区块链是不是数据库？

来源：星球日报    作者：stake.fish

“分布式数据库”、“分布式账本”常被许多人理解为区块链的另一个名字。很多时候，他们“看起来一样”甚至“用起来也差不多”。那么到底能不能把区块链跟数据库划上等号？来自Cardano社区的一篇文章以数据为关键词探讨了这个话题。stakefish提炼文中的主要观点分享给社区，供大家寻找自己的答案。

人们常说区块链就是一个又慢又贵的数据库，可扩展性还不好。真是这样吗？

确实，区块链永远不会像传统数据库那样快。然而，与数据库相比区块链更胜一筹，我们有必要了解这些优势。

本文中，我们将从数据的角度来讨论区块链到底是什么，然后再来看看区块链和数据库之间最重要的区别。

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“块链”到“区块链”

从数据角度来看，区块链用一个个块来存储数据，是一个与“链表（Linked list）”非常类似的结构。链表是一个线性数据结构，入口点称为链表头。链表中每个元素都是一个单独的对象，由数据和指针组成，最后一个块的指针为空。

链表结构

区块链增加了一个功能来防止历史数据被篡改。

1991年，Stuart Haber和W. Scott Stornetta两位作者首次对以加密学为基础的“块链（chain of blocks）”进行研究，想要构建一个不能篡改文档的时间戳系统。

1992年，Bayer、Haber和Stornetta将Merkle树嵌入设计之中，将多个文档证书收集到一个块中，提高了块链的效率。

密码学为安全基础的“块链”结构

要注意当时还没有使用“区块链（blockchain）”这个词，而是使用了“块链（chain of blocks）”，中本聪在比特币白皮书中使用的也是“块链”一词。

如今，概念被再定义。许多项目和IT巨头都在谈论区块链技术。我们已经知道最开始的区块链实际上指的是密码学为安全基础的“块链”的数据结构，后来，区块链随着人们的谈论产生含义变化，区块链一词更广泛的来表示相同数据结构的分布式网络，更多的以“分布式账本”被谈起。

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区别1：数据存取

只能“CR”、不能“UD”

常见的数据库不使用“块”，而是使用“表”。表是数据库中以表格式保存的相关数据集合，由列和行组成。

在关系数据库中，表是一组数据元素（值），使用垂直列（通过名称可识别）和水平行的模型，形成行和列相交的单元格。表具有指定数量的列，但可以有任意数量的行。

数据表

人们可以在数据库中对数据使用四种基本操作：创建、读取、更新和删除（CRUD）。

然而，区块链只允许两种操作：创建和读取。区块链只能在区块链的末尾附加一个完整的区块（其中包含交易），添加后数据无法更新或删除。

数据库允许人们不断地更改甚至删除过去存储的数据。区块链有意保持历史数据不变并始终可用。

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区别2：数据权限

“一组管理员”≠区块链节点

 除了“允许进行什么操作”，“谁来操作”也是看待区块链和数据库之间不同的另一个重要层面。

数据库由一个或者一组管理员维护。管理员有权对数据做任何他想做的事情（CRUD四种操作）。管理者通常是大公司的雇员，必须遵守公司所有者制定的规则，会授予用户有限的权力来创建、读取、修改或删除数据。

但是，即使用户输入了正确的数据，管理员还是可以修改或删除它。如果对数据正确性存在争议，用户没有或者仅掌握有限的修改权限，管理员总是比用户拥有更多的权限。

区块链中不存在修改和删除权限数据的管理员。网络中的节点必须对任何要添加的数据达成一致。一旦添加了块并得到确认，就没人能轻易地更改历史数据，而且人们总是可以通过区块链对过去发生的事情进行证实。

区块链取代了由管理员维护的单一服务器的方式，换以一组独立节点，对添加的内容达成共识。

从直接参与者的角度来看，少数实体之间的私有区块链可以看作是一个分布式、去中心化的系统。如果私有区块链在单个公司中使用，那么虽然它有一些分布式系统的优势，但仍然是中心化的解决方案。对于单个公司，数据库可能是更好的选择。

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区别3：数据备份

“冗余数据库”≠区块链

传统数据库进行“数据复制”，主要是防止数据丢失，不能防止篡改历史数据或管理员重写数据。如果一个服务器接受了更改，而其他服务器没有，还可能存在数据不一致的情况。

数据复制

区块链利用去中心化共识，简洁的解决了上述问题。一旦网络中的所有或大多数节点同意添加一个新块，数据就会写入许多硬盘。即便生产新块的节点在这一同步后立即崩溃，数据也总能在其他节点上确保安全，崩溃的节点随后还能够获得关于所有区块的有效版本。

数据在所有节点达成一致后被写入所有磁盘

多个备份数据库也不能与区块链具有同等的安全性。

“数据复制”意味着一个服务器向其他服务器发送数据以进行备份。在存储数据之前，服务器之间并没有对储存某个版本数据达成共识。如果一个服务器发送了无效或错误的数据，其他服务器只是盲目地接收和存储它（某种数据验证仍然在发挥作用）。

与此相反，在区块链中，大多数节点在将一个块存储到区块链之前必须达成一致意见。

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区别4：数据传输

分布式系统≠去中心化方案

传统数据库采取主从式架构（client-server），这是一种软件结构模型，由客户端系统和服务器系统两部分组成。它们通过计算机网络或在同一台计算机上通信。主从式架构的应用程序是由客户端和服务器软件组成的分布式系统，但还是以一个以服务器为中枢的中心化解决方案。

数据库建立在服务器上。因此，如果只有一个服务器，那有可能造成所谓的单点故障。一旦服务器不能运行，所有的客户端都不能与服务器通信，也就不能彼此通信。

从数据的角度看，所有的客户端必须依赖于服务器，认为它诚实且做足了安全保障。

现在，很少看到只有一个服务器的网络。在大多数情况下，网络中有更多的冗余服务器。如果一个服务器崩溃或暂时不可用，则会有另一个服务器代为处理所有请求，但这只有在服务器之间已经复制数据的情况下才有可能。

如果向服务器发送交易或请求，数据将在给定时间内写入一个数据库，然后再将数据备份到其他数据库。通常会有一些延迟，还有可能出现数据传输不一致的情况。

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区别5：数据存储

不可更改与价值证明

数据库可以用于安全监控、信号提示、信息收集和授权等场景。许多数据库以数据库触发器的形式提供有效的数据库特性。在使用云数据库时，数据通常只对少数人很重要，实现在数据库系统中安全性就足够了。用户可以信任数据库所有者，因为有法律等其他机制可以解决可能出现的问题。

当要求存储不可改变的信息，比如证明状态X在Z时点对用户Y有效时，区块链的优势就体现出来了。它适合保存并证明所有权。这就是为什么人们可以在区块链上创建数字货币。这类信息不能被个人所改变，安全性必须很高。添加区块的过程其实就是以一种免信任的方式为大量用户添加许多X状态的过程。 

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区别与权衡

数据库很强大，人们可以利用它实现几乎所有想要的功能，但区块链的特有功能，数据库是做不到的。

让我们回顾一下，看看传统数据库无法实现，区块链具备的特性：

数据不可更改。区块链本质上是一个去中心化分布式网络，数据在达成一致后被同时写入许多磁盘，改变历史数据非常困难，几乎不可能。主要区别在于是否以去中心化方式实现一个数据库。

附加的安全数据。正如上一点谈到的，只有在大多数实体同意的情况下，新块才会被添加。因此，插入一些被认为无效的数据是不可能的。参与者必须严格遵守规则，更多的相互独立的实体共同关注规则的执行。

没有管理员。区块链上没有管理员这样一个角色来掌握更改任何内容的权力。节点相互协商，共担责任。区块链具有免信任、抗删除的特点。

没有单点故障。这主要适用于PoS和PoW共识机制。对于DPoS共识来讲，当几个节点同时不可用时，可能会出现问题。

人们可以根据需求的不同，选择用传统数据库或者区块链技术。在采用区块链时，通过选择私链或公链，来实现不同程度的去中心化数据管理。

很难实现高可扩展性并保持高度的去中心化。数据必须分布在世界各地，因此必须考虑网络延迟。达成全球共识需要一些时间。区块链永远不会像数据库那样有效，但它可以在免信任、去中心化和防止篡改历史数据等方面提供保护。

去中心化的方式也同样具备替代传统互联网巨头的潜力，让更多人掌握数据并从中受益。