作為一個數(shù)據(jù)庫行業(yè)的老兵，我看到在區(qū)塊鏈技術的熱潮下，傳統(tǒng)的IT技術同學們保持了十分理性，甚至是排斥的態(tài)度。其實不管是熱捧還是排斥，兩極觀點之下，我認為我們應該從IT人比較能夠理解的角度探討一下區(qū)塊鏈技術。因為區(qū)塊鏈這個東西的本質和數(shù)據(jù)庫技術非常相像，很多機制使用數(shù)據(jù)庫的理念去理解會非常直觀準確。

　　對于區(qū)塊鏈和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)技術，我認為區(qū)塊鏈技術的未來發(fā)展，主題是“融合”。我們就從數(shù)據(jù)庫這個角度來解讀區(qū)塊鏈技術體系中各個技術點，以及通過“去中心化數(shù)據(jù)庫”這個概念，把區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)庫技術做一個比較好的整合。

　　一、區(qū)塊鏈技術現(xiàn)狀

　　當前的區(qū)塊鏈世界有人號稱1.0、2.0、甚至已經到了3.0時代，但是從一個產品或技術打磨的角度來看，我認為當前的區(qū)塊鏈也就相當于數(shù)據(jù)庫的80年代，處于百花爭鳴各種思想層出不窮的時代。

　　對技術人來說，這是最好的時代，各種新鮮的想法和思路大量爆發(fā)，在沉悶的技術領域帶來新鮮的突破;同時這也是最壞的時代，沒有任何產品或方向肯定是未來的主流，任何新鮮的思路也許在幾個月以后就被證明不可行。

　　所以，我們要正確認知當前區(qū)塊鏈技術的變革和發(fā)展，那我們來對比當年數(shù)據(jù)庫所走過的道路，看看未來區(qū)塊鏈世界會怎樣發(fā)展。

　　1、技術演進路程

　　首先我認為，區(qū)塊鏈一定會從當前的專有化向通用化演進?，F(xiàn)在基本所有做公鏈的產品都是針對某一個特定的場景來實現(xiàn)與優(yōu)化，但是我認為未來一定不會是一個應用一條鏈，而是有一種通用的開發(fā)范式。就好像傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫一樣，不管大家開發(fā)什么樣的應用程序，都可以使用這么若干有限的幾個通用性產品就能夠滿足大部分業(yè)務場景了。

　　第二，向標準化演進。對于區(qū)塊鏈技術，現(xiàn)在每個鏈基本都有自己的開發(fā)范式，甚至很多公鏈還模仿以太坊嘗試自己做一個編程語言出來，這實際上是一種行業(yè)處于原始時期的標志。怎樣判斷一個行業(yè)開始走向成熟?就是業(yè)務模式基本固定、開發(fā)方式基本固定，這樣就能夠對大量的程序人員進行推廣了。

　　第三，產品化和模塊化不斷加強。當前不管是以太坊、比特幣還是很多其它新的公鏈，大部分的體系結構都是非常緊耦合的。對比起我們在大數(shù)據(jù)領域的Hadoop，基本每個模塊都可以作為獨立插件進行可配置可定制的插拔。所以我認為，隨著區(qū)塊鏈技術的不斷成熟和穩(wěn)定，未來一定會出現(xiàn)一款成熟產品，能夠通過可插拔配置與插件的方式滿足多種共識算法、安全機制等。

　　最后，性能與可擴展性的提升。實際上這也是數(shù)據(jù)庫所走過的路，當前區(qū)塊鏈世界想在短短的時間之內通過側鏈、分片等機制跨過當年數(shù)據(jù)庫幾十年來的變革。

　　接下來我會介紹，從數(shù)據(jù)庫的角度看待區(qū)塊鏈其最大的性能與擴展能力制約瓶頸在什么地方，以及應當如何優(yōu)化。

　　2、發(fā)展現(xiàn)狀

　　那我們回過頭看看當前區(qū)塊鏈行業(yè)的現(xiàn)狀。

　　拋開區(qū)塊鏈上層的一些應用與金融領域的創(chuàng)新，單獨從技術角度來看，我一直認為其最大的革新在于對等數(shù)據(jù)存儲機制的建立。

　　在數(shù)據(jù)庫這個行業(yè)里，大家一直遵從著主-從架構，而完全“多活”的系統(tǒng)從幾十年前的提出一直以來都是傳說中的事情，從來沒有任何產品真正做到多活。

　　而當我們以創(chuàng)新的多活數(shù)據(jù)庫來看待當前區(qū)塊鏈技術時，就會發(fā)現(xiàn)三個急需改進的問題：

　　首先，區(qū)塊鏈的體系結構現(xiàn)在非?；靵y，大家還沒有向傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫一樣將其分類為事務、存儲過程、鑒權、主從同步等模塊，大部分人對區(qū)塊鏈的認知還是停留在神秘的黑盒子階段。

　　第二，區(qū)塊鏈的開發(fā)語言完全不成體系。數(shù)據(jù)庫在經過開始的“戰(zhàn)國時代”后，漸漸使用SQL做到了業(yè)界的大一統(tǒng)。而區(qū)塊鏈當前明顯還處于“戰(zhàn)國時代”，還沒有一個統(tǒng)一的標準開發(fā)和使用標準。

　　第三，需求的多種多樣，有些需求或白皮書的業(yè)務介紹是靠譜的，有些則是完全異想天開不知所云。實際上這個和區(qū)塊鏈所帶來全新的業(yè)務模式相關，很多人還在探索新的業(yè)務模型，從而導致需求沒有形成標準范式。

　　二、區(qū)塊鏈vs數(shù)據(jù)庫技術：相同點

　　從數(shù)據(jù)庫的角度對比，區(qū)塊鏈技術即去中心化多活數(shù)據(jù)庫技術，兩者之間沒有本質區(qū)別。

　　這里我列舉了一些區(qū)塊鏈里面比較重要的技術點，以及這些技術點在數(shù)據(jù)庫領域中是以什么形式存在的。這些概念和數(shù)據(jù)庫中的技術概念一一對應關系如下：

　　共識機制

　　一致性控制——共識機制

　　分布式數(shù)據(jù)庫中叫做一致性控制，包括傳統(tǒng)的主從復制、新一代的Raft、Paxos等算法。在區(qū)塊鏈中為了解決額外的拜占庭問題，將算法改進為PBFT、PoW、PoS等協(xié)議。

　　存儲機制

　　數(shù)據(jù)庫日志——賬本

　　區(qū)塊鏈結構基本等價于數(shù)據(jù)庫的事務日志，其主要新增的內容包括Merkle Tree結構用于快速驗證數(shù)據(jù)的正確性，但是其本質與數(shù)據(jù)庫的交易日志等價。同時數(shù)據(jù)庫在日志中更會包括事務控制等企業(yè)級能力，是區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結構所不具備的。

　　智能合約

　　智能合約——存儲過程

　　智能合約與數(shù)據(jù)庫存儲過程一樣，都是一段托管代碼。本質上智能合約與數(shù)據(jù)庫存儲過程沒有什么區(qū)別，都是通過外部調用或虛擬機執(zhí)行一段代碼，并可以將托管代碼共享給其他用戶進行調用。

　　分片

　　數(shù)據(jù)庫分片機制早在MPP數(shù)據(jù)庫時代就已經存在。通過將大量數(shù)據(jù)切分在不同分片中，達到限制每個分片數(shù)據(jù)總量，并提升總吞吐量和存儲空間的目的。

　　應用開發(fā)接口

　　當前區(qū)塊鏈還處于類似數(shù)據(jù)庫當時的早期時代，接口沒有統(tǒng)一標準化。根據(jù)區(qū)塊鏈項目不同，其接口可以按照數(shù)據(jù)庫、對象存儲、API調用、甚至PaaS平臺標準進行定義。

　　安全

　　區(qū)塊鏈的安全機制與數(shù)據(jù)庫安全機制具有相似之處。數(shù)據(jù)庫安全一般分為鑒權與授權兩個模塊，分別代表用戶登錄以及訪問權限。而區(qū)塊鏈當前僅支持記錄級寫授權，但是對于讀操作時完全共享的。因此，從安全策略上數(shù)據(jù)庫比當前的區(qū)塊鏈完善很多。

　　三、區(qū)塊鏈vs數(shù)據(jù)庫技術：不同點

　　數(shù)據(jù)庫與區(qū)塊鏈功能架構圖

　　1、功能架構

　　黃色部分是區(qū)塊鏈和數(shù)據(jù)庫架構都擁有的功能。白色的部分是目前數(shù)據(jù)庫獨有的功能。

　　我們在上文也有提及數(shù)據(jù)庫的SQL能力是實現(xiàn)其通用性的重要部分，SQL對于之后區(qū)塊鏈的開發(fā)模式固定下來很重要。

　　索引管理這塊，在數(shù)據(jù)庫中主要是提升數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)查詢的性能效率的，當具體的應用場景出現(xiàn)，性能將成為下一階段需要提升的重要部分。因此，存儲的數(shù)據(jù)的索引就成為很重要的組成了。

　　2、機制

　　在機制上，區(qū)塊鏈和數(shù)據(jù)庫的主要區(qū)別有如以下幾點：

　　一致性

　　區(qū)塊鏈的設計思想，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計思想最大的不同就在于多活，也就是去中心化這個體系下所帶來的一致性模型的區(qū)別。

　　傳統(tǒng)的關系型數(shù)據(jù)庫遵循ACID強一致模型，寫入的記錄立刻可以讀到。而一些新型分布式數(shù)據(jù)庫采用最終一致性，也就是BASE模型，寫入的數(shù)據(jù)暫時不一定讀到，但是最終一定會存在。

　　但是，區(qū)塊鏈或者說去中心化數(shù)據(jù)庫的設計思路就存在明顯區(qū)別，也就是說任何操作不存在“永久確認”這個概念。即使類似比特幣，從核心原理上來看6個塊之前的內容也只是“基本不會被回退”。

　　舉個極端的例子，如果中美之間廣域網(wǎng)出于什么原因突然斷了三天，之后恢復的話比特幣一定會出現(xiàn)大規(guī)模分叉，這個期間如果有賬號同時在中美進行大額消費的話，想要恢復一個主鏈則一定需要犧牲很大一部分人的交易才能實現(xiàn)回退。

　　那么，既然在對等架構中沒有辦法保障強一致，那么區(qū)塊鏈體系中的一致性則和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存在本質上的區(qū)別，從而引發(fā)后續(xù)一系列設計上的不同。

　　歸根結底，在任何傳統(tǒng)主從架構的數(shù)據(jù)庫模型中，人們會想盡一切方法防止集群內出現(xiàn)“腦裂”，也就是同一個集群里面兩個節(jié)點都認為自己是主節(jié)點。

　　但是這個問題在對等數(shù)據(jù)庫體系下時時刻刻都可能發(fā)生，而這種現(xiàn)象在區(qū)塊鏈里面叫做分叉，這是和我們傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫一致性模型非常不同的地方。

　　鎖機制

　　其中，鎖機制可以說是區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)庫在保障數(shù)據(jù)一致性方面最大的區(qū)別。

　　所有研究過數(shù)據(jù)庫的同學不可能沒聽說過鎖。當我們做一個事務的時候，提交之前所有該會話變更的記錄都要被鎖住，不能被其他會話所修改。

　　而去中心化數(shù)據(jù)庫，由于每個賬本節(jié)點操作本地數(shù)據(jù)，變更信息會異步地傳輸出去，因此根本不存在一個全局鎖能夠在記錄變更的時候通知其他人。因此，在無鎖的前提下，去中心化數(shù)據(jù)庫，也就是區(qū)塊鏈該怎樣保障數(shù)據(jù)一致呢?

　　比特幣使用的是UTXO結構，有點類似于數(shù)據(jù)庫的“樂觀鎖”的思路，也就是操作的時候不進行鎖定，只有在最后提交的過程中判斷記錄有沒有變化。

　　比特幣則是通過coin是否被花費的狀態(tài)來判斷是否存在交易沖突。而以太坊則是使用nonce作為每條記錄的遞增計數(shù)器來判斷是否存在針對某一賬戶的重復交易，實際上也是一種變相實現(xiàn)的行級鎖的機制。

　　安全機制

　　另一個區(qū)塊鏈業(yè)界大家談論比較多的就是安全機制。

　　首先，我不是加密算法專家，因此我在這里不去討論具體使用的加密算法，而是從整個存儲體系的安全模型設計上，來討論一下區(qū)塊鏈技術中如何在全對等架構的體系下保障數(shù)據(jù)安全。

　　在我看來，區(qū)塊鏈的安全體系分為三個級別，記錄級、區(qū)塊級以及鏈級。

　　記錄級安全主要是判斷某一條操作記錄是否合法，在一些實現(xiàn)中還包括是否對不同用戶有讀可見和寫可見。

　　而區(qū)塊級則是當節(jié)點接收到另一個節(jié)點發(fā)送的區(qū)塊時，如何判斷這個區(qū)塊本身沒有被篡改過，那么通過默克爾樹、挖礦的結果等機制都可以做到。

　　最后，怎樣保證鏈的完整呢?比如每個數(shù)據(jù)塊需要包含鏈中上一個數(shù)據(jù)塊的校驗，以及當分叉發(fā)生時如何進行回退等，都是保障整個鏈條結構的完整。

　　四、去中心化數(shù)據(jù)庫架構

　　區(qū)塊鏈技術和數(shù)據(jù)庫技術的融合會形成怎么樣的結果呢?

　　我們是否能夠將現(xiàn)有的區(qū)塊鏈以數(shù)據(jù)庫的架構進行組織，分為內核、運行庫、插件，以及SQL解析優(yōu)化等不同模塊呢?

　　既然數(shù)據(jù)庫的核心本質依然是不可變更的事務日志，這一部分等同于區(qū)塊鏈的鏈結構，那么如果我們通過將SQL引擎架設在state store，甚至讓SQL引擎直接對鏈內的數(shù)據(jù)進行訪問，是不是意味著我們就擁有了一個通用的編程和訪問接口?

　　又例如：對于安全組件，我們是否可以做到列級行級表級以及節(jié)點級別的安全認證，同時可以通過配置指定哪些表需要進行數(shù)字簽名，哪些表的一些字段是共享的，但其他字段是需要經過多重簽名做加密的等。

　　另外，對于一致性來說，我們是否可以指定某些表是全局共享表，某些表則是本地表，這樣就可以取代現(xiàn)在區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)庫混用的部署方式。

　　我認為，未來會出現(xiàn)兩者融合而成的 “去中心化數(shù)據(jù)庫”。

　　去中心化數(shù)據(jù)庫基本功能

　　去中心化數(shù)據(jù)庫的基本特性：

　　去中心化：架構是完全的去中心化的，不存在中心的控制節(jié)點，每個節(jié)點都具備讀寫的功能，每個節(jié)點的數(shù)據(jù)都是一致的;

　　無全局鎖：由于采用廣域網(wǎng)上的對等架構，去中心化數(shù)據(jù)庫不可能實現(xiàn)全局鎖，因此系統(tǒng)只能使用在某種程度上弱化鎖與一致性，來滿足高可用的需求;

　　非固定節(jié)點生成日志：非固定節(jié)點生成日志，日志是整個數(shù)據(jù)庫的日志，在去中心化的體系結構中任何節(jié)點都有權記錄日志，這樣就形成了去中心化沒有主節(jié)點的架構，任何節(jié)點都有機會臨時成為記賬節(jié)點出塊;

　　異步事務確認：由于不存在全局鎖，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相比一些事務機制必須得到調整。將事務的提交回滾做到異步可能是一種比較可行的思路;

　　一致性策略調整：在多活的區(qū)塊鏈狀態(tài)下，數(shù)據(jù)的一致性策略會與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫一致性機制有所不同;

　　行級別安全性和觸發(fā)器：對于數(shù)據(jù)安全，去中心化數(shù)據(jù)庫將會保證到行級甚至列級的數(shù)據(jù)安全性。

　　五、區(qū)塊鏈和數(shù)據(jù)庫技術融合：中心化數(shù)據(jù)庫

　　對于區(qū)塊鏈和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)技術，我認為區(qū)塊鏈技術的未來發(fā)展，主題是“融合”!

　　現(xiàn)在區(qū)塊鏈的業(yè)務理念飛速發(fā)展，但是從技術本身來看，我認為當前區(qū)塊鏈的技術仍然和上世紀“80年代”的數(shù)據(jù)庫技術階段類似，在技術的成長期。如我們上文所提到，區(qū)塊鏈技術在通用性、標準化上還有很長的路要走。

　　而基于技術路線和架構設計的類似，數(shù)據(jù)庫技術與區(qū)塊鏈技術的融合其實是大勢所趨。 而通過區(qū)塊鏈技術和機制的引入，去中心化數(shù)據(jù)庫，將可能是未來技術發(fā)展的一個重要方向。