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區(qū)塊鏈有各種各樣的用例集，從金融到去中心化互聯(lián)網(wǎng)。

但是，大多數(shù)區(qū)塊鏈用例可以使用相對(duì)較少的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用程序的模式集合提供了15種區(qū)塊鏈模式的列表。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要更高級(jí)別的抽象。擁有更多的粗粒度宏模式(我們稱(chēng)為架構(gòu)模式)對(duì)我們更有利。

這篇文章描述了四種這樣的架構(gòu)模式。為了描述模式，我將使用亞歷山德拉·特沙諾維奇在“什么是模式?”中描述的模板。

1. IAM的體系結(jié)構(gòu)模式。

背景信息：IAM環(huán)境包括許多用戶和服務(wù)提供商。IAM系統(tǒng)為每個(gè)用戶提供一個(gè)帳戶和一組功能，使用戶可以前往服務(wù)提供商，展示其帳戶所有權(quán)，然后根據(jù)其功能接收服務(wù)。

力量：需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)分散的IAM環(huán)境，在該環(huán)境中，一個(gè)惡意用戶或幾個(gè)用戶不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成重大影響。

解決方案：建議的模式候選者以以下方式使用萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)合會(huì)(W3C)DID規(guī)范和W3C可驗(yàn)證聲明規(guī)范。 

圖1：基于區(qū)塊鏈的IAM架構(gòu)模式

假設(shè)Alice需要一個(gè)身份(DID，這是一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符)。如創(chuàng)建新DID的圖所示，Alice在區(qū)塊鏈中創(chuàng)建了一個(gè)條目。該條目包括隨機(jī)生成的標(biāo)識(shí)符，帶有其個(gè)人資料數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)庫(kù)鏈接以及個(gè)人資料數(shù)據(jù)的哈希。用戶個(gè)人資料包含一個(gè)公共密鑰和一組可驗(yàn)證的聲明。現(xiàn)在，生成的隨機(jī)標(biāo)識(shí)符將成為Alice的DID，因?yàn)橹挥兴龘碛信c公鑰相對(duì)應(yīng)的私鑰。

可驗(yàn)證的聲明是由主管當(dāng)局簽名的授權(quán)令牌。創(chuàng)建者還以類(lèi)似于DID的方式將它們與索賠的哈希一起記錄在區(qū)塊鏈中。

在質(zhì)詢-響應(yīng)協(xié)議中，驗(yàn)證器生成一個(gè)隨機(jī)種子，使用Alice的公鑰對(duì)其進(jìn)行加密，然后向Alice挑戰(zhàn)以通過(guò)解密加密的種子來(lái)證明她具有私鑰。由于Alice擁有私鑰，因此她必須是DID的所有者。

要標(biāo)識(shí)Alice的另一個(gè)用戶或組織(驗(yàn)證者)，Bob首先從Alice接收DID，從區(qū)塊鏈中讀取與該DID相關(guān)的所有條目，檢索Alice的配置文件數(shù)據(jù)并進(jìn)行驗(yàn)證。Bob可以使用質(zhì)詢-響應(yīng)協(xié)議再次驗(yàn)證Alice的身份(標(biāo)識(shí))。然后，Bob可以確認(rèn)可驗(yàn)證的主張，并可以確信關(guān)于Alice的主張是真實(shí)的。

我們可以在此架構(gòu)模式之上分層大多數(shù)IAM用例。例如，我們可以通過(guò)發(fā)布我們要用戶執(zhí)行的操作的可驗(yàn)證聲明，或者僅接受可驗(yàn)證聲明中具有某些屬性(例如年齡，工作描述，組成員身份)的用戶來(lái)實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)控制。一種實(shí)現(xiàn)可以選擇將簡(jiǎn)檔數(shù)據(jù)的相關(guān)子集緩存在數(shù)據(jù)庫(kù)中以提高性能。

2. 可審核的歷史記錄或工作區(qū)的體系結(jié)構(gòu)模式

背景信息：兩個(gè)或兩個(gè)以上的各方執(zhí)行交易或一起工作，其活動(dòng)需要以無(wú)可爭(zhēng)議的方式記錄下來(lái)。

強(qiáng)制措施：需要實(shí)施一個(gè)分散的審核日志或一個(gè)工作區(qū)，在該工作區(qū)中，一個(gè)惡意用戶或幾個(gè)用戶不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)。

解決方案：提議的系統(tǒng)記錄活動(dòng)并在區(qū)塊鏈中為這些記錄創(chuàng)建條目。該條目包含活動(dòng)記錄的哈希，因此，以后不能對(duì)記錄進(jìn)行爭(zhēng)議。 

圖2：基于區(qū)塊鏈的可審核歷史或工作區(qū)架構(gòu)模式 

例如，假設(shè)Alice想繳稅。Tax Server接受付款應(yīng)用程序，創(chuàng)建數(shù)字收據(jù)，將其哈希記錄在區(qū)塊鏈中，然后將收據(jù)發(fā)送給Alice。Alice可以通過(guò)計(jì)算哈希值并檢查存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中的值來(lái)驗(yàn)證收據(jù)。此后，Bob無(wú)法拒絕收據(jù)，因?yàn)槭論?jù)哈希值和時(shí)間記錄在區(qū)塊鏈中。

如果活動(dòng)很多，可能需要解決區(qū)塊鏈性能限制。因此，一些實(shí)現(xiàn)可以將多個(gè)活動(dòng)記錄的哈希記錄作為塊而不是單個(gè)活動(dòng)記錄。

3.注冊(cè)表或市場(chǎng)的體系結(jié)構(gòu)模式

上下文：注冊(cè)表是可以在網(wǎng)絡(luò)上搜索和檢索的數(shù)據(jù)條目的集合。市場(chǎng)是一個(gè)注冊(cè)表，允許用戶購(gòu)買(mǎi)數(shù)據(jù)條目代表的服務(wù)或產(chǎn)品。例如，注冊(cè)表可以是可用API的目錄。

力量：需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)分散的環(huán)境，在該環(huán)境中，一個(gè)惡意用戶或幾個(gè)用戶不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成重大影響。

解決方案：建議的模式如下。 

圖3：基于區(qū)塊鏈的注冊(cè)表體系結(jié)構(gòu)模式 

讓我們首先考慮一個(gè)注冊(cè)表。使用建議的體系結(jié)構(gòu)，當(dāng)用戶發(fā)布注冊(cè)表更新(以添加或修改條目)時(shí)，客戶端會(huì)將更改記錄在區(qū)塊鏈中。如果更新中的數(shù)據(jù)很大，則區(qū)塊鏈記錄可能包含該數(shù)據(jù)的鏈接和該數(shù)據(jù)的哈希值。如果需要修改存儲(chǔ)在注冊(cè)表中的數(shù)據(jù)，則注冊(cè)表客戶端會(huì)將帶有修改信息的新記錄添加到區(qū)塊鏈中。

在上圖中，每個(gè)用戶都有一個(gè)在本地計(jì)算機(jī)(例如，筆記本電腦或電話)中運(yùn)行的注冊(cè)表客戶端。每個(gè)注冊(cè)客戶端都從區(qū)塊鏈讀取更新記錄，根據(jù)記錄中包含的哈希值驗(yàn)證更新數(shù)據(jù)，并從更新中重建記錄的最新視圖。

區(qū)塊鏈可以很好地充當(dāng)“服務(wù)市場(chǎng)”，因?yàn)橥环?wù)可能會(huì)被多次出售。但是，由于性能限制，基于區(qū)塊鏈的市場(chǎng)不適用于只能出售一次的商品。

4.智能合約和托管物的架構(gòu)模式

在這種模式下，我們考慮兩種情況。首先，我們考慮智能合約，其次，我們考慮智能合約的一種常見(jiàn)特殊情況：“托管物”。

4.1 智能合約模式

上下文：多個(gè)用戶希望遵守合同，稱(chēng)為可執(zhí)行程序。合同按照合同中定義的條件進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并且在給定時(shí)間，每個(gè)人都可以就合同的當(dāng)前狀態(tài)達(dá)成一致。

強(qiáng)制措施：需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)環(huán)境，在該環(huán)境中，一個(gè)惡意用戶或幾個(gè)用戶不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)。

解決方案：智能聯(lián)系人是區(qū)塊鏈技術(shù)的一部分，并受到以太坊等區(qū)塊鏈實(shí)施的支持。使用智能合約語(yǔ)言描述合約并分發(fā)給所有參與者。當(dāng)合同中定義的條件發(fā)生變化時(shí)，每個(gè)參與者都將執(zhí)行合同并使用共識(shí)算法將當(dāng)前狀態(tài)記錄在區(qū)塊鏈中。

4.2 托管事物模式

上下文：我們需要跟蹤現(xiàn)實(shí)世界中智能事物的所有權(quán)。在這里，智能事物是現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象，能夠在其中運(yùn)行計(jì)算邏輯。允許所有者對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的事物進(jìn)行控制和執(zhí)行操作。同樣，所有者可以將其所有權(quán)轉(zhuǎn)讓給其他人。

強(qiáng)制措施：需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)環(huán)境，在該環(huán)境中，一個(gè)惡意用戶或幾個(gè)用戶不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)。

解決方案：下面以Car作為被管理對(duì)象來(lái)描述模式的實(shí)現(xiàn)。 

圖4：基于區(qū)塊鏈的Managed Things體系結(jié)構(gòu)模式 

我們可以分兩步為托管物品(在本例中為汽車(chē))實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈。首先，制造商記錄汽車(chē)所有者的DID和公共密鑰。當(dāng)所有權(quán)更改時(shí)，所有者在區(qū)塊鏈中添加一條新記錄，指定新所有者。其次，在檢查所有權(quán)時(shí)，汽車(chē)首先檢索區(qū)塊鏈中的所有記錄，并驗(yàn)證所有者當(dāng)時(shí)是否添加了每條記錄。這是通過(guò)對(duì)照先前所有權(quán)記錄中包含的公共密鑰檢查編寫(xiě)記錄的用戶的公共密鑰來(lái)完成的。此有效鏈中的最后一個(gè)所有者是當(dāng)前所有者。

確定所有者后，汽車(chē)將通過(guò)檢索她的公鑰并使用具有Alice私鑰的Alice手機(jī)進(jìn)行基于質(zhì)詢-響應(yīng)-協(xié)議的登錄來(lái)登錄當(dāng)前所有者Alice。

這樣的系統(tǒng)降低了與遠(yuǎn)程控制偽像相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

但是，很難阻止有權(quán)訪問(wèn)“事物”的人實(shí)際更改內(nèi)部運(yùn)行的邏輯。解決此問(wèn)題的一種方法是構(gòu)建某種形式的自毀，該自毀在檢測(cè)到篡改偽像時(shí)觸發(fā)。