数学算法达成的，所以区块的确认不需要像公链一样经过几个区块就安全了，出块后就可以立即确认。

5. PoET: Proof of Elapsed Time，经过时间证明

原理：该共识机制由Intel提出。 核心是使用Intel的支持SGX技术的CPU硬件。 一些延迟是在受控安全环境 (TEE) 中随机生成的。 同时，CPU从硬件层面证明延迟的可信度，类似于抽奖算法，谁的延迟最低谁就获得记账权。 这样一来，增加记账权的唯一方法就是增加CPU的数量，这就有了中本聪最初设想的一个CPU，一票的可能性。 资源之间的比例关系。

共识机制各有优缺点，适用于不同场景并进行比较，如表1所示。

表1 不同共识算法的比较

激励层

激励层主要实现以太坊等区块链代币的发行和分配机制，将以太坊定位为平台运行的燃料，通过挖矿获得，每挖出一个区块奖励5个以太币的固定奖励，同时运行智能合约和发送交易都需要向矿工支付一定数量的以太币。

智能合约层

智能合约赋予账本可编程的特性。 区块链2.0通过以虚拟机的形式运行代码来实现智能合约的功能，例如以太坊的以太坊虚拟机（EVM）。 同时，这一层通过添加一个可以在智能合约上与用户进行交互的前端接口，形成了一个去中心化应用程序（DAPP）。 当然，在一些技术文档中，认为DAPP应该是智能合约层之上的一个单独的应用层，这也是合理的，只要不影响读者的理解即可。

智能合约

智能合约简介

智能合约，又称智能合约，是一种事件驱动的、有状态的、多方认可的程序以太坊架构，运行在区块链上，可以根据预设条件自动处理资产。 智能合约的最大优势是使用程序算法代替人类来仲裁和执行合约。

本质上，智能合约也是一种程序，但与传统的IT系统不同，智能合约继承了区块链的三大特性：数据透明、不可篡改、永久运行。

1. 数据透明

区块链上的所有数据都是公开透明的，因此智能合约的数据处理也是公开透明的，任何一方都可以在运行时查看其代码和数据。

2.不可变的

区块链本身的所有数据都是不可篡改的，所以部署在区块链上的智能合约代码和运行产生的数据输出也是不可篡改的。 运行智能合约的节点不必担心其他节点恶意修改代码和数据。

3.永远奔跑

支撑区块链网络的节点数量往往达到数百甚至数千，部分节点的故障不会导致智能合约的停止。 其可靠性在理论上接近于永久运行，这确保了智能合约可以像纸质合约一样一直工作。

智能合约运行原理

本文以最典型的以太坊为例，简单介绍一下智能合约的运行原理。

1. 以太坊虚拟机（EVM）

以太坊虚拟机 (EVM) 是以太坊中智能合约的运行时环境。 如果打个比方，智能合约更像是一个Java程序。 Java 程序通过 Java 虚拟机 (JVM) 将代码解释为字节并执行。 以太坊的智能合约通过以太坊虚拟机（EVM）解释成字节码执行。 EVM 被封装在沙箱中，这意味着 EVM 内部运行的代码无法触及网络、文件系统或其他进程，甚至智能合约之间也只有有限的调用。

2.RPC接口

RPC接口是以太坊与其他IT系统交互的接口。 以太坊节点在8545端口提供了JSON RPC API接口，数据传输采用JSON格式，可以执行Web3库的各种命令，可以图形化展示给前端，比如Mist。 客户端提供区块链信息。

智能合约是部署在区块链上的代码。 区块链本身无法执行代码。 代码的执行由每个节点通过以太坊虚拟机（EVM）在本地实现。 智能合约的运行原理如图2所示。

图2 以太坊智能合约运行示意图

从图2可以看出，部署在区块链上的智能合约是一个可以在本地生成原始智能合约代码的数据串。 可以理解为区块链是一个数据库。 首先，客户端发起一笔交易，告诉以太坊节点需要调用的函数和相关参数，然后所有以太坊节点都会收到这笔交易，从区块链数据库中读取存储的智能合约运行代码，并在上面运行结果本地EVM。 最后，为了避免节点作恶，节点运行智能合约的结果会与其他以太坊节点进行比较，确认后将结果写入区块链，从而实现智能合约的正确执行合同。

区块链保险行业应用前景

总的来说，区块链是一种可以创造信用的技术。 它使没有任何关系的节点能够在没有任何权限的情况下作为背书的中介相互信任并达成共识，并通过智能合约处理各种交易。 ，降低了人为干预的风险，这项新技术特性可以应用到很多金融领域，例如：

1、跨境支付结算：实现点对点交易，降低中间成本；

2. 证券发行与交易：实现准实时资产流转，加快交易清算；

3、客户征信与反欺诈：降低法律合规成本，预防金融犯罪。

本文初步提出了一些可能的保险行业应用场景，以供讨论。

相互保险

互助保险又称互助保险，是指由具有相同风险保障需求的人组成的一种保险形式，不以营利为目的，而是以互助为原则，实行“利益共享，利益共享”的保险形式。分担风险”。 相互保险与商业保险最大的区别在于，商业保险的承保人是一家利益与客户利益相对立的公司，而相互保险的承保人是每个参与者，实现了承保人与被保险人的统一。

相互保险有着悠久的历史。 从全球相互保险的实践来看，大多是从互助的初衷出发。 但由于缺乏可操作的信任体系，他们落入了公司的圈套，致使互助保险机构越做越多。 越是像保险公司，甚至很多最终变成了公司。

区块链技术构成一个信息对称、透明、不可篡改的信任网络，使点对点的区块链互保能够在参与者之间建立信息安全互信体系，通过智能合约实现民主决策和组织规则. 正确的执行最终会实现扁平化的组织架构，降低运营成本，降低互保成本，真正形成人人为一、人人互保的互保形式。

在相互保险的应用中，尤其需要注意合规性问题。 为保护参与者权益，防止P2P行业乱象重演，保监会于2015年1月发布了《相互保险组织监管试行办法》。组织应当经中国保险监督管理委员会批准设立，并接受其监督。 截至发稿之日，国内获批的仅有3款。

积分兑换

积分本质上是一种数字资产，是一种以商家自身的服务或产品作为价值背书而发行的数字资产。 保险公司一直存在积分难兑换、客户活跃度不高的问题。 借助区块链技术，不同行业的多家企业组成联盟链，并在链上完成积分发行，后续积分可在链上自由流通，实现积分流通从单中心控制到社会交往。 拥有资源的渠道可以成为资产流通的催化剂，大大提高流通效率。 客户可以获得更好的消费体验，保险公司可以有效增加客户粘度，拓宽获客渠道。

图 3 一种可能的区块链信用交换架构

集团内子公司间支付网络

近年来，金融企业集群化趋势越来越明显。 保险企业集团化，不仅有利于各类资金集中统一管理，实现专业化投资管理，实现投资规模效益，也有利于提升专业子公司的抗风险能力，提高规模竞争优势。 采用如图4所示的区块链点对点支付技术作为各子公司之间的支付网络，一方面取消了银行作为中介，可以提高集团内部资金流动效率，实现跨子公司业务部门。 部门和业务部门进行销售人员之间的快速支付结算，确保业务行为的真实性和合法性，加强信息对称和交易安全； 另一方面，集团总部和各级管理机构作为网络中的实时验证和监控节点，作为业务流程中的纽带，直接接触业务数据，对业务流程没有任何干扰，实现对业务进行有效的跟踪、监控和预警，推动公司治理由系统管理向技术管理转变。

图 4 区块链点对点支付方式