區(qū)塊鏈適合做什么和不適合做什么

前言：關(guān)于區(qū)塊鏈適合做什么和不適合做什么？一直都有爭(zhēng)議。那么，通過什么方式來辨別呢？本文用詳細(xì)的流程圖來應(yīng)對(duì)這個(gè)問題。

圍繞區(qū)塊鏈的大肆炒作嚴(yán)重夸大了這項(xiàng)新技術(shù)的實(shí)際能力和應(yīng)用。這種狂熱使得企業(yè)、開發(fā)者和投資人難以理解其實(shí)際的局限性并找出適合區(qū)塊鏈或者分布式賬本技術(shù)的正確應(yīng)用場(chǎng)景。

來自ETH Zurich的Karl Wüst和Arthur Gervais最近發(fā)布了一份同行評(píng)審論文，它提出了一種結(jié)構(gòu)性的方法，該方法有助于確定特定應(yīng)用問題應(yīng)該如何解決的合理技術(shù)方案。本文中，我們將介紹這種方法并解釋論文中的用到的一些例子。

技術(shù)對(duì)比

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N持久化（保存）狀態(tài)的“僅可添加”的賬本。狀態(tài)可以是交易信息，程序數(shù)據(jù)，或者哈希過的文檔等等。基本上，就是任何需要持久化存儲(chǔ)的信息。數(shù)據(jù)庫擔(dān)當(dāng)這項(xiàng)任務(wù)已有幾十個(gè)年頭。此外，區(qū)塊鏈代表了一種新的狀態(tài)持久化技術(shù)——并且包含數(shù)字簽名和防篡改在內(nèi)的額外特性。讓我們來重新審查一下三種主流技術(shù)：

1.數(shù)據(jù)庫

首先，數(shù)據(jù)庫（單個(gè)，并行，或者分布式）被用于持久化狀態(tài)和查詢數(shù)據(jù)已經(jīng)有幾十年歷史。大量有價(jià)值的研究已經(jīng)被用于優(yōu)化不同層級(jí)的查詢處理和狀態(tài)持久化上。

? 自然地，在交易吞吐量和查詢延遲方面它們擁有最高的性能。

? 然而，一直以來，它們被設(shè)計(jì)為單一機(jī)構(gòu)的中心化管理。因此，不同參與方之間不需要共識(shí)機(jī)制。

2.公鏈（Permissionless Blockchains）

公鏈?zhǔn)遣皇苤行幕瘷C(jī)構(gòu)管理的公共賬本（狀態(tài)）。也就是說，賬本分布在一個(gè)動(dòng)態(tài)P2P網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中可能還會(huì)有惡意的節(jié)點(diǎn)。

? 中本聰?shù)闹腔墼谟谠O(shè)計(jì)了一種分布式狀態(tài)上維持共識(shí)的機(jī)制，且是在動(dòng)態(tài)和不可信的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的。這意味著公鏈可以容忍網(wǎng)絡(luò)中包含少量拜占庭或不可信行為。

? 凡事都有代價(jià)，需要在性能消耗（吞吐量和延遲）上有所取舍。在比特幣中，急劇的性能下降是由于POW協(xié)議本身的設(shè)計(jì)就非常慢。和普通數(shù)據(jù)庫相比，在任何公鏈中，性能的下降都是不可避免的。因?yàn)椴还茉趺礃?，要維護(hù)分布式狀態(tài)的一致性，（地理分布）網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點(diǎn)之間就必須進(jìn)行通信。

3.聯(lián)盟鏈（Permissioned Blockchains）

聯(lián)盟鏈代表了一種混合式的設(shè)計(jì)選擇。特別的，他們不是單一的中心化實(shí)體，而是授權(quán)給一小部分預(yù)先選定可以寫入狀態(tài)的可信節(jié)點(diǎn)。

? 由于數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)不會(huì)擴(kuò)展到大量的公共節(jié)點(diǎn)，和公鏈相比，它的吞吐量和延遲要好得多。

? 盡管如此，它的性能仍然無法跟一個(gè)中心化數(shù)據(jù)庫相匹敵。

在看完這些不同系統(tǒng)之后，我們很容易認(rèn)識(shí)到?jīng)]有一個(gè)適用于所有場(chǎng)景的方案。任何事情都需要有所取舍。不同的應(yīng)用有不同的需求，因此需要不同的合適的解決方案。

“你需要區(qū)塊鏈嗎？”流程圖

選擇正確技術(shù)方案的流程圖。TTP（Trusted Third Party）代表可信第三方，writer是一個(gè)可以寫入狀態(tài)到數(shù)據(jù)庫或者區(qū)塊鏈的實(shí)體。

這一節(jié)描述了論文中一個(gè)通用的高層次流程圖，用于為你的應(yīng)用尋找合適的技術(shù)。注意writer是一個(gè)可以將狀態(tài)寫入數(shù)據(jù)庫或區(qū)塊鏈的實(shí)體。

1.如果你的應(yīng)用不需要持久化狀態(tài)，那么很明顯不需要區(qū)塊鏈或者任何數(shù)據(jù)庫。

2.類似的，如果只有一個(gè)寫入狀態(tài)的writer，那么和常規(guī)數(shù)據(jù)庫相比區(qū)塊鏈并不能提供額外的保障。相反，從性能角度來說數(shù)據(jù)庫可能更加高效。

3.否則，如果有超過一個(gè)寫入狀態(tài)的writer，我們選擇另外一條路徑。問題變成了是不是有一個(gè)在線TTP（可信第三方）就足夠了，或者換句話說，是否需要防篡改。如果應(yīng)用不能依賴單一可信實(shí)體，我們可以進(jìn)一步分析是否需要區(qū)塊鏈。否則，不需要用區(qū)塊鏈，從性能角度來說依賴一個(gè)中心化實(shí)體更加高效。

4.下一個(gè)問題是“所有寫入狀態(tài)的writer的身份是否可知？”。如果由于身處不可信的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)因而身份不可知，比如互聯(lián)網(wǎng)，那么公鏈?zhǔn)呛线m的選擇。

5.否則，如果身份是可知的，那么下一個(gè)問題是“這些writer是否彼此信任？”。如果是，那么也不需要區(qū)塊鏈，使用提供共享寫入權(quán)限的數(shù)據(jù)庫就足夠了。否則，如果writer們不信任彼此，那么最合適的技術(shù)是聯(lián)盟鏈。

6.最后，如果是聯(lián)盟鏈，取決于是否要求公開可驗(yàn)證性，允許任何人讀取狀態(tài)（公開聯(lián)盟鏈）或者只有少部分受限的用戶（私有聯(lián)盟鏈）。

應(yīng)用實(shí)例

讓我們通過一些例子來理解什么應(yīng)用確實(shí)需要區(qū)塊鏈，哪些不需要以及為什么不需要。

不需要區(qū)塊鏈的應(yīng)用

? 供應(yīng)鏈管理（SCM）：這的確是一類反復(fù)出現(xiàn)的應(yīng)用。讓我們按照流程圖來找出最為匹配的技術(shù)。

1.SCM確實(shí)需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.涉及多個(gè)writer，即擁有最終產(chǎn)品的某些部分的不同參與方。

3.繼續(xù)我們的方法，SCM在技術(shù)上很可能總是使用一個(gè)在線TTP。例如，Skuchain承認(rèn)只需要單一的信任源，然而這就去除了區(qū)塊鏈的去中心化成分，因此它等價(jià)于一個(gè)可信的中心化服務(wù)器。

4.如果那樣做不可行，至少所有的writer是可知的，這樣留給我們的只有聯(lián)盟鏈或者不使用區(qū)塊鏈這兩個(gè)選擇。

5.SCM在數(shù)字和物理世界之間的接口存在一致性問題。通常需要人或者某些受單一writer控制的機(jī)器來登記到達(dá)倉庫的某個(gè)商品，如果質(zhì)量沒有問題的話。如果這些雇員的操作是不可信的，那么整個(gè)供應(yīng)鏈就是一種技術(shù)上的妥協(xié)，因?yàn)閻阂鈝riter可以提供任意數(shù)據(jù)。從另一方面來說，如果所有的writer們都是可信的，那么就不需要區(qū)塊鏈，因?yàn)槭褂靡粋€(gè)提供共享寫入權(quán)限的常規(guī)數(shù)據(jù)庫即可。

注意如果通過一些技術(shù)手段，數(shù)字和物理世界之間的連接可以通過一種安全的方式實(shí)現(xiàn)，那么前面的論證可能會(huì)發(fā)生變化。

? 物聯(lián)網(wǎng)：很多人提出了區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）上的可能使用場(chǎng)景，通過智能合約來為資源的消費(fèi)和供給的支付提供一個(gè)自治系統(tǒng)。由于系統(tǒng)固有的去中心化特性，實(shí)體們彼此互不信任，使用區(qū)塊鏈似乎很自然。

然而，和供應(yīng)鏈管理一樣，物理和數(shù)字世界之間的接口造成了潛在的問題。如果計(jì)算機(jī)把從傳感器中讀到的數(shù)值提供給區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈無法保證這些數(shù)值的正確性。如果只是需要自動(dòng)化，沒有必要使用區(qū)塊鏈，可以用一個(gè)可信方來代替。

適合使用區(qū)塊鏈的應(yīng)用

跨行和跨境支付：對(duì)于金融應(yīng)用，一般來說區(qū)塊鏈技術(shù)非常合適，因?yàn)閰⑴c方通常都希望規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)并且不想依賴強(qiáng)信任假設(shè)。

1.在跨行支付中包含多方（銀行）擔(dān)任的writer及想要交換價(jià)值和交易的主體。因此狀態(tài)需要被持久化。

2.銀行都是writer，因此有不止一個(gè)writer。

3.在單幣種系統(tǒng)中，中央銀行可以作為TTP。

4.否則，還有一種配置，中央銀行不想擔(dān)任每筆交易的驗(yàn)證者，只想作為一個(gè)認(rèn)證授權(quán)機(jī)構(gòu)給銀行們發(fā)放牌照，讓它們參與到系統(tǒng)中來。這意味著系統(tǒng)的所有writer都是可知的，我們可以使用聯(lián)盟鏈。

? 貿(mào)易和公平交易協(xié)議：類似的，數(shù)字商品的交易很可能不需要一個(gè)可信的爭(zhēng)端調(diào)停者，因此非常適合使用區(qū)塊鏈，而物理商品則仍然需要可信第三方來解決爭(zhēng)端。

? 電子投票：類似的，電子投票也具有區(qū)塊鏈可以派上用場(chǎng)的屬性。例如，一方面，隱私是一個(gè)主要需求，因?yàn)橥镀北仨毷悄涿膹亩苊獗幻{迫。另一方面，電子投票需要提供一定的公開可驗(yàn)證性。由于有這些需求，使用區(qū)塊鏈來幫忙獲取這些渴望得到的屬性似乎是合理的。

結(jié)論

和傳統(tǒng)觀點(diǎn)相反，區(qū)塊鏈不是一種能解決所有技術(shù)問題的方案。實(shí)際上，它們更適用于滿足一組要求的某一類應(yīng)用。特別是那些寧可犧牲性能來換取去中心化和防篡改的一致性狀態(tài)的應(yīng)用。

盡管如此，目前很多“承諾的”應(yīng)用仍然不適合使用區(qū)塊鏈，比如供應(yīng)鏈管理。在遇到那些狂熱的開發(fā)者和那些跟風(fēng)炒作并且不真正去思考他們方案的底層技術(shù)和必要性的企業(yè)家們時(shí)，我們需要保持警惕。

到現(xiàn)在為止，有信任需求的數(shù)字商品和服務(wù)似乎是最適合使用區(qū)塊鏈的應(yīng)用場(chǎng)景。