比特币:分布式存储要解决的3个基本问题

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分布式存储要解决的3个基本问题

1.网络结构2.数据不可篡改性

3.最终一致性

网络结构

去中心化的分布式存储是指整个发行的电子货币，以及货币交易数据有不同机构，不通个人的成千上万的计算机共同存储，共同维护了同一份相同的数据，只有共同维护的这份相同的数据才是认为最终正确的数据，任何个人篡改自己的数据都没有意义，并且存储的数据所有人都可访问。

金色相对论 | 肖臻：比特币协议是去中心化的，跟分布式的概念不是完全等价的:在今日举行的金色相对论中，关于“央行大概率会更像传统的分布式系统设计的考虑是什么”的问题，北京大学计算机系研究员、博士生导师肖臻表示，严格地说，比特币协议是去中心化的，跟分布式的概念不是完全等价的。去中心化的系统必然是分布式的：如果整个系统只运行在一台机器上，那显然不能称为去中心化的。但是，分布式系统未必是去中心化的。即使系统运行在成千上万台机器上，如果这些机器是由同一个机构管理的，那也不是去中心化的。目前央行还没有公布会采取哪种设计，我估计央行自己也没有确定。比特币和以太坊采用的都是交易驱动的状态机模式。绝大多数分布式系统是让每台机器处理不同的任务，然后把处理结果组合起来得到最后的结果。这样做的目的是为了比单机处理速度快。最理想的状况是达到线性加速比：10台机器的处理速度是1台机器的10倍。实际使用中往往很难达到线性加速比，因为任务拆分、机器之间通讯、整合各台机器的输出结果都有一定的开销，所以10台机器可能只比一台机器快6倍，但还是要比单机速度快，否则用分布式系统就没意义了。[2019/8/15]

比特币采用了一种更加简单直接的方式，利用P2P协议维护整个比特币网络集群，不需要某个中心节点协调节点之间的通信，不需要所有机器投票维护集群状态。而是通过P2P协议进行节点之间的数据传输，任何节点都可以随时加入或者离开比特币网络集群，而不会对比特币网络集群产生影响，也不需要特意去修复这个集群中的故障机器。

声音 | IPFS.Fund创始人周欢：分布式存储是赋能实体产业最重要的方向:在“分布式存储的未来机遇与挑战”圆桌论坛，在面对IPFS星鉴网CEO江江发起的“如何看待分布式存储与实体经济结合的现状”的提问时，IPFS.Fund创始人周欢表示，今年是整个区块链行业非常大的热点，区块链峰会已经有上千场了，从过年开始。我已经研究了分布式存储2年了，看到了分布式存储、人工智能、区块链、5G等等这个时代很重要的话题，通过我的研究判断其实是分布式存储是赋能实体产业最重要的方向。喊这么多年离我们还是有那么多距离，是因为分布式存储技术发展其实还没有得到整个发展需求。

只有当分布式存储之后，所有数据能通过分布式存储的方式，每一家企业不管是大企业还是小公司，据能够平等的时候，才能达到低门槛的状态。人工智能、5G这些企业如果没有分布式存储，没有基础设施跟上的话，其实是很难发展起来的。[2019/8/11]

利用P2P协议进行节点之间数据传输主要有两个功能点：

声音 | 李立辉：分布式商业模式未来可能引起的颠覆性变化:近日，由清华大学经济管理学院数字金融资产研究中心主办的数字金融资产大讲堂在北京举行，中国银行原行长李立辉发表了题为“数字金融与数字货币”的演讲。他表示，分布式商业模式未来可能引起的颠覆性变化：一是所有的商业中介、信任中介、信用中介都被数学算法所取代，不再需要中心化组织，不再需要中介成本，商业可扩展性变成无限大；二是数字世界的治理机制只是数学算法，不再需要法律，不再需要执法者；三是数字世界需要数字化的记帐方式，数字账户、数字货币，公有链上分布式的应用以虚拟货币或者通证发行作为激励机制，以此驱动链上的经济活动。[2018/12/24]

a.把需要存储的数据广播到所有节点上进行储存。b.查询整个网络集群中所有节点的最新数据，如果自己节点的数据与大部分节点的数据不一致，则更新自身的数据与大部分节点存储的数据一致。

动态 | 美国银行提交在分布式网络中采取多重数字签名专利申请:据Cointelegraph消息，美国专利商标局（USPTO）上周公布的专利申请文件显示，美国银行提交了一项在分布式网络中采取多重数字签名的新专利申请。这项专利关乎一个新系统，该系统用来管理联网设备中的各项传输数据。专利文件表明，美国银行旨在阐述物联网生态环境中的各个联网设备如何与其它各方传输数据，而新系统将允许用户自行选择将哪些数据传输给第三方。[2018/9/25]

比特币是去中心化存储，最大的风险是整个比特币网络集群被破坏，篡改了整个网络存储的数据。但是上述第二个功能点能够有效的防止这种风险，由于系统会自动更新为整个集群中大部分节点存储的相同数据，所以要篡改数据，必须要同时篡改整个网络一半以上的数据，这不是说做不到，但是比特币利用区块链的方式再加上利益博弈机制，当你拥有这种能力的时候，也不需要去做篡改这种投入产出比这么低的事了，在数据不可篡改性一节中再详细描述。

数据不可篡改性

在设计了比特币系统运行的网络结构之后，需要考虑数据的不可篡改性，因为这种数据存储是去中心化的，任何人都可以访问，那么就容易被篡改，上节描述了在这种网络结构的运行机制下，要篡改数据，必须同时更改这个网络集群上一半以上的节点数据，如果每个节点没有一个安全的保护机制的话，那是很容易做到被同时修改网络集群中据很容被更改。

为了防止上个账本的数据被篡改，产生新的账本需要依赖于上一个账本中的所有交易记录的hash值，这样一旦上个账本的数据发生变化就与新账本对应不上。但是账本中所有交易记录计算hash值是一件耗时的计算，因此比特币采用了merkle树对某个账本中的所有交易记录进行hash计算。它主要是解决账本中交易记录hash计算的效率问题。

最终一致性

是分布式存储就绕不开CAP理论，比特币也一样，比特币采用P2P协议进行节点之间的数据传输，放弃了CAP中的Consistency，采用了AP两个维度。如果放弃了Consistency这个属性，那么就产生了拜占庭将军问题，这么多节点如何达成数据一致性。拜占庭军队都是一个个小分队组成，每个小分队都有一个将军负责，将军们通过号令兵传达一系列行动，但是当中出现一些叛将，故意破坏号令怎么办？

分布式存储系统和拜占庭将军问题一样，做到一致性是很难的，在比特币开放式的全球化部署的系统集群更是如此。所以比特币放弃了强一致性，并且通过P2P点对点通信，没有中心节点，整个集群中的服务器故障，离开，加入集群都不会对整个集群产生影响。

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