在第一次课完成课程和区块链历史和发展的介绍之后，本次课开始，Navid老师将给大家详细讲解区块链技术架构之六层模型
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好的，大家好，我是北风网的区块链讲师Navid，今天开始我们的第二次讲课，首先简单的回顾一下昨天的授课内容。上次课我们简单的对课程做了介绍，然后就是讲了一些区块链的历史和发展，以及我们学习区块链的一些重点。今天咱们在这个基础上开始讲这次课程中最最重要的一个内容，区块链的六层模型。
昨天一些听课同学我已经加了
第一点就是怎么去学习区块链这个技术，大家很多人都是第一次接触有些疑惑，有些担心，我也做一些回答。我这里也再说一下，展开一下，区块链其实说简单也不简单，因为学的东西比较多，它跟学一般的语言、技术，可能不太一样，有些时候学习曲线也是蛮陡，这是事实。但是只要我们沉下心来，耐心地学，耐心听我讲，把基础知识都打扎实了，这样我觉得这个东西还是不难学的。而且我个人觉得还是真蛮有意思，特别是有一些编程的经验的同学学这个东西现在还是蛮合适的。我觉得对你不管是工资上，还是对自己的思维，以及对你将来的发展方向上都是一个非常好学习内容。
第二个呢就是大家也提到了一些区块链的资料，这个我在最后一页PPT是有的。这里有一些书籍我先先给大家讲一下，因为昨天很多听课的同学都讲到了这个问题，就是说刚开始学习看哪些书或资料对学习有帮助，这里我列出了这这么六条资料。其实我对学习资料的个人观点是这样的，书不在于多，而在于精。大家如果说对区块链一点概念都没有的话，我建议按照我这个资料的顺序一个个看，这个资料还是有一定的逻辑关系在里面。
首先就是我昨天介绍了中本村的比特币白皮书（《Peer-to-Peer Electronic Cash System》Satoshi），这是第一，我认为这个是最应该看的。
第二个是《精通比特币》（《精通比特币》 Andreas Mantonopoulos
http://book.8btc.com/books/1/master_bitcoin/_book/），这也是一个国外人写的非常经典关于比特币、区块链概念最基本的介绍，主要集中在比特币上面，比特币可以说是最成功最经典的一个区块链应用，值得我们去好好看一看，我记得那是好像是英文版，中文版也有的，而且电子版还都是免费的，大家如果有兴趣可以找下中文版。
第三个《区块链——新经济蓝图》（Melaneie Swan
https://www.amazon.com/Blockchain-Blueprint-Economy-Melanie-Swan/dp/1491920491），这个就是比较宏观的一个角度，大家看完前两本书之后对技术有一定了解，再看一些宏观的资料。
然后四（《区块链 2.0》 陈刚 谭磊
http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-IGXN201608041.htm）和五（《区块链技术指南》邹均 曹寅 刘天喜http://product.dangdang.com/24147347.html）呢主要是国内几位高手写的一个关于区块链方面的书籍，内容包括一些概念以及以太坊和Hyperledger一些应用，虽然说例子不是很多，但是我觉得学起来入门还是没问题的，有些东西讲的也挺深入的，大家可以去看一下。
最后在前面这些资料都看完了前提下，大家可以去看一些各类些平台发表的一些白皮书，比如说那个以太坊的白皮书，还有个各种网上最新的一些白皮书，当然了也可以看看他们的企业官网、源码，这些都是可以去看。
这是我的一些关于相关资料的一些介绍。下一页是
关于上次课的回顾和答疑，我就先到这里，现在我们开始今天的内容。
今天要讲的内容，我已经说了不止一次，非常非常重要，我一定沉下心来慢慢讲，大家也沉下心来慢慢听，在听的过程中可能有些东西还不理解，这个没关系，因为我讲完这个后续马上会讲一个例子，讲完这个例子之后，我的PPT里面还有至少四五十页专门介绍我现在讲的东西。但是呢你得有印象、有概念，然后呢慢慢会越来越细，越来越多，其实学技术就这样，你先从简单的理解再慢慢的深入再深入，最后到源码，或者深入到客户，可以自己就把你的想法直接跟客户沟通，这其实这就是你知识应用的部分。
现在我把上次课讲到的数据层这部分简单讲一下，再展开一下，前面讲了区块链大的外部结构，现在说一下，区块内部的结构，
它是包括两部分，第一个部分是区块头，第二部分是区块体，应用叫body。然后区块头里面又包括几部分，第一部分：previous hash，头里面所有东西指向上一个区块所有数据的hash值。当然区块头里面还有很多细小结构，比如版本号呀，这些咱们就不说了，重点咱们说一个数据结构，一个叫nonce，这个就是挖矿时的需要的随机数，等会我在举例子时会详细讲到，先标上颜色，这个很关键。然后呢还有一个是merkle root，可以理解是所有交易记录的hash值，这个我在后面讲到梅克数的时候，会详细的讲，大家现在有个概念和印象，就是说有一个地方记录了所有的交易记录，一个总的hash值，它叫做merkle root。
区块体就比较简单了，最重要的一个tx就是交易记录。交易记录的值对应merkle root，所以说我们可以这么画。可以理解成去块头的一个指针，指向了去块体。这就是区块里面可以分为的这两大部分。
第二个层次通讯层，也叫做网络层。网络层就相对比较单纯一点，它主要是通过P2P协议，类似于迅雷、BT，这些东西什么特点？这个特点其实很简单，就是上传数据的同时下载数据。那这样有什么好处呢？好处就是在区块链系统里面，随着节点的数量越多，那么它上升效率就越高，下载的效率也越高，这个跟中心化也不一样，中心化的话你如果是连接数越多，会对网络的带宽是一个很大的要求，导致网络可能就越来越慢。这个传统就抛掉了是吧？而区块链网络系统现在恰恰相反，只要参与的人越多，它的速度就越快。
下面呢，应该说是上一层哈，就是共识层。共识的概念大家可以理解成区块产生的规则。这个共识啊 我碰到很多人，特别是有些刚刚接触区块链的人，认为所谓的共识，就是比如说你买东西，我十块钱买了你东西，然后呢我们就达成共识，我愿意付十块钱，你愿意把十块钱东西给我，这叫共识。其实这不是区块链共识啊！区块链共识只是指区块产生和数据写入区块的规则。主流的有pow（Proof of Work），根据工作量证明，还有pos和dpos这部分算法后面会给大家详细解释。在这里我们用POW举例子，POW因为是最常用，包括现在的比特币、以太坊他也是在用。可能过一段时间，像以太坊白皮书，能够看到它分成四个阶段，其中一个阶段就是说把POW的共识算法切换到POS算法，可能是在2020年。还有一些像pfbt、sfbt、kafka，后面三个呢主要是联盟链或者私有链经常用的共识算法，kafaka呢严格来说，其实它算不共识算法，它只不过是一个消息通讯机制，算不到，只是他也是跟数据产生和传送有关系。
多说一句啊，现在区块链上有两个流派，一个就是所谓的币圈，一个说是链圈，币圈主要是比特币、以太坊的支持者，因为他们手上有币，而且这些平台都发币。币圈的人就有些看不起链圈，认为他们没有遵守比特币或者以太坊这些主流区块链的规范。而链圈的人呢当然就更看不起币圈，都认为他们都是炒币的骗子，认为他们自己的这个区块链才是真正的区块链技术，所以把他们自己叫做链圈。我个人观点是这样，这个争论其实意义不大，因为各种区块链技术它都有它自己的长处，当然也有自己的短处，咱们学技术的，研究技术，要去取长补短，以学习的眼光去看一些东西，不要总是太偏激，偏向于一种技术或者一种观点，我们应该去多学习。所以说从原理上去掌握这些东西，很多东西理解起来就很方便。
然后下面第四个层次是什么？第四个层次是激励层。其实就是像比特币、以太坊，他会给参与者（挖矿者）一些挖矿的几率。除了挖矿之外，还有一个交易费。这个后面我在例子上会详细讲，激励层对公有链特别重要，它是保持这个链能够健康发展的基础。但私有链和联盟练就不一定需要激励层，因为他们企业做这个系统，它自身带有一定的目的，他不会让人随便的来参加这个系统。所以一般就很少有激励层。
第五个是是合约层，合约层的概念就是运行在区块链上的程序。最典型的就是像以太坊提出的关于智能合约的概念。细分可以分为两种，一种是图灵完备，一种是非图灵完备。
这个蛮难理解的，定义是说可以计算一切可计算的，称为图灵完备。举个简单的例子，大家都写过程序，比如说for循环，递归，while，如果说是包含这些语法，基本上它肯定是图灵完备的，为什么？因为包括这些语法的话，它一般能够实现无限循环，他就可能具有图灵完备的能力。为什么这么说？其实图灵完备其实指的是什么？指的是计算一切可计算，什么叫一切可计算的？它是一个科学计算的一个概念，科学计算里面它有一些积分、求导，这些是需要不断的逼近，做无限循环，才能出来答案，才能达到科学精度的要求。它会做一些不停迭代的计算这样一个过程，这个我们把它定义成图灵完备。相反有些东西呢就是做不了这个功能，只能跑几次，或者语法上不能做到这一点的，称为非图灵完备。
图灵完备的典型代表就是以太坊的智能合约。非图灵完备的代表就是比特币的脚本，比特币其实也是可以编程的，比如说比特币的多签名支付，这些都是可以编程的，但这个东西它是不能够去进行无限循环的，但是以太坊是支持的，虽然也不是很强，但是它理论上是支持的，所以它叫做图灵完备的。
但图灵完备就一定好吗？这个其实也不一定，科学这东西总是辩证的，对吧？你看起来功能强了，功能强大，潜在的漏洞也就多了，像以太坊有好几次分叉，都是跟它本身智能合约的复杂性还是有关系的。同时像那种图灵完备的话，它能够不停的迭代的话，有可能会对以太坊整个网络产生非常大的压力。所以以太坊为了解决这个问题，提出了一个guess的概念，你要跑可以，但是你要消耗guess，也就是你要消耗以太币，如果你不停的循环那么你肯定会以太币归零，就只能停下。这样一方面以太币消耗的途径，另一方面也是为保证自己网络安全。
第六层是应用层，指的是运行在区块链系统的程序， 这个和合约层有什么不一样呢，一个是直接运行在区块链上的，一个是在区块链系统上的。这有点不一样，打个比方，比如说你调用区块链系统上的，包括智能合约上面的一个接口，咱们叫做这个区块链的一个应用层，然后你直接去调用某个区块的某个数据，或者在某个区块上写数据，那就是智能合约，可以说是应用层调合约层，合约层再调区块链一些底层的数据，就是这么一个逻辑关系。
然后应用层现在最典型的现在有两种，一种是钱包，谈到钱包我再多说一句，比如说你在火币网上下载一个钱包，这个就不能算是区块链上的一个应用，因为火币网下载钱包，本质上你连着火币网的服务器，它不是区块链的东西，可能火币网再去调区块链，所以说不能算是分布式获取区块链的钱包。因为你是经过了中心化的一个系统，所以经常听说什么交易所被盗，这就是中心化的系统出现问题，并不是区块链本身的问题。但是有一种情况，它是直接连的区块链系统，比如说imtoken，这个大家可能没用过，也可以下载去用一下，这个是区块链钱包。这两个钱包是不一样的，打个比方，你用火币网钱包的话，如果火币网倒掉了，或者被政府关停了，那你的数字货币可能都没有了。但是你如果用imtoken的话，它直接在区块链系统上，只要这个系统还在，那钱包的虚拟货币永远在这里。还有就是如果说是一些黑客的话，肯定会用区块链钱包，它不会用货币网钱包。因为在火币网要注册登记的，很多人不愿意把自己的信息透露给啊中信机构，他就选择那种分布式钱包，保证密闭性。
还有一个区块浏览器，区块浏览器就是记录区块链的一些状态，比如产生区块号、各种参数、交易记录，都是通过区块浏览器可以看到的。这就是另外一个区块链应用的例子。当然有些区块浏览器数据来自某个中心化的服务器都有可能，或者是中性化服务器进行了一些缓存，这个可能也不一定完全区块链化，大家稍微了解一下。
好了，说了这些概念，可能很多同学有些疑惑或者有些晕，大概听明白了，但是不知道为什么要讲这么多这么细的东西。这个没关系，下面大家就知道了，为什么要讲这些，我会举实际上的案例来把六层数据的关系弄清楚。
用户A向用户B转一个比特币，这个是一个简单的动作，一个交易记录。通过这个交易来详细地讲区块链里面发生的故事。
我们先做一个背景介绍，用户A他本身有十个比特币，然后用户B ，有五个比特币，然后呢还有个矿工C，他有一百个比特币。那矿工和普通用户有什么区别？矿工他除了当普通用户之外，他还能挖矿，这里面有一个挖矿的概念。可能很多朋友都对挖矿很不理解，什么叫挖矿？挖矿是怎么进行的？这个我在这里给大家着重解释一下。
挖矿其实用一句话来说，它是为了计算系统要求的一个hash值，这里面就是有两点，一个是“计算”，还有一个是“系统要求的hash值”。好，先说计算，那计算它是怎么计算的？一般情况下用哈希算法，然后呢它这里的输入（Input)-nouce，这个nouce会不停地增加递增。然后这个函数-sha256，当然各种的区块可能有些略微的差别。然后输出就是结果(Output)-sha256(nouce)，这就是计算的过程。然后是系统要求的hash，什么叫系统要求？也就是说在系统中，他会要求参与的各个节点去计算一个hash。打个比方，系统要求用函数-sha256计算前面是五个是零的一个hash值，算出来我就认为你挖到矿，就给你12.5个比特币，就是这么一个逻辑。然后呢计算过程是怎么样？ 首先打个比方，初始nouce是100，那么我通过哈希函数sha256算出来，但是可能只有三个0。大家知道这个哈希值这个是非常非常随机的，它前面几个零这随机数嘛谁都说不准，然后第一次可能算的时候运气不好，前面只有三个0，那还得继续算。第二次nouce变成101，第一次是系统提供给你的，大家都是一样的，后面的话就是根据你的算力，你算得越快计算的次数就越多。打个比方，你算一百零二一百零三，我这是个简化的过程，实际上可能比这个要复杂点，但是大概原理是这样，可能算到1万次的时候，或者10万次，其实上没这么少，那么100万几百万的时候出现了一个满足我要求的，那时候人家系统就会给你12.5的比特币，这就是挖矿的过程。然后呢大家可能在想，这样是不是对大家都公平的，对吧？因为什么？因为每台机子他初始值当时是一样的，你算的越快的人，意味着你尝试的机会越多。如果两台计算机一台快一台慢，我快的人可能已经算到了，慢的人可能还没算到，那他就没有办法获得系统给的奖励。这个挖矿的一个简单理解。
然后系统里还有个节点，节点的概念是：参与区块链系统计算的计算机，假设有节点（计算机）JA、JB、JC，JA是用户UA在用，JB是用户UB在用，JC是矿工KC在用，JC的性能可能要好很多，当然还有其他很多节点在参与计算。 然后这里先说数据层，UA给UB转了1个比特币，这个我们称为tx（交易记录），然后通过网络层数据广播，将tx发给JB，JB再发给JC，再通过共识层决定tx是否写入区块链中，这里共识层是一套算法验证机制，只有符合她它验证机制，符合它的一个逻辑原理，才能够写入区块链。比如时间戳有没有问题啊等等，我记得比特币就十几个还是几十个，看过源码，有几十个非常多的一个计算。然后呢我这里再画一个区块，比如说是100号区块，那么它把这个tx交易记录写入到这个区块中，通过验证之后写入。
到这里，一个简单的交易算是完成了，但是这样的系统确实有一个非常致命的问题，是什么？因为你交易只是A和B之间的，那跟我C有没有关系，跟我D、F跟其他任何人有什么关系，我凭什么给你传播，凭什么给你做验证是吧？凭什么我也参与到这个共识里面去对吧？毕竟人类都不是活雷锋，对吧？大家肯定是有利益才去做这件事，所以区块链在设计的时候就设计了一个激励层。在挖矿的同时，参与tx交易记录的验证，假如矿工运气足够好，能力足够强，他挖到了框，系统给他12.5个比特币，这个比特币呢就会写在区块的第一条交易记录里面，我们把它叫做coinbase。这又是一个比特币区块链中的一个概念，什么意思呢？就是说区块链系统里面所有的币都来自于挖矿。
交易只会有币的流转，但是它不会产生新的币，新的币只有挖矿才能产生。但是这里又有一个问题，比特币它的量是一定的，大家都知道大概是两千一百万枚，那既然这样总有一天会挖光，挖完，那么这个时候系统拿什么来激励呢？这时候比特币设计者又考虑另外一个激励措施，叫做交易费。比如A给B转一个比特币，B收到的肯定不是一个比特币，而是0.999个，会减掉一些交易费，而这个交易费给谁了呢？还是给矿工。这样有一天矿挖完了，大家还是有热情去参与。
这样系统就相对于比较完整，这里讲了四层，数据层、网络层、共识层、激励层以及整个交易的关系。不知大家有没有理解，如果这个没理解也没关系，课后我把这个发给大家，大家再去自己去理解、琢磨一遍。这里边确实不单单是计算机方面的知识，还有设计者对人性的理解，这个是非常牛的。让各种矿工参与到系统里面，给予一定激励，我觉得是这个系统中最牛、最吸引人的地方。
做一个系统，不是说为了做系统来做一个系统，而是让更多的人去用，用的人还自愿去维护这个系统，不需要任何第三方中心化的系统去维护，这个是非常非常了不起的一个事情。而且经过这么多年的实践证明，没有一个可以攻破，这个就是我觉这个系统最有魅力的地方。
今天的内容就是这些，下节课我在这个基础上，讲一些更深的概念，帮助大家去理解，后面几节课我会在PPT里面把每一层再细化讲，然后再通过例子或者代码等形式来给大家加深理解。本来还有很多东西要讲，比如挖矿账户怎么管理，比特币区块链系统账户怎么管理，还有他们的一些数据怎么验证，还有一些原理、阐述的公式，这个以后都要逐步去讲。
希望这节课对大家有帮助。
谢谢大家！
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