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  • 区块链本质上是一个去中心化的分布式账本数据库,271别掉队
    2021-01-30 18:09:50

    区块链就是把加密数据(区块)按照时间顺序进行叠加(链)生成的永久、不可逆向修改的记录。想象一个封闭岛国的房地产市场,只允许岛民购买和出售岛上房屋;所有交易记录都有岛国唯一的地产中介进行打印和保存(因为其他人没有打印机)。每座房子的产权交易记录都是一条信息链;房子过往每一次交易的信息按照时间顺序形成了一个链条。假如每份纪录都被锁在一个独立的信箱里,只有房屋所有人拥有钥匙;新的交易记录可以被塞进信箱里,成为信息链的最新一环,但是一旦塞进信箱里,纪录就不可以再被取出丢弃,或者被修改。此时,这所有信箱合起来就是一个非数字化的区块链--信息加密,每个秘钥持有人仅可以看到或者授权他人看到自己房屋的交易信息;而每次给房屋添加交易信息都是永久不可逆的过程。不会丢失,不能修改。再想象:如果岛上并没有中介,而是每家各有一个打印机和一面对应岛上所有房产的信箱墙,各家人依然只可以打开自家墙上跟自己房产有关的信箱。如果每次有一座房子被交易,交易人要跑遍岛上所有人家,给对应的信箱里添一页纪录。那这时候,即使有几家发生了火灾,丢掉了交易纪录,或者有人偷偷把自己家信箱里的纪录撤换掉,整体交易记录也不会出现偏差--居民只要在每次交易之前拿出每个人那里保存的交易记录副本,根据多数原则确定统一的交易历史,并纠正错误的副本,就可以在无监督的情况下运行区块链。这也就是常常被与区块链混为一谈的另一技术:分布式账本(distributed ledger)。区块链是一种可以完全改变金融系统底层设计的技术,因为可以实现所有市场参与人对市场中所有资产的所有权与交易记录的无差别记录,所以可以完全消灭掉清算和托管这些在交易前中后进行所有权确认的中间环节;另外,区块链作为一种电子信息记录,可以结合计算机算法实现交易的自动化,即智能合约。区块链结合其他金融技术有许多衍生应用,每种均可以将一类市场中介替代。区块链之于金融服务,如同TCP/IP之于互联网:一旦底层标准得到认可与普及,类似比特币和R3的具体应用将会出现在金融服务的每个角落里。

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  • 区块链去中心化数据库

    千次阅读 2020-12-15 16:52:33
    关系数据模型、优化与索引、事务模型是数据库技术发展取得的主要成就,但是保持数据一致性是数据库系统实现的基本要求。保证数据一致性包括关系依赖的数据保证...利用去中心化的思想,可以实现在参与主体间保持数据的一

    关系数据模型、优化与索引、事务模型是数据库技术发展取得的主要成就,但是保持数据一致性是数据库系统实现的基本要求。保证数据一致性包括关系依赖的数据保证某种约束条件以及数据的多个副本保持一致性。为满足互联网的发展,可扩展的数据库系统经历了从通过大型机器提供的计算和存储能力实现垂直的可扩展性到当前主要依靠增加廉价机器提升计算和存储能力实现水平扩展能力。但是在水平扩展性框架下,通过Paxos协议达成数据一致性仅能在几个副本之间达成,数据的管理权限控制在单个实体中。利用去中心化的思想,可以实现在参与主体间保持数据的一致性,形成主体之间的“共识”。数据库遇到区块链要解决的根本问题将是将中心化环境中的数据一致性拓展到去中心化环境中的数据共识性。
    区块链是一个共享数据库,存储于其中的数据或信息,具有“不可伪造”、“全程留痕”、“可以追溯”和“集体维护”等特征。基于这些特征,区块链技术奠定了坚实的“信任”基础,创造了可靠的“合作”机制,具有广阔的运用前景。区块链将信息存储在称为区块的数据结构中,实现了一个良好的共识机制,例如网购中如何确定交易的有效性就需要一种良好的共识机制。共识在这里是指参与者关于某一区块链的状态达成共同的认识。去中心化的含义在于没有某一个人或某个机构可以处于领导地位,任何的决策、变更都需要参与者使用区块链这个良好的共享机制来达到相同的认识,实现共识。在这个共识的过程中,并不是消除信任,而是信任集合中的每一个实体。相对于传统数据库,区块链具有以下优点:
    1.去中心化:传统数据库是通过控制访问权限来管理数据,但是不能排除拥有 管理权限的用户做出损害数据库的行为。但是区块链使用数据加密学和工作量证 明以及结点的共识机制来保证数据的安全。
    2.健壮性:区块链具有高容错性,由于其内在的冗余机制,单个实体对于整个 区块链网络都是必不可少的。即时是出错的结点也不会导致整个网络的崩溃。
    但是相对于传统数据库,区块链的运行速度较为缓慢,但是原因并不是因为区块链技术无法实现高性能,而是其作为新生事物还有较大的优化空间。数据库与区块链相融合,不仅数据库可以解决从一致性到共识性的拓展,而且数据库的技术方法可以促进当前的区块链技术发展。
    各类技术的相互借鉴、融合和发展是未来数据管理领域的发展趋势。数据库技术与其他计算机技术相融合也是数据库技术的一个显著特征,在数据库过往的发展史中,数据库技术与分布处理技术相融合,出现了分布式数据库系统;数据库技术与并行处理技术相融合,出现了并行数据库系统;数据库技术与移动通信技术相结合,出现了移动数据库系统。过往数据库发展的历史告诉我们,未来的数据管理依然会朝着多领域融合的方向发展。随着大数据的发展,大数据给数据管理、数据处理和数据分析提出了全新的挑战。支持海量数据管理的系统应具有高扩展性、高性能、容错性等。只有数据库系统进一步的发展,人类才可以更好地分析可利用的大规模数据,也能使得更多的学科取得进步,更多的企业获得更大的成功。现代数据所面临的挑战不仅包括扩展性不足,还面临着数据隐私、数据溯源以及可视化等多方面的问题。这些技术挑战同时横跨多个应用领域,这也要求数据库技术与各类技术相互借鉴、融合和发展。

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  • 2018全球互联网架构大会-去中心化区块链数据库ThunderDB
  • 前言:区块链从概念诞生到技术发展已经历较长时间,但是随着这两年的火热,才渐渐被市场和许多技术人员了解。...同时,他也提出了区块链和数据库技术融合的未来方向——“去中心化数据库”的创想。以下...

    前言:区块链从概念诞生到技术发展已经历较长时间,但是随着这两年的火热,才渐渐被市场和许多技术人员了解。作为一个数据库行业的老兵,巨杉数据库联合创始人兼CTO王涛看到传统的IT技术同学们对于在热潮之下的区块链技术,保持了十分理性,甚至是排斥的态度。

    在本文中,王涛将从数据库对比的角度,帮助传统IT人更好的理解区块链技术。同时,他也提出了区块链和数据库技术融合的未来方向——“去中心化数据库”的创想。以下为王涛的详细分享:

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    作为一个数据库行业的老兵,我看到对于区块链技术,在热潮之下,传统的IT技术同学们保持了十分理性,甚至是排斥的态度。其实不管是热捧还是排斥,两极观点之下,我认为我们应该从IT人比较能够理解的角度探讨一下区块链技术。因为区块链的本质和数据库技术非常相像,很多机制使用数据库的理念去理解会更直观、准确。

    对于区块链和传统数据技术,我认为区块链技术的未来发展,主题是“融合”。我们就从数据库这个角度来解读一下区块链技术体系中各个技术点,以及通过“去中心化数据库“这个概念,把区块链与数据库技术做一个比较好的整合。

    1、区块链技术现状

    当前的区块链世界有人号称1.0、2.0、甚至已经到了3.0时代,但是从一个产品或技术打磨的角度来看,我认为当前的区块链也就相当于数据库的80年代,处于百花争鸣各种思想层出不穷的时代。

    对技术人来说,这是最好的时代,各种新鲜的想法和思路大量爆发,在沉闷的技术领域带来新鲜的突破;同时这也是最坏的时代,没有任何产品或方向肯定是未来的主流,任何新鲜的思路也许在几个月以后就被证明不可行。

    所以,我们要正确认知当前区块链技术的变革和发展,先要对比一下当年数据库所走过的道路,看看未来区块链世界会怎样发展。
    1
    技术演进路程

    首先我认为,区块链一定会从当前的专有化向通用化演进。现在基本所有做公链的产品都是针对某一个特定的场景来实现与优化,但是我认为未来一定不会是一个应用一条链,而是有一种通用的开发范式,就好像传统数据库一样,不管大家开发什么样的应用程序,都可以使用这么若干有限的几个通用性产品就能够满足大部分业务场景了。

    第二,向标准化演进。对于区块链技术,现在每个链基本都有自己的开发范式,甚至很多公链还模仿以太坊尝试自己做一个编程语言出来,这实际上是一种行业处于原始时期的标志。怎样判断一个行业开始走向成熟?就是业务模式基本固定,开发方式基本固定,这样就能够对大量的程序人员进行推广了。

    第三,产品化和模块化不断加强。当前不管是以太坊、比特币还是很多其他新的公链,大部分的体系结构都是非常紧耦合的。对比起我们在大数据领域的Hadoop,基本每个模块都可以作为独立插件进行可配置可定制的插拔。所以我认为,随着区块链技术的不断成熟和稳定,未来一定会出现一款成熟产品,能够通过可插拔配置与插件的方式满足多种共识算法、安全机制等。

    最后,性能与可扩展性的提升。实际上这也是数据库所走过的路,当前区块链世界想在短短的时间之内通过侧链、分片等机制跨过当年数据库几十年来的变革。

    下文中我将会介绍,从数据库的角度看待区块链,其最大的性能与扩展能力制约瓶颈在什么地方,以及应当如何优化。

    发展现状

    让我们回过头来,看看当前区块链行业的现状。

    我一直以来的观点,抛开区块链上层的一些应用与金融领域的创新,单独从技术角度来看,其最大的革新在于对等数据存储机制的建立。

    在数据库这个行业里,大家一直遵从着主—从架构,而完全“多活”的系统从几十年前的提出一直以来都是传说中的事情,从来没有任何产品真正做到多活。

    而当我们以创新的多活数据库来看待当前区块链技术时,就会发现三个急需改进的问题。

    首先,区块链的体系结构现在非常混乱,大家还没有向传统数据库一样将其分类为事务、存储过程、鉴权、主从同步等模块,大部分人对区块链的认知还是停留在神秘的黑盒子阶段。

    第二,区块链的开发语言完全不成体系。数据库在经过开始的“战国时代”后,渐渐使用SQL做到了业界的大一统。而区块链当前明显还处于“战国时代”,还没有一个统一的标准开发和使用标准。

    第三,需求的多种多样,有些需求或白皮书的业务介绍是靠谱的,有些则是完全异想天开不知所云。实际上这个和区块链所带来全新的业务模式相关,很多人还在探索新的业务模型,从而导致需求没有形成标准范式。

    2、区块链 vs数据库技术——相同点

    从数据库的角度对比,区块链技术即去中心化多活数据库技术,两者之间没有本质区别。

    这里我列举了一些区块链里面比较重要的技术点,以及这些技术点在数据库领域中是以什么形式存在的。这些概念和数据库中的技术概念一一对应关系如下:

    共识机制:一致性控制—共识机制

    分布式数据库中叫做一致性控制,包括传统的主从复制、新一代的Raft、Paxos等算法。在区块链中为了解决额外的拜占庭问题,将算法改进为PBFT、PoW、PoS等协议

    存储机制:数据库日志—账本

    区块链结构基本等价于数据库的事务日志,其主要新增的内容包括Merkle Tree结构用于快速验证数据的正确性,但是其本质与数据库的交易日志等价。同时数据库在日志中更会包括事务控制等企业级能力,是区块链数据结构所不具备的

    智能合约:智能合约—存储过程

    智能合约与数据库存储过程一样,都是一段托管代码。本质上智能合约与数据库存储过程没有什么区别,都是通过外部调用或虚拟机执行一段代码,并可以将托管代码共享给其他用户进行调用

    分片

    数据库分片机制早在MPP数据库时代就已经存在。通过将大量数据切分在不同分片中,达到限制每个分片数据总量,并提升总吞吐量和存储空间的目的

    应用开发接口

    当前区块链还处于类似数据库当时的早期时代,接口没有统一标准化。根据区块链项目不同,其接口可以按照数据库、对象存储、API调用、甚至PaaS平台标准进行定义

    安全机制

    区块链的安全机制与数据库安全机制具有相似之处。数据库安全一般分为鉴权与授权两个模块,分别代表用户登录以及访问权限。而区块链当前仅支持记录级写授权,但是对于读操作时完全共享的。因此,从安全策略上数据库比当前的区块链完善很多

    3、区块链 vs数据库技术——不同点

    2功能架构

    如上图所示,黄色部分是区块链和数据库架构都拥有的功能。白色的部分是目前数据库独有的功能。

    SQL我们在上文也有提及,数据库的SQL能力是实现其通用性的重要部分,SQL对于之后区块链的开发模式固定下来很重要。

    索引管理这块,在数据库中主要是提升数据管理和数据查询的性能效率的,当具体的应用场景出现,性能将成为下一阶段需要提升的重要部分。因此,存储的数据的索引就成为很重要的组成了。

    在机制上,区块链和数据库的主要区别就如以下几点:

    一致性

    区块链的设计思想,与传统数据库设计思想最大的不同就在于多活,也就是去中心化这个体系下所带来的一致性模型的区别。

    传统的关系型数据库遵循ACID强一致模型,写入的记录立刻可以读到。而一些新型分布式数据库采用最终一致性,也就是BASE模型,写入的数据暂时不一定读到,但是最终一定会存在。

    但是,区块链,或者说去中心化数据库的设计思路就存在明显区别,也就是说任何操作不存在“永久确认”这个概念。即使类似比特币,从核心原理上来看6个块之前的内容也只是“基本不会被回退”。举个极端的例子,如果中美之间广域网出于什么原因突然断了三天,之后恢复的话比特币一定会出现大规模分叉,这个期间如果有账号同时在中美进行大额消费的话,想要恢复一个主链则一定需要牺牲很大一部分人的交易才能实现回退。

    那么,既然在对等架构中没有办法保障强一致,那么区块链体系中的一致性则和传统数据库存在本质上的区别,从而引发后续一系列设计上的不同。归根节底,在任何传统主从架构的数据库模型中,人们会想尽一切方法防止集群内出现“脑裂”,也就是同一个集群里面两个节点都认为自己是主节点。但是这个问题在对等数据库体系下时时刻刻都可能发生,而这种现象在区块链里面叫做分叉,这是和我们传统数据库一致性模型非常不同的地方。

    锁机制

    其中,锁机制可以说是区块链与数据库在保障数据一致性方面最大的区别。

    所有研究过数据库的同学不可能没听说过锁。当我们做一个事务的时候,提交之前所有该会话变更的记录都要被锁住,不能被其他会话所修改。

    而去中心化数据库,由于每个账本节点操作本地数据,变更信息会异步地传输出去,因此根本不存在一个全局锁能够在记录变更的时候通知其他人。因此,在无锁的前提下,去中心化数据库,也就是区块链该怎样保障数据一致呢?

    比特币使用的是UTXO结构,有点类似于数据库的“乐观锁”的思路,也就是操作的时候不进行锁定,只有在最后提交的过程中判断记录有没有变化。

    比特币则是通过coin是否被花费的状态来判断是否存在交易冲突。而以太坊则是使用nonce作为每条记录的递增计数器来判断是否存在针对某一账户的重复交易,实际上也是一种变相实现的行级锁的机制。

    安全机制

    另一个区块链业界大家谈论比较多的就是安全机制。

    首先,我不是加密算法专家,因此我在这里不去讨论具体使用的加密算法,而是从整个存储体系的安全模型设计上,来讨论一下区块链技术中如何在全对等架构的体系下保障数据安全。在我看来,区块链的安全体系分为三个级别,记录级、区块级以及链级

    记录级安全主要是判断某一条操作记录是否合法,在一些实现中还包括是否对不同用户有读可见和写可见。

    而区块级则是当节点接收到另一个节点发送的区块时,如何判断这个区块本身没有被篡改过,那么通过默克尔树、挖矿的结果等机制都可以做到。

    最后,怎样保证链的完整呢?比如每个数据块需要包含链中上一个数据块的校验,以及当分叉发生时如何进行回退等,都是保障整个链条结构的完整。

    4、区块链与数据库的技术融合——去中心化数据库架构

    区块链技术和数据库技术的融合会形成怎么样的结果呢?

    我们是否能够将现有的区块链以数据库的架构进行组织,分为内核,运行库,插件,以及SQL解析优化等不同模块呢?

    既然数据库的核心本质依然是不可变更的事务日志,这一部分等同于区块链的链结构,那么如果我们通过将SQL引擎架设在state store,甚至让SQL引擎直接对链内的数据进行访问,是不是意味着我们就拥有了一个通用的编程和访问接口?
    又例如,对于安全组件,我们是否可以做到列级行级表级以及节点级别的安全认证,同时可以通过配置指定哪些表需要进行数字签名,哪些表的一些字段是共享的,但其他字段是需要经过多重签名加密的。

    另外,对于一致性来说,我们是否可以指定某些表是全局共享表,某些表则是本地表,这样就可以取代现在区块链与数据库混用的部署方式。

    我认为,未来会出现两者融合而成的 “去中心化数据库”
    3

    去中心化数据库的基本特性:

    1. 去中心化:架构是完全的去中心化的,不存在中心的控制节点,每个节点都具备读写的功能,每个节点的数据都是一致的;
    2. 无全局锁:由于采用广域网上的对等架构,去中心化数据库不可能实现全局锁,因此系统只能使用在某种程度上弱化锁与一致性,来满足高可用的需求;
    3. 非固定节点生成日志:非固定节点生成日志,日志是整个数据库的日志,在去中心化的体系结构中任何节点都有权记录日志,这样就形成了去中心化没有主节点的架构,任何节点都有机会临时成为记账节点出块;
    4. 异步事务确认:由于不存在全局锁,与传统数据库相比一些事务机制必须得到调整。将事务的提交回滚做到异步可能是一种比较可行的思路;
    5. 一致性策略调整:在多活的区块链状态下,数据的一致性策略会与传统的数据库一致性机制有所不同;
    6. 行级别安全性和触发器:对于数据安全,去中心化数据库将会保证到行级甚至列级的数据安全性。

    5、结语

    区块链和数据库技术融合:去中心化数据库

    对于区块链和传统数据技术,我认为区块链技术的未来发展,主题是“融合”!

    现在区块链的业务理念飞速发展,但是从技术本身来看,我认为当前区块链的技术仍然和上世纪“80年代”的数据库技术阶段类似,在技术的成长期。如我们上文所提到,区块链技术在通用性、标准化上还有很长的路要走。

    而基于技术路线和架构设计的类似,数据库技术与区块链技术的融合其实是大势所趋。 而通过区块链技术和机制的引入,去中心化数据库,将可能是未来技术发展的一个重要方向。

    文章出处:http://www.8btc.com/decentralizationdata

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    区块链的去中心化是如何实现的?

    去中心化的定义

    在一个分布有众多节点的系统中,每个节点都具有高度自治的特征。节点之间彼此可以自由连接,形成新的连接单元。任何一个节点都可能成为阶段性的中心,但不具备强制性的中心控制功能。节点与节点之间的影响,会通过网络而形成非线性因果关系。这种开放式、扁平化、平等性的系统现象或结构,我们称之为去中心化。
    ——来自百度百科

    区块链如何实现去中心化?

    核心:解决身份,通信可控,以及账本完整性。

    1.解决身份问题

    解决身份问题: 非对称加密(ecc密码体系等)的引入,例如签名算法ecdsa等,保证身身份可以被无第三方的公开验证;

    2.消息传递完整性

    消息传递完整性: 散列算法例如sha2, hmac, keccak等 的引入,其高抗碰撞性保证了个人信息传递的完整性;

    3.点对点通信

    点对点通信: kad, gossip等p2p通信协议的引入,使得通信双方无需第三方参与,直接可以完成信息的传递;

    4.共识技术

    共识技术: 共识既要保证区块链出快的有序性,又要保证足够激励,让大家参与到网络中来 。较为著名的有POW(比拼算力),POS(
    比拼财力)以及其他比拼某种资源的共识。

    5.多副本冗余

    多副本冗余: 在前面4点的基础上,使得各自都有一个账本记录了所有交易,谁都不依赖谁,谁也否定不了谁,终极体现去中心。

    记录心得

    去中心化就是共识机制,就是数据的一致性,分POW和POS,去中心化的关键是分布式账本,我们可以把这些分布式账本看成是分布在不同节点上的数据库,储存着比特币网络的交易记录,如何保证这些分布式账本的一致性就是最为核心的问题,区块链就是用密码学产生的数据块,通过块来记录区块链的每一次交易。

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