2.2 分布式存儲保證數(shù)據(jù)的一致性

區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是一個(gè)按照時(shí)間順序串聯(lián)起來的事件鏈，創(chuàng)世塊以后的所有交易都記錄在區(qū)塊中。交易記錄等賬目信息會被打包成一個(gè)個(gè)的區(qū)塊并進(jìn)行加密，同時(shí)蓋上時(shí)間戳，所有區(qū)塊按時(shí)間戳順序連接成一個(gè)總賬本。

區(qū)塊鏈?zhǔn)褂昧藚f(xié)議規(guī)定的密碼機(jī)制進(jìn)行認(rèn)證，保證不會被篡改和偽造，因此任何交易雙方之間的價(jià)值交換活動(dòng)都是可以被追蹤和查詢到的。

如果有人想要在區(qū)塊鏈中修改“賬本記錄”，需要把整個(gè)鏈條上的加密數(shù)據(jù)進(jìn)行破解和修改，其難度相當(dāng)大，這是由區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)所決定的。另一個(gè)保證安全的因素就是區(qū)塊鏈采用了分布式存儲的方式。也就是說，即使篡改者破解和修改了一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的信息，也沒有什么用，他需要同時(shí)修改網(wǎng)絡(luò)上超過半數(shù)的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)才能真正地篡改數(shù)據(jù)。這種篡改的代價(jià)極高，幾乎不可能完成，這也就保證了區(qū)塊鏈的安全性。

分布式存儲是去中心化的主因

那么，什么是分布式存儲？通常的數(shù)據(jù)存儲方式叫中心式存儲，將重要數(shù)據(jù)都存儲在一個(gè)中心服務(wù)器上，其他客戶端都是從中心存儲數(shù)據(jù)池中讀取數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈技術(shù)是將數(shù)據(jù)分散存儲到全網(wǎng)絡(luò)多個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有完整的數(shù)據(jù)存儲和備份，形成了一個(gè)大規(guī)模的存儲資源池。分布式存儲的數(shù)據(jù)傳輸和保存路徑如圖2-6所示。

區(qū)塊鏈構(gòu)建了一個(gè)分布式結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來保證數(shù)據(jù)庫的嚴(yán)謹(jǐn)性。區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)者沒有為專業(yè)的賬本記錄者預(yù)留一個(gè)特定的中心位置和中心權(quán)限，而是希望通過自愿原則來建立一套人人都可以參與記錄信息的分布式記賬體系，從而將會計(jì)責(zé)任分散化。數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)都實(shí)時(shí)更新并存放于所有參與記錄的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中。這樣即使部分節(jié)點(diǎn)損壞或被黑客攻擊，也不會影響整個(gè)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)記錄與信息更新。

“分布式”概念最早出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。當(dāng)時(shí)有不少大型的科學(xué)計(jì)算項(xiàng)目采用了分布式計(jì)算（Distributed Computing）設(shè)計(jì)，比如尋找外星人的Seti@Home和計(jì)算蛋白質(zhì)折疊的Folding@Home項(xiàng)目。這些計(jì)算程序的計(jì)算量非常龐大，以往的中心式計(jì)算需要在超級計(jì)算機(jī)上完成，耗時(shí)長、費(fèi)用高；而分布式計(jì)算是將這些計(jì)算項(xiàng)目中的部分?jǐn)?shù)據(jù)分解，然后通過因特網(wǎng)將數(shù)據(jù)分配到安裝了計(jì)算客戶端的個(gè)人計(jì)算機(jī)上，利用閑置的計(jì)算資源共同來完成計(jì)算。

計(jì)算和存儲，都是計(jì)算機(jī)的重要功能。分布式計(jì)算解決了數(shù)據(jù)的計(jì)算成本問題，大家一起幫忙計(jì)算；分布式存儲解決了數(shù)據(jù)的安全性問題，大家一起幫忙記賬。

在區(qū)塊鏈出現(xiàn)之前，普通用戶也曾經(jīng)接觸過分布式存儲應(yīng)用，那就是BitTorrent。BT下載所需的數(shù)據(jù)都分布在用戶的計(jì)算機(jī)里，采用P2P的數(shù)據(jù)傳輸方式。音樂、軟件、影視資源通過BT軟件實(shí)現(xiàn)個(gè)人之間的免費(fèi)分享，在用戶之間進(jìn)行分布式點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。由于沒有中心化的服務(wù)器，數(shù)據(jù)都存儲在用戶的個(gè)人計(jì)算機(jī)中，版權(quán)擁有者并沒有辦法將侵權(quán)數(shù)據(jù)移除。區(qū)塊鏈技術(shù)也采用了類似的數(shù)據(jù)存儲方式。

區(qū)塊鏈的存儲方式和BT下載的原理類似。根據(jù)BT下載的協(xié)議，文件發(fā)布者發(fā)布的文件生成種子文件，包含跟蹤信息和文件信息兩部分。BT下載一開始，首先要連接到中心的跟蹤服務(wù)器獲得其他用戶的IP地址，然后連接到其他用戶開始點(diǎn)對點(diǎn)下載。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是平等關(guān)系

區(qū)塊鏈構(gòu)建了一整套協(xié)議機(jī)制，讓全網(wǎng)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在參與記錄的同時(shí)也來驗(yàn)證其他節(jié)點(diǎn)記錄結(jié)果的正確性。只有當(dāng)全網(wǎng)大部分節(jié)點(diǎn)（或甚至所有節(jié)點(diǎn)）都同時(shí)認(rèn)為這個(gè)記錄正確時(shí)，或者所有參與記錄的節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行結(jié)果比對并一致通過后，記錄的真實(shí)性才能得到全網(wǎng)認(rèn)可，記錄數(shù)據(jù)才允許被寫入?yún)^(qū)塊中。

區(qū)塊鏈技術(shù)采用分布式數(shù)據(jù)存儲的方式來解決賬本的容災(zāi)問題，同時(shí)建立了一種個(gè)體之間的對等關(guān)系（P2P），形成去中心化的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)中沒有中心機(jī)構(gòu)，所有節(jié)點(diǎn)的權(quán)利和義務(wù)都一樣，任一節(jié)點(diǎn)停止工作都不會影響系統(tǒng)整體的運(yùn)行。所以，分布式存儲的一個(gè)優(yōu)勢就是“去中心化”。

從去中心化到弱中心化

區(qū)塊鏈的核心不是去中心化，而是分布式。區(qū)塊鏈的早期技術(shù)（如比特幣）被描述為完全去中心化的技術(shù)。實(shí)際上區(qū)塊鏈技術(shù)還是有中心的，雖然沒有第三方平臺作為中心，用信用背書，但實(shí)際上交易協(xié)議、算法就是它的中心。未來，區(qū)塊鏈技術(shù)要在“原本只有少量的大中心”的行業(yè)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，還將慢慢演化成“有大量的更小規(guī)模的中心”。

去中心化帶來的好處是降低信任成本，但P2P的多節(jié)點(diǎn)確認(rèn)模式同時(shí)也會降低交易效率。由于金融行業(yè)的特殊性質(zhì)，完全去除監(jiān)管部門的監(jiān)督權(quán)利是不切實(shí)際的，包括央行在內(nèi)的多家監(jiān)管機(jī)構(gòu)也在研究如何在區(qū)塊鏈中引入超級賬戶，通過超級賬戶執(zhí)行一些特定的操作，包括交易賬號的凍結(jié)等。

在實(shí)際中，很多業(yè)務(wù)場景已經(jīng)有了一定的信任基礎(chǔ)。比如一個(gè)機(jī)構(gòu)內(nèi)部，行業(yè)聯(lián)盟之間的互信。在原有的信任基礎(chǔ)之上，區(qū)塊鏈朝著聯(lián)盟鏈、私有鏈的方向發(fā)展。未來，區(qū)塊鏈系統(tǒng)架構(gòu)是可信任的多中心體系，將分散獨(dú)立的各自單中心，提升為多方參與的統(tǒng)一多中心，從而提高信任傳遞效率，降低交易成本，即在信息不對稱、不確定的環(huán)境下，建立滿足各種活動(dòng)賴以發(fā)生、發(fā)展的“信任”生態(tài)體系。

醫(yī)療健康記錄的分布式存儲

金融、法律、醫(yī)療保健和其他類型的交易有一些共同的要求，如有必要確定交易各方的身份，保持各方間的信任，確保交易記錄正確、不能變更，保證交易發(fā)生的基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)定。在區(qū)塊鏈技術(shù)出現(xiàn)之前，實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的唯一途徑是建立一個(gè)強(qiáng)有力的中心化角色來提供這些服務(wù)，如銀行、政府和清算機(jī)構(gòu)。

在醫(yī)療健康檔案領(lǐng)域，每個(gè)醫(yī)院或衛(wèi)生系統(tǒng)都擁有自己的中心機(jī)構(gòu)來提供記錄、保存和傳輸健康檔案的服務(wù)。傳統(tǒng)的中心式存儲設(shè)施是解決這個(gè)問題的最佳辦法。雖然它有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有缺點(diǎn)。中心式存儲容易遭受數(shù)據(jù)丟失、更改和攻擊。這種架構(gòu)的存在，也導(dǎo)致當(dāng)今在醫(yī)療保健領(lǐng)域普遍存在的信息孤島現(xiàn)象。

來自美國衛(wèi)生與公眾服務(wù)部的數(shù)據(jù)顯示，2015年，黑客/IT事件導(dǎo)致了1.12億條醫(yī)療記錄數(shù)據(jù)遭到破壞或泄露。2016年，估計(jì)1/3的患者將成為數(shù)據(jù)泄露的受害者。而區(qū)塊鏈的公鑰/私鑰訪問方式和分布式數(shù)據(jù)存儲為醫(yī)療保健信息的安全建立了一個(gè)新的范式。

以醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）的數(shù)據(jù)存儲方式為例，它采用傳統(tǒng)的中心式存儲方式，數(shù)據(jù)全部存儲在整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心上。而各科室的計(jì)算機(jī)是客戶端，只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、錄入和查詢，不負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲。如果采用分布式存儲，那么就不再會有中心服務(wù)器的存在，所有的客戶端計(jì)算機(jī)都會充當(dāng)數(shù)據(jù)服務(wù)器，把數(shù)據(jù)存儲在本機(jī)上，所有節(jié)點(diǎn)以P2P方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

不可更改是區(qū)塊鏈技術(shù)的本質(zhì)之一，但在實(shí)際應(yīng)用中，特別是私有鏈中，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤信息時(shí)，很多時(shí)候還是需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的更改。醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)可以保留患者電子病歷的更新副本，分布式存儲可以保護(hù)副本免受惡意攻擊。如果出現(xiàn)患者性別錯(cuò)誤或者年齡錯(cuò)誤，需要調(diào)整區(qū)塊鏈中的歷史數(shù)據(jù)區(qū)塊，則需要區(qū)塊鏈的所有參與者達(dá)成一致共識，或者51%的網(wǎng)絡(luò)參與者批準(zhǔn)更改。如果確實(shí)發(fā)生了區(qū)塊替換，那么這個(gè)區(qū)塊將會留下一個(gè)所有參與者都能看到的更改痕跡。此功能可提高安全性，并可幫助降低惡意更改的風(fēng)險(xiǎn)，一旦更改會立即向網(wǎng)絡(luò)廣播。

咨詢服務(wù)業(yè)巨頭埃森哲（Accenture）已在歐美地區(qū)獲得可編輯區(qū)塊鏈模型的專利。此種區(qū)塊鏈允許在已授權(quán)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，由中央管理員修改及刪除儲存信息。區(qū)塊鏈技術(shù)的部分支持者認(rèn)為，可編輯區(qū)塊鏈顛覆了區(qū)塊鏈原有的概念，是一種技術(shù)上的倒退。