如何构建类区块链数据库(类区块链数据库构造)

区块链技术在过去几年中引起了广泛的关注，随着全球数字经济和数字化社会的快速发展，区块链技术被认为将会成为未来颠覆性的技术。然而，区块链技术的实现需要一个数据库来存储和管理数据，因此，类区块链数据库被广泛应用于各行各业。那么，如何构建一个类似区块链的数据库呢？以下将介绍构建类区块链数据库的步骤和技术。

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一、定义类区块链数据库的数据结构

在构建类区块链数据库之前，首先要明确数据库要存储的数据结构，这包括了区块链的基本结构——区块。每个区块都可以包含多个交易，每个交易都包含了发送方，接收方和交易金额等信息。因此，在定义数据结构时，需要定义区块、交易和相关的数据类型。

二、建立类区块链数据库的数据交换协议

数据交换协议是类区块链数据库的重要部分，它决定了不同节点之间如何共享和同步数据。因此，在建立类区块链数据库之前，需要定义一个良好的数据交换协议，并确保这个协议能够保证数据的安全性和完整性。

三、实现数据共识机制

数据共识机制是保障类区块链数据库中数据安全的基础。共识机制的意义在于，当不同节点的数据产生冲突时，需要通过共识机制来解决这个问题。现有的共识机制包括了工作量证明（Proof of Work）、权益证明（Proof of Stake）和按需选择（Proof of Authority）等。

四、构建加密算法

由于类区块链数据库的安全性至关重要，因此，在构建数据库时，需要确保数据被加密保存。同时，合适的加密算法也能够有效地预防数据的窃取和篡改。具体而言，可以采用像SHA-256这样的哈希函数和公钥加密等加密技术。

五、确保网络安全

类区块链数据库在实现过程中，需要保证网络的稳定性和安全性。这意味着，需要确保网络防御能力、数据的安全传输以及防止黑客攻击的措施等。例如，可以采用防火墙、VPN加密以及多重身份验证等安全保护措施。

六、实现智能合约

智能合约是类区块链数据库中更具有实用价值的概念之一，它为数据库中的交易和合同提供了安全和透明的执行机制。智能合约通过编写代码来实现合同的自动执行，以提高交易效率和减少交易成本。

七、开发应用程序接口（API）

API是类区块链数据库连接外部应用程序的接口，它可以实现不同应用之间的数据共享和传输。这个接口需要能够通过标准文档说明数据如何传输和处理，使得用户能够轻松地使用类区块链数据库。

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构建类区块链数据库的过程不仅具有挑战性，而且需要投入大量的时间和努力。然而，一旦成功构建，类似的数据库可以用于各行各业，例如金融、物流等领域，以实现高效、透明和安全的数据管理。

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北大青鸟设计培训：分布式与区块链之间的关系分析？

关于区块链技术的探讨我们在前几期的文章中已经说过很多次了，而且也给大家介绍了使用哪些编程开发语言来实现对区块链技术的具现化，今天我们就一起来了解一下，如何从分布式的角度来分析理解区块链的构造。

区块链是源于比特币中的底层技术，用于实现一个无中心的点对点现金系统，因为没有中心机构的参与，比特币以区块链的形式来组织交易数据，防止“双花”，达成交易共识。

传统意义上的数字资产，比如游戏币，是以集中式的方式管理的，仅能在单个系统中流转，由某个中心化机构负责协调，通常以数据库的方式来存储。

宏观上看，区块链和数据库一样，都是用来保存数据，只是数据存取的形式有所不同。

区块链本质上是一个异地多活的分布式数据孝隐拿库。

异地多活的提出，原本是为了在解决系统的容灾问题，多年来也一直是分布式数据库领域在探索的方向，但鲜有成效，因为异地多活需要解决数据冲突的问题，这个问题其实不好解决。

然而诞生于比特币的区块链以一种全新的方式实现了全球大的异地多活数据库，它完全开放，没有边界，支持上万节点并可随机的加入和退出。

在区块链中数据冲突问题就更加突出了，区块链里每个巧搭节点是完全对等的多活架构，上万个节点要达成一致，数据以谁为准呢?比特币采用的方式是POW，大家来算一个谜题，谁先算出来，就拥有记账权，在这个周期，就以他所记的账为准，下一个周期大家重新计算。

争夺记账权的节点决定将哪些交易打包进区块，并将区块同步给其他节点，其他节点仍然需要基于本地数据对区块中的交易做携猜验证，并不像数据库的主从节点间那样无条件接受，这就是区块链里的共识算法。

POW虽然消耗大量算力，好处是在争夺记账权的过程中POW只要在自身节点中计算hash，不需要经过网络投票来选举，网络通信的代价小，适合大规模节点之间共识。

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所以后面发展出了PoS、DPoS，谁拥有资产多，谁就拥有记账权，或者大家投票，但这样又引入了经济学方面的问题，比如所谓的贿选的问题，这就不太好控制了。

在传统分布式数据库里，不叫共识算法，而叫一致性算法，本质上也是一回事。

但分布式数据库里一般节点数都很少，而且网络是可信的，通常节点都是安全可靠的，我们基本上可以相信每一个节点，即使它出现故障，不给应答，但绝对不会给出假应答。

所以在传统公司分布式数据里，都用Raft或Paxos协议去做这种一致性算法。

到底什么是区块链

先说一些基本概念。

百度称，区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的一种新使用模式。它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，它是由密码学产生的一系列数据块。

我们试图将“区块链是什么”翻译成“人类语言”。

该定义提到了区块链3354“分散数据库”的本质。这与传统的“集中式数据库”在存储、更新和操作上有很大的不同。

集中式数据库可以被认为是这样的形状：

比如我要用支付宝给淘宝卖家付款，从我赚钱到他收到钱的所有数据请求都会由支付宝集中处理。这种数据结构的好处是，只要支付宝对系统的高效安全运行负责，其他人就可以无条件相信，不用担心；坏处是，如果支付宝出了问题，比如被黑，服务器被烧，出现内奸，公司跑路(当然以上可能性极低)，我们支付宝里的余额明细等信息都会混乱。

然后有人认为这种小概率事件可以用任何技术手段来规避单个风险，把数据不仅仅交给一个中心化的机构。例如，每个人都可以存储和处理数据。

数据库结构可能如下所示：

这张图是“分布式数据库”的结构示意图。每个点都是一个服务器，他们都有同等的权利记录和计算数据，信息点对点传播。乍一看确实可以抵御某个节点崩溃带来的风险，但直观上也非常混乱低效。我的信息谁来处理，结果谁说了算？

这时，区块链定义中的“共识机制”就发挥作用了。共识机制主要“规定”以下事情：收到一个数据请求，由谁来处理(需要什么资格)；谁来验证结果(看他有没有处理好)；如何防止加工者和检验者相互勾结等。

当一个“规则”被制定出来时，有些人可能喜欢被质疑。为了形成更强的共识，除了让规则更合理之外，也要更有吸引力，让人们有兴趣和动力参与到数据处理的工作中来。这就涉及到公链的激励机制。当我们稍后讨论区块链的分类和数字货币的作用时，我们将再次开始。

当我们把一笔交易交给一个分布式网络的时候，还有一个“心理门槛”:能处理信息的节点那么多，我一个都不认识(不像支付宝，万一伤害到我，我可以去找它打官司)。他们都有我的数据，我凭什么相信他们？

这时，加密算法(区块链定义中的最后一个描述性词语)登场了。

在区块链网络中，我们发出的数据请求会根据密码学原理被加密成接收方根本无法理解的一串字符。这种加密方返竖式的背后是哈希算法的支持。

哈希算法可以快速将任何类型的数据转化为哈希值。这种变化是单向不可逆的、确定的、随机的、防碰撞的。由于这些特点，处理我的数据请求的人可以帮我记录信息，但他们不知道我是谁，也不知道我在做什么。

至此，介绍了分散式网络的工作原理。但是我们似乎忽略了一个细节。前面的示意图是一张网。滑轮和链条在哪里？为什么我们称它为区块链？

要理解这件事，我们需要先理清几个知识点：

前面这张图其实是一个“宏观”的数据库透视图，展示了区块链系统处理信息的基本规则和流程。而具体到“微观”的数据日志层面，我们会发现账本被打包、压缩、胡世核分块存储，并按时间顺序串在一起，形成一个“链式结构”，像这样：

图中的每一个圆环都可以看作是一块积木，许多链环扣在一起形成一个区块链。块存储数据，这与普通的数据存储不同：在区块链上，后一个块中的数据包含前一个块中的数据。

为了从学术上解释块中数据的每个部分的字段，我们试图用一本书来比喻什么是区块链数据结构。

通常，我们看书，看完之一页，然后看第二页和第三页.书脊是一种物理存在，它固定了每一页的顺序。即使书散了，也能确定标有页码的每一页的顺序。

在区块链内部，每个块都标有页码，第二页的内容包含之一页的内容，第三页的内容包含之一页和第二页的内容.第十页包含前九页的内容。

就是这样一个嵌套的链条，可以追溯到最裤掘原始的数据。

这就引出了区块链的一个重要属性：可追溯性。

当区块链中的数据需要更新时，即按顺序生成新的块时，“共识算法”再次发挥作用。这个算法规定，一个新的块只有得到全网51%以上节点的认可才能形成。说白了就是投票，半数以上的人同意就可以产生。这使得区块链上的数据很难被篡改。如果我要强行改变，要贿赂的人太多，成本太高，不值得。

这就是人们常说的区块链的“不可篡改”特性。

区块链给人信任感的另一个原因是有“智能合约”。

智能合同是由计算机程序定义并自动执行的承诺协议。它是一套由代码执行的交易规则，类似于目前信用卡的自动还款功能。如果开启这个功能，你什么都不用担心，到期银行会自动扣你欠的钱。

当你的朋友向你借钱，但不记得还了，或者找借口不还了，智能合约可以防止违约。一旦触发了合同里的条款，比如什么时候该还钱了，或者他的账户里有了额度，代码就会自动执行，他欠你的钱不管他要不要都会自动转回来。

我们来简单总结一下。区块链技术主要是去中心化，不易篡改，可追踪，代表了更多的安全和去信任。但也带来了新的问题：冗余和低效，需要很多节点认同规则，积极参与。

“烘干”部分到此结束。接下来，我们来谈谈野史，区块链的正史。

一项新技术经常被用来为某项任务服务。

或目标而生。那么区块链最初是被用在哪里，又是谁先想出来的呢？

让我们把时间拉回2023年。

9月21日，华尔街投行接连倒下，美联储宣布：把仅存的两家投资银行（高盛集团和摩根士丹利）改为商业银行；希望可以靠吸储渡过金融危机。10月3日，布什签署了7000亿美元的金融救市方案。

28天之后，也就是2023年的11月1日，一个密码学邮件组里出现了一个新帖子：“我正在开发一种新的电子货币系统，采用完全点对点的形式，而且无需第三方信托机构。”帖子的正文是一篇名为《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》的论文，署名Satoshi Nakamoto（中本聪）。

论文以较为严谨的逻辑阐述了这套点对点电子现金系统的设计，先是讨论了金融机构受制于“trust based”（基于信用）的问题，再一步步说明如何实现“无需第三方机构”，并精巧地解决掉前人遗留下来的技术问题。

两个月后，中本聪发布了开源的之一版比特币客户端，并首次挖出50个比特币。产生之一批比特币的区块被称为“Genesis block”（创世区块），创始区块被编译为0区块，没有上链。中本聪用了6天时间挖出这个块。这也在bitcointalk论坛中引发讨论，比特币的“信徒”们联想到了圣经中，“神用六天创造天地万物，便在第七日歇工安息了”。

虽然论文中并未出现decentralized（去中心化）、token（通证）、economy（经济）等概念，但中本聪详细解释了区块（Block）和链（Chain）在网络中的工作原理。于是，便有了区块链（Block Chain）。

这篇论文，后来成为了“比特神教”的“圣经”，技术成为信仰的基石，开发者文档成了“汉谟拉比法典”。

之后，比特币通过交换披萨实现首次现实场景的支付、被美国封锁账户的维基解密依靠比特币奇迹般地生还、中本聪的“放权”与退隐、真真假假的现身和辟谣等等一系列传说，融合了后人的期许、想象和投机，成为了“圣经故事”。

也有人并不满意“旧约”中描绘的世界，另起教派，将教义写入白皮书，在比特币之后的十年中，讲述着他们的信仰故事。就像66卷圣经的写作跨越了1500年，又经过2023年的解读，基督教分化出33000个枝丫。

CoinMarketCap显示，数字货币种类已超过4900种，数字货币整体市场规模近1.4亿元。比特币仍以66%的市占率领跑整个数字货币市场，近期价格在7200美元/枚附近徘徊。

这么多的币种有着不尽相同的功用，又被分成不同的类别：以比特币为代表的数字货币定位在“数字黄金”，有一定的储值、避险特性；以以太坊为代表的数字货币，成为了其网络系统中的“运行燃料”；以USDT、Libra为代表的稳定币，因其低波动，有着良好的支付性；以DCEP为代表的央行发行数字货币，一定程度上取代M0，让商业机构和普通百姓们在没现金又断网的时候，也不耽误收付款。

可见，区块链技术发展10年，最初和最“大”的使用就是数字货币。

数字货币也成为了参与者们维护公链的诱人奖励。

那么在数字货币之外，区块链技术还可以被用在哪里呢？

让我们再回忆下什么是区块链的本质——去中心化的数据库，和相应的一些特点：可追溯、公开、匿名、防篡改。那么理论上，传统的、用得到中心化数据库的场景，都可以试着用区块链来改造下，看看是否合适。

下面，我们来聊几个成功落地了区块链的行业和场景：

区块链可以通过哈希时间戳证明某个文件或者数字内容在特定时间的存在，为司法鉴证、身份证明、产权保护、防伪溯源等提供了完美解决方案

在防伪溯源领域，通过供应链跟踪区块链技术可以被广泛使用于食品医药、农产品、酒类、奢侈品等各领域。

举两个例子。

区块链可以让政务数据跑起来，大大精简办事流程

区块链的分布式技术可以让部门集中到一个链上，所有办事流程交付智能合约，办事人只要在一个部门通过身份认证以及电子签章，智能合约就可以自动处理并流转，顺序完成后续所有审批和签章。

区块链发票是国内区块链技术最早落地的使用。税务部门推出区块链电子发票“税链”平台，税务部门、开票方、受票方通过独一无二的数字身份加入“税链”网络，真正实现“交易即开票”“开票即报销”——秒级开票、分钟级报销入账，大幅降低了税收征管成本，有效解决数据篡改、一票多报、偷税漏税等问题。

扶贫是区块链技术的另一个落地使用。利用区块链技术的公开透明、可溯源、不可篡改等特性，实现扶贫资金的透明使用、精准投放和高效管理。

也举两个例子。

由公安部第三研究所指导的 eID 网络身份运营机构正与公易联共同研发“数字身份链”，以公民身份号码为根，基于密码学算法签发给中国公民。投入运行以来，eID 数字身份体系已服务 1 亿张 eID 的全生命周期管理，有效缓解了个人身份信息被冒用滥用和隐私泄露的问题。

Odaily星球日报整理的在网信办备案的5个身份链项目

区块链技术天然具有金融属性

支付结算方面，在区块链分布式账本体系下，市场多个参与者共同维护并实时同步一份“总账”，短短几分钟内就可以完成现在两三天才能完成的支付、清算、结算任务，降低了跨行跨境交易的复杂性和成本。同时，区块链的底层加密技术保证了参与者无法篡改账本，确保交易记录透明安全，监管部门方便地追踪链上交易，快速定位高风险资金流向。

证券发行交易方面，传统股票发行流程长、成本高、环节复杂，区块链技术能够弱化承销机构作用，帮助各方建立快速准确的信息交互共享通道，发行人通过智能合约自行办理发行，监管部门统一审查核对，投资者也可以绕过中介机构进行直接操作。

数字票据和供应链金融方面，区块链技术可以有效解决中小企业融资难问题。目前的供应链金融很难惠及产业链上游的中小企业，因为他们跟核心企业往往没有直接贸易往来，金融机构难以评估其信用资质。基于区块链技术，我们可以建立一种联盟链网络，涵盖核心企业、上下游供应商、金融机构等，核心企业发放应收账款凭证给其供应商，票据数字化上链后可在供应商之间流转，每一级供应商可凭数字票据证明实现对应额度的融资。

举个例子。

由工行、邮储银行、11家央企等联合发起的中企云链，自2023年成立至今，已覆盖4.8万企业，链上确权金额达到1000亿元，保理融资570亿元，累计交易达3000亿元。金融机构收到贷款申请后，可在链上验证合同的真实性、合同有无多次验证（多头借贷）；智能合约自动清结算，降本增效；同时，核心企业的应付账款可拥有对应凭证，并由一级供应商进行拆分，交至同在链上的二、三??级供应商，助其融资；而核心企业也可借此了解全链条的运转是否正常，免除紧急兑付压力。

区块链技术将大大优化现有的大数据使用，在数据流通和共享上发挥巨大作用

前面提到的是我们相对熟悉的领域。随着更多新技术的发展，区块链或许都可以与之结合，在意想不到的交叉领域和现在还无法预料的新场景下发挥作用。

未来互联网、人工智能、物联网都将产生海量数据，现有中心化数据存储(计算模式)将面临巨大挑战，基于区块链技术的边缘存储(计算)有望成为未来解决方案。再者，区块链对数据的不可篡改和可追溯机制保证了数据的真实性和高质量，这成为大数据、深度学习、人工智能等一切数据使用的基础。

最后，区块链可以在保护数据隐私的前提下实现多方协作的数据计算，有望解决“数据垄断”和“数据孤岛”问题，实现数据流通价值。

针对当前的区块链发展阶段，为了满足一般商业用户区块链开发和使用需求，众多传统云服务商开始部署自己的BaaS(“区块链即服务”)解决方案。区块链与云计算的结合将有效降低企业区块链部署成本，推动区块链使用场景落地。未来区块链技术还会在慈善公益、保险、能源、物流、物联网等诸多领域发挥重要作用。

在这场从传统技术到区块链的试验过程中，我们发现，当某些场景对可追溯、防篡改、去中心的需求更强，又对区块链的弱项（比如性能），要求并不高，这样的领域就蛮适合结合区块链。

同时，区块链在演进的过程中，也从人人皆可访问、高度去中心化的公有链，发展出了设有不同权限、由多个中心维护的联盟链，一定程度上平衡了两种体系的优缺点。

联盟链的典型案例有：微众银行牵头金链盟开源工作组共同研发的FISCO BCOS、IBM主要贡献的Fabric、以及蚂蚁区块链主导的蚂蚁联盟链等等。

这些去信任的系统代表了更安全的数据认证和存储机制，其中的数据是被有效认证的和被保护的。企业或个人可以以数字方式交换或签订合同，其中这些合同嵌入在代码中，并存储在透明的、共享的数据库中，在这些数据库中，它们不会被删除、篡改和修订。

大胆预测，未来世界的合同、审核、任务、支付都将被具有唯一性和安全性的签名数字化，数字签名将被永久地识别、认证、法律化和存储，并且无法篡改。不需要中介方来为自己的每一笔交易做担保了，在不了解对方基本信息的情况下就可以进行交易。在提高信息安全性的同时，有效降低交易成本，提高交易效率。

总的来讲，相比于两年前，区块链的落地已有不少进展。

有不少改进是在系统底层，用户没法直接看出用了区块链，实已受惠于它；也有部分使用仍处试点，用户还未能体验。未来，区块链有望得到大规模使用，成为互联网基础设施之一。

希望看到这里的你，已经大致了解了什么是区块链，以及区块链能做什么。