區塊鏈科普：一文講透區塊鏈是不是數據庫？_比特幣

「分布式數據庫」、「分布式賬本」常被許多人理解為區塊鏈的另一個名字。很多時候，他們「看起來一樣」甚至「用起來也差不多」。

那么到底能不能把區塊鏈跟數據庫劃上等號？

人們常說區塊鏈就是一個又慢又貴的數據庫，可擴展性還不好。真是這樣嗎？

確實，區塊鏈永遠不會像傳統數據庫那樣快。然而，與數據庫相比區塊鏈更勝一籌，我們有必要了解這些優勢。

本文中，我們將從數據的角度來討論區塊鏈到底是什么，然后再來看看區塊鏈和數據庫之間最重要的區別。

「塊鏈」到「區塊鏈」

從數據角度來看，區塊鏈用一個個塊來存儲數據，是一個與「鏈表」非常類似的結構。鏈表是一個線性數據結構，入口點稱為鏈表頭。鏈表中每個元素都是一個單獨的對象，由數據和指針組成，最后一個塊的指針為空。

火幣Labs袁瑞娟：分布式模式是區塊鏈非常核心的一種治理思想:5月9日，火幣Labs總經理袁瑞娟為參加“Hot Chainers 首屆大學生區塊鏈應用設計大賽”的同學進行了主題為《基于區塊鏈的未來世界展望》的線上進階精英課。在課程中，袁瑞娟表示，去中心化不是區塊鏈的全部，跟去中心化相匹配的更優的解決方案是分布式。分布式模式是區塊鏈非常核心的一種治理思想。區塊鏈在當下的歷史進程中，看似是提供了一種有待驗證的更優的模式，而這個模式的核心并不是去中心化，這個模式的核心是分布式。分布式代表的是一種新的決策形成的方式，一旦這種方式形成，需要大家共同遵守和維護。

目前Hot Chainers 首屆大學生區塊鏈應用設計大賽-自由賽已經開啟，參賽同學可以結合自身專業和興趣愛好，更自由地進行區塊鏈應用設計。

“Hot Chainers 首屆大學生區塊鏈應用設計大賽”由北京高校畢業生就業指導中心、北京市昌平區沙河高教園區管理委員會作為指導單位，火幣中國、沙河大學城大學生創業園(籌)、沙河高教園區高校聯盟大學生創新創業工作聯盟主辦，火幣Labs、中央財經大學科技園、沙河高教園發開公司承辦。北京航空航天大學、北京師范大學、北京郵電大學、中央財經大學、中國礦業大學(北京)、外交學院、北京信息科技大學、清華大學學生區塊鏈協會等單位聯合支持。[2021/5/11 21:48:44]

鏈表結構

聲音 | 以太坊聯合創始人安東尼：看好區塊鏈應用于支付、通訊與信息認證領域:以太坊聯合創始人安東尼在近日的一段采訪視頻中發表觀點稱：去中心化會隨著科技的發展進步，并逐步在各個行業中落地。人們對控制自己的數據以及數據的安全性越來越重視。因此，從行業應用上來講，非常看好支付、通訊和個人信息認證與區塊鏈的結合，看好去中心化的通訊公鏈SKM及其DApp應用阿來（Ally）。[2019/4/2]

區塊鏈增加了一個功能來防止歷史數據被篡改。

1991年，StuartHaber和W.ScottStornetta兩位作者首次對以加密學為基礎的「塊鏈」進行研究，想要構建一個不能篡改文檔的時間戳系統。

1992年，Bayer、Haber和Stornetta將Merkle樹嵌入設計之中，將多個文檔證書收集到一個塊中，提高了塊鏈的效率。

密碼學為安全基礎的「塊鏈」結構

要注意當時還沒有使用「區塊鏈」這個詞，而是使用了「塊鏈」，中本聰在比特幣白皮書中使用的也是「塊鏈」一詞。

動態 | 加泰羅尼亞政府考慮在公共電子投票系統使用區塊鏈:據西班牙日報La Vanguardia報道，加泰羅尼亞政府公民參與委員會負責人表示，當局正在考慮在社區公共電子投票系統中使用區塊鏈技術。[2018/11/20]

如今，概念被再定義。許多項目和IT巨頭都在談論區塊鏈技術。我們已經知道最開始的區塊鏈實際上指的是密碼學為安全基礎的「塊鏈」的數據結構，后來，區塊鏈隨著人們的談論產生含義變化，區塊鏈一詞更廣泛的來表示相同數據結構的分布式網絡，更多的以「分布式賬本」被談起。

區別1：數據存取只能「CR」、不能「UD」

常見的數據庫不使用「塊」，而是使用「表」。表是數據庫中以表格式保存的相關數據集合，由列和行組成。

在關系數據庫中，表是一組數據元素，使用垂直列和水平行的模型，形成行和列相交的單元格。表具有指定數量的列，但可以有任意數量的行。

數據表

人們可以在數據庫中對數據使用四種基本操作：創建、讀取、更新和刪除。

聲音 | 互聯網專家委員易歡歡：區塊鏈應用在互金行業中是行業可持續發展關鍵:由北京市互聯網金融行業協會主辦、北京互聯網金融安全示范產業園協辦的首期開放式行業專家論壇在北京舉行。在會上，金融學會互聯網專家委員易歡歡表示：數據資產是金融的基礎。人工智能解決了數據存儲和計算問題，并使得數據可以被定價，從而成為了一種重要資產。此外，從中長期來看，“區塊鏈技術+AI”將展現出更大的潛力和效能，而將區塊鏈應用在互金行業中，形成基礎服務設施仍是最大的核心技術，也是驅動行業可持續發展的關鍵。[2018/11/19]

然而，區塊鏈只允許兩種操作：創建和讀取。區塊鏈只能在區塊鏈的末尾附加一個完整的區塊，添加后數據無法更新或刪除。

數據庫允許人們不斷地更改甚至刪除過去存儲的數據。區塊鏈有意保持歷史數據不變并始終可用。

區別2：數據權限「一組管理員」≠區塊鏈節點

除了「允許進行什么操作」，「誰來操作」也是看待區塊鏈和數據庫之間不同的另一個重要層面。

數據庫由一個或者一組管理員維護。管理員有權對數據做任何他想做的事情。管理者通常是大公司的雇員，必須遵守公司所有者制定的規則，會授予用戶有限的權力來創建、讀取、修改或刪除數據。

福布斯中國：區塊鏈引領語音時代:今日福布斯中文網專欄發文稱，據對1057名美國成年人進行的一項深入調查，結果《2018 Voicebot 智能音響消費者使用報告》顯示有19.7％的美國成年人擁有智能音箱，近4730萬人。2018年這一比例可能會增長近50％。智能音箱正在革新物物相連相控的方式，預計到2020年，將有750億物聯網設備的連接依賴于智能音箱，且大多數只借由會話式用戶界面，而非屏幕或鍵盤。文章指出，基于語音的互聯網市場，于軟件開發者而言，是一個有待開拓的黃金領域，這就要求相關開發人員必須熟知各類開發協議和應用商店。區塊鏈或將引領語音時代。[2018/3/12]

但是，即使用戶輸入了正確的數據，管理員還是可以修改或刪除它。如果對數據正確性存在爭議，用戶沒有或者僅掌握有限的修改權限，管理員總是比用戶擁有更多的權限。

區塊鏈中不存在修改和刪除權限數據的管理員。網絡中的節點必須對任何要添加的數據達成一致。一旦添加了塊并得到確認，就沒人能輕易地更改歷史數據，而且人們總是可以通過區塊鏈對過去發生的事情進行證實。

區塊鏈取代了由管理員維護的單一服務器的方式，換以一組獨立節點，對添加的內容達成共識。

從直接參與者的角度來看，少數實體之間的私有區塊鏈可以看作是一個分布式、去中心化的系統。如果私有區塊鏈在單個公司中使用，那么雖然它有一些分布式系統的優勢，但仍然是中心化的解決方案。對于單個公司，數據庫可能是更好的選擇。

區別3：數據備份「冗余數據庫」≠區塊鏈

傳統數據庫進行「數據復制」，主要是防止數據丟失，不能防止篡改歷史數據或管理員重寫數據。如果一個服務器接受了更改，而其他服務器沒有，還可能存在數據不一致的情況。

數據復制

區塊鏈利用去中心化共識，簡潔的解決了上述問題。一旦網絡中的所有或大多數節點同意添加一個新塊，數據就會寫入許多硬盤。即便生產新塊的節點在這一同步后立即崩潰，數據也總能在其他節點上確保安全，崩潰的節點隨后還能夠獲得關于所有區塊的有效版本。

數據在所有節點達成一致后被寫入所有磁盤

多個備份數據庫也不能與區塊鏈具有同等的安全性。

「數據復制」意味著一個服務器向其他服務器發送數據以進行備份。在存儲數據之前，服務器之間并沒有對儲存某個版本數據達成共識。如果一個服務器發送了無效或錯誤的數據，其他服務器只是盲目地接收和存儲它。

與此相反，在區塊鏈中，大多數節點在將一個塊存儲到區塊鏈之前必須達成一致意見。

區別4：數據傳輸分布式系統≠去中心化方案

傳統數據庫采取主從式架構(client-server)，這是一種軟件結構模型，由客戶端系統和服務器系統兩部分組成。它們通過計算機網絡或在同一臺計算機上通信。主從式架構的應用程序是由客戶端和服務器軟件組成的分布式系統，但還是以一個以服務器為中樞的中心化解決方案。

數據庫建立在服務器上。因此，如果只有一個服務器，那有可能造成所謂的單點故障。一旦服務器不能運行，所有的客戶端都不能與服務器通信，也就不能彼此通信。

從數據的角度看，所有的客戶端必須依賴于服務器，認為它誠實且做足了安全保障。

現在，很少看到只有一個服務器的網絡。在大多數情況下，網絡中有更多的冗余服務器。如果一個服務器崩潰或暫時不可用，則會有另一個服務器代為處理所有請求，但這只有在服務器之間已經復制數據的情況下才有可能。

如果向服務器發送交易或請求，數據將在給定時間內寫入一個數據庫，然后再將數據備份到其他數據庫。通常會有一些延遲，還有可能出現數據傳輸不一致的情況。

區別5：數據存儲不可更改與價值證明

數據庫可以用于安全監控、信號提示、信息收集和授權等場景。許多數據庫以數據庫觸發器的形式提供有效的數據庫特性。在使用云數據庫時，數據通常只對少數人很重要，實現在數據庫系統中安全性就足夠了。用戶可以信任數據庫所有者，因為有法律等其他機制可以解決可能出現的問題。

當要求存儲不可改變的信息，比如證明狀態X在Z時點對用戶Y有效時，區塊鏈的優勢就體現出來了。它適合保存并證明所有權。這就是為什么人們可以在區塊鏈上創建數字貨幣。這類信息不能被個人所改變，安全性必須很高。添加區塊的過程其實就是以一種免信任的方式為大量用戶添加許多X狀態的過程。

區別與權衡

數據庫很強大，人們可以利用它實現幾乎所有想要的功能，但區塊鏈的特有功能，數據庫是做不到的。

讓我們回顧一下，看看傳統數據庫無法實現，區塊鏈具備的特性：

數據不可更改。區塊鏈本質上是一個去中心化分布式網絡，數據在達成一致后被同時寫入許多磁盤，改變歷史數據非常困難，幾乎不可能。主要區別在于是否以去中心化方式實現一個數據庫。

附加的安全數據。正如上一點談到的，只有在大多數實體同意的情況下，新塊才會被添加。因此，插入一些被認為無效的數據是不可能的。參與者必須嚴格遵守規則，更多的相互獨立的實體共同關注規則的執行。

沒有管理員。區塊鏈上沒有管理員這樣一個角色來掌握更改任何內容的權力。節點相互協商，共擔責任。區塊鏈具有免信任、抗刪除的特點。

沒有單點故障。這主要適用于PoS和PoW共識機制。對于DPoS共識來講，當幾個節點同時不可用時，可能會出現問題。

人們可以根據需求的不同，選擇用傳統數據庫或者區塊鏈技術。在采用區塊鏈時，通過選擇私鏈或公鏈，來實現不同程度的去中心化數據管理。

很難實現高可擴展性并保持高度的去中心化。數據必須分布在世界各地，因此必須考慮網絡延遲。達成全球共識需要一些時間。區塊鏈永遠不會像數據庫那樣有效，但它可以在免信任、去中心化和防止篡改歷史數據等方面提供保護。

去中心化的方式也同樣具備替代傳統互聯網巨頭的潛力，讓更多人掌握數據并從中受益。

編譯：stakefish

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