本聪剖析|区块链：突破数据库局限性

在上个世纪，纸质清单和分类帐让位于强大的电子数据库，使 IT 管理员能够搜索、分类、共享和移动记录和相关信息。

但传统数据库有局限性。例如，数据库是单独拥有的服务。企业部署、构建和管理其数据库及其包含的数据。然后，企业可以使用该数据——或者将其出售或与数字经济中的其他企业共享。拥有数据库的企业可以完全控制其设计、内容和可用性——数据用户完全依赖于数据和数据库所有者的完整性，通常被称为“受信任的权威”。随着世界变得越来越互联并依赖于数据和数据共享，传统数据库的局限性给安全性和信任带来了挑战。

这些限制推动了分布式电子数据库系统的发展。它是一种旨在通过在选择参与系统的多个独立利益相关者（例如企业或政府）之间分发和同步数据来实现信息民主化的技术。该系统最常见的例子是区块链。

什么是区块链？

区块链于 2009 年推出，是一种电子数据库，也称为不可变分类帐，用于保存重要信息，例如记录和分类帐条目。但是区块链技术增加了传统数据库没有的特性和功能。

首先，区块链系统跨点对点 (?P2P?) 网络运行，其中每个网络对等点共享计算/网络负载并维护数据的完整副本。随着越来越多的对等点进入网络，更大的系统会扩展以处理更多的记录流量。更多的对等点也意味着区块链数据库的可用性和容错性更高。

其次，不可变账本（数据库）的内容都是相关或链接在一起的。添加到分类帐中的每条记录或记录集都代表一个数据块。每个区块都通过包含加密哈希、时间戳和交易元数据链接到前一个区块。因此，每个区块连接起来形成一个不断增长的区块“链”——衍生术语区块链——以创建安全和不可变的记录。如果不改变加密散列以及后续块中的所有散列，则记录无法更改。密码学和区块相互关系的结合使区块链数据库高度安全。

传统数据库可以临时更改记录，而区块链数据库只能写入数据。这是安全性和完整性机制的一个组成部分：可以在区块链中更改数据，但只能通过编写新的可追溯和可审计的块来更改。因此，关于哪些数据被更改、何时更改、为什么更改或由谁更改的问题永远不会有任何问题。

区块链如何运作

区块链最常与金融交易相关联——主要是比特币或以太坊等加密货币交易。与 SQL 或任何其他数据库格式一样，它可以应用于无数垂直行业和用例，而不仅仅是金融。让我们考虑一个基本的区块链流程。

请求交易将新的数据块写入区块链。

该请求被广播到参与区块链的所有节点。

参与区块链的每个节点都会根据算法检查哈希值以验证交易。

每个节点都执行工作量证明过程，就新区块的有效性达成共识，如果共识成功，则将该区块添加到链中。

对于我们的示例，假设企业想要创建整个企业中的服务器事件和错误的不可变的、可审计的日志。每个服务器通过网络将日志条目传递到公共日志服务器。每个块可能包含一系列细节，包括以下内容：

始发服务器的名称和地址；

目的地或日志服务器的名称和地址；

日志条目的错误、事件和其他详细信息。

加密是使块与众不同的核心。区块被分配了一个加密哈希，专门为其数据生成——以及前一个区块的哈希。

散列就像数据的指纹一样；它是通过数学算法计算出的十六进制数序列。该算法为每个块生成一个唯一的哈希（指纹）。更改块中任何位置的单个位，其散列将变得完全不同。该块的调整后的哈希值也会传递给下一个块，并与下一个块一起记录。

这个过程创建了一系列不仅相关而且不可分割的块。如果黑客更改了一位，该块的记录哈希将与该块的新哈希不匹配，并且区块链会向管理员发出警报。但变化影响的不仅仅是那个块（块 A）的哈希值：新的哈希值与后续块（块 B）的哈希值不匹配，从而使块 B 的哈希值——以及每个后续块（块 C、D 等）的哈希值不匹配。

哈希 -- 无效。这种相互关联的密码学使区块链数据库安全，并且是强制执行不变性的系统。

但是散列本身不足以确保完全安全。现代计算能力有时使黑客能够在几分钟内重新计算和插入新的哈希值，以部分或全部隐藏他们的篡改。

区块链数据库通过耗时的计算过程故意延迟块的创建，为每个块执行。该技术称为工作量证明，要求在块加入链之前执行和验证计算。典型的交易可能需要长达 10 分钟才能完成每个区块。这意味着黑客需要大量时间来篡改广泛的区块链。黑客入侵和重新验证整个区块链的可能性 - 没有被检测到和补救 - 非常小。

分布式 P2P 网络还可以保护不可变的分类帐。参与数据库的每个系统或节点都托管区块链的完整副本。每个节点在将块添加到该节点的副本之前验证每个块。所有参与节点创建共识，确定哪些块是有效的。如果节点确定一个区块无效或被篡改，则拒绝该区块。因此，在一个节点上成功入侵区块链的攻击者将被参与区块链的其他节点检测到并拒绝。

区块链版本

区块链自最初推出以来已经发展到支持更广泛的应用程序和用例。该技术有三个主要迭代。

区块链 1.0代表了该技术的早期引入，主要关注金融交易。

区块链 2.0扩展功能以支持取代传统纸质合同的“智能合同”。链中的小小程序创建、验证、监控和执行协议的条款和条件。这种类型的区块链越来越多地用于采购、销售和运输货物的供应链管理操作。

区块链 3.0提高了互操作性和可扩展性，以支持被称为dApps 的分散式应用程序。一个dApp在一个分散的 P2P 网络的后端运行；区块链在前端处于活动状态，以调用在后端运行的 dApp。

区块链可以是公共的、私有的或合作伙伴的。

一个公共blockchain是提供给任何企业或用户，它允许任何人以数据块添加到链。

私有区块链旨在在单个组织内使用——或者更狭隘地用于特定团队或人员——但该数据库通常可以被该组织中的任何人查看。

一个合作伙伴blockchain支持组的组织是股份交易，如政府机构。

区块链用例

广泛的垂直行业使用区块链技术来完成各种任务。采用区块链的一些常见示例包括：

金融：金融市场是区块链的最早采用者之一，使用记账技术取代传统的电子分类账、加密货币支付和其他市场交易和清算。

政府：政府使用区块链来保存和提供契约和公共记录等文件。

供应链：市场使用区块链来交换数据、支持计费、管理配额并跟踪商品和服务的交换。

卫生保健:医疗保健行业使用区块链来保存和保护患者数据、收集数据进行分析、处理医疗保健付款以及安排和提供医疗保健服务。

技术:区块链在包括智能网络在内的技术应用中的使用正在增加，例如智能城市中的应用。它还为无人机等物联网设备收集和处理数据，支持自动驾驶汽车、机器人、超级计算机和分析。

区块链的好处

区块链技术为企业和关键业务数据带来了重要的好处。

安全。密码学、不变性和分布式结构的使用意味着区块链数据库几乎不受黑客攻击、欺诈和其他渎职行为的影响。非法数据更改被可靠地检测和拒绝。

弹性。区块链是一种分布式技术：参与数据库的每个节点共享一个完整的数据库副本，并在每个节点发生变化时为每个节点的验证贡献共识。共识不仅增强了安全性，而且如果一个节点出现故障或受到攻击——例如分布式拒绝服务——其余节点继续运行。攻击和禁用每个节点是极其困难的。

更快的业务。由于公共数据集可供所有有权访问分类账的利益相关者使用，因此区块链数据库通常可以消除伴随业务交易的传统手动验证和交易结算时间。这有助于显着加快某些财务和合同业务运营。

合规性和治理。区块链数据的不可变和按时间顺序的性质本身可以被审计以维护业务或行业合规性，以及作为整个业务治理的关键要素。

透明度。随着全球业务对普遍信任的需求增加，公共区块链交易的可见性和不变性有助于建立和确保数据公平准确的信任。

区块链限制

尽管有这些好处，但区块链仍存在该技术固有的潜在局限性。

复杂。区块链安全带来了更高复杂性的负担。考虑分布在全球业务合作伙伴和实体之间的节点和数据库副本的数量：这给网络和流程带来了额外的负担。区块链是一种仅适用于最安全敏感或任务关键型数据库用例的技术。

较慢的交易。尽管一个区块可能包含大量数据，但执行工作量证明和在所有节点之间达成共识所需的时间会减慢数据输入的过程。一些节点将某些类型的事务优先于其他类型的事务，从而能够解决有问题的积压。

能源效率低下。关于工作量证明的越来越多的抱怨是，系统需要大量的能量和时间来在所有涉及的节点上执行工作量证明，但所有这些计算工作的好处几乎不存在。

数据库大小。跨节点复制和同步区块链数据库的需求使得 IT 专业人员难以及时引入和同步新节点。随着区块链变得越来越大，创建和维护区块链变得越来越困难。

可扩展性。由于工作量证明操作，区块链不能很好地扩展，因为区块添加过程的速度很慢。每个区块可以存储有限数量的数据，并且在给定的时间段内，只有有限数量的区块可以附加到链上。这限制了区块链数据库的可能大小。

最终，区块链和不可变账本技术不太可能成为所有企业数据库应用程序的合适替代品。业务领导者应采用和部署最适合业务需求的数据库平台。

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编译者/作者：本聪财经

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