区块链与分布式技术的关联性分析

许健

在党中央第十八次集体学习中，习近平总书记在主持学习时强调，区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入力度，着力攻克一批关键核心技术，加快推动区块链技术和产业创新发展。

区块链作为一项新兴技术的代表，在IT界一夜之间站上了技术浪潮的顶端，一时间各类文章和分析报告铺天盖地。区块链到底是什么？它与既往的IT技术之间是一脉相承，还是独立的一项信息技术。笔者认为，区块链解决的是数据库层面的技术，它与分布式技术关联度非常高。

技术方面

技术关联性

分布式技术。分布式技术属于基础架构方面的技术集，核心技术包括服务代理与负载均衡、计算任务分解、数据缓存与分布式存储等。分布式结构包括无中心节点的网状结构、环状结构，以及有中心节点的星状结构。

区块链技术。区块链是一个技术体系，核心技术包括分布式数据库管理、P2P网络（端到端网络）、加密算法、共识机制等。区块链架构如图1所示。

二者的关联。两种技术既有联系，又有不同，分布式技术是区块链技术体系的重要支撑技术之一，主要应用于合约层、激励层、共识层以及网络层。

技术特性

分布式技术特性：分布性、高可用、可伸缩、数据最终一致等

分布性。在应用层面，分布式系统支持通过负载均衡机制，实现各应用节点同时提供服务。在数据层面，通过分布式存储技术，各数据节点存储系统的全量或差量数据，确保分布式系统数据的完整性。

高可用性。应用与数据均可以实现分布式部署，个别节点故障不影响系统的整体运行，因此采用分布式技术建设的系统支持以“多活”方式提供服务。

可伸缩性。分布式技术支持节点规模的任意扩展，允许参与节点在任意时刻加入和退出系统。

区块链技术特性：去中心化、数据共识、分布式记账、数据分叉等

去中心化。区块链技术采用去中心或弱中心理念设计系统，各节点具有完全一致的数据管理、维护权限，通过共识机制，确保数据一致。

数据共识。区块链在没有中心控制的情况下，基于共识算法，使系统中各节点均具有参与决策的权限，让众多完全平等的节点针对某一状态达成共识。区块链常用共识机制包括工作量证明、权益证明——股份授权证明。

分布式记账。区块链各节点均保存全量数据，并具备独立更新的权限，获得系统内节点共同认可（共识）的数据更新记录，将被保存至所有节点，从而确保系统内各节点的数据一致。

数据分叉。随着区块链规模增长，系统中各节点达成共识难度越来越大，有可能导致区块链分叉，最终分解为多个子链。

两种技术特性对比

技术共性。鉴于区块链技术体系中包含对分布式技术的深入应用，应用区块链技术建设的系统也同时具备分布性、高可用性、可伸缩性、最终一致性等分布式系统所具备的特性。

技术个性。区块链技术与分布式技术因设计理念、解决问题不同，两种技术的实现目标有所不同，具体表现为：一是分布式技术既支持数据在各节点完整存储，也支持数据差量存储，区块链技术要求各节点必须存储全量完整数据。二是区块链各节点均存储全量数据，节点的加入、退出、故障均不影响数据完整性，高可用性、可伸缩性更优。三是分布式技术通过中心节点管理数据，统一下发至个分节点，保证数据一致;区块链技术通过共识机制保证数据一致。

应用场景方面

分布式技术应用场景

分布式技术的目标是解决集中式系统业务处理效率瓶颈问题，常应用于对系统可靠性要求高、吞吐量大、并发数据处理需求多的业务场景。

访问、吞吐量巨大的业务领域。如电商、第三方支付等互联网金融应用场景，随着用户数量井喷式增长与服务产品的不断丰富，采用分布式技术实现业务访问分流，避免因服务器资源不足导致系统无法正常提供服务的问题，特别是针对访问存在波动周期的业务应用，通过建立动态、自动化分布式资源管理机制，合理、及时分配服务资源，可有效应对提升用户连续性服务体验。

对系统稳定性、连续性要求极高的业务领域。如支付系统等需要7×24小時不间断对外提供服务的业务系统适合应用分布式技术建设，通过多节点共同提供服务，个别节点故障不影响系统的正常运行，以分布式部署方式实现业务系统的“多活”。

计算需求较大的业务领域。如大数据应用、AI人工智能等具体业务应用，需要通过短时大量计算得到预测结果，存在单台服务器性能瓶颈，可采用分布式技术分解计算任务，同步计算，达到业务对时效性的要求。

数据存储压力过高的业务领域。分布式数据存储技术可有效分摊海量数据对底层数据库的压力，为数据挖掘、大数据应用提供稳定的底层数据存储。

区块链技术应用场景

区块链技术适合应用于低成本交易、便捷应用领域、产业供应链领域以及单中心风险较高的业务领域。

数据共享、低成本交易、便捷应用领域。与分布式系统相比，采用区块链技术建设的系统去中心化的建设理念可避免权威信任体系建立维护的成本，点对点的交互模式可有效提升应用服务的便捷程度。目前，诸多银行、企业开始在跨境支付应用、供应链金融等泛金融领域尝试应用区块链技术。

产业供应链领域。产业供应链系统往往存在多达数百的加工环节，应用区块链技术可有效应对产业供应链庞大节点的追踪管理挑战。

单中心风险较高的业务领域。例如征信信息管理体系，原有中心化的分布式系统需要将各参与节点的数据汇总、整理并发布，数据实时应用效率不高，同时存在中心节点可信性风险。基于区块链技术建立系统，参与机构以独立节点方式共享系统内所有数据，可有效解决信息“孤岛”问题，提高系统数据可信性。

应用场景分析

虽然区块链技术与分布式技术的应用场景不同，但随着区块链技术深入应用、全面推广，共识、查询效率低、数据存储成本高等问题愈发凸显，为解决系统效率瓶颈与缺陷，仍需借助分布式技术进一步优化升级。

（1）应用区块链技术建设的系统仍需借助分布式处理技术解决交易处理效率低、达成共识缓慢等局限，同时提升系统复杂事务自动处理能力。

（2）区块链技术在数据存储方面仍需进一步改良。目前，业界已有借鉴分布式数据存储中非完整副本存储理念设计区块链数据存储模式的研究与实践。

风险与监管方面

风险分析

分布式技术风险

采用分布式技术建设的系统存在权限集中与运维监控效率低等风险。

权限集中风险。各节点权限不同，中心节点拥有全量数据的管理权限，经过中心节点确认后的数据才能发至各分节点使用，数据管理权限过于集中，一旦中心节点出现问题，将直接影响整个系统数据的质量与准确性。

运维监控效率较低风险。针对多点部署模式，特别是全国性、国际性业务，分节点多为跨地域、跨数据中心部署，采用分布式技术建设的系统容易出现节点故障问题反馈慢、问题处理效率低等现象。

区块链技术风险

采用区块链技术建设的系统存在数据泄密、数据回溯难、数据质量低等风险。

数据泄密风险。系统各节点均存储完整数据，并拥有平等的数据管理、使用权限，相比于数据管理权限集中的分布式系统，区块链系统数据泄漏风险更大，甚至可能出现多点泄漏，同时数据泄漏源头更难排查。

共识风险。最新研究表明，随着矿池技术不断升级，通过算力集中，控制区块链系统超过51%的节点影响最终共识的形成，从而破坏区块链技术绝对公平的设计理念。同时，现有区块链体系尚无良好的数据回溯解决方案，一旦被记账的数据出现问题，想要系统回退至问题发生前将异常困难。

数据质量风险。区块链系统内各节点均具有新增、记录数据的权限，多源数据采集将显著提升数据质量的把控难度，同时存在数据不一致、数据冗余等数据质量隐患，某一个节点记录的数据存在问题均有可能导致整个区块链的数据质量甚至造成数据分叉。

成本风险。随着区块链系统逐步推广，各节点的数据存储负载、共识机制建立、维护、数据安全建设等保障系统正常运转的成本将不断增长，甚至严重超出系统建设预期。

监管建议

分布式技术监管

分布式系统风险相对集中，监管重点为中心节点权限管控、提升系统运维效率等方面。

加强分布式系统中心节点数据管理权限监管。分布式系统数据监管主要在中心节点，需重点加强对中心节点数据增删改查行为、数据管理员操作合规性、操作记录的监管。

建立健全分布式系统监控、运维机制。须进一步加强分布式系统配套运维、监控体系建设，做好分布式系统运维监管，避免因局部问题逐步扩展从而影响整个系统运行的风险。

区块链技术监管

区块链技术监管重点为数据安全、共识机制、数据质量以及建设成本等方面。

加强数据应用的监管，避免数据泄漏风险。加强对区块链系统各节点数据管理权限、数据使用途径、数据应用、公开范围等数据操作进行严格监管，与区块链系统建设同步设计、制定全方位的数据管理规范，避免信息特别是敏感信息的泄漏风险。

不断优化共识机制，提升系统回溯能力。为保证系统共识的稳定、公平，需要不断优化共识机制，加强对系统共识机制、算法设计的审核与监管，避免系统建设方预留共识机制“后门”，监守自盗等风险。对于由政府主导的区块链系统应用，更需把握系统数据共享、自治与宏观调控层面的均衡。

强化数据质量管控，降低数据分叉隐患。需建立各节点数据质量管控机制，树立“先治理、再記录”的数据存储原则，强化对各节点数据治理监管，确保链上数据准确性、规范性、一致性。

关注区块链建设、维护成本的控制。区块链系统整体架构规划与后期成本控制同等重要。需要加快区块链技术自主创新，构建国产化的区块链生态，结合业务场景，全面优化现有架构体系中不符合产业创新发展需要的技术与机制，有效降低区块链系统建设、应用成本，促进区块链技术的全面推广落地。

（作者单位：中国人民银行乌鲁木齐中心支行科技处）

编后语

区块链作为一项信息技术一直广受关注，人们甚至寄希望于这项技术能像互联网一样带给社会经济突破性的变革。究其原因，我想这是区块链的特性决定的，其存储数据信息的“去中心化”“全程留痕”“可以追溯”“公开透明”“集体维护”等特征，不正是解决经济运行中最核心的“信任”问题的灵丹妙药吗？从经济学的角度看，“信任”是一种高昂的隐性成本。人们为了验证信任往往要付出比交易本身多几倍的时间与精力。如果通过这项技术建立起“信任”的扎实基础，那么今后一定可以使经济活动乃至社会管理大为改观。

可以预见，区块链技术的研发和应用是一个漫长且曲折的过程，只有区块链技术获得了突破，才能真正走入我们的社会生活之中。本期我们选取了两篇有关区块链的文章，一篇从技术的角度，一篇从应用的角度，尝试着分析区块链的发展，我们希望今后能够听到更多的 Fintech专家在该领域的声音。