在上個世紀，紙質清單和分類帳讓位于強大的電子數(shù)據(jù)庫，使IT管理員能夠搜索、分類、共享和移動記錄和相關信息。

但傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫有其局限性。例如，數(shù)據(jù)庫是獨立擁有的服務。企業(yè)負責部署、構建和管理其數(shù)據(jù)庫及其包含的數(shù)據(jù)。然后，企業(yè)可以使用該數(shù)據(jù)，或者將其出售或與數(shù)字經濟中的其他企業(yè)共享。擁有數(shù)據(jù)庫的企業(yè)可以完全控制其設計、內容和可用性，而數(shù)據(jù)用戶完全依賴于數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫所有者的完整性，這通常被稱為“信任權威”。隨著世界變得越來越互聯(lián)并依賴于數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)共享，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的局限性給安全性和信任帶來挑戰(zhàn)。

這些限制推動著分布式電子數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展。這種技術旨在實現(xiàn)信息民主化–通過在多個獨立利益相關者(例如企業(yè)或政府)之間分發(fā)和同步數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)最常見的例子是區(qū)塊鏈。

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什么是區(qū)塊鏈?

區(qū)塊鏈于2009年推出，它是一種電子數(shù)據(jù)庫，也稱為不可變分類帳，用于保存重要信息，例如記錄和分類帳條目。但是區(qū)塊鏈技術增加了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫沒有的特性和功能。

首先，區(qū)塊鏈系統(tǒng)跨點對點 (P2P) 網(wǎng)絡運行，其中每個網(wǎng)絡對等點共享計算/網(wǎng)絡負載并維護數(shù)據(jù)的完整副本。隨著越來越多的對等點進入網(wǎng)絡，更大的系統(tǒng)會擴展以處理更多的記錄流量。更多的對等點也意味著區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫的可用性和容錯性更高。

其次，不可變賬本(數(shù)據(jù)庫)的內容都具有相關性或鏈接在一起。添加到分類帳中的每條記錄或記錄集都代表一個數(shù)據(jù)塊。每個區(qū)塊都鏈接到前一個區(qū)塊–通過包含加密哈希、時間戳和交易元數(shù)據(jù)。因此，每個區(qū)塊連接起來形成一個不斷增長的區(qū)塊“鏈”(即區(qū)塊鏈)以創(chuàng)建安全和不可變的記錄。記錄無法更改，除非改變加密哈希以及后續(xù)塊中的所有哈希。密碼學和區(qū)塊相互關系的結合使區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫高度安全。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫可以臨時更改記錄，而區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫只能寫入數(shù)據(jù)。這是安全性和完整性機制的重要組成部分：在區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)可以更改，但只能通過編寫新的可追溯和可審計的區(qū)塊來更改。因此，你總是可以知道哪些數(shù)據(jù)被更改、何時更改、為什么更改或由誰更改的問題。

區(qū)塊鏈的工作原理

區(qū)塊鏈最常與金融交易相關聯(lián)，主要是比特幣或以太坊等加密貨幣交易。與SQL或任何其他數(shù)據(jù)庫格式一樣，區(qū)塊鏈可以應用于無數(shù)垂直行業(yè)和用例，而不僅僅是金融行業(yè)。讓我們看看基本的區(qū)塊鏈流程。

• 請求向區(qū)塊鏈寫入新的數(shù)據(jù)塊。
• 該請求被廣播到所有參與區(qū)塊鏈的節(jié)點。
• 參與區(qū)塊鏈的每個節(jié)點都會根據(jù)算法檢查哈希以驗證交易。
• 每個節(jié)點執(zhí)行工作量證明過程，就新區(qū)塊的有效性達成共識，如果成功達成共識，則將該區(qū)塊添加到鏈中。

在我們的示例種，假設企業(yè)想要對整個企業(yè)中的服務器事件和錯誤創(chuàng)建不可變的、可審計的日志。每個服務器通過網(wǎng)絡將日志條目傳遞到公共日志服務器。每個塊可能包含一系列細節(jié)，包括以下內容：

• 始發(fā)服務器的名稱和地址;
• 目的地或日志服務器的名稱和地址;
• 日志條目的錯誤、事件和其他詳細信息

加密是核心，這使每個區(qū)塊都很獨特。區(qū)塊被分配一個加密哈希(專門為其數(shù)據(jù)生成)，以及前一個區(qū)塊的哈希值。

哈希值就像數(shù)據(jù)的指紋;它是通過數(shù)學算法計算出的十六進制數(shù)序列。該算法為每個區(qū)塊生成唯一的哈希值(指紋)。如果你更改區(qū)塊中任何位置的單個位，其哈希值將變得完全不同。該區(qū)塊調整后的哈希值也會傳遞給下一個塊，并與下一個塊一起記錄。

這個過程創(chuàng)建了一系列不僅相關而且不可分割的區(qū)塊。如果黑客更改一個位，該區(qū)塊所記錄哈希值將與該區(qū)塊的新哈希值不匹配，并且區(qū)塊鏈會向管理員發(fā)出警報。但這種更改不僅僅影響那個區(qū)塊(區(qū)塊A)的哈希值：新的哈希與后續(xù)區(qū)塊(區(qū)塊B)的哈希值不匹配，從而使區(qū)塊B的哈希值無效，以及每個后續(xù)區(qū)塊(區(qū)塊C、D等)的哈希值無效。這種相互關聯(lián)的密碼學使區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫非常安全，并且是強制執(zhí)行不變性的系統(tǒng)。

但是哈希本身不足以確保完全安全。現(xiàn)代計算能力有時使黑客能夠在幾分鐘內重新計算和插入新的哈希值，以部分或全部隱藏他們的篡改。

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫通過為每個區(qū)塊執(zhí)行耗時的計算過程故意延遲區(qū)塊的創(chuàng)建。該技術稱為工作量證明，要求在區(qū)塊加入?yún)^(qū)塊鏈之前執(zhí)行和驗證計算。典型的交易可能需要長達10分鐘才能完成每個區(qū)塊。這意味著黑客需要大量時間來篡改廣泛的區(qū)塊鏈。黑客入侵和重新驗證整個區(qū)塊鏈且不被檢測的可能性非常小。

分布式P2P網(wǎng)絡還可以保護不可變的分類帳。參與數(shù)據(jù)庫的每個系統(tǒng)或節(jié)點都托管區(qū)塊鏈的完整副本。每個節(jié)點會驗證每個區(qū)塊后，再將區(qū)塊添加到該節(jié)點的副本。所有參與的節(jié)點需要達成共識，以確定哪些區(qū)塊為有效。如果節(jié)點確定區(qū)塊無效或被篡改，則會拒絕該區(qū)塊。因此，當攻擊者從節(jié)點成功入侵區(qū)塊鏈時，參與區(qū)塊鏈的其他節(jié)點將會識別并拒絕攻擊者。

區(qū)塊鏈版本

區(qū)塊鏈自最初推出以來已經發(fā)展到支持更廣泛的應用程序和用例。該技術有三個主要版本。

• 區(qū)塊鏈0是該技術的最早版本，主要側重于金融交易。
• 區(qū)塊鏈0擴展了功能以支持“智能合同”，以取代傳統(tǒng)紙質合同。區(qū)塊鏈內的小程序會創(chuàng)建、驗證、監(jiān)控和執(zhí)行協(xié)議條款與條件。這種類型的區(qū)塊鏈越來越多地用于供應鏈管理操作，其中涉及采購、銷售和運輸貨物。
• 區(qū)塊鏈0提高了互操作性和可擴展性，以支持被稱為dApp的分散式應用程序。dApp運行在分散P2P網(wǎng)絡的后端;區(qū)塊鏈在前端處于活動狀態(tài)，以調用在后端運行的dApp。

區(qū)塊鏈還可分為公共、私有或合作伙伴。

• 公共區(qū)塊鏈可用于任何企業(yè)或用戶，它允許任何人向鏈中添加數(shù)據(jù)塊。
• 私有區(qū)塊鏈旨在用于單個企業(yè)內，或者更狹隘地用于特定團隊或人員，但該數(shù)據(jù)庫通常可被改企業(yè)中的任何人查看。
• 合作伙伴區(qū)塊鏈支持共享交易的組織，例如政府機構。

區(qū)塊鏈用例

廣泛的垂直行業(yè)使用區(qū)塊鏈技術來完成各種任務。區(qū)塊鏈常見用例包括：

• 金融行業(yè)。金融市場是區(qū)塊鏈的最早部署者之一，該行業(yè)利用區(qū)塊鏈技術進行記賬，以取代傳統(tǒng)的電子分類賬、加密貨幣支付和其他市場交易和清算。
• 政府。政府使用區(qū)塊鏈來保存和提供文檔，例如契約和公共記錄等。
• 供應鏈。市場使用區(qū)塊鏈來交換數(shù)據(jù)、支持計費、管理配額并跟蹤商品和服務等交換。
• 醫(yī)療保健。醫(yī)療保健行業(yè)使用區(qū)塊鏈來保存和保護患者數(shù)據(jù)，收集數(shù)據(jù)進行分析、處理醫(yī)療保健付款以及安排和提供醫(yī)療保健服務。
• 技術。區(qū)塊鏈正越來越多地用于技術型用例，包括智能網(wǎng)絡，例如智能城市中的網(wǎng)絡。它還為無人機等物聯(lián)網(wǎng)設備收集和處理數(shù)據(jù)，支持自動駕駛汽車、機器人、超級計算機和分析。

區(qū)塊鏈的優(yōu)勢

區(qū)塊鏈技術為企業(yè)和關鍵業(yè)務數(shù)據(jù)帶來重要的好處。

• 安全性。區(qū)塊鏈采用密碼學、不變性和分布式結構，這意味著區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫幾乎不受黑客攻擊、欺詐和其他惡意行為的影響。非法數(shù)據(jù)更改將被可靠地檢測和拒絕。
• 靈活性。區(qū)塊鏈是一種分布式技術：參與數(shù)據(jù)庫的每個節(jié)點都共享完整的數(shù)據(jù)庫副本，并在每個節(jié)點發(fā)生變化時進行驗證。這種共識不僅增強安全性，而且如果一個節(jié)點出現(xiàn)故障或受到攻擊，例如分布式拒絕服務，其余節(jié)點可繼續(xù)運行。攻擊者非常難以攻擊和禁用每個節(jié)點。
• 更快的業(yè)務。由于公共數(shù)據(jù)集可供所有可訪問分類賬的利益相關者使用，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫通常可以消除傳統(tǒng)手動驗證和交易結算時間。這有助于顯著加快某些財務和合同業(yè)務運營。
• 合規(guī)性和治理。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的不可變和按時間順序的性質本身可以被審計，以維持業(yè)務或行業(yè)合規(guī)性，以及作為整個業(yè)務治理的關鍵要素。
• 透明度。隨著全球業(yè)務對普遍信任的需求增加，公共區(qū)塊鏈交易的可見性和不變性有助于建立和確保數(shù)據(jù)公平準確的信任。

區(qū)塊鏈的局限性

• 復雜性。區(qū)塊鏈安全可能帶來更高復雜性。考慮分布在全球業(yè)務合作伙伴和實體之間的節(jié)點和數(shù)據(jù)庫副本的數(shù)量：這給網(wǎng)絡和流程帶來額外的負擔。區(qū)塊鏈技術僅適用于最安全敏感或任務關鍵型數(shù)據(jù)庫用例。
• 較慢的交易。一個區(qū)塊可能包含大量數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行工作量證明和在所有節(jié)點之間達成共識所需的時間會減慢數(shù)據(jù)輸入的過程。有些節(jié)點將某些類型的事務優(yōu)先于其他類型的事務，從而防止積壓而導致問題出現(xiàn)。
• 能源效率低。關于工作量證明的越來越多的抱怨是，系統(tǒng)需要大量的能量和時間來在所有涉及的節(jié)點上執(zhí)行工作量證明，但所有這些計算工作幾乎沒有好處。
• 數(shù)據(jù)庫大小。跨節(jié)點復制和同步區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫的需求使得IT專業(yè)人員難以及時引入和同步新節(jié)點。隨著區(qū)塊鏈變得越來越大，創(chuàng)建和維護區(qū)塊鏈變得越來越困難。
• 可擴展性。由于工作量證明操作，區(qū)塊鏈不能很好地擴展，因為區(qū)塊添加過程的速度很慢。每個區(qū)塊可以存儲有限數(shù)量的數(shù)據(jù)，并且在給定的時間段內，只有有限數(shù)量的區(qū)塊可以附加到區(qū)塊鏈。這限制了區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫的可能規(guī)模。

最終，區(qū)塊鏈和不可變賬本技術不太可能成為所有企業(yè)數(shù)據(jù)庫應用程序的合適替代品。業(yè)務領導者應采用和部署最適合業(yè)務需求的數(shù)據(jù)庫平臺。