區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)比

詹煜

摘要：區(qū)塊鏈作為一種新興的概念正在快速興起，區(qū)塊鏈中包含有容錯(cuò)率很高的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。該文試圖將區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在運(yùn)行機(jī)制等方面上做一個(gè)簡(jiǎn)要對(duì)比。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)；運(yùn)行機(jī)制

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）23-0044-02

1 前言

區(qū)塊鏈[1]是分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式。所謂共識(shí)機(jī)制是區(qū)塊鏈系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)之間建立信任、獲取權(quán)益的數(shù)學(xué)算法。其中，區(qū)塊鏈中的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)除了具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性外也有別于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)。本文將從區(qū)塊鏈分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行機(jī)制入手，對(duì)二者進(jìn)行一個(gè)對(duì)比。區(qū)塊鏈功能示意圖如圖1所示。

2 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行機(jī)制

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)采用的是C/S架構(gòu)，在C/S架構(gòu)中，數(shù)據(jù)存放在服務(wù)器端，而用戶可以通過(guò)客戶端，對(duì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的架構(gòu)中，服務(wù)器端會(huì)對(duì)不同的用戶分配不同的數(shù)據(jù)修改權(quán)限，而這種對(duì)用戶的控制權(quán)則存放在指定授權(quán)的機(jī)構(gòu)處，由機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一的分配。從某種意義上說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)的管理是由指定的授權(quán)機(jī)構(gòu)來(lái)完成的。那么，一旦授權(quán)機(jī)構(gòu)的安全受到侵害，則整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)都會(huì)面臨泄露、修改甚至被完全刪除的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的示意圖如圖2所示。

從圖中可以看出，在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的工作機(jī)制中，授權(quán)中心并不直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作都是由經(jīng)授權(quán)中心認(rèn)證的用戶來(lái)完成。

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)由多個(gè)分散的節(jié)點(diǎn)組成。區(qū)塊鏈中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)參與整個(gè)數(shù)據(jù)管理的過(guò)程。面對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容修改問(wèn)題，所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)驗(yàn)證新的修改，而且只有在大多數(shù)甚至是全部節(jié)點(diǎn)都達(dá)成共識(shí)的情況下，本次修改才會(huì)被確認(rèn)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)就是區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)的共識(shí)機(jī)制。

比特幣（Bitcoin）[2]是區(qū)塊鏈技術(shù)的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用。在比特幣中，這種共識(shí)機(jī)制是通過(guò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算復(fù)雜的哈希（hashing）問(wèn)題的解來(lái)達(dá)成的，這個(gè)求解的過(guò)程通常也被叫作“挖礦”。而在區(qū)塊鏈的另一個(gè)實(shí)際應(yīng)用——以太坊[3]中，這種共識(shí)機(jī)制是由股權(quán)證明來(lái)完成的。

從以上運(yùn)行機(jī)制的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)技術(shù)而言，其運(yùn)行機(jī)制構(gòu)成了區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)的兩大特點(diǎn)，即完整性與透明性。首先，在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)中，由于共識(shí)機(jī)制的存在，因此每個(gè)用戶所檢索的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)被寫入的那一刻起就不會(huì)遭到損壞或改寫，保證了區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性。其次，同樣由于共識(shí)機(jī)制的存在，每個(gè)用戶都可以獲知并且驗(yàn)證區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容變化，并且這種內(nèi)容變化與時(shí)間推移是有著明確的相關(guān)性的，保證了數(shù)據(jù)庫(kù)的透明性。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)的示意圖如圖3 所示。

3 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)的操作機(jī)制

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的操作有以下4大類：1）創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)；2）讀取數(shù)據(jù)庫(kù)；3）更新數(shù)據(jù)庫(kù)；4）刪除數(shù)據(jù)庫(kù)。每種操作機(jī)制與數(shù)據(jù)庫(kù)的授權(quán)權(quán)限相關(guān)，存在多個(gè)用戶權(quán)限相同的情況。

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)中，僅僅支持兩類用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作：1）讀?。?）增加。從這個(gè)層面看，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)庫(kù)只能增加，即新數(shù)據(jù)只能以附加塊的形式向區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)庫(kù)加入，而先前數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)將會(huì)永久保存，僅供讀取，無(wú)法更改。

4 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)的增加機(jī)制

區(qū)塊鏈有時(shí)候也被稱作不可更改的分布式的賬本[4]，其原因在于區(qū)塊鏈還擁有交易驗(yàn)證和交易結(jié)果寫入的機(jī)制，但是這種機(jī)制的基礎(chǔ)在于整個(gè)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)在整個(gè)交易發(fā)生之前的數(shù)據(jù)是不可更改的。在此基礎(chǔ)上，新的交易通過(guò)驗(yàn)證（共識(shí)機(jī)制）后，僅能更改相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)狀態(tài)，同時(shí)整個(gè)交易也會(huì)背記錄在區(qū)塊鏈上（同樣通過(guò)共識(shí)機(jī)制來(lái)完成）。而且由于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)只能增加，因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)隨著時(shí)間推移的數(shù)據(jù)變化都會(huì)永久的保留在區(qū)塊鏈中。這也是區(qū)塊鏈被稱作不可更改的分布式賬本的具體原因。區(qū)塊鏈交易流程圖如圖3所示。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，我們可以看出，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)跟傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)相比，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)去掉了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的授權(quán)機(jī)構(gòu)，也就是所謂的去中心化，避免了授權(quán)機(jī)構(gòu)的安全問(wèn)題導(dǎo)致的數(shù)據(jù)安全問(wèn)題。其次，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)在去中心化的同時(shí)，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)在操作上僅保留了讀取和增加兩種，且增加的過(guò)程必須通過(guò)共識(shí)機(jī)制來(lái)完成增加數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。最后，這種共識(shí)機(jī)制同時(shí)保證區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)具備完整性與透明性，建立了在整個(gè)區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)中的安全架構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：張薇】