區(qū)塊鏈技術(shù)解析

1、 區(qū)塊鏈技術(shù)解析區(qū)塊鏈技術(shù)是基于比特幣應(yīng)用提出的一個(gè)概念，他是一個(gè)融合了多種技術(shù)的一個(gè)集成式創(chuàng)新。目前區(qū)塊鏈的應(yīng)用早已不僅僅局限在比特幣上。人們?cè)谡務(wù)摶蚴褂谩皡^(qū)塊鏈”這個(gè)詞時(shí)，有時(shí)候是指技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用，有時(shí)是指技術(shù)實(shí)現(xiàn)本身。區(qū)塊鏈的技術(shù)特征：（1）多副本、（2）可靠記錄、（3）不可篡改、（4）多方透明幾個(gè)特性，上述特性總結(jié)下來(lái)，采用區(qū)塊鏈技術(shù)后，應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)如下圖所示，可以看出，區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)應(yīng)用而言，就是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)（估計(jì)看到我這個(gè)結(jié)論，很多磚就要拍過(guò)來(lái)了，請(qǐng)大家拍磚的同時(shí)繼續(xù)看），我一一說(shuō)來(lái)：一、從分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念理解區(qū)塊鏈技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)比，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的概念顯然更容易被理解，我

2、就從分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的一些基本概念出發(fā)，理解區(qū)塊鏈的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，這些概念包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)可靠傳輸、存儲(chǔ)過(guò)程與觸發(fā)器（智能合約）、數(shù)據(jù)安全：1、分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)共享是一個(gè)分布式的記賬簿，交易記錄具備多個(gè)副本，因此首先要解決分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的問(wèn)題。1）區(qū)塊鏈存儲(chǔ)的基本單元是區(qū)塊，區(qū)塊采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，即新增的區(qū)塊（類似數(shù)據(jù)庫(kù)一行記錄）都知道自己前一個(gè)區(qū)塊（前一行記錄）是什么，可以一直追溯到根，區(qū)塊的標(biāo)識(shí)是區(qū)塊的哈希值，同時(shí)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)保留了業(yè)務(wù)產(chǎn)生的軌跡，可以在新增交易的時(shí)候根據(jù)前面的記錄做校驗(yàn)，保證了區(qū)塊的內(nèi)容不容易篡改。這種模式，我們?cè)趥鹘y(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)也會(huì)采用，例如拉鏈表的形式，每次對(duì)數(shù)據(jù)的

3、更新都采用追加（ Insert而不是Update）模式，有起始時(shí)間、失效時(shí)間和是否生效標(biāo)識(shí)，保持全部交易歷史。區(qū)塊鏈把這一點(diǎn)變成了一種底層固有模式，加入了哈希、時(shí)間戳等機(jī)制在技術(shù)上保證鏈條的正確性，因此非常有價(jià)值。2）既然是分布式、多中心的存儲(chǔ)方式，就必須解決存儲(chǔ)時(shí)的分布式一致性問(wèn)題。在區(qū)塊鏈的前身比特幣應(yīng)用中，解決這一問(wèn)題的方式是工作量證明（POW Proof-Of-Work）方式，即通過(guò)工作以獲得指定成果，用成果來(lái)證明曾經(jīng)付出的努力。這也是接觸區(qū)塊鏈技術(shù)時(shí)第一個(gè)比較迷惑的地方，我為啥一定要用工作量來(lái)證明，是不是還有其他方式？區(qū)塊鏈技術(shù)從比特幣中獨(dú)立出來(lái)后，大家把這一問(wèn)題歸結(jié)為共識(shí)問(wèn)題，工作

4、量證明是達(dá)成共識(shí)的一種方式，這樣就清晰多了。于是就產(chǎn)生了權(quán)益證明（POS Proof of Stake）方式，是一種通過(guò)業(yè)務(wù)規(guī)則達(dá)成共識(shí)的方式；實(shí)用拜占庭容錯(cuò)（PBFT Practical Byzantine Fault Tolerance）方式，是一種通過(guò)技術(shù)規(guī)則達(dá)成共識(shí)的機(jī)制。在公有鏈上，工作量證明（POW）還是一種最主要的共識(shí)方式，不容易取代，但在聯(lián)盟鏈上，完全可以根據(jù)自己的情況，創(chuàng)造出新的共識(shí)方式出來(lái)。我們就根據(jù)這一想法，在特定業(yè)務(wù)中創(chuàng)造過(guò)共識(shí)算法，解決分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一致性問(wèn)題，以后有機(jī)會(huì)再展開說(shuō)。2、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)可靠傳輸區(qū)塊鏈技術(shù)是一組技術(shù)的組合，既然是一個(gè)分布式的記賬簿，就要解決數(shù)據(jù)可

5、靠傳輸問(wèn)題。包括記賬節(jié)點(diǎn)（信任節(jié)點(diǎn)）之間、非記賬節(jié)點(diǎn)（非信任節(jié)點(diǎn)）、客戶端與記賬節(jié)點(diǎn)（信任節(jié)點(diǎn)）之間的數(shù)據(jù)傳輸。在以前我們的方案中，往往通過(guò)可靠消息或者P2P方式解決數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，這些技術(shù)也被用于區(qū)塊鏈技術(shù)中。但必須說(shuō)明的是，在真實(shí)業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，不可能把所有的數(shù)據(jù)都記錄在記賬簿中，部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)還是要保存在自己的系統(tǒng)中，這就還需要在技術(shù)框架上做到本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈的記賬簿保持一致，后面微服務(wù)架構(gòu)與區(qū)塊鏈技術(shù)整合時(shí)會(huì)具體闡述，總之，區(qū)塊鏈平臺(tái)只能保證自身數(shù)據(jù)之間的一致，業(yè)務(wù)不能完全依賴區(qū)塊鏈平臺(tái)保證數(shù)據(jù)一致性。3、智能合約：觸發(fā)器與存儲(chǔ)過(guò)程智能合約是指當(dāng)一定條件滿足的情況下，可以被自動(dòng)執(zhí)行的數(shù)字化

6、合約。實(shí)現(xiàn)這一特性，在數(shù)據(jù)庫(kù)中就是由觸發(fā)器和存儲(chǔ)過(guò)程完成的。雖然在目前流行的應(yīng)用架構(gòu)中，都不建議把邏輯寫在存儲(chǔ)過(guò)程中，但觸發(fā)器和存儲(chǔ)過(guò)程還是常用的工具，尤其在數(shù)據(jù)遷移相關(guān)的運(yùn)維活動(dòng)中。區(qū)塊鏈技術(shù)中智能合約就是觸發(fā)器和存儲(chǔ)過(guò)程，他是一個(gè)在沙箱中運(yùn)行的腳本，用于執(zhí)行區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)中的業(yè)務(wù)邏輯，也可以用于各種檢查。舉個(gè)例子，A產(chǎn)生一筆支付時(shí)，可以通過(guò)智能合約在數(shù)據(jù)鏈上進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)A的余額無(wú)法支付這筆交易，就可以中止這筆交易。和存儲(chǔ)過(guò)程相比，智能合約運(yùn)行在沙箱之中，不能對(duì)外部 API 做調(diào)用。這也比較好理解，如果允許外部調(diào)用，就可能無(wú)法保證自身的數(shù)據(jù)一致性，后面我們會(huì)講到這種缺陷如何彌補(bǔ)。美中不足的

7、是目前的智能合約并不支持 SQL 語(yǔ)法。4、數(shù)據(jù)安全交易數(shù)據(jù)是透明的，但不是全部透明，而是相對(duì)透明，這是區(qū)塊鏈技術(shù)的一個(gè)難點(diǎn)，關(guān)鍵有二：（1）如何保護(hù)隱私，僅僅能看到自己可見的數(shù)據(jù)；（2）密鑰分配問(wèn)題，例如新加入鏈中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)被分配一個(gè)新的密鑰，如何用這個(gè)密鑰解讀以前鏈中存儲(chǔ)的信息。可見與不可見，這是一個(gè)矛盾，理論上沒有一個(gè)完美的方案，這里我不對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)如何加密、如何做密鑰管理、如何同態(tài)加密等方式做解讀，而是講講如何通過(guò)業(yè)務(wù)方法而不是技術(shù)手段規(guī)避這一問(wèn)題。舉個(gè)例子，在一個(gè)小企業(yè)支付的聯(lián)盟鏈中，核心企業(yè)包括某銀行、企業(yè)A，為A的上下游企業(yè)提供信貸業(yè)務(wù)，對(duì)于所有交易的數(shù)據(jù)，銀行和核心企業(yè)A都是

8、可見的，他們擁有記賬節(jié)點(diǎn)，對(duì)于其他加盟企業(yè)，只擁有非記賬節(jié)點(diǎn)，他們雖然也有全部的數(shù)據(jù)，但是只能看到自己相關(guān)的數(shù)據(jù)。很明顯，加盟企業(yè)放棄了自己的部分隱私權(quán)，但也得到了生意的機(jī)會(huì)，這種方式加盟企業(yè)是可以接受的，就好比貸款企業(yè)要向銀行提供經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)一樣。數(shù)據(jù)安全問(wèn)題，在技術(shù)上很難解決，但通過(guò)業(yè)務(wù)手段是可以規(guī)避的，這也是我們看好聯(lián)盟鏈的重要原因。二、理解區(qū)塊鏈技術(shù)常見的幾個(gè)困惑從剛剛接觸區(qū)塊鏈技術(shù)的一頭霧水，到概念的逐步清晰，再到區(qū)塊鏈應(yīng)用的研發(fā)，經(jīng)歷很多困惑，這里列出幾個(gè)常見的困惑。困惑1：比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用，不能把比特幣應(yīng)用的所有內(nèi)容都?xì)w結(jié)為區(qū)塊鏈技術(shù)上文提到，區(qū)塊鏈技術(shù)從比特幣中獨(dú)立出來(lái)

9、是 2014 年左右的事情，此前每每舉出區(qū)塊鏈的案例都是比特幣，給區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用造成了很多誤解。我建議先了解區(qū)塊鏈技術(shù)，再了解比特幣，先理解聯(lián)盟鏈的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，再了解公有鏈的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，公有鏈看作是聯(lián)盟鏈的一種大規(guī)模延展，可以少走一些彎路。困惑2：公有鏈情況下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能不高，但聯(lián)盟鏈的性能可以遠(yuǎn)高于公有鏈，能滿足多數(shù)場(chǎng)景的要求數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題是分布式存儲(chǔ)最大的問(wèn)題，而并發(fā)越高，沖突的概率就越大。區(qū)塊鏈技術(shù)之所以能支持的每秒交易數(shù)（TPS）不高，主要是共識(shí)機(jī)制比較復(fù)雜，或者說(shuō)共識(shí)機(jī)制就是刻意為了降低并發(fā)性，減少數(shù)據(jù)沖突的概率。在公有鏈上，這是一個(gè)無(wú)法逾越的問(wèn)題，只能從事實(shí)時(shí)性要求不敏感的業(yè)務(wù)。但是

10、，在聯(lián)盟鏈中，由于鏈中的參與方并不多，也不需要每個(gè)節(jié)點(diǎn)都記賬，就可以使用一些性能更高的共識(shí)機(jī)制，例如前面說(shuō)的PBFT。我們?cè)?jīng)嘗試過(guò)一種全對(duì)等的算法，可以支持更高的性能。困惑3：應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)不一定必須有礦工來(lái)挖礦初次接觸區(qū)塊鏈技術(shù)，礦工/挖礦這個(gè)概念讓人非常費(fèi)解：（1）為什么一定要挖礦？（2）為什么要給記賬成功的節(jié)點(diǎn)獎(jiǎng)勵(lì)比特幣來(lái)鼓勵(lì)記賬？（3）非比特幣的業(yè)務(wù)中如何鼓勵(lì)記賬？這個(gè)困惑歸根結(jié)底還是把區(qū)塊鏈和比特幣混淆造成的。前面說(shuō)過(guò)，挖礦是通過(guò)工作量證明（POW）達(dá)成共識(shí)的機(jī)制，挖礦能力愈強(qiáng)就取得了記錄權(quán)。更重要的是比特幣的貨幣屬性，發(fā)行貨幣要么靠國(guó)家信用（例如紙幣），要么靠奇缺資源（例如黃金）

11、，比特幣為了防止濫發(fā)，就需要用算力做為一種奇缺資源。這樣說(shuō)來(lái)，比特幣實(shí)際上把共識(shí)算法、貨幣屬性、鼓勵(lì)記賬這幾件事都用挖礦來(lái)解決了，思路確實(shí)精妙。但是，在業(yè)務(wù)規(guī)則不同的聯(lián)盟鏈中就不一樣了，除了有其他更高效的共識(shí)算法外，不需要奇缺資源，不需要專門對(duì)記賬做鼓勵(lì)，因?yàn)楸仨氂涃~已經(jīng)是核心企業(yè)之間的契約，可以通過(guò)技術(shù)手段保證數(shù)據(jù)的同步，支持審計(jì)等能力，自然就不需要挖礦了。困惑4：目前應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)不是去中心，而是多中心去中心是一個(gè)理想，經(jīng)常有人問(wèn)，為什么要去中心？去中心有什么好處？真的能去中心嗎？后來(lái)，我深入研究聯(lián)盟鏈的場(chǎng)景時(shí)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際的業(yè)務(wù)場(chǎng)景大多是多中心（這又是比特幣惹的禍，他真的想去中心），例如上述的企業(yè)聯(lián)盟方式，幾個(gè)建立聯(lián)盟的核心企業(yè)就是多中心，他們共同成為一個(gè)新的中心。傳統(tǒng)方式建立新的中心，往往通過(guò)建立清算機(jī)構(gòu)的方式，而區(qū)塊鏈技術(shù)讓建立中心的成本降低了。困惑5：不是所有的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)都是記賬節(jié)點(diǎn)，很多節(jié)點(diǎn)僅僅用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步而已多中心就意味著不是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要記賬，記賬的工作由幾個(gè)中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)就可以了，其他節(jié)點(diǎn)與記賬節(jié)點(diǎn)間是數(shù)據(jù)同步的關(guān)系，也就是非記賬節(jié)點(diǎn)上也有全部數(shù)據(jù)。聯(lián)盟鏈中非記賬節(jié)點(diǎn)一般處在加盟企業(yè)，由于數(shù)據(jù)可見性的要求，非記賬節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)并不是都可見的，但是這一副本可以做為一種法律依據(jù)，提高了篡改數(shù)據(jù)的成本。三、總