區塊鏈，一種非常特殊的分散式資料庫

新聞 12-03

經過近2年的市場泡沫，仍然有人問我什麼時候需要使用「分散式賬本」，而不是標準的「分散式資料庫」。其他(惡毒的)人問我「區塊鏈技術」和「分散式賬本技術」有什麼區別。讓我們來澄清一下這裡的概念和辭彙問題。

集中式關係型資料庫

關係型資料庫(RDBMS)在一張表裡面組織數據，同時使用SQL語言查詢數據。它們在80年代成為標準。即使它們的體系結構隨著時間的推移而變得越來越複雜(n層、分散式處理等)，它們本質上仍然是集中式的，即定位、存儲和維護數據都在同一個位置上。這個類別占資料庫市場收入的90%以上，包括最知名的供應商和系統：MySQL、Oracle、Microsoft SQL Server、IBM DB2、SAP、PostgreSQL、SQLite、Teradata等。

分散式資料庫

當存儲設備不是全部連接到公共處理單元(如CPU)上，而是分布在網路上時，資料庫就是分散式的(DDBMS)。隨著互聯網的發展，企業需要能夠處理大量結構化和非結構化數據的解決方案，並且能夠跨網路進行擴展。DDBMS使用共識機制來確保容錯通信，並通過鎖定或時間戳機制提供並發控制。它們以不同的技術形式出現:

1、對等網路節點數據存儲系統允許用戶通過網路複製和共享文件，利用點對點協議，如：BitTorrent、NNTP、Freenet、Mnet等。

2、分散式SQL資料庫是由主要供應商(Microsoft、Oracle、SAP、IBM等)設計的系統，允許對面向分析的任務進行大規模並行處理。

3、Hadoop是一個開源軟體框架，用於存儲數據、在商業硬體集群上運行應用程序。它為任何類型的數據提供了大量的存儲，巨大的處理能力和幾乎無限的處理並發任務的能力。

4、NoSQL資料庫是非關係DDBMS，可水平擴展，為實時web應用程序而生。最著名的解決方案是：MarkLogic、MongoDB、Datastax、Apache Cassandra、Redis、Riak、Google BigTable和CouchDB。

5、NewSQL資料庫是關係型DDBMS，旨在結合關係資料庫和NoSQL資料庫的最佳屬性(水平可擴展性和分散式處理)。示例：Google Spanner、Clustrix、voltage db、MemSQL、Pivotal』s GemFire XD、NuoDB和Trafodion。

6、分散式賬簿(DL)是DDBMS，它利用加密技術提供去中心化的多版本並發控制機制，並就無信任環境中共享事實（shared facts）的存在和狀態保持一致(例如，託管共享資料庫的參與者是互不信任的獨立參與者)。共識本身並不是DL的唯一特性：其他分散式資料庫也使用共識演算法，比如Paxos或Raft。不可變性也是如此：在DL(Google HDFS、Zebra、CouchDB、Datomic等)之外也存在不可變資料庫。我認為DL的兩個不同點是：(a)讀寫訪問的控制是真正去中心化的，而不是像其他分散式資料庫那樣在邏輯上是中心化的，以及(b)在沒有可信第三方的競爭環境中保護事務（transactions）的能力。有些人把這個類型稱之為「共享賬簿」，但我更喜歡用「分散式」這個詞，因為共享可以表示「分割/分裂」。

6.1、比特幣系統是DL的第一個實例，其目的只有一個：點對點的比特幣(加密貨幣)支付手段。為了避免雙花，比特幣使用了數據鏈(因此稱為「區塊鏈」)和其他機制的POW工作量共識證明。比特幣是抗審查的，它的主要特徵是：拜占庭容錯、偽匿名、可審計性(公開)、不變性、問責性(時間戳)和不可否認性(簽名)。

6.2、有些系統是受到比特幣系統的啟發，或者設計與之接近。它們通常實現其大部分特性，但不是全部或具有不同的特性。例如:

其他加密貨幣實現了隱私機制(Zcash)，或使用了不同的一致性協議，如POS權益證明、Proof of burn燃燒證明等。

以太坊擁有許多比特幣功能，但其設計目的是執行可編程交易(智能合約)

6.3、有些系統與比特幣有很大區別:

埃森哲設想的DL並不是一成不變的

R3 Corda設計的是在監管環境與數量有限的已知參與者中運作的系統(例如金融機構、監管機構)，BFT不是必需的(安全性通過不同的方法實現)，審核能力的實現是基於「need to know」，關於交易的共識則基本上減少為締約雙方的驗證。

分散式賬本：分散式一致賬本（Distributed Concurrence Ledger）是為處理資本市場和支付的金融機構量身定做的。Concurrence是在分散式一致賬本系統中尋求共識的一種替代方法，它不使用加密貨幣、數據鏈，也不使用工作量證明[註：在我看來，這種方法類似於Corda]

HashGraph Swirlds：HashGraph是基於「八卦協議」（gossip protocol）的技術，其中的「塊」是「事件」：每個成員重複地隨機選擇另一個成員，然後告訴這些成員所有他們不知道的事件。隨著hashgraph的本地副本的增長，成員運行一個演算法來確定事件的一致順序(以及一致時間戳)。它的數據結構是一個有向無環圖，其中每個頂點包含其兩個父頂點的哈希值。

6.4、BigChainDB旨在通過向標準分散式資料庫添加區塊鏈特性(去中心化控制、不變性、數字資產的創建和流通)來提供可擴展的分散式數據存儲服務。BigchainDB繼承了現代分散式資料庫的特性：隨著節點數量的增加，吞吐量和容量呈線性擴展；全功能的NoSQL查詢語言；高效的查詢和許可。

以下是觀點總結(簡化)：

「雙重無需許可」（double permissionless）的分散式賬本(如比特幣)是最去中心化的賬本，並且具備抗審查性。如果它們越不去中心化(例如，在半信任的環境中的需要許可的DL)，它們就越接近於是一種使用加密技術的「常規」分散式資料庫。在後一種情況下，密碼學被用作一種新的機制，以加強同行之間的可審計性和問責性：