微众区块链观察节点的架构和原理 | 科普时间

践行区块链公共精神，实现更好的公众开放与监督！2023年12月，微众区块链观察节点正式面向公众开放接入功能。从开放日起，陆续有多个观察节点在各地运行，同步区块链数据，运行区块链浏览器观察检视数据，社区也对这一形态的开放网络开展了热烈的讨论。本文将从技术和网络结构的角度去剖析，如何通过观察节点进行信息的读取、查验和监督，实现数据透明。

  什么是观察节点

区块链的基本要旨是通过密码学算法构建一条不可篡改、不可否认的数据链，所有数据都环环相扣，所有的交易数据可追溯、生成的结果可验证。更重要的是，区块链网络具备分布式和多方参与的特征。因此，用户可以部署自己的节点，接入到区块链，获得链上数据，无需依赖中心化服务，在本地即可验证数据。

在微众区块链体系中，用户可部署的节点有几种：

最轻便的是轻节点。轻节点的原理是仅同步区块头数据，区块头数据包含了区块的可验证信息，用于便捷验证区块包含的交易及状态存在性、真实性。但轻节点并不会在本地保存执行所有的交易，一般用于仅需部分验证交易的场景。

功能最完整的是共识节点。共识节点会同步所有区块和交易数据，并在本地执行验证，且能生成新区块或对其他共识节点生成的新区块投票验证。在公众联盟链体系里，共识节点普遍由参与业务决策过程的重要核心机构部署。作为区块的生产参与者，这些机构对共识节点的运行质量、响应速度要求非常高，否则链的可用性都会受到严重影响。

居于其中的是观察节点。观察节点拥有所有的历史数据，即从第一个创世块开始，到最新的区块，包括区块里的交易，都忠实的、不折不扣的被同步读取和存储到本地节点上，并通过链上智能合约虚拟机引擎，执行交易所部署和调用的智能合约，在本地计算交易和验证结果。同时，观察节点并不参与共识过程，用户只需一台普通云服务器、充足的硬盘空间，即可运行观察节点。

观察节点给了用户更高的自由度，用户可以随时运行节点，同步到最高的区块高度，然后对链上数据进行分析。顾名思义，观察节点就像冷静、客观、全面的观察者，具备了成为链上应用监督者的基本条件。

微众区块链的公众联盟链观察节点让公众广泛接入，将数据和交易运行机制完整的交给用户，彰显了开放、透明的姿态，同时这也是在技术架构上的一个创新实践，在系统的完备性、稳定性、安全性等方面都是很好的多方验证。  

  基于观察节点能做什么  

区块链数据的基本数据要素是区块，区块里包含交易列表，每个交易或是部署智能合约，或调用智能合约。也就是说，链上智能合约代码，以及对合约的调用输入参数，都包含在区块里。观察节点包含了完整功能的智能合约虚拟机，一边同步区块和交易列表，一边通过虚拟机执行指令，将智能合约的数据结果保存下来，并通过密码学算法验证执行结果。

对于常见的存证应用来说，交易输入的是存证证据Hash、简要说明、签名列表等，并在链上忠实存储下来，打上时间戳，后续即可通过存证合约接口去验证某个证据是否存在，是否完整，是否在某个时间产生。

对于账目类应用来说，交易输入的往往是账目的转出方和接收方，以及转账金额。智能合约会计算交易发起方的用户身份，如是否为真实的转出方账户所有人；转出方的余额是否充足；转账结束后，双方的余额是否达到事务性的有增有减，不能只增不减，也不能只减不增，而是收支平衡，账目正确。

对于更复杂的合约逻辑，同样可以根据合约接口的输入输出，以及对照智能合约的逻辑，验证运行过程是否出错，是否完整，是否符合应用规则。

更重要的是，既然节点同步到了所有的交易历史，如有必要，可以从创世块里第一个相关的交易开始，一步一步跟踪执行状态，分析整个过程是否有错漏，是否有不合适的交易方，是否有异常的交易频率等。

只要熟悉链上某个应用的逻辑，或者是参与到该应用的用户，关心自己的数据完整性、真实性，都可以通过观察节点验证它，同时也是对业务运行过程的监督。

当前版本的公众联盟链观察节点包含了一个友好的区块链浏览器，它提供友好易用的界面，供用户查看区块、交易、智能合约信息，同时参与到链上某个应用的用户，可以通过应用主页里的验证工具，直接去验证自己的数据。

更进一步，基于公众联盟链的完整数据，开发者可以开发更具风格的交互，为用户提供更多维度的数据管理和查询分析工具，打造更加场景化的应用，创造出更有生命的生态。

  观察节点的设计考量

有社区用户关心，所有的数据都打开给公众看，会有哪些挑战?

首先，公众联盟链的要旨是，兼顾服务公众和开放可信。公众联盟链上的应用本身就秉承开放理念，提供的是公众可使用的服务，业务规则透明，数据可供公众使用和验证。更重要的是，和隐私相关的数据明文并不上链，而是用密码学算法生成随机的数据指纹，做为脱敏的标识，供合约运行使用，无需担心链上数据会泄漏用户身份等敏感信息。

同时，公众联盟链集成了区块链公有链和联盟链两大技术路线的优势，兼顾实现可信基础设施建设的特性，其中联盟作为链的属主和运营方；政府或权威机构则发起设立联盟治理委员会，作为链上节点承担公众联盟链的治理工作；而公众用户则可以通过网络访问基于区块链的Web3.0服务，并同时通过轻节点、观察节点接入区块链网络进行信息的读取、查验和监督。在整个体系中，角色和权限有清晰的划分，各司其职，有可靠的链上角色权限控制机制进行鉴权管控，拒绝未授权的访问，为网络的稳定运行提供了保障。

最后，公众联盟链观察节点代码本身是开源的，这进一步体现了开放和可信的精神，也给予开发者们更大的创作空间和完备的技术基础。

观察节点的版本和功能依旧在迭代中，我们会在保证数据隐私和系统安全的基础上，持续进行开放透明的创新实践。         

  结语

公众联盟链观察节点体系已经迈出坚实的第一步，我们期待有更多的应用、更多的用户参与、更大体系的网络规模，如此更能彰显开放网络的立体效应。

本次面向公众开放的dapp有数据鉴证、数字内容共创平台、植樾，后续更多dapp将陆续开放，我们也会和社区开发者、以及参与到这些应用的用户一起，持续打造更友好的、功能更丰富的浏览器以及链上应用验证工具，基于公众联盟链体系开展更多的应用探索，发展更可信、更广泛的应用生态。

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