【华为云技术分享】区块链与数据库如何结合？

【摘要】 区块链和数据库的结合有两种思路： 1） 应用数据库的技术改进区块链的性能、可用性。例如，BigchainDB就是这一方向的典型应用，数据库学术界的研究大多基于这个方向。 2） 利用区块链的不可变特性开发不可变数据库。例如，AWS的QLDB。

一、区块链介绍

区块链中的数据以区块为单位产生和存储，按时间顺序连成链式数据结构。所有节点共同参与区块链系统的数据验证、存储和维护，新区块的创建需得到共识确认，通过广播实现全网同步，之后就不能更改或删除。中本聪2009年发明的比特币是区块链的第一个应用。

区块链没有理论创新，是多种已有技术的集成创新，主要解决多方信任与高效协同问题。从技术角度包括哈希运算、数字签名、P2P网络和共识算法四部分内容。区块链所记录的数据不变（immutable），区块链通过密码学和时间戳保障区块链数据不被恶意篡改。

根据参与区块链的个体是否受限，区块链又分为公有链、联盟链和私有链。例如比特币就是典型的公有链，任何人都可以加入。因为没有准入限制，比特币设计了算力非常昂贵的挖矿算法，消耗了大量资源，效率也比较慢。因此，对于企业应用来说，首选联盟链和私有链。

共识协议是区块链重要概念。比特币采用PoW的形式，即算力挖矿，利用哈希算法不停运算直到找到小于某个值的数值即可。还可以选择拜占庭容错式协议，如bigchainDB的共识采用的就是tendermint共识。此外，常见的共识方法还包括Proof of Stake，Delegated Proof of stake、Raft等。

除比特币外，区块链的典型应用包括Hyperledger Fabric，Ethereum，R3 Corda、Quorum、Fisco。主流的国际区块链联盟组织包括Libra（Facebook、mastercard、visa、paypal参与，支付领域）、B3i（安联、苏黎世保险、太平洋保险等，保险领域）、fnality（瑞银、巴克莱，证券、跨境支付领域），MOBI（宝马、福特等，汽车领域），mediledger（基因泰克、辉瑞、医药领域），Tradelents（航运领域），tradeix marcopolo（供应链领域）。可以预见，未来在这些领域，区块链都将带来改变和变革。

二、区块链主流应用

区块链的应用最早来自金融行业，后面慢慢扩展到很多传统行业，如供应链、物联网等。2019年11月，华为的政府区块链目录在北京上线，链接了50多个北京市机构，提供了更有效的数据查询、数据共享和权限管理。蚂蚁区块链提供电子票据应用，招商银行使用区块链实现跨境支付等。

如何判断你的业务是否适合区块链？可参考如下图。

三、区块链政策解读

1. 1025讲话：2019 年 10 月 25 日，***的讲话称，我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入力度。

2. 密码法发布：10月26日下午，十三届全国人大常委会第十四次会议表决通过密码法，并表示该法将自2020年1月1日起施行

四、区块链与数据库的对比

NUS的Ooi教授认为，区块链和数据库的主要区别在于，区块链的设计首要目的是安全，数据库的首要目的是效率，因此，有如下详细对比分析：

对比点		设计选择	原因
共识协议	区块链	拜占庭故障容忍	互不信任的运行环境
	数据库	宕机故障容忍	高可用的运行要求
共识层位置	区块链	顶层	去中心化，防单点
	数据库	存储层之上	数据完备性
事务层	区块链	顺序执行	易于理解、易用
	数据库	并发执行	高吞吐
存储	区块链	历史（账本）+状态	溯源，解决争议
	数据库	状态	节约存储
索引	区块链	Merkle Tree等	篡改可见性
	数据库	B树	硬件友好
Sharding	区块链	基于节点的分片	防止恶意分区
	数据库	基于服务的分片	负载均衡

 

五、区块链与数据库如何结合

我认为，区块链不可能替代数据库，区块链和数据库的结合有两种思路：

1） 应用数据库的技术改进区块链的性能、可用性。例如，BigchainDB就是这一方向的典型应用，数据库学术界的研究大多基于这个方向。

2） 利用区块链的不可变特性开发不可变数据库。例如，AWS的QLDB。

六、Bengchin Ooi在区块链方面研究成果简介

1. Blockbench：发表在2017年SIGMOD，业界首个评估私链性能的标准化测试套件，由新加坡国立大学和浙江大学联合开源发布。

2. ForkBase，发表在2018年VLDB，是业界首个针对区块链设计的原生存储系统

3. Improving performance bottleneck with trusted h/w and sharding (SIGMOD 2019)

作者：秋Grace