區塊鏈是分布式的、去中心化存儲的一種鏈式數據結構。它是一個分布式的帳本，所有的記錄由多個節點共同完成，每個節點都有完整的帳本。區塊鏈本身具有的最顯著的特征是：分布式、去中心化、信息不可篡改。

數據庫是按照一定數據結構來組織、存儲和管理數據的建立在計算機存儲設備上的倉庫。數據庫的特性有：減少數據的冗余度、數據的獨立性、數據實現集中控制。

區塊鏈從本質上來講也是一個數據庫，是一個去中心化的數據庫。但是對數據的查找速度、數據格式化處理方面有天生的不足。

本文將結合區塊鏈與傳統數據庫，設計一種全新的基于區塊鏈技術的數據庫應用平臺，該技術不僅具有區塊鏈的分布式、去中心化、可審計的特性，同時兼備傳統數據庫的快速查詢、數據結構優美的特性。兩者的結合使得數據庫的恢復變得快速、數據可靠性得到質的飛躍。

設計原理

區塊鏈上所存儲的數據，我們統一稱為交易。

在本設計中，把對數據庫操作的每一條指令都記錄到一條交易中，即一個交易對應一個數據庫操作，區塊鏈網絡會以交易的形式記錄下所有對數據庫的操作。

對于配置了數據庫的區塊鏈節點，在區塊鏈網絡記錄交易的同時會完成對數據庫的操作。對于未配置數據庫的網絡結點，交易只會記錄到本節點的區塊中。

已經配置數據庫的節點，可以通過配置從區塊鏈網絡上的第一個區塊開始搜索，去獲取數據庫表對應的交易，根據這些交易去再次執行數據庫操作，從而生成對應的表，獲得與其它區塊鏈網絡節點一致的數據庫表內容。

設計方案

· 區塊鏈網絡的選擇：

最常見的區塊鏈網絡就是BitCoin網絡，但是BitCoin網絡在實際應用中有兩個缺點：

1. 速度慢：一筆交易被全網驗證通過需要大約10分鐘的時間，真正得到安全地確認需要大約一個小時。

2. 區塊的生成需要礦工來完成，這個過程要經過大量的計算，對資源浪費比較嚴重。作為改進，Ripple的出現解決了BitCoin網絡存在的不足，Ripple網絡通過自己獨有的UNL方案的引入，使得Ripple網絡的節點能有效地驗證自己收到消息的真偽，不需要經過大量的計算即可生成區塊，其每一條交易從發出去驗證只需要3-8秒。

基于Ripple與BitCoin的對比，我們選擇Ripple作為本系統的區塊鏈網絡。

· 整體結構及流程

ChainSQL的實現主要分成三個部分：

區塊鏈網絡：各個節點N構成Ripple網絡，完成區塊鏈網絡的架設。

普通數據庫：在需要生成數據庫表的節點對數據庫進行配置。

客戶端：可選擇自己創建一個區塊鏈節點接入網絡，然后向這個節點發送數據，如圖1中C2。也可以直接向網絡發送交易，如圖1中C1。

我們先架設區塊鏈網絡，這時已經可以向網絡發送數據庫操作的交易了，不需要配置任何的數據庫，如圖1中C1。

客戶需要查看網絡上的數據庫表或者想真實看到傳統意義上的數據庫表時，需要在本地創建一個區塊鏈節點NC2，連入網絡，同時在NC2配置數據庫DB，這時發往區塊鏈上的數據庫操作就會實時地在DB中反應出來，如圖1中C2。

客戶不想對表進行操作，僅想查看其它客戶創建的表時，需要在本地創建一個區塊鏈節點NC1，同時在NC1配置數據庫，在配置文件中設置需要同步的數據庫表名與所屬用戶，即可得到對應的數據庫表。

· 具體設計

1. API接口的提供：

在區塊鏈的應用層提供API接口供用戶調用，用戶向區塊鏈發出交易命令就像操作數據庫一樣。

2. 先入庫再共識：

基于區塊鏈的應用有個基本的做法就是交易要先經過區塊鏈網絡進行共識，然后交易才能知道是否有效。我們在處理時：在一定條件下，先由本地節點驗證交易，然后寫入數據庫，數據庫寫入成功后，再發到區塊鏈網絡上進行共識。如果共識不能通過，則回滾數據庫操作。這樣的設計以便于用戶快速地得知自己SQL語句執行的結果。

如果節點已經配置了數據庫及對應的表。區塊鏈網絡在接收到數據庫操作交易的數據時，會直接傳導到對應的數據庫進行數據庫操作，這樣就實時反應用戶對數據庫的操作。

3. 根據配置進行數據庫表的恢復

在某一區塊鏈節點配置數據庫，把存放在區塊鏈網絡中的數據庫交易取出，按這些操作去執行數據庫，達到重建一張表的目的。

區塊鏈網絡上的某一個節點，可以是全記錄節點（擁有區塊鏈網絡中的所有交易數據），也可以是部分記錄節點。

本地節點獲取數據的時候，如果有對應表的數據庫，則直接從本地獲取數據庫操作交易數據；如果本地是部分記錄節點時，本地缺少某個區間的區塊，這時只要從其它節點去獲取對應范圍內的數據庫操作交易數據即可。

· 設計要點

安全性設計：以用戶為管理單元，即一張表默認只隸屬于一個用戶（表的創建者），其它用戶想對本張表進行操作，得讓表的所有者對其授權。

數據庫的操作與數據庫表的分離：操作以交易的形式記錄在區塊鏈網絡中，而真實數據在數據庫中查看。

特性與應用場景

· 歷史記錄不可更改

傳統的數據庫中，對于記錄的更改及刪除可由管理員或者黑客隨意操作。在 ChainSQL 中，由于在區塊鏈網絡上記錄了對數據庫某張表的所有操作記錄，則單獨對數據庫進行更改不會改變區塊鏈網絡上的記錄。區塊鏈網絡交易的不可更改性決定了 ChainSQL數據的不可篡改。

· 數據可在任意時間恢復到任意地點

只要啟動一個區塊鏈網絡節點，與區塊鏈網絡連接，配置好對應的數據庫，即可恢復區塊鏈網絡中存在的任意一張表。

· 數據的插件式管理

本 地 可 以 配 置 任 意 常 用 的 數 據 庫，包 括：MySQL，SQLite， Oracle 等。

· 簡單編程模式

通過簡單的 API 或者 JSON，可以在網頁或者APP 上對數據庫進行寫入及讀取。

· 滿足審計要求

對數據庫表的操作記錄全部記錄在了區塊鏈網絡中，區塊鏈對交易存儲的特性使得我們可以知道交易發生的時間、具體內容。審計人員只需要從可靠的區塊鏈網絡節點中去恢復一張數據庫表即可完成對數據的審計。

· 快速區塊鏈應用的開發

任何想用真實數據庫來存儲數據的應用，同時想兼顧區塊鏈特性的應用，都可以應用 ChainSQL，通過調用 ChainSQL 提供的接口來快速完成。

總結

ChainSQL 將區塊鏈與傳統數據庫相結合，構建了一種基于區塊鏈網絡的日志式數據庫應用平臺。該技術兼備了兩種系統的優點，能隨時隨地恢復數據庫表。ChainSQL 不僅將傳統數據庫的特性進行了增加，同時將基于區塊鏈的應用開發變得簡易。

ChainSQL 中采用的先入庫再共識的做法大大增加了數據入庫的速度，增強了用戶體驗。可以隨時隨地對數據庫表的恢復功能使得審計變得更加的方便。是進行基于數據庫進行安全開發的良好平臺。