區塊鏈與分布式技術的關聯性分析

許健

在黨中央第十八次集體學習中，習近平總書記在主持學習時強調，區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起著重要作用。我們要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關鍵核心技術，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。

區塊鏈作為一項新興技術的代表，在IT界一夜之間站上了技術浪潮的頂端，一時間各類文章和分析報告鋪天蓋地。區塊鏈到底是什么？它與既往的IT技術之間是一脈相承，還是獨立的一項信息技術。筆者認為，區塊鏈解決的是數據庫層面的技術，它與分布式技術關聯度非常高。

技術方面

技術關聯性

分布式技術。分布式技術屬于基礎架構方面的技術集，核心技術包括服務代理與負載均衡、計算任務分解、數據緩存與分布式存儲等。分布式結構包括無中心節點的網狀結構、環狀結構，以及有中心節點的星狀結構。

區塊鏈技術。區塊鏈是一個技術體系，核心技術包括分布式數據庫管理、P2P網絡（端到端網絡）、加密算法、共識機制等。區塊鏈架構如圖1所示。

二者的關聯。兩種技術既有聯系，又有不同，分布式技術是區塊鏈技術體系的重要支撐技術之一，主要應用于合約層、激勵層、共識層以及網絡層。

技術特性

分布式技術特性：分布性、高可用、可伸縮、數據最終一致等

分布性。在應用層面，分布式系統支持通過負載均衡機制，實現各應用節點同時提供服務。在數據層面，通過分布式存儲技術，各數據節點存儲系統的全量或差量數據，確保分布式系統數據的完整性。

高可用性。應用與數據均可以實現分布式部署，個別節點故障不影響系統的整體運行，因此采用分布式技術建設的系統支持以“多活”方式提供服務。

可伸縮性。分布式技術支持節點規模的任意擴展，允許參與節點在任意時刻加入和退出系統。

區塊鏈技術特性：去中心化、數據共識、分布式記賬、數據分叉等

去中心化。區塊鏈技術采用去中心或弱中心理念設計系統，各節點具有完全一致的數據管理、維護權限，通過共識機制，確保數據一致。

數據共識。區塊鏈在沒有中心控制的情況下，基于共識算法，使系統中各節點均具有參與決策的權限，讓眾多完全平等的節點針對某一狀態達成共識。區塊鏈常用共識機制包括工作量證明、權益證明——股份授權證明。

分布式記賬。區塊鏈各節點均保存全量數據，并具備獨立更新的權限，獲得系統內節點共同認可（共識）的數據更新記錄，將被保存至所有節點，從而確保系統內各節點的數據一致。

數據分叉。隨著區塊鏈規模增長，系統中各節點達成共識難度越來越大，有可能導致區塊鏈分叉，最終分解為多個子鏈。

兩種技術特性對比

技術共性。鑒于區塊鏈技術體系中包含對分布式技術的深入應用，應用區塊鏈技術建設的系統也同時具備分布性、高可用性、可伸縮性、最終一致性等分布式系統所具備的特性。

技術個性。區塊鏈技術與分布式技術因設計理念、解決問題不同，兩種技術的實現目標有所不同，具體表現為：一是分布式技術既支持數據在各節點完整存儲，也支持數據差量存儲，區塊鏈技術要求各節點必須存儲全量完整數據。二是區塊鏈各節點均存儲全量數據，節點的加入、退出、故障均不影響數據完整性，高可用性、可伸縮性更優。三是分布式技術通過中心節點管理數據，統一下發至個分節點，保證數據一致;區塊鏈技術通過共識機制保證數據一致。

應用場景方面

分布式技術應用場景

分布式技術的目標是解決集中式系統業務處理效率瓶頸問題，常應用于對系統可靠性要求高、吞吐量大、并發數據處理需求多的業務場景。

訪問、吞吐量巨大的業務領域。如電商、第三方支付等互聯網金融應用場景，隨著用戶數量井噴式增長與服務產品的不斷豐富，采用分布式技術實現業務訪問分流，避免因服務器資源不足導致系統無法正常提供服務的問題，特別是針對訪問存在波動周期的業務應用，通過建立動態、自動化分布式資源管理機制，合理、及時分配服務資源，可有效應對提升用戶連續性服務體驗。

對系統穩定性、連續性要求極高的業務領域。如支付系統等需要7×24小時不間斷對外提供服務的業務系統適合應用分布式技術建設，通過多節點共同提供服務，個別節點故障不影響系統的正常運行，以分布式部署方式實現業務系統的“多活”。

計算需求較大的業務領域。如大數據應用、AI人工智能等具體業務應用，需要通過短時大量計算得到預測結果，存在單臺服務器性能瓶頸，可采用分布式技術分解計算任務，同步計算，達到業務對時效性的要求。

數據存儲壓力過高的業務領域。分布式數據存儲技術可有效分攤海量數據對底層數據庫的壓力，為數據挖掘、大數據應用提供穩定的底層數據存儲。

區塊鏈技術應用場景

區塊鏈技術適合應用于低成本交易、便捷應用領域、產業供應鏈領域以及單中心風險較高的業務領域。

數據共享、低成本交易、便捷應用領域。與分布式系統相比，采用區塊鏈技術建設的系統去中心化的建設理念可避免權威信任體系建立維護的成本，點對點的交互模式可有效提升應用服務的便捷程度。目前，諸多銀行、企業開始在跨境支付應用、供應鏈金融等泛金融領域嘗試應用區塊鏈技術。

產業供應鏈領域。產業供應鏈系統往往存在多達數百的加工環節，應用區塊鏈技術可有效應對產業供應鏈龐大節點的追蹤管理挑戰。

單中心風險較高的業務領域。例如征信信息管理體系，原有中心化的分布式系統需要將各參與節點的數據匯總、整理并發布，數據實時應用效率不高，同時存在中心節點可信性風險。基于區塊鏈技術建立系統，參與機構以獨立節點方式共享系統內所有數據，可有效解決信息“孤島”問題，提高系統數據可信性。

應用場景分析

雖然區塊鏈技術與分布式技術的應用場景不同，但隨著區塊鏈技術深入應用、全面推廣，共識、查詢效率低、數據存儲成本高等問題愈發凸顯，為解決系統效率瓶頸與缺陷，仍需借助分布式技術進一步優化升級。

（1）應用區塊鏈技術建設的系統仍需借助分布式處理技術解決交易處理效率低、達成共識緩慢等局限，同時提升系統復雜事務自動處理能力。

（2）區塊鏈技術在數據存儲方面仍需進一步改良。目前，業界已有借鑒分布式數據存儲中非完整副本存儲理念設計區塊鏈數據存儲模式的研究與實踐。

風險與監管方面

風險分析

分布式技術風險

采用分布式技術建設的系統存在權限集中與運維監控效率低等風險。

權限集中風險。各節點權限不同，中心節點擁有全量數據的管理權限，經過中心節點確認后的數據才能發至各分節點使用，數據管理權限過于集中，一旦中心節點出現問題，將直接影響整個系統數據的質量與準確性。

運維監控效率較低風險。針對多點部署模式，特別是全國性、國際性業務，分節點多為跨地域、跨數據中心部署，采用分布式技術建設的系統容易出現節點故障問題反饋慢、問題處理效率低等現象。

區塊鏈技術風險

采用區塊鏈技術建設的系統存在數據泄密、數據回溯難、數據質量低等風險。

數據泄密風險。系統各節點均存儲完整數據，并擁有平等的數據管理、使用權限，相比于數據管理權限集中的分布式系統，區塊鏈系統數據泄漏風險更大，甚至可能出現多點泄漏，同時數據泄漏源頭更難排查。

共識風險。最新研究表明，隨著礦池技術不斷升級，通過算力集中，控制區塊鏈系統超過51%的節點影響最終共識的形成，從而破壞區塊鏈技術絕對公平的設計理念。同時，現有區塊鏈體系尚無良好的數據回溯解決方案，一旦被記賬的數據出現問題，想要系統回退至問題發生前將異常困難。

數據質量風險。區塊鏈系統內各節點均具有新增、記錄數據的權限，多源數據采集將顯著提升數據質量的把控難度，同時存在數據不一致、數據冗余等數據質量隱患，某一個節點記錄的數據存在問題均有可能導致整個區塊鏈的數據質量甚至造成數據分叉。

成本風險。隨著區塊鏈系統逐步推廣，各節點的數據存儲負載、共識機制建立、維護、數據安全建設等保障系統正常運轉的成本將不斷增長，甚至嚴重超出系統建設預期。

監管建議

分布式技術監管

分布式系統風險相對集中，監管重點為中心節點權限管控、提升系統運維效率等方面。

加強分布式系統中心節點數據管理權限監管。分布式系統數據監管主要在中心節點，需重點加強對中心節點數據增刪改查行為、數據管理員操作合規性、操作記錄的監管。

建立健全分布式系統監控、運維機制。須進一步加強分布式系統配套運維、監控體系建設，做好分布式系統運維監管，避免因局部問題逐步擴展從而影響整個系統運行的風險。

區塊鏈技術監管

區塊鏈技術監管重點為數據安全、共識機制、數據質量以及建設成本等方面。

加強數據應用的監管，避免數據泄漏風險。加強對區塊鏈系統各節點數據管理權限、數據使用途徑、數據應用、公開范圍等數據操作進行嚴格監管，與區塊鏈系統建設同步設計、制定全方位的數據管理規范，避免信息特別是敏感信息的泄漏風險。

不斷優化共識機制，提升系統回溯能力。為保證系統共識的穩定、公平，需要不斷優化共識機制，加強對系統共識機制、算法設計的審核與監管，避免系統建設方預留共識機制“后門”，監守自盜等風險。對于由政府主導的區塊鏈系統應用，更需把握系統數據共享、自治與宏觀調控層面的均衡。

強化數據質量管控，降低數據分叉隱患。需建立各節點數據質量管控機制，樹立“先治理、再記錄”的數據存儲原則，強化對各節點數據治理監管，確保鏈上數據準確性、規范性、一致性。

關注區塊鏈建設、維護成本的控制。區塊鏈系統整體架構規劃與后期成本控制同等重要。需要加快區塊鏈技術自主創新，構建國產化的區塊鏈生態，結合業務場景，全面優化現有架構體系中不符合產業創新發展需要的技術與機制，有效降低區塊鏈系統建設、應用成本，促進區塊鏈技術的全面推廣落地。

（作者單位：中國人民銀行烏魯木齊中心支行科技處）

編后語

區塊鏈作為一項信息技術一直廣受關注，人們甚至寄希望于這項技術能像互聯網一樣帶給社會經濟突破性的變革。究其原因，我想這是區塊鏈的特性決定的，其存儲數據信息的“去中心化”“全程留痕”“可以追溯”“公開透明”“集體維護”等特征，不正是解決經濟運行中最核心的“信任”問題的靈丹妙藥嗎？從經濟學的角度看，“信任”是一種高昂的隱性成本。人們為了驗證信任往往要付出比交易本身多幾倍的時間與精力。如果通過這項技術建立起“信任”的扎實基礎，那么今后一定可以使經濟活動乃至社會管理大為改觀。

可以預見，區塊鏈技術的研發和應用是一個漫長且曲折的過程，只有區塊鏈技術獲得了突破，才能真正走入我們的社會生活之中。本期我們選取了兩篇有關區塊鏈的文章，一篇從技術的角度，一篇從應用的角度，嘗試著分析區塊鏈的發展，我們希望今后能夠聽到更多的 Fintech專家在該領域的聲音。