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  • 前几日去北京,拜访了几位在IBM和SAP工作的大学同学,我想刺探这些国际大公司在区块链技术上的研发动向。我们聊到一个关键问题,就是区块链存储。 现在人们对区块链的最大渴望...

    前几日去北京,拜访了几位在IBMSAP工作的大学同学,我想刺探这些国际大公司在区块链技术上的研发动向。我们聊到一个关键问题,就是区块链存储。

     

    现在人们对区块链的最大渴望就是尽快出现落地的实际应用,或者是让更多的商业逻辑运行在区块链平台上,或者与其他主流的商业应用系统进行整合。目前区块链在技术层面面临的最大问题是存储,因为存储是商业系统稳定运行的基础,而区块链一开始着重与交易,在存储方面相对偏弱,跟数据库系统还无法抗衡。

     

    很明显,未来越来越多的区块链应用并不与金融交易相关,这些区块链系统的目的是让任何类型的数据,包括结构化数据或文档格式,能够被分布式地收集、排序、时间序列化和归档。这些区块链的核心价值,是让所有参与者,在不依赖可信的中介机构的情况下,就能在“什么人在什么时候向区块链存储了什么信息”上,达成一致意见。例如,SAP最近发布了他们的区块链平台,就是针对广泛的供应链领域和非金融领域。

     

    区块链存储的三种技术:

     

    第一种区块链存储技术,也是使用区块链来存储数据最简单的办法是,将各种数据直接嵌入到交易中。

     

    每一个区块链交易都会被一个或多个参与方进行加密签名,并且复制到各个节点,然后被区块链的共识算法排序并增加时间戳,最终以防篡改的方式永久地保存到区块链上。因此,这些嵌入到交易中的数据,也会同时被保存到区块链上,被每个节点单独存储,而且我们也知道是谁、在什么时候写到区块链的。区块链的用户可以在将来任何时候来检索这些数据。

     

    在北斗链的代码中,提供了一种“数据流”类型的交易引擎,用来做数据的存储和检索。每一个流都有自己的“写”权限,只有授权的地址可以向流中写入数据。每个节点通过“订阅”的方式去读取这些流信息,如果一个节点订阅了某个流,它就可以实时地对流的内容进行索引,并且基于排序、时间戳、区块高度、发布者地址等参数快速检索这些流内容,类似传统的key-value”格式的数据库系统。

     

    隐私保护和扩展性问题

     

    当我们把数据直接保存在区块链的交易上,我们将面临两个问题:隐私保护和扩展性。

     

    隐私保护问题,在上述的流的方案中,每一个流的内容都能被区块链上任何一个节点订阅和检索到。对于很多区块链应用场景来说,我们会希望这些流信息只被一部分节点可以看到,其他节点只会帮助进行存储、排序、时间序列化或提供内容公证,但是不能读取流的内容。

     

    隐私保护的问题相对容易解决,我们在把数据嵌入到交易之前进行加密就可以办到。每一段数据的加密的密钥可以通过链上或链外的机制,传递给授权接受流媒体的节点,其他没有获得密钥的节点,只能看到二进制乱码而不是信息本身的内容。

     

    扩展性问题,就是一个比较难以解决的挑战了。我们假定一个区块链平台用来做数据存储,它基本的交易容量(TBS)是500/秒,每个交易存储一个小数据100bytes,加上交易本身的头部数据100bytes,一共是200bytes,那么区块链的整个网络吞吐量是100k/s500 / * 200bytes),换算成网络带宽约为1M,每个节点每年的存储量为3TB。还是可以接受的。

     

    但是,如果我们存储一个A4大小的扫描的文档,至少是500KB,那么整个网络吞吐量将达到250m/s,换算成网络带宽要达到2G,按照大家普遍使用的阿里云的价格体系,每年的带宽费用可能需要200万左右人民币,这显然是一个节点无法承受的成本,更不要说每年还有8000T的新增数据的存储问题。

     

    很显然,直接在区块链上进行大数据存储是不切实际的。那么我们如何利用区块链的去中心化机制,又不需要在节点之间进行数据复制呢?一个聪明的做法是“链外存储”,然后把存储地址存放到区块链上。

     

    第二种区块链存储技术 -- 哈希(HASH)方案。这种方案对要存储的信息通过哈希函数运算,生成摘要。将这个摘要存储到区块链交易中,而信息本身则存储在区块链之外(或者叫off-chain),比如传统的中心化的数据库中,以此来解决存储扩展性问题。

     

    区块链的参与者不能从摘要得到存储的数据,而是从链外获得数据后,通过摘要进行验证。摘要的时间戳和所有者也可以认定为链外数据的时间戳和所有者。因此链外存储跟链上存储一样,都可以获得区块链提供的数据公证。

     

    数据传输问题。

     

    下面我们谈另一个区块链存储面临的问题,就是数据传输问题。如果数据保存在链外,我们不通过区块链的的传输,如何把数据推送到需要它的节点呢?上面我们提出了一个解决方案,就是建立一个中心化的数据库系统。各个节点得到数据的摘要后,主动去数据库上读取数据。这种方案,要求这个数据库系统必须是可信系统,而且这种中心化的架构也违背了区块链去中心化的思想,因为如果数据库出现故障,或者网络问题,或者人为的数据删除,那么区块链节点是获取不到数据的。

     

    另外一种更合理的解决方案是点对点通信,任何一个需求数据的节点直接从原始的发布节点获取链外数据。但是这样也会遇到问题:

     

    1)必须有一个map,来映射每个节点上保存了哪些数据,这样才能让其他节点去请求数据;

    2)如果原始的发布节点离开了区块链网络,或者临时性的不能提供服务,那么节点上的数据就不能被其他节点访问;

     

    3)如果同时有多个节点都需要向原始发行节点请求数据,必然会造成网络堵塞和长时间的延迟。

     

    为了解决这些问题,我们有必要引入分布式的数据传输机制。

     

    第三种区块链存储技术:点对点(分布式)数据存储和传输。节点应该能够检索它们需要的数据,而不依赖一个单独的系统- 既不是一个数据库系统,也不是一个原始节点。任何人都不需要信任一个数据源,因为区块链的哈希函数可以保证数据没有被修改,如果有恶意的节点给我发送虚假的数据,我可以很容易识别,并把它们抛弃,然后再向其他节点请求数据。

     

    如果你对P2P文件传输协议比较熟悉的话,比如NapsterBitTorrent,这种机制是非常接近的,只不过区块链增加了新的功能,比如去中心化排序、时间戳、信息公证,使得所有用户都能够对什么时间、什么人、发生了什么达成共识。

     

    那么技术上如何实现这种点对点的数据存储和传输呢?我们可以选择现成的p2p文件传输平台,比如最近热门的IPFS平台,将它和区块链平台组合使用。一个节点上同时部署区块链系统和IPFS系统,可能还需要开发中间件系统来协调两者的工作。当我们需要在区块链上传输链外数据的时候,中间件把原始数据保存在IPFS系统中,然后构建一个区块链交易保存数据的哈希值。当需要检索数据时,中间件从区块链上获取哈希值,用哈希值去IPFS系统中获取内容,IPFS节点根据哈希值验证检索的内容,以确保没有被修改过。

     

    这种解决方案理论上是可行的,但是实际上是非常笨拙的:首先,每个节点都要部署、运行、维护三套系统(区块链系统、IPFS系统和中间件系统),每个系统都有独立的存储空间。第二,将有两个独立的P2P网络(区块链是一个P2P网络,IPFS也是一个P2P网络),每个网络都有自己的配置文件、网络端口、用户系统已经身份认证。IPFS系统迟迟无法上线他们的区块链主网,也说明了将两个系统整合在一起的难度是很大的。

     

    北斗链与IPFS的结合

     

    为了研究区块链的存储技术,尽快达到商用价值,北斗链-IPFS实验室在今年9月份就成立了,研究的出发点,是把IPFS协议在北斗链底层代码中重新实现一下,让北斗链在传统链上存储的基础上,实现链外数据的P2P存储和传输。我们希望在今年年底,也就是赶在IPFS官方区块链主网上线之前(Filecoin可以挖币之前),新版本的北斗链将无缝整合链外数据存储方案,有可能抢先发行北斗链的文件传输币。

     

    同时,我们也在研究区块链存储的C端产品,到时候能够给大家提供一个数据永远不会丢失、永远不会被篡改的存储平台。

     

     


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  • 2019年5月份,由珠海市泛圈网络科技有限...泛圈科技创始人、YottaChain生态社区委员会主席李志蛟介绍,泛圈科技是区块链加密存储明星项目YottaChain的全球超级主节点之一。 YottaChain是区块链存储公链领导者。由...

    在这里插入图片描述
    2019年5月份,由珠海市泛圈网络科技有限公司在与YottaChain联合主办的珠海站超级节点大会上,正式发布了自主研发的专注于加密数据存储YottaChain的专业服务器“芝麻云节点”,并兼容IPFS协议。
    泛圈科技创始人、YottaChain生态社区委员会主席李志蛟介绍,泛圈科技是区块链加密存储明星项目YottaChain的全球超级主节点之一。
    YottaChain是区块链存储公链领导者。由国际顶级科学家王东临先生带领的专业团队打造,通过连接分散的存储资源,构成一个具有自修复能力的规模浩瀚的全球共享的统一存储池,并能确保每个人的数据主权,在存储效率、数据可靠性、数据安全性和降低存储成本等方面都做到极致
    作为区块链存储领域的领导者,YottaChain在数据可靠性、数据安全性、服务可用性、容灾性和抗DDoS能力等核心技术指标上,都对现有互联网云存储巨头形成了降维打击,呈碾压之势。而实际上,去中心化的网络存储仅仅在技术上实现颠覆创新还远远不足,欲让区块链技术赋能实体经济,释放改变世界的巨大能量,必须有广泛商业应用的支撑,多元化的应用落地,发展庞大的用户群体,找寻生态可持续、健康发展的长远之策。
    在这里插入图片描述
    为什么Yottachain芝麻云服务器这么火爆
    其原因也很简单,现在区块链数字货币的项目鱼龙混杂,太多不知道真假的项目已经市场失去了信心。好的区块链项目需要真真切切落地应用,才能持久不衰;YottaChain 或是区块链技术首个成功落地的商用项目,它的一小步, 却是区块链技术向实际应用迈了一大步!区块链目前并没有太多成功落地的应用项目,一直以来区块链技术只是作为底层技术去设计各种数字货币模型,不免总有些人会拿着区块链作为幌子去做骗局。
    YottaChain的系统设计是面向用户和服务,而不是面向协议。YottaChain重新定义了区块链存储,每个商业节点包含六层,其中应用层面向应用,提供内容共享、云盘、社区治理等模块,并支持第三方应用。BSP平台承担跨链、加密去重、密码管理等核心功能。
    Yottachai会优先分配文件给条件更好更近的分布式存储设备进行存储,而泛圈科技的芝麻云节点服务器是集中放在Yotta生态基地的专业级电信IDC机房,因此作为主超级节点分布存储设备集中的专业矿池也就优先获得奖励,详细了解加V型号wongwingkan咨询。
    未来区块链存储的市场很大,大数据自身就是数据,而云计算、医疗健康、物联网、人工智能等等都会依据数据分析,产生海量数据。区块链存储则是提供无限容量、可靠、低成本的数据存储能力。芝麻云节点服务器是采用Yottachain区块链技术,一种基于创新科技的新型商业形态、经济形态、组织形态和社会形态,满足了存储自身有去中心化的需求,可以将存储直接token,激励服务器的拥有者(矿工)加入,激励用户使用,当用户越多的时候,去重的放大效应越高。

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  • 区块链技术与存储技术的融合主要分为 3 方面:基于区块链构建的去中心化存储系统、基于区块链优化已有系统的存储性能和区块链系统自身的存储方法与优化。对这些工作进行了综述,讨论对比了当前典型的采用了区块链...
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  • 区块链开发技术选型

    2021-08-11 00:48:37
    区块链开发技术选型 区块链开发技术选型 DApp架构 公链与联盟链 相关资料 DApp架构 DApp,即Decentralized Application,去中心化应用。 我们知道,一般的,一个完整的项目包括:展示操作层、逻辑层、存储层。...

    区块链开发技术选型


    DApp架构

    DApp,即Decentralized Application,去中心化应用

    我们知道,一般的,一个完整的项目包括:展示操作层逻辑层存储层。区块链是可以作为逻辑层(通过智能合约实现逻辑处理)、存储层(通过区块链结构存储数据)的实现的。简单的,我们可以这么说:如果应用中使用到了区块链等去中心化技术,那么我们就可以认为这个应用是DApp应用,不同的只是说这个去中心化技术在应用中的应用占比不同而已。

    • 纯粹的DApp应用,逻辑层存储层都是采用去中心化技术实现的,架构如图:
      在这里插入图片描述

    • 考虑到区块链存储成本太大,在实际项目中,我们只把关键的、需要去中心化的数据存储到区块链上,大部分不必要去中心化的数据还是按照传统的方式存入数据库中的,架构如图:
      在这里插入图片描述

    公链与联盟链

    区块链发展到现在,主要分为两个方向:公链联盟链。公链和联盟链都是区块链,都具备区块链的基础特征,他们的不同之处在于:

    • 公链
      • 开放式的,不限制节点的加入。
      • 公链需要有对应的激励机制,对矿工节点进行激励,以确保区块链被持续维护。
      • 公链的节点往往比较多。
    • 联盟链
      • 非开放式的,属于团体组件的网络;对于新节点的加入有准入机制。
      • 不需要激励机制,由组建联盟链的团体进行维护。
      • 联盟链的节点往往没有公链的节点多。

    截至目前(2021-08-11),常见的公链技术(应用)有:比特币、以太坊EOS等;常见的联盟链技术(应用)有:Hyperledger FabricQuorum、各BaaS(Blockchain as a Service)平台等。



    ^_^ 整理自《Go语言区块链应用开发从入门到精通》高野 编著

    ^_^ 本文已经被收录进《程序员成长笔记》 ,笔者JustryDeng

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  • 区块链区块链技术

    2018-02-10 10:39:24
    区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法[1] 。 区块链(Blockchain)是比特币的一个重要...
  • 区块链学习——区块链技术

    万次阅读 多人点赞 2018-04-19 09:36:35
    摘要我在区块链学习的上一篇博文,链接:区块链学习——区块链技术理念与工作流程中,简单介绍了区块链技术理念以及工作流程,本文我将继续介绍区块链技术栈。我们知道,区块链本身只是一个数据的记录格式,就像们...

    摘要

    我在区块链学习的上一篇博文,链接:区块链学习——区块链技术理念与工作流程中,简单介绍了区块链的技术理念以及工作流程,本文我将继续介绍区块链技术栈。

    我们知道,区块链本身只是一个数据的记录格式,就像们平时使用Excel表格、Word文档一样,按照一定的格式将我们的数据存储在电脑上。与传统记录不同的是,区块链将产生的数据按照一定的时间间隔,分成一个个的数据块记录,然后再根据数据块的先后关系串联起来,也就是所谓的区块链了。按照这种规则,沿着时间线不断增加新的区块,记录下发生的每一笔操作。

    这种数据记录的方式很新颖,在这种记录方式下,数据很难被篡改或者删除,有朋友可能会说,这有什么不好修改或者删除的,比如我在电脑上保存的Excel数据,再怎么复杂我也能修改啊!如果区块链的数据格式只是应用在单机环境或者一个中心化的服务器上,那确实是,毕竟自己对自己的数据拥有完全支配的权利。然而,事实上并不是如此。

    事实上,区块链是一整套技术组合的代表,在这一组技术的配合下,才能显示区块链技术的优点。无论是什么样的区块链系统,不管是比特币、莱特币、以太坊还是其他的,核心结构和工作原理都是相同的。我们来看看最基本的技术组合有哪些吧。


    如上图所示,这是区块链系统结构的基本组成,各种系统本质上都是在这个经典结构之上直接实现或者扩展实现。这些零部件装配在一起,组成了一个区块链软件,运行起来后就成为一个节点,多个这样的节点在不同的计算机上运行起来,就组成了一个网络。在这个网络中没个节点都是平等的,大家相互为对方提供服务,这种网络称为点对点的“对等网络”。下面我们来依次解释一下

    1.区块链账本

    如上所述,区块链账本它表示一种特有的数据记录形式。区块链就是“区块+链”,所谓的区块就是指数据块的意思,每个数据块之间通过某个标志连接起来的,从而形成一条链,我们看一下示意图:


    如图所示,一个区块一个区块地衔接,区块之间通过某种方式串联起来,就比特币来说,大约是每10分钟产生一个区块,区块中主要包含了交易事务数据以及区块的摘要信息。我们来看看比特币中区块链数据的组成示意图:


    通过上图可以看到比特币中区块链账本的数据组成以及关系,并且可以看到区块链数据在逻辑上分成了区块头和区块体,每个区块头中通过梅克尔根关联了区块中众多的交易事务,而每个区块之间通过区块头哈希值(区块头哈希值就是一个区块的身份证号)串联起来。这是一种链条格式,链条最大的特点就是一环扣一环,很难从之间去破坏。比如有人篡改了中间的2号区块,那么久的同时把2号区块后序的所有区块都要更改掉,这个难度就很大了。在区块链系统中,一个节点产生的数据或者更改的数据要发送到网络中的其他节点接受验证,而其他节点是不会通过验证一个被篡改的数据的,因为跟自己的本地区块链账本数据匹配不起来,这也是区块链数据不可篡改的一个很重要的技术设计。

    这个格式还有个很巧妙的地方,如果数据总是由一个人来记录的,那自然也没什么,但是如果放到网络中,大家共同来记录这个数据,那就有意思了,每个区块数据由谁来记录或者打包,有一个规则。比如说掷骰子,大家约定谁能连续3次掷出三次6点,那就让他记录下一个区块的数据,为了补偿他的劳动投入,奖励给他一些收益。比特币正是通过这种方式不断发行新的比特币出来,奖励给打包记录区块数据的那个人的比特币就是新发型的比特币。

    2.共识机制

    所谓共识,就是指大家达成一致的意思。在区块链系统中,每个节点必须要做的事情就是让自己账本和其他节点的账本保持一致。如果在传统的软件系统中,这几乎不是问题,因为有一个中心服务器存在,也就是所谓的主库,其他库向它看齐就行。在实际生活中,很多事情人们也是按照这种思路来的。但是区块链是一个分布式的对等网络结构,在该结构中没有哪个节点是“老大”,一切都要商量着来。在区块链系统中,如何让每个节点按照规则保持数据一致是一个很核心的问题,这个问题的解决方案就是制定一套共识算法。

    共识算法其实就是一个规则,每个节点都要按照这个规则去确认自己的数据,并且我们要从所有的节点中选举出一个最具有代表性的节点,那么如何筛选呢?其实就是设置一组条件,就像我们筛选运动员、尖子生一样,给一组指标让大家来完成,谁完成得更好,谁就有机会被选上。在区块链系统中,存在着多种这样的筛选方案,比如PoW(proof of work工作证明)、PoS(Proof of stake权益证明)、DPoS(Delegate proof of stake委托权益证明)、PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance,实用拜占庭容错算法)等等。区块链系统就是通过这些删选算法或者共识算法使得网络中各个节点的账本数据达成一致。

    3.密码算法

    密码算法的应用在区块链系统中很巧妙,应用点也很多,我在这里不详细介绍密码的原理,就从几个很关键的应用来介绍一下。

    首先我们回顾下区块链账本格式。通过上述讲解我们知道,区块链账本就是一个链接起来的一个个区块。到底是通过什么技术来链接的呢?学过数据结构的同学都知道,数据结构中有一种变量叫指针(Java中没有指针概念)它是可以用来指向某个数据地址的。区块之间的连接,往往不是靠数据地址来关联的,而是靠一种叫做哈希值的数据来关联,什么是哈希值?这是通过密码算法中的哈希算法计算得出的。哈希算法可以通过一段数据计算得出一段摘要字符串,这种摘要字符串与原始数据是唯一对应的。什么意思呢?如果对原始数据进行修改,哪怕只是一点点的修改,那么计算出来的哈希值都会发生完全的变化。区块链账本对每个区块都会计算出一个哈希值,称为区块哈希。通过区块哈希来串联区块。这有一个很好的作用就是,如果有人篡改了中间的某一个区块数据,那么后面的区块就都要进行修改,这个时候并不是简单地修改一下后面区块地址指向就能结束的。由于后面的区块是通过区块哈希来指向的,只要前面的区块发生改动,这个区块哈希就无效了,就指不到正确的区块了。

    当然密码算法在区块链中的应用远不止这些,比如通过密码算法来创建账户地址、签名交易事务等等,这些应用在后面会介绍。

    4.脚本系统

    脚本系统在区块链中是一个相对抽象的概念,也是一个及其重要的功能,可以说是区块系统之所以能形成一个价值的网络,依靠的就是脚本系统。它就像一个发动机一样,驱动着区块链系统不断地进行各种数据的收发。所谓脚本,就是指一组程序规则。在区块链中有些程序的规则是固定的,比如在比特币系统中,只能进行比特币的发送与接收,这个与发送与接收的过程就是通过实现在比特币中的一组脚本程序来完成的。而有些系统是允许用户自行编写一组程序规则的,编写好后可以部署到区块链账本中,这就可以扩展区块链系统的功能,比如以太坊就是通过实现一套可以自定义功能的脚本系统,进而实现了只能合约的功能。

    脚本系统使得在区块链中可以实现各种各样的业务功能。本来大家只是通过区块链来财务记账,通过脚本系统,大家可以使用区块来记录各种各样的数据,比如订单、众筹账户、物流信息、供应链信息等,这些数据一旦可以记录到区块链上,那么区块链的优点就能充分发挥出来。有关脚本系统的具体使用和开发,我后面会讲解。

    5.网络路由

    这个功能模块比较简单。区块链系统是一个分布式的网络,这些网络中的节点如何来彼此进行通信呢?依靠的就是网络路由功能。在分布式的网路结构中,不存在一个指定的服务器,大家没办法通过一个服务器来直接交换彼此的身份信息,就只能依靠彼此联系并传播信息。在区块链系统中,这个功能一般会定义成一种协议,称为“节点发现协议”。

    除了要发现节点外,更重要的一个功能就是同步数据。节点要保持自己账本数据是最新的,就必须时时更新自己的数据。从哪更新呢?既然没有服务器下载下来,那就通过邻近的节点了。通过向邻近节点发送数据请求来获得最新的数据,节点彼此都充当服务者和被服务者,通过这种方式,网路中的每个节点都会在某一个时刻达成数据上的一致。

    网络路由可以说是区块链系统的触角,通过大量的触角将每个节点连入网络,从而形成一个功能强大的区块链共识网络。



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