在上個世紀，紙質清單和分類帳讓位于強大的電子數據庫，使IT管理員能夠搜索、分類、共享和移動記錄和相關信息。

但傳統數據庫有其局限性。例如，數據庫是獨立擁有的服務。企業負責部署、構建和管理其數據庫及其包含的數據。然后，企業可以使用該數據，或者將其出售或與數字經濟中的其他企業共享。擁有數據庫的企業可以完全控制其設計、內容和可用性，而數據用戶完全依賴于數據和數據庫所有者的完整性，這通常被稱為“信任權威”。隨著世界變得越來越互聯并依賴于數據和數據共享，傳統數據庫的局限性給安全性和信任帶來挑戰。

這些限制推動著分布式電子數據庫系統的發展。這種技術旨在實現信息民主化–通過在多個獨立利益相關者(例如企業或政府)之間分發和同步數據。該系統最常見的例子是區塊鏈。

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什么是區塊鏈?

區塊鏈于2009年推出，它是一種電子數據庫，也稱為不可變分類帳，用于保存重要信息，例如記錄和分類帳條目。但是區塊鏈技術增加了傳統數據庫沒有的特性和功能。

首先，區塊鏈系統跨點對點 (P2P) 網絡運行，其中每個網絡對等點共享計算/網絡負載并維護數據的完整副本。隨著越來越多的對等點進入網絡，更大的系統會擴展以處理更多的記錄流量。更多的對等點也意味著區塊鏈數據庫的可用性和容錯性更高。

其次，不可變賬本(數據庫)的內容都具有相關性或鏈接在一起。添加到分類帳中的每條記錄或記錄集都代表一個數據塊。每個區塊都鏈接到前一個區塊–通過包含加密哈希、時間戳和交易元數據。因此，每個區塊連接起來形成一個不斷增長的區塊“鏈”(即區塊鏈)以創建安全和不可變的記錄。記錄無法更改，除非改變加密哈希以及后續塊中的所有哈希。密碼學和區塊相互關系的結合使區塊鏈數據庫高度安全。

傳統數據庫可以臨時更改記錄，而區塊鏈數據庫只能寫入數據。這是安全性和完整性機制的重要組成部分：在區塊鏈中數據可以更改，但只能通過編寫新的可追溯和可審計的區塊來更改。因此，你總是可以知道哪些數據被更改、何時更改、為什么更改或由誰更改的問題。

區塊鏈的工作原理

區塊鏈最常與金融交易相關聯，主要是比特幣或以太坊等加密貨幣交易。與SQL或任何其他數據庫格式一樣，區塊鏈可以應用于無數垂直行業和用例，而不僅僅是金融行業。讓我們看看基本的區塊鏈流程。

• 請求向區塊鏈寫入新的數據塊。
• 該請求被廣播到所有參與區塊鏈的節點。
• 參與區塊鏈的每個節點都會根據算法檢查哈希以驗證交易。
• 每個節點執行工作量證明過程，就新區塊的有效性達成共識，如果成功達成共識，則將該區塊添加到鏈中。

在我們的示例種，假設企業想要對整個企業中的服務器事件和錯誤創建不可變的、可審計的日志。每個服務器通過網絡將日志條目傳遞到公共日志服務器。每個塊可能包含一系列細節，包括以下內容：

• 始發服務器的名稱和地址;
• 目的地或日志服務器的名稱和地址;
• 日志條目的錯誤、事件和其他詳細信息

加密是核心，這使每個區塊都很獨特。區塊被分配一個加密哈希(專門為其數據生成)，以及前一個區塊的哈希值。

哈希值就像數據的指紋;它是通過數學算法計算出的十六進制數序列。該算法為每個區塊生成唯一的哈希值(指紋)。如果你更改區塊中任何位置的單個位，其哈希值將變得完全不同。該區塊調整后的哈希值也會傳遞給下一個塊，并與下一個塊一起記錄。

這個過程創建了一系列不僅相關而且不可分割的區塊。如果黑客更改一個位，該區塊所記錄哈希值將與該區塊的新哈希值不匹配，并且區塊鏈會向管理員發出警報。但這種更改不僅僅影響那個區塊(區塊A)的哈希值：新的哈希與后續區塊(區塊B)的哈希值不匹配，從而使區塊B的哈希值無效，以及每個后續區塊(區塊C、D等)的哈希值無效。這種相互關聯的密碼學使區塊鏈數據庫非常安全，并且是強制執行不變性的系統。

但是哈希本身不足以確保完全安全?，F代計算能力有時使黑客能夠在幾分鐘內重新計算和插入新的哈希值，以部分或全部隱藏他們的篡改。

區塊鏈數據庫通過為每個區塊執行耗時的計算過程故意延遲區塊的創建。該技術稱為工作量證明，要求在區塊加入區塊鏈之前執行和驗證計算。典型的交易可能需要長達10分鐘才能完成每個區塊。這意味著黑客需要大量時間來篡改廣泛的區塊鏈。黑客入侵和重新驗證整個區塊鏈且不被檢測的可能性非常小。

分布式P2P網絡還可以保護不可變的分類帳。參與數據庫的每個系統或節點都托管區塊鏈的完整副本。每個節點會驗證每個區塊后，再將區塊添加到該節點的副本。所有參與的節點需要達成共識，以確定哪些區塊為有效。如果節點確定區塊無效或被篡改，則會拒絕該區塊。因此，當攻擊者從節點成功入侵區塊鏈時，參與區塊鏈的其他節點將會識別并拒絕攻擊者。

區塊鏈版本

區塊鏈自最初推出以來已經發展到支持更廣泛的應用程序和用例。該技術有三個主要版本。

• 區塊鏈0是該技術的最早版本，主要側重于金融交易。
• 區塊鏈0擴展了功能以支持“智能合同”，以取代傳統紙質合同。區塊鏈內的小程序會創建、驗證、監控和執行協議條款與條件。這種類型的區塊鏈越來越多地用于供應鏈管理操作，其中涉及采購、銷售和運輸貨物。
• 區塊鏈0提高了互操作性和可擴展性，以支持被稱為dApp的分散式應用程序。dApp運行在分散P2P網絡的后端;區塊鏈在前端處于活動狀態，以調用在后端運行的dApp。

區塊鏈還可分為公共、私有或合作伙伴。

• 公共區塊鏈可用于任何企業或用戶，它允許任何人向鏈中添加數據塊。
• 私有區塊鏈旨在用于單個企業內，或者更狹隘地用于特定團隊或人員，但該數據庫通?？杀桓钠髽I中的任何人查看。
• 合作伙伴區塊鏈支持共享交易的組織，例如政府機構。

區塊鏈用例

廣泛的垂直行業使用區塊鏈技術來完成各種任務。區塊鏈常見用例包括：

• 金融行業。金融市場是區塊鏈的最早部署者之一，該行業利用區塊鏈技術進行記賬，以取代傳統的電子分類賬、加密貨幣支付和其他市場交易和清算。
• 政府。政府使用區塊鏈來保存和提供文檔，例如契約和公共記錄等。
• 供應鏈。市場使用區塊鏈來交換數據、支持計費、管理配額并跟蹤商品和服務等交換。
• 醫療保健。醫療保健行業使用區塊鏈來保存和保護患者數據，收集數據進行分析、處理醫療保健付款以及安排和提供醫療保健服務。
• 技術。區塊鏈正越來越多地用于技術型用例，包括智能網絡，例如智能城市中的網絡。它還為無人機等物聯網設備收集和處理數據，支持自動駕駛汽車、機器人、超級計算機和分析。

區塊鏈的優勢

區塊鏈技術為企業和關鍵業務數據帶來重要的好處。

• 安全性。區塊鏈采用密碼學、不變性和分布式結構，這意味著區塊鏈數據庫幾乎不受黑客攻擊、欺詐和其他惡意行為的影響。非法數據更改將被可靠地檢測和拒絕。
• 靈活性。區塊鏈是一種分布式技術：參與數據庫的每個節點都共享完整的數據庫副本，并在每個節點發生變化時進行驗證。這種共識不僅增強安全性，而且如果一個節點出現故障或受到攻擊，例如分布式拒絕服務，其余節點可繼續運行。攻擊者非常難以攻擊和禁用每個節點。
• 更快的業務。由于公共數據集可供所有可訪問分類賬的利益相關者使用，區塊鏈數據庫通常可以消除傳統手動驗證和交易結算時間。這有助于顯著加快某些財務和合同業務運營。
• 合規性和治理。區塊鏈數據的不可變和按時間順序的性質本身可以被審計，以維持業務或行業合規性，以及作為整個業務治理的關鍵要素。
• 透明度。隨著全球業務對普遍信任的需求增加，公共區塊鏈交易的可見性和不變性有助于建立和確保數據公平準確的信任。

區塊鏈的局限性

• 復雜性。區塊鏈安全可能帶來更高復雜性?？紤]分布在全球業務合作伙伴和實體之間的節點和數據庫副本的數量：這給網絡和流程帶來額外的負擔。區塊鏈技術僅適用于最安全敏感或任務關鍵型數據庫用例。
• 較慢的交易。一個區塊可能包含大量數據，并且執行工作量證明和在所有節點之間達成共識所需的時間會減慢數據輸入的過程。有些節點將某些類型的事務優先于其他類型的事務，從而防止積壓而導致問題出現。
• 能源效率低。關于工作量證明的越來越多的抱怨是，系統需要大量的能量和時間來在所有涉及的節點上執行工作量證明，但所有這些計算工作幾乎沒有好處。
• 數據庫大小?？绻濣c復制和同步區塊鏈數據庫的需求使得IT專業人員難以及時引入和同步新節點。隨著區塊鏈變得越來越大，創建和維護區塊鏈變得越來越困難。
• 可擴展性。由于工作量證明操作，區塊鏈不能很好地擴展，因為區塊添加過程的速度很慢。每個區塊可以存儲有限數量的數據，并且在給定的時間段內，只有有限數量的區塊可以附加到區塊鏈。這限制了區塊鏈數據庫的可能規模。

最終，區塊鏈和不可變賬本技術不太可能成為所有企業數據庫應用程序的合適替代品。業務領導者應采用和部署最適合業務需求的數據庫平臺。