一文读懂区块链和分布式数据库有什么区别 ?

链闻研究院 2018-12-21

链闻 ChainNews 此前刊登过李宁先生的 《区块链的演进历史与未来》,从生物学的角度回顾和展望区块链的发展历程和未来。此文是李宁先生的第二篇干货分享,讲解了什么是区块链?什么是分布式数据库?

相信很多人容易混淆这两个概念。表面上看,区块链和分布式数据库在基础技术方面有很多相似的地方,但也仅仅只是相似而已,接下来,本文将从本质区别、核心价值和存储技术三个方面来探讨二者的不同。

作者:李宁,Ultrain 联合创始人 &CTO

一、区块链和分布式数据库的本质区别

1、一致性的核心共识算法和冗余的数据存储:

一致性的核心共识算法和冗余的数据存储是二者最为相似的一点,即便如此,二者在技术目的上仍存在本质区别。其中,区块链使用这些技术的核心目的在于构建一个尽可能去中心的、数据资产所有权永久保护和自由转让的世界;而分布式数据库核心目的则是尽可能构建一个逻辑中心,这个中心能对外提供高性能、低成本以及扩展性好的服务。

2、不可能三角:

二者都需要面对不可能三角的挑战,但二者所需要面对的具体挑战有本质的区别:其中区块链面对的是安全、去中心化和可扩展性;而分布式数据库面对的是对业务的支持度、工程实现复杂度和硬件要求。

3、一致性:

一致性在区块链和分布式数据库上对应的意义也不同:区块链系统中的一致性指的是多节点对数据状态的共同维护能力;而分布式数据库系统中的一致性指的是多个副本对外呈现的状态。

4、共识算法安全级别的不同

区块链系统解决的是拜占庭错误,主流算法有 POW/POS(概率算法) 和 PBFT(确定性算法)。其中,POW/POS 概率类算法的共识结果则是临时的,随着时间推移或某种强化,共识结果被推翻的概率越来越小,最终成为事实上结果。拜占庭类容错算法往往性能较差,无法容忍超过 1/3 的故障节点;而 PBFT 确定性算法一旦达成共识就不可逆转,即共识是最终结果。分布式数据库系统解决的是非拜占庭错误或故障错误,主流算法有 Paxos 和 Raft,这类容错算法往往性能比较好,处理较快,容忍不超过 1/2 的故障节点。

二、从核心价值探究区块链和分布式数据库

区块链的核心价值

区块链的核心价值不是对外提供服务而是构建自己的数据资产世界,区块链世界更新的是状态,存储的是可追溯日志,主要数据结构分为两类:交易和区块。具体体现如下:

交易用于外部世界驱动区块链世界状态的更新,它又包含两类数据:交易输入和交易输出,交易输入指明了交易的数据资产来源,交易输出指明了数据资产的去向。

区块用于存储交易数据,主要由区块头和区块体两部分组成,区块头中记录了版本号、上一个区块的 Hash 地址、merkle 根、区块创建时间戳、区块的工作量难度目标以及用于计算目标的参数值,区块体包含交易数量和完整的交易数据。

分布式数据库核心价值

分布式数据库核心价值是对业务系统提供数据存取服务,其中业务数据库是面向操作的,主要服务于业务产品和开发;而数据仓库是面向分析的,主要服务于分析人员。

三、从存储技术的角度解开区块链和分布式数据库的面纱

区块链

2008 比特币到区块链 3.0,区块链最基础的存储技术没太多的变化,下面我就举个比特币的存储原理的例子。
Bitcoin/blocks/ 文件夹下形如图 1 中的 blk00000.dat 的文件为区块数据存储的文件,每个文件 128M 左右,此文件夹下存储了所有的区块数据。

一文读懂区块链和分布式数据库有什么区别 ?

Bitcoin/blocks/index/ 文件夹下存储了所有区块的索引数据,采用的 leveldb 格式的键 / 值对数据库。

一文读懂区块链和分布式数据库有什么区别 ?

每个区块最大是 2M,区块数据存储在区块文件中(如图 1 中 blk00000. dat),区块与区块之间利用“魔术数”分隔(如图 3 中的 0xF9BEB4D9),一个文件可以存储多个区块数据,文件也有最大限制,大于 128M 左右就会重新创建一个文件(如 blk00001.dat)。

一文读懂区块链和分布式数据库有什么区别 ?

分布式数据库

分布式数据库从 2005 年左右开始,首先是 NoSQL 这波浪潮。这些数据库解决的首要问题是单机上无法保存全部数据,如 HBase/Cassadra/MongoDB 等。紧接着是 RDMS 的救赎,除了 NoSQL 之外,RDMS 系统也做了不少努力来适应业务的变化,也就是关系型数据库的中间件和分库分表方案。然后是 NewSQL 的发展,2012~2013 年 Google 相继发表了 Spanner 和 F1 两套系统的论文,让业界第一次看到了关系模型和 NoSQL 的扩展性在一个大规模生产系统上融合的可能性。

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