區(qū)塊鏈與分布式技術(shù)的關(guān)聯(lián)性分析

許健

在黨中央第十八次集體學(xué)習(xí)中，習(xí)近平總書記在主持學(xué)習(xí)時強(qiáng)調(diào)，區(qū)塊鏈技術(shù)的集成應(yīng)用在新的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)變革中起著重要作用。我們要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關(guān)鍵核心技術(shù)，加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

區(qū)塊鏈作為一項新興技術(shù)的代表，在IT界一夜之間站上了技術(shù)浪潮的頂端，一時間各類文章和分析報告鋪天蓋地。區(qū)塊鏈到底是什么？它與既往的IT技術(shù)之間是一脈相承，還是獨立的一項信息技術(shù)。筆者認(rèn)為，區(qū)塊鏈解決的是數(shù)據(jù)庫層面的技術(shù)，它與分布式技術(shù)關(guān)聯(lián)度非常高。

技術(shù)方面

技術(shù)關(guān)聯(lián)性

分布式技術(shù)。分布式技術(shù)屬于基礎(chǔ)架構(gòu)方面的技術(shù)集，核心技術(shù)包括服務(wù)代理與負(fù)載均衡、計算任務(wù)分解、數(shù)據(jù)緩存與分布式存儲等。分布式結(jié)構(gòu)包括無中心節(jié)點的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、環(huán)狀結(jié)構(gòu)，以及有中心節(jié)點的星狀結(jié)構(gòu)。

區(qū)塊鏈技術(shù)。區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€技術(shù)體系，核心技術(shù)包括分布式數(shù)據(jù)庫管理、P2P網(wǎng)絡(luò)（端到端網(wǎng)絡(luò)）、加密算法、共識機(jī)制等。區(qū)塊鏈架構(gòu)如圖1所示。

二者的關(guān)聯(lián)。兩種技術(shù)既有聯(lián)系，又有不同，分布式技術(shù)是區(qū)塊鏈技術(shù)體系的重要支撐技術(shù)之一，主要應(yīng)用于合約層、激勵層、共識層以及網(wǎng)絡(luò)層。

技術(shù)特性

分布式技術(shù)特性：分布性、高可用、可伸縮、數(shù)據(jù)最終一致等

分布性。在應(yīng)用層面，分布式系統(tǒng)支持通過負(fù)載均衡機(jī)制，實現(xiàn)各應(yīng)用節(jié)點同時提供服務(wù)。在數(shù)據(jù)層面，通過分布式存儲技術(shù)，各數(shù)據(jù)節(jié)點存儲系統(tǒng)的全量或差量數(shù)據(jù)，確保分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性。

高可用性。應(yīng)用與數(shù)據(jù)均可以實現(xiàn)分布式部署，個別節(jié)點故障不影響系統(tǒng)的整體運行，因此采用分布式技術(shù)建設(shè)的系統(tǒng)支持以“多活”方式提供服務(wù)。

可伸縮性。分布式技術(shù)支持節(jié)點規(guī)模的任意擴(kuò)展，允許參與節(jié)點在任意時刻加入和退出系統(tǒng)。

區(qū)塊鏈技術(shù)特性：去中心化、數(shù)據(jù)共識、分布式記賬、數(shù)據(jù)分叉等

去中心化。區(qū)塊鏈技術(shù)采用去中心或弱中心理念設(shè)計系統(tǒng)，各節(jié)點具有完全一致的數(shù)據(jù)管理、維護(hù)權(quán)限，通過共識機(jī)制，確保數(shù)據(jù)一致。

數(shù)據(jù)共識。區(qū)塊鏈在沒有中心控制的情況下，基于共識算法，使系統(tǒng)中各節(jié)點均具有參與決策的權(quán)限，讓眾多完全平等的節(jié)點針對某一狀態(tài)達(dá)成共識。區(qū)塊鏈常用共識機(jī)制包括工作量證明、權(quán)益證明——股份授權(quán)證明。

分布式記賬。區(qū)塊鏈各節(jié)點均保存全量數(shù)據(jù)，并具備獨立更新的權(quán)限，獲得系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點共同認(rèn)可（共識）的數(shù)據(jù)更新記錄，將被保存至所有節(jié)點，從而確保系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點的數(shù)據(jù)一致。

數(shù)據(jù)分叉。隨著區(qū)塊鏈規(guī)模增長，系統(tǒng)中各節(jié)點達(dá)成共識難度越來越大，有可能導(dǎo)致區(qū)塊鏈分叉，最終分解為多個子鏈。

兩種技術(shù)特性對比

技術(shù)共性。鑒于區(qū)塊鏈技術(shù)體系中包含對分布式技術(shù)的深入應(yīng)用，應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)建設(shè)的系統(tǒng)也同時具備分布性、高可用性、可伸縮性、最終一致性等分布式系統(tǒng)所具備的特性。

技術(shù)個性。區(qū)塊鏈技術(shù)與分布式技術(shù)因設(shè)計理念、解決問題不同，兩種技術(shù)的實現(xiàn)目標(biāo)有所不同，具體表現(xiàn)為：一是分布式技術(shù)既支持?jǐn)?shù)據(jù)在各節(jié)點完整存儲，也支持?jǐn)?shù)據(jù)差量存儲，區(qū)塊鏈技術(shù)要求各節(jié)點必須存儲全量完整數(shù)據(jù)。二是區(qū)塊鏈各節(jié)點均存儲全量數(shù)據(jù)，節(jié)點的加入、退出、故障均不影響數(shù)據(jù)完整性，高可用性、可伸縮性更優(yōu)。三是分布式技術(shù)通過中心節(jié)點管理數(shù)據(jù)，統(tǒng)一下發(fā)至個分節(jié)點，保證數(shù)據(jù)一致;區(qū)塊鏈技術(shù)通過共識機(jī)制保證數(shù)據(jù)一致。

應(yīng)用場景方面

分布式技術(shù)應(yīng)用場景

分布式技術(shù)的目標(biāo)是解決集中式系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理效率瓶頸問題，常應(yīng)用于對系統(tǒng)可靠性要求高、吞吐量大、并發(fā)數(shù)據(jù)處理需求多的業(yè)務(wù)場景。

訪問、吞吐量巨大的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。如電商、第三方支付等互聯(lián)網(wǎng)金融應(yīng)用場景，隨著用戶數(shù)量井噴式增長與服務(wù)產(chǎn)品的不斷豐富，采用分布式技術(shù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)訪問分流，避免因服務(wù)器資源不足導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常提供服務(wù)的問題，特別是針對訪問存在波動周期的業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過建立動態(tài)、自動化分布式資源管理機(jī)制，合理、及時分配服務(wù)資源，可有效應(yīng)對提升用戶連續(xù)性服務(wù)體驗。

對系統(tǒng)穩(wěn)定性、連續(xù)性要求極高的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。如支付系統(tǒng)等需要7×24小時不間斷對外提供服務(wù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)適合應(yīng)用分布式技術(shù)建設(shè)，通過多節(jié)點共同提供服務(wù)，個別節(jié)點故障不影響系統(tǒng)的正常運行，以分布式部署方式實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的“多活”。

計算需求較大的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。如大數(shù)據(jù)應(yīng)用、AI人工智能等具體業(yè)務(wù)應(yīng)用，需要通過短時大量計算得到預(yù)測結(jié)果，存在單臺服務(wù)器性能瓶頸，可采用分布式技術(shù)分解計算任務(wù)，同步計算，達(dá)到業(yè)務(wù)對時效性的要求。

數(shù)據(jù)存儲壓力過高的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可有效分?jǐn)偤Ａ繑?shù)據(jù)對底層數(shù)據(jù)庫的壓力，為數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供穩(wěn)定的底層數(shù)據(jù)存儲。

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用場景

區(qū)塊鏈技術(shù)適合應(yīng)用于低成本交易、便捷應(yīng)用領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈領(lǐng)域以及單中心風(fēng)險較高的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

數(shù)據(jù)共享、低成本交易、便捷應(yīng)用領(lǐng)域。與分布式系統(tǒng)相比，采用區(qū)塊鏈技術(shù)建設(shè)的系統(tǒng)去中心化的建設(shè)理念可避免權(quán)威信任體系建立維護(hù)的成本，點對點的交互模式可有效提升應(yīng)用服務(wù)的便捷程度。目前，諸多銀行、企業(yè)開始在跨境支付應(yīng)用、供應(yīng)鏈金融等泛金融領(lǐng)域嘗試應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)。

產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈系統(tǒng)往往存在多達(dá)數(shù)百的加工環(huán)節(jié)，應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)可有效應(yīng)對產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈龐大節(jié)點的追蹤管理挑戰(zhàn)。

單中心風(fēng)險較高的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。例如征信信息管理體系，原有中心化的分布式系統(tǒng)需要將各參與節(jié)點的數(shù)據(jù)匯總、整理并發(fā)布，數(shù)據(jù)實時應(yīng)用效率不高，同時存在中心節(jié)點可信性風(fēng)險?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)建立系統(tǒng)，參與機(jī)構(gòu)以獨立節(jié)點方式共享系統(tǒng)內(nèi)所有數(shù)據(jù)，可有效解決信息“孤島”問題，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)可信性。

應(yīng)用場景分析

雖然區(qū)塊鏈技術(shù)與分布式技術(shù)的應(yīng)用場景不同，但隨著區(qū)塊鏈技術(shù)深入應(yīng)用、全面推廣，共識、查詢效率低、數(shù)據(jù)存儲成本高等問題愈發(fā)凸顯，為解決系統(tǒng)效率瓶頸與缺陷，仍需借助分布式技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化升級。

（1）應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)建設(shè)的系統(tǒng)仍需借助分布式處理技術(shù)解決交易處理效率低、達(dá)成共識緩慢等局限，同時提升系統(tǒng)復(fù)雜事務(wù)自動處理能力。

（2）區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)據(jù)存儲方面仍需進(jìn)一步改良。目前，業(yè)界已有借鑒分布式數(shù)據(jù)存儲中非完整副本存儲理念設(shè)計區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲模式的研究與實踐。

風(fēng)險與監(jiān)管方面

風(fēng)險分析

分布式技術(shù)風(fēng)險

采用分布式技術(shù)建設(shè)的系統(tǒng)存在權(quán)限集中與運維監(jiān)控效率低等風(fēng)險。

權(quán)限集中風(fēng)險。各節(jié)點權(quán)限不同，中心節(jié)點擁有全量數(shù)據(jù)的管理權(quán)限，經(jīng)過中心節(jié)點確認(rèn)后的數(shù)據(jù)才能發(fā)至各分節(jié)點使用，數(shù)據(jù)管理權(quán)限過于集中，一旦中心節(jié)點出現(xiàn)問題，將直接影響整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量與準(zhǔn)確性。

運維監(jiān)控效率較低風(fēng)險。針對多點部署模式，特別是全國性、國際性業(yè)務(wù)，分節(jié)點多為跨地域、跨數(shù)據(jù)中心部署，采用分布式技術(shù)建設(shè)的系統(tǒng)容易出現(xiàn)節(jié)點故障問題反饋慢、問題處理效率低等現(xiàn)象。

區(qū)塊鏈技術(shù)風(fēng)險

采用區(qū)塊鏈技術(shù)建設(shè)的系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)泄密、數(shù)據(jù)回溯難、數(shù)據(jù)質(zhì)量低等風(fēng)險。

數(shù)據(jù)泄密風(fēng)險。系統(tǒng)各節(jié)點均存儲完整數(shù)據(jù)，并擁有平等的數(shù)據(jù)管理、使用權(quán)限，相比于數(shù)據(jù)管理權(quán)限集中的分布式系統(tǒng)，區(qū)塊鏈系統(tǒng)數(shù)據(jù)泄漏風(fēng)險更大，甚至可能出現(xiàn)多點泄漏，同時數(shù)據(jù)泄漏源頭更難排查。

共識風(fēng)險。最新研究表明，隨著礦池技術(shù)不斷升級，通過算力集中，控制區(qū)塊鏈系統(tǒng)超過51%的節(jié)點影響最終共識的形成，從而破壞區(qū)塊鏈技術(shù)絕對公平的設(shè)計理念。同時，現(xiàn)有區(qū)塊鏈體系尚無良好的數(shù)據(jù)回溯解決方案，一旦被記賬的數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，想要系統(tǒng)回退至問題發(fā)生前將異常困難。

數(shù)據(jù)質(zhì)量風(fēng)險。區(qū)塊鏈系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點均具有新增、記錄數(shù)據(jù)的權(quán)限，多源數(shù)據(jù)采集將顯著提升數(shù)據(jù)質(zhì)量的把控難度，同時存在數(shù)據(jù)不一致、數(shù)據(jù)冗余等數(shù)據(jù)質(zhì)量隱患，某一個節(jié)點記錄的數(shù)據(jù)存在問題均有可能導(dǎo)致整個區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)質(zhì)量甚至造成數(shù)據(jù)分叉。

成本風(fēng)險。隨著區(qū)塊鏈系統(tǒng)逐步推廣，各節(jié)點的數(shù)據(jù)存儲負(fù)載、共識機(jī)制建立、維護(hù)、數(shù)據(jù)安全建設(shè)等保障系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的成本將不斷增長，甚至嚴(yán)重超出系統(tǒng)建設(shè)預(yù)期。

監(jiān)管建議

分布式技術(shù)監(jiān)管

分布式系統(tǒng)風(fēng)險相對集中，監(jiān)管重點為中心節(jié)點權(quán)限管控、提升系統(tǒng)運維效率等方面。

加強(qiáng)分布式系統(tǒng)中心節(jié)點數(shù)據(jù)管理權(quán)限監(jiān)管。分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)管主要在中心節(jié)點，需重點加強(qiáng)對中心節(jié)點數(shù)據(jù)增刪改查行為、數(shù)據(jù)管理員操作合規(guī)性、操作記錄的監(jiān)管。

建立健全分布式系統(tǒng)監(jiān)控、運維機(jī)制。須進(jìn)一步加強(qiáng)分布式系統(tǒng)配套運維、監(jiān)控體系建設(shè)，做好分布式系統(tǒng)運維監(jiān)管，避免因局部問題逐步擴(kuò)展從而影響整個系統(tǒng)運行的風(fēng)險。

區(qū)塊鏈技術(shù)監(jiān)管

區(qū)塊鏈技術(shù)監(jiān)管重點為數(shù)據(jù)安全、共識機(jī)制、數(shù)據(jù)質(zhì)量以及建設(shè)成本等方面。

加強(qiáng)數(shù)據(jù)應(yīng)用的監(jiān)管，避免數(shù)據(jù)泄漏風(fēng)險。加強(qiáng)對區(qū)塊鏈系統(tǒng)各節(jié)點數(shù)據(jù)管理權(quán)限、數(shù)據(jù)使用途徑、數(shù)據(jù)應(yīng)用、公開范圍等數(shù)據(jù)操作進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，與區(qū)塊鏈系統(tǒng)建設(shè)同步設(shè)計、制定全方位的數(shù)據(jù)管理規(guī)范，避免信息特別是敏感信息的泄漏風(fēng)險。

不斷優(yōu)化共識機(jī)制，提升系統(tǒng)回溯能力。為保證系統(tǒng)共識的穩(wěn)定、公平，需要不斷優(yōu)化共識機(jī)制，加強(qiáng)對系統(tǒng)共識機(jī)制、算法設(shè)計的審核與監(jiān)管，避免系統(tǒng)建設(shè)方預(yù)留共識機(jī)制“后門”，監(jiān)守自盜等風(fēng)險。對于由政府主導(dǎo)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)應(yīng)用，更需把握系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享、自治與宏觀調(diào)控層面的均衡。

強(qiáng)化數(shù)據(jù)質(zhì)量管控，降低數(shù)據(jù)分叉隱患。需建立各節(jié)點數(shù)據(jù)質(zhì)量管控機(jī)制，樹立“先治理、再記錄”的數(shù)據(jù)存儲原則，強(qiáng)化對各節(jié)點數(shù)據(jù)治理監(jiān)管，確保鏈上數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、規(guī)范性、一致性。

關(guān)注區(qū)塊鏈建設(shè)、維護(hù)成本的控制。區(qū)塊鏈系統(tǒng)整體架構(gòu)規(guī)劃與后期成本控制同等重要。需要加快區(qū)塊鏈技術(shù)自主創(chuàng)新，構(gòu)建國產(chǎn)化的區(qū)塊鏈生態(tài)，結(jié)合業(yè)務(wù)場景，全面優(yōu)化現(xiàn)有架構(gòu)體系中不符合產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展需要的技術(shù)與機(jī)制，有效降低區(qū)塊鏈系統(tǒng)建設(shè)、應(yīng)用成本，促進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù)的全面推廣落地。

（作者單位：中國人民銀行烏魯木齊中心支行科技處）

編后語

區(qū)塊鏈作為一項信息技術(shù)一直廣受關(guān)注，人們甚至寄希望于這項技術(shù)能像互聯(lián)網(wǎng)一樣帶給社會經(jīng)濟(jì)突破性的變革。究其原因，我想這是區(qū)塊鏈的特性決定的，其存儲數(shù)據(jù)信息的“去中心化”“全程留痕”“可以追溯”“公開透明”“集體維護(hù)”等特征，不正是解決經(jīng)濟(jì)運行中最核心的“信任”問題的靈丹妙藥嗎？從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度看，“信任”是一種高昂的隱性成本。人們?yōu)榱蓑炞C信任往往要付出比交易本身多幾倍的時間與精力。如果通過這項技術(shù)建立起“信任”的扎實基礎(chǔ)，那么今后一定可以使經(jīng)濟(jì)活動乃至社會管理大為改觀。

可以預(yù)見，區(qū)塊鏈技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用是一個漫長且曲折的過程，只有區(qū)塊鏈技術(shù)獲得了突破，才能真正走入我們的社會生活之中。本期我們選取了兩篇有關(guān)區(qū)塊鏈的文章，一篇從技術(shù)的角度，一篇從應(yīng)用的角度，嘗試著分析區(qū)塊鏈的發(fā)展，我們希望今后能夠聽到更多的 Fintech專家在該領(lǐng)域的聲音。