區(qū)塊鏈分區(qū)、縮放、復(fù)制和分片概念解析

在以前的文章中， 我們看到了一個簡單的鏈表概念如何演變?yōu)閺?fù)雜的分布式系統(tǒng)。顯然，這是區(qū)塊鏈簡單的概念演進，但它不是分布式系統(tǒng)出現(xiàn)的唯一方式。分布式系統(tǒng)需要協(xié)調(diào)、容錯、協(xié)商一致和多層技術(shù)管理（在系統(tǒng)和協(xié)議的意義上）。

分布式系統(tǒng)還有許多其他復(fù)雜的問題。當(dāng)分布式系統(tǒng)中的節(jié)點也是分散的（從所有權(quán)和控制的角度來看）時，安全性就變得至關(guān)重要。這就是復(fù)雜密碼機制發(fā)揮作用的地方。巨大的事務(wù)量使得有必要處理任何共享或復(fù)制數(shù)據(jù)的性能，從而為擴展、分片和驗證分布式數(shù)據(jù)的概念鋪平了道路，以確保它不會失去同步 功能或受到損害。在本節(jié)中，我們將討論一下并不新鮮的蓋簾;它們已經(jīng)為人所知，并且已經(jīng)研究了幾十年。

密碼學(xué)

分布式系統(tǒng)中的一個重要需求是數(shù)據(jù)和參與者的安全性。這促使了密碼技術(shù)的引入。例如，Ralph Merkle在1979年引入了哈希值二叉樹（現(xiàn)在稱為Merkle樹）的概念。塊的加密哈希值是由Stuart Haber & W. Scott Stornetta在1991年實現(xiàn)的。1992年，他們將Merkle樹納入他們的效率方案中。

哈希值函數(shù)是經(jīng)過充分研究的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，為許多現(xiàn)代加密技術(shù)提供了基礎(chǔ)，包括眾所周知的SSL證書和http協(xié)議。在SHA-1和SHA-2中使用了Merkle哈希值函數(shù)，現(xiàn)在稱為merker - damgard構(gòu)造。Hashcash使用SHA-1（1993年最初使用SHA-0， 1995年使用SHA-1），現(xiàn)在使用更安全的SHA-2（實際上由SHA-256和SHA-512組成）。更安全的SHA-3是下一步升級。

分區(qū)、縮放、復(fù)制和分片

由于區(qū)塊鏈的核心是分布式分類賬形式的數(shù)據(jù)庫，如何處理數(shù)據(jù)庫規(guī)?？焖僭鲩L的問題變得越來越緊迫。分區(qū)、復(fù)制、縮放和分片都是密切相關(guān)的概念。這些技術(shù)過去用于企業(yè)系統(tǒng)，現(xiàn)在被用于區(qū)塊鏈以解決性能限制。

和區(qū)塊鏈一樣，這些也不是什么新概念，因為大公司幾十年來一直在努力解決這些問題。對于不斷增長的數(shù)據(jù)庫來說，直觀而明顯的解決方案是將其分解為多個部分，并分別存儲這些部分。在這個看似簡單的解決方案的背后，隱藏著許多技術(shù)挑戰(zhàn)，例如，應(yīng)用層如何知道將在哪個“塊”找到任何特定的數(shù)據(jù)記錄，如何在數(shù)據(jù)的多個分區(qū)之間管理查詢，等等。雖然這些可伸縮性問題在企業(yè)系統(tǒng)或已經(jīng)知道并允許參與者的生態(tài)系統(tǒng)（例如，相當(dāng)于被許可的塊鏈）中易于處理，但在公共區(qū)塊鏈中會變得更加棘手。惡意策略的排列似乎沒完沒了，而實際上也不可能事先列舉出來。需要保持合理的匿名性也增加了其解決方案的復(fù)雜性。

驗證和確認

零知識證明（ZKP）是一種技術(shù)，用來證明驗證者（另一方，稱為驗證者），而驗證者知道的一些東西，不需要證明者披露什么是驗證者所知道的。（這聽起來很神奇，但是有許多簡單的例子可以說明這是如何實現(xiàn)的，我將在稍后的文章中介紹。）ZKP最初是在Shafi Goldwasser、Silvio Micali和Charles Rackoff于1985年發(fā)表的論文《交互驗證系統(tǒng)的知識復(fù)雜性》中描述的（顯然，ZKP早在1982年的時候就開發(fā)出來了，但直到1985年才發(fā)表）。Zcash是一種基于比特幣的加密貨幣，它使用ZKP（或稱為zknoks的變體，由四名研究人員于2012年首次引入）來確保交易的有效性，同時不泄露任何關(guān)于發(fā)送方、接收方或金額本身的信息。

甚至交易本身都可以通過自動化代碼實現(xiàn)，這通常稱為智能合約。這是Nick Szabo在1996年首次提出的。盡管名稱不同，但考慮到人工智能目前相對先進的狀態(tài)，這些自動化代碼是否可以說是智能合約還存在爭議。同樣，智能合約也不完全是法律意義上的合同。例如，信用卡交易結(jié)合了大量的計算，包括檢查余額、欺詐、不尋常的支出模式等，以及在復(fù)雜的現(xiàn)代金融交易網(wǎng)絡(luò)中各方之間的服務(wù)水平協(xié)議和合約綁定，但我們通常不稱之為“智能合約”。相比之下，當(dāng)前的“智能合約”是相當(dāng)簡單的。