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知识路径： > 电子商务新技术与新应用 > 区块链 > 区块链的关键技术架构和发展趋势 > 区块链关键技术架构和发展趋势 >
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相关知识点：11个
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联盟链是区块链现阶段的重要落地方式，但联盟链不具备公有链的可扩展性、匿名性和社区激励。随着应用场景日趋复杂，公有链和联盟链的架构模式开始融合，开始出现公有链在底层面向大众、联盟链在上层面向企业的混合架构模式，结合钱包、交易所等入口，形成一种新的技术生态。例如，在公有链中选取验证节点时，共识算法层面存在PoS不确定性高、PoW资源消耗严重、PBFT无法支持大量节点进行共识等问题，Algorand算法9通过密码学的方法，从大量节点中选出少量节点，再用PBFT算法在少量节点之间达成共识的方式，为公有链和联盟链的混合架构提供了可能。
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区块链与云计算结合，将有效降低区块链部署成本。一方面，预配置的网络、通用的分布式账本架构、相似的身份管理、分布式商业监控系统底层逻辑、相似的节点连接逻辑等被模块化、抽象成区块链服务，向外支撑起不同客户的上层应用。用云计算快速搭建的区块链服务，可快速验证概念和模型可行性。另一方面，云计算按使用量收费，利用已有基础服务设施或根据实际需求做适应性调整，可实现应用开发流程加速，部署成本降低，满足未来区块链生态系统中初创企业、学术机构、开源组织、联盟和金融机构等对区块链应用的服务需求。
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在云计算当前主要提供的3种类型服务（IaaS、PaaS、SaaS）基础之上，区块链与云计算结合发展出BaaS（Blockchain as a Service，区块链即服务）。BaaS服务供应商旨在为用户提供更好的区块链服务，因此BaaS服务商比区块链底层技术提供商更注重与垂直行业的对接，提供合理的智能合约模板、良好的账户体系管理、良好的资源管理工具和定制化的数据分析和报表系统。
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现阶段，在后台数据存储、应用数据分析、移动终端、应用发布、信息识别等方面都有BaaS服务供应商支撑。以云计算平台为依托，区块链开发者可以专注于将区块链技术应用到不同的业务场景，帮助用户更低门槛、更高效地构建区块链服务，同时推动自有产业转型升级，为客户创造全新的产品、业务和商业模式。
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让价值跨过链和链之间的障碍进行直接的流通是区块链越来越凸显的需求之一。跨链技术使区块链适合应用于场景复杂的行业，以实现多个区块链之间的数字资产转移，如金融质押、资产证券化等。目前主流的跨链技术包括：公证人机制（Notary schemes）、侧链／中继（Sidechains/relays）和哈希锁定（Hash-locking）。
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为了提高区块链系统的吞吐量，区块链技术和学术专家提出多种高性能方案。第一类高性能方案是改变块链式拓扑结构为基于交易的有向无环图（Directed Acyclic Graph，DAG）。在这种拓扑结构下，交易请求发起后，广播全网确认，形成交易网络，无打包流程，交易可以从网络中剥离出来或者合并回去。基于DAG的设计没有区块的概念，扩容不受区块大小的限制，其可伸缩性取决于网络带宽、CPU处理速度和存储容量的限制10。这种拓扑结构可以应对安全问题、高并发问题、可扩展性问题和数据增长问题，以及适应小额支付场景。第二类高性能方案是改变共识策略，通过减少一次参与共识的节点数量以提高吞吐量。这类方案中，为了提高性能，尽量在不影响安全的前提下减少参与共识的节点数，用算法控制一次参与共识的节点不被提前预知。虽然这种方案可以提高性能，但保证安全性的策略实现起来难度较大。第三类高性能方案是通过提高系统横向扩展能力来提高系统整体吞吐量，代表有分片、子链、多通道等技术。对于这类技术，片区内、子链内、通道内需保持数据同步，片区间、子链间、通道间则是异步的。分片技术（Sharding）是把整个P2P网络中的节点分为若干相对独立的片区，以实现系统水平扩展。分片的情况下，通过把交易导引至不同节点，多个网络片区并行分担验证交易的工作。目前的分片策略包括网络分片（Network Sharding）、交易分片（Transaction Sharding）和计算分片（Computational Sharding）。子链技术是在主链上派生出来的具有独立功能的区块链，子链依赖主链而存在，并且可以定义自己的共识方式和执行模块。通过定义不同的子链，系统的可扩展性、可用性和性能均得到提高。多通道技术是系统中多个节点组成一个通道，每个节点也可以加入不同的通道中，通道之间互相隔离，通过锚节点互相通信。多通道技术可以消除网络瓶颈，提高系统可扩展性。
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共识机制在区块链中扮演着核心的地位，决定了谁有记账的权利，以及记账权利的选择过程和理由，因此一直是区块链技术研究的重点。常见的共识机制包括PoW、PoS、DPoS、拜占庭容错等，根据适用场景的不同，也呈现出不同的优势和劣势。单一共识机制，各自有其缺陷，例如PoS依赖代币且安全性脆弱，PoW非终局且能耗较高。为提升效率，需在安全性、可靠性、开放性等方面进行取舍。区块链正呈现出根据场景切换共识机制的趋势，并且将从单一的共识机制向多类混合的共识机制演进，运行过程中支持共识机制动态可配置，或系统根据当前需要自动选择相符的共识机制。
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智能合约应用是否丰富，取决于智能合约自身及其所在区块链对于智能合约应用的支撑能力，而智能合约的开发和执行效率则取决于开发语言和执行虚拟机。在目前的生态系统中，智能合约的开发语言不够规范，为了适应智能合约，需要创造新的合约语言或为现有语言增加形式更为严格的规范和校验。智能合约在轻量级的执行环境中将实现快速的启动时间和较高的执行效率。
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智能合约的发展方向包括如下几点：①可插拔的执行环境架构：默认的执行环境应该不提供持久化存储，让合约默认是一种类似于微服务的无状态函数，从而直接进行并发处理；②明示化的调用关系：即只提供静态调用的功能，从而使得程序的调用关系可以在运行它之前就整理清楚；③可链外存储的合约代码：通过链上存储散列值、链外存储合约代码实现存储空间的扩展性；④低耦合度的设计：降低合约语言、执行环境、区块链之间的耦合度，提高智能合约系统的通用性；⑤完整安全的防护体系：代码定型与发布时的验证与检查，节点在执行合约中的动态验证，合约执行完毕的合理性判断，相关利益方的申诉机制与自动判决技术。
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