區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)庫(kù)如何結(jié)合？

一、區(qū)塊鏈介紹

區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)以區(qū)塊為單位產(chǎn)生和存儲(chǔ)，按時(shí)間順序連成鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所有節(jié)點(diǎn)共同參與區(qū)塊鏈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驗(yàn)證、存儲(chǔ)和維護(hù)，新區(qū)塊的創(chuàng)建需得到共識(shí)確認(rèn)，通過(guò)廣播實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同步，之后就不能更改或刪除。中本聰2009年發(fā)明的比特幣是區(qū)塊鏈的第一個(gè)應(yīng)用。

區(qū)塊鏈沒(méi)有理論創(chuàng)新，是多種已有技術(shù)的集成創(chuàng)新，主要解決多方信任與高效協(xié)同問(wèn)題。從技術(shù)角度包括哈希運(yùn)算、數(shù)字簽名、P2P網(wǎng)絡(luò)和共識(shí)算法四部分內(nèi)容。區(qū)塊鏈所記錄的數(shù)據(jù)不變（immutable），區(qū)塊鏈通過(guò)密碼學(xué)和時(shí)間戳保障區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)不被惡意篡改。

根據(jù)參與區(qū)塊鏈的個(gè)體是否受限，區(qū)塊鏈又分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈。例如比特幣就是典型的公有鏈，任何人都可以加入。因?yàn)闆](méi)有準(zhǔn)入限制，比特幣設(shè)計(jì)了算力非常昂貴的挖礦算法，消耗了大量資源，效率也比較慢。因此，對(duì)于企業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，首選聯(lián)盟鏈和私有鏈。

共識(shí)協(xié)議是區(qū)塊鏈重要概念。比特幣采用PoW的形式，即算力挖礦，利用哈希算法不停運(yùn)算直到找到小于某個(gè)值的數(shù)值即可。還可以選擇拜占庭容錯(cuò)式協(xié)議，如bigchainDB的共識(shí)采用的就是tendermint共識(shí)。此外，常見(jiàn)的共識(shí)方法還包括Proof of Stake，Delegated Proof of stake、Raft等。

除比特幣外，區(qū)塊鏈的典型應(yīng)用包括Hyperledger Fabric，Ethereum，R3 Corda、Quorum、Fisco。主流的國(guó)際區(qū)塊鏈聯(lián)盟組織包括Libra（Facebook、mastercard、visa、paypal參與，支付領(lǐng)域）、B3i（安聯(lián)、蘇黎世保險(xiǎn)、太平洋保險(xiǎn)等，保險(xiǎn)領(lǐng)域）、fnality（瑞銀、巴克萊，證券、跨境支付領(lǐng)域），MOBI（寶馬、福特等，汽車領(lǐng)域），mediledger（基因泰克、輝瑞、醫(yī)藥領(lǐng)域），Tradelents（航運(yùn)領(lǐng)域），tradeix marcopolo（供應(yīng)鏈領(lǐng)域）?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)在這些領(lǐng)域，區(qū)塊鏈都將帶來(lái)改變和變革。

二、區(qū)塊鏈主流應(yīng)用

區(qū)塊鏈的應(yīng)用最早來(lái)自金融行業(yè)，后面慢慢擴(kuò)展到很多傳統(tǒng)行業(yè)，如供應(yīng)鏈、物聯(lián)網(wǎng)等。2019年11月，華為的政府區(qū)塊鏈目錄在北京上線，鏈接了50多個(gè)北京市機(jī)構(gòu)，提供了更有效的數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)共享和權(quán)限管理。螞蟻區(qū)塊鏈提供電子票據(jù)應(yīng)用，招商銀行使用區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)跨境支付等。

如何判斷你的業(yè)務(wù)是否適合區(qū)塊鏈？可參考如下圖。

三、區(qū)塊鏈政策解讀

1. 1025講話：2019?年?10?月?25?日，***的講話稱，我們要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度。

2.? 密碼法發(fā)布：10月26日下午，十三屆全國(guó)人大常委會(huì)第十四次會(huì)議表決通過(guò)密碼法，并表示該法將自2020年1月1日起施行

四、區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)比

NUS的Ooi教授認(rèn)為，區(qū)塊鏈和數(shù)據(jù)庫(kù)的主要區(qū)別在于，區(qū)塊鏈的設(shè)計(jì)首要目的是安全，數(shù)據(jù)庫(kù)的首要目的是效率，因此，有如下詳細(xì)對(duì)比分析：

對(duì)比點(diǎn)

設(shè)計(jì)選擇

原因

共識(shí)協(xié)議

區(qū)塊鏈

拜占庭故障容忍

互不信任的運(yùn)行環(huán)境

數(shù)據(jù)庫(kù)

宕機(jī)故障容忍

高可用的運(yùn)行要求

共識(shí)層位置

區(qū)塊鏈

頂層

去中心化，防單點(diǎn)

數(shù)據(jù)庫(kù)

存儲(chǔ)層之上

數(shù)據(jù)完備性

事務(wù)層

區(qū)塊鏈

順序執(zhí)行

易于理解、易用

數(shù)據(jù)庫(kù)

并發(fā)執(zhí)行

高吞吐

存儲(chǔ)

區(qū)塊鏈

歷史（賬本）+狀態(tài)

溯源，解決爭(zhēng)議

數(shù)據(jù)庫(kù)

狀態(tài)

節(jié)約存儲(chǔ)

索引

區(qū)塊鏈

Merkle Tree等

篡改可見(jiàn)性

數(shù)據(jù)庫(kù)

B樹(shù)

硬件友好

Sharding

區(qū)塊鏈

基于節(jié)點(diǎn)的分片

防止惡意分區(qū)

數(shù)據(jù)庫(kù)

基于服務(wù)的分片

負(fù)載均衡

五、區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)庫(kù)如何結(jié)合

我認(rèn)為，區(qū)塊鏈不可能替代數(shù)據(jù)庫(kù)，區(qū)塊鏈和數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)合有兩種思路：

1）??應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)改進(jìn)區(qū)塊鏈的性能、可用性。例如，BigchainDB就是這一方向的典型應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)術(shù)界的研究大多基于這個(gè)方向。

2）??利用區(qū)塊鏈的不可變特性開(kāi)發(fā)不可變數(shù)據(jù)庫(kù)。例如，AWS的QLDB。

六、Bengchin Ooi在區(qū)塊鏈方面研究成果簡(jiǎn)介

1.???????Blockbench：發(fā)表在2017年SIGMOD，業(yè)界首個(gè)評(píng)估私鏈性能的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試套件，由新加坡國(guó)立大學(xué)和浙江大學(xué)聯(lián)合開(kāi)源發(fā)布。

2.???????ForkBase，發(fā)表在2018年VLDB，是業(yè)界首個(gè)針對(duì)區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)的原生存儲(chǔ)系統(tǒng)

3.???????Improving performance bottleneck with trusted h/w and sharding (SIGMOD 2019)

GaussDB

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