導語：

每一種新技術的產生與發展，都會與既有的技術與實踐存在著聯系，例如微服務作為一種技術架構，實際上是在SOA架構和JavaEE等分布式架構的基礎上，進一步明晰了服務實現的方式與規則。區塊鏈技術脫胎于比特幣，作為一種多方信任的交易和技術模型，被包括國家、政府、監管機構等諸多業務方所關注，反而是技術從業者有些茫然，這一技術到底是什么，解決什么問題，能夠用在哪里普元近年來持續對微服務和區塊鏈技術進行了研究，這里和大家分享一下研究的成果。我們的研究重點放在了如下幾個方面：

• 區塊鏈技術適用的應用場景有哪些，該技術帶來的價值是什么？
• 區塊鏈技術是由哪些技術組合而成，和現有技術的關系如何？
• 采用區塊鏈技術后，應用技術架構是什么，與微服務架構的關系，現有應用如何進行遷移？

區塊鏈的業務價值是通過數據共享降低信任成本

區塊鏈技術是從比特幣開始的，2008年由中本聰提出開始，造成了一個比特幣的熱潮。但是，比特幣的熱潮退去后，比特幣提出的問題和解決方式卻吸引著我們。2014年左右區塊鏈逐步從比特幣中脫離出來，做為一種獨立的技術發展，進入了 2.0 時代，以數字資產的方式解決商業的信任問題，同時用數字化手段提高業務的效率，在很多業務中已經有了嘗試。

做為一種獨立的技術發展，區塊鏈分為公有鏈、聯盟鏈、私有鏈三個方向。而從業務角度看，區塊鏈的核心價值在于通過數據共享建立了多方的信任機制。

多參與方業務產生的信任問題是采用區塊鏈技術的源動力

信任問題，始終是一個大問題，為了解決信任問題，人類投入了大量的時間和金錢。尤其是多個參與方參加的業務，信任的成本更高，這里我舉一個復雜的例子：信用證業務（參見下圖），信用證是指開證銀行應申請人（買方）的要求并按其指示向受益人開立的載有一定金額的、在一定的期限內憑符合規定的單據付款的書面保證文件。信用證是國際貿易中最主要、最常用的支付方式（摘自百度百科）。

之所以舉這個例子，是因為區塊鏈技術適用的場景往往是業務比較復雜的情況，簡單例子很容易被誤解，這里我通俗易懂的解釋一下，在國際貿易活動，買賣雙方往往互不信任，進口商（買方）擔心預付款后，出口商（賣方）不發貨；賣方擔心發貨后買方不付款（類似詐騙經常發生，例如賣方把貨運到碼頭了，買方就是不付余款，于是只能在當地賤賣，這時買方再去抄底），典型的麻桿打狼兩頭怕。因此雙方各找了一家銀行作為擔保人，由兩家銀行之間開具憑證，代理進口商、出口商之間業務往來，達到條件后由銀行付款，減少進口商、出口商的風險，這就是信用證業務。即使這樣，信用證詐騙還是很多，銀行為規避風險，需要各種書面的證明，反復各種確認…業務處理周期會非常長。

上圖中信用證業務的參與方包括出口商、進口商、開證行、通知行、寄單行/附議行、運輸公司，是一個典型的多方參與業務，但通常這些參與方只是一部分，可能還會有海關、保險公司、評級機構等機構加入到交易鏈條中。

多參與方業務解決信任問題，現有方案成本高在哪里？

解決多參與方業務的信任問題，現在是通過建立第三方機構完成的，例如上述信用證業務，就是通過SWIFT組織（環球同業銀行金融電訊協會）的SWIFT系統開立信用證，銀行和其他金融機構通過它與同業交換電文來完成金融交易，由 SWIFT 進行銀行間轉發。

SWIFT僅僅解決了一部分的問題，還差很遠，例如：
業務上：那些沒有參加到 SWIFT 的組織無法通過 SWIFT 進行交易，例如一些進口商、出口商、保險公司等等，SWITF也不能做清算，因此銀行在辦理信用證業務的時候，只有反復通過各種其他方式確認，避免詐騙發生，導致業務非常復雜，流程很長；

技術上：多方參與的業務，一旦在處理業務時發生技術故障，處理起來就遠比普通業務復雜。為了保證少出問題，技術上的投入會很高，記得用過很多手段，例如曾經給每個參與方做過應急系統，采用過兩個不同廠商的SWIFT網關互為備份，安排專人排班管理異常情況，而且每個中心接入的標準和模式也不一致，接入中心機構帶來的開發/維護成本都很高。

必須說明的是，為了能把業務講清楚，我還是簡化了很多內容，例如如何進行銀行間清算、如何進行付款等等。總之，建立一個第三方機構來解決信任問題，無論在業務上、技術上復雜度都很高。

區塊鏈技術是通過數據共享降低信任成本的

如果有一個分布式的記賬簿：（1）參與方在記賬之后有相當多的副本存在，不再是一家之言；（2）保證提交的交易一定被記錄下來；（3）保證記賬不可逆，無法篡改；（4）參與方的交易記錄是相對透明的，可以通過這些記錄驗證新的交易。

如果有機構建立了這樣一個記賬簿，每個參與方在交易中都通過這個記賬簿進行交互，保證每一筆發生的交易一定被可靠的記錄下來并不可篡改，不就不必再反復確認，不必擔心技術問題導致的業務流程變更，不必做應急系統，這樣成本就低多了。

通過分布式的記賬簿進行數據共享，從而降低信任成本，這就是區塊鏈技術的價值。

聯盟鏈才是應用區塊鏈技術優先選擇的方向

既然區塊鏈是一個分布式的記賬簿，那這個記賬簿由誰來建立呢？這是這一技術應用的核心問題。
目前建立記賬簿的方式有三種：

• 公有鏈，象互聯網一樣，做為一種開放的網絡基礎設施，向任何人公開，任何人自由加入，
• 私有鏈，一個組織內部建立，可以幫助組織內部完成審計等工作
• 聯盟鏈，為特定業務由相關核心企業建立，采用多中心（每個核心企業為一個中心）的方式，其他上下游企業加入

建立公有鏈難度高，業務場景不夠精準，分布式存儲帶來的性能低下問題阻礙了可用的應用場景，而私有鏈脫離了區塊鏈的商業價值，只是把區塊鏈做為一個技術組件使用。在目前的應用場景中，絕大多數都可以用聯盟鏈解決，商業上相對容易成立，性能遠遠高于公有鏈。

從上述描述就可以理解到，公有鏈太理想，私有鏈所處理的問題，傳統架構完全能解決，而針對特定業務由企業聯盟建立的聯盟鏈，應用方向更清晰，業務價值也更加明確，下圖是一個聯盟鏈的示例：

從應用的角度看，區塊鏈技術提供的是一個分布式數據庫

區塊鏈技術的數據共享方式要滿足（1）多副本、（2）可靠記錄、（3）不可篡改、（4）多方透明幾個特性，上述特性總結下來，采用區塊鏈技術后，應用技術架構如上圖所示，可以看出，區塊鏈技術對應用而言，就是一個分布式數據庫。

區塊鏈技術的本質是分布式數據庫

區塊鏈基于密碼學中的橢圓曲線數字簽名算法（ECDSA）來實現去中心化的P2P系統設計。當人們在談論或使用“區塊鏈”這個詞時，有時候是指數據結構，有時候是指數據庫，有時則是指數據庫技術。

和區塊鏈技術比，分布式數據庫的概念顯然更容易被理解，我就從分布式數據庫的一些基本概念出來，理解區塊鏈的技術實現，這些概念包括數據存儲、點對點可靠傳輸、存儲過程與觸發器（智能合約）、數據安全：

分布式數據存儲：鏈式存儲與共識機制

區塊鏈技術的數據共享是一個分布式的記賬簿，交易記錄具備多個副本，因此首先要解決分布式數據存儲的問題。

1）區塊鏈存儲的基本單元是區塊，區塊采用鏈式結構，即新增的區塊（類似數據庫一行記錄）都知道自己前一個區塊（前一行記錄）是什么，可以一直追溯到根，區塊的標識是區塊的哈希值，同時鏈式結構保留了業務產生的軌跡，可以在新增交易的時候根據前面的記錄做校驗，保證了區塊的內容不容易篡改。

這種模式，我們在傳統的數據庫設計也會采用，例如下圖拉鏈表的形式，每次對數據的更新都采用追加（ Insert而不是Update）模式，有起始時間、失效時間和是否生效標識，保持全部交易歷史。

區塊鏈把這一點變成了一種底層固有模式，加入了哈希、時間戳等機制在技術上保證鏈條的正確性，因此非常有價值。

2）既然是分布式、多中心的存儲方式，就必須解決存儲時的分布式一致性問題。在區塊鏈的前身比特幣應用中，解決這一問題的方式是工作量證明（POW  Proof-Of-Work）方式，即通過工作以獲得指定成果，用成果來證明曾經付出的努力。

這也是接觸區塊鏈技術時第一個比較迷惑的地方，我為啥一定要用工作量來證明，是不是還有其他方式？區塊鏈技術從比特幣中獨立出來后，大家把這一問題歸結為共識問題，工作量證明是達成共識的一種方式，這樣就清晰多了。于是就產生了權益證明（POS Proof of Stake）方式，是一種通過業務規則達成共識的方式；實用拜占庭容錯（PBFT  Practical Byzantine Fault Tolerance）方式，是一種通過技術規則達成共識的機制。在公有鏈上，工作量證明（POW）還是一種最主要的共識方式，不容易取代，但在聯盟鏈上，完全可以根據自己的情況，創造出新的共識方式出來。我們就根據這一想法，在特定業務中創造過共識算法，解決分布式數據存儲的一致性問題。

點對點可靠傳輸：可靠消息與P2P

區塊鏈技術是一組技術的組合，既然是一個分布式的記賬簿，就要解決數據可靠傳輸問題。包括記賬節點（信任節點）之間、非記賬節點（非信任節點）、客戶端與記賬節點（信任節點）之間的數據傳輸。在以前我們的方案中，往往通過可靠消息或者P2P方式解決數據傳輸問題，這些技術也被用于區塊鏈技術中。但必須說明的是，在真實業務場景下，不可能把所有的數據都記錄在記賬簿中，部分業務數據還是要保存在自己的系統中，這就還需要在技術框架上做到本地業務數據與區塊鏈的記賬簿保持一致，后文會具體闡述，總之，區塊鏈平臺只能保證自身數據之間的一致，業務不能完全依賴區塊鏈平臺保證數據一致性。

 

智能合約：觸發器與存儲過程

智能合約是指當一定條件滿足的情況下，可以被自動執行的數字化合約。實現這一特性，在數據庫中就是由觸發器和存儲過程完成的。雖然在目前流行的應用架構中，都不建議把邏輯寫在存儲過程中，但觸發器和存儲過程還是常用的工具，尤其在數據遷移相關的運維活動中。區塊鏈技術中智能合約就是觸發器和存儲過程，他是一個在沙箱中運行的腳本，用于執行區塊鏈業務中的業務邏輯，也可以用于各種檢查。舉個例子，A產生一筆支付時，可以通過智能合約在數據鏈上進行檢查，如果發現A的余額無法支付這筆交易，就可以中止這筆交易。和存儲過程相比，智能合約運行在沙箱之中，不能對外部 API 做調用。這也比較好理解，如果允許外部調用，就可能無法保證自身的數據一致性，后面我們會講到這種缺陷如何彌補。美中不足的是目前的智能合約并不支持 SQL 語法。

數據安全：用業務手段達成妥協

交易數據是透明的，但不是全部透明，而是相對透明，這是區塊鏈技術的一個難點，關鍵有二：（1）如何保護隱私，僅僅能看到自己可見的數據；（2）密鑰分配問題，例如新加入鏈中的一個節點會被分配一個新的密鑰，如何用這個密鑰解讀以前鏈中存儲的信息。可見與不可見，這是一個矛盾，理論上沒有一個完美的方案，這里我不對區塊鏈技術如何加密、如何做密鑰管理、如何同態加密等方式做解讀，而是講講如何通過業務方法而不是技術手段規避這一問題。舉個例子，在一個小企業支付的聯盟鏈中，核心企業包括某銀行、企業A，為A的上下游企業提供信貸業務，對于所有交易的數據，銀行和核心企業A都是可見的，他們擁有記賬節點，對于其他加盟企業，只擁有非記賬節點，他們雖然也有全部的數據，但是只能看到自己相關的數據。很明顯，加盟企業放棄了自己的部分隱私權，但也得到了生意的機會，這種方式加盟企業是可以接受的，就好比貸款企業要向銀行提供經營數據一樣。數據安全問題，在技術上很難解決，但通過業務手段是可以規避的，這也是我們看好聯盟鏈的重要原因。

為分布式應用而生的微服務，與區塊鏈技術是天生的一對

最后說說區塊鏈技術與微服務架構的關系。大家知道，微服務架構是一個分布式的應用技術架構，目的是有效的對應用進行拆分，實現敏捷開發、快速演化、便捷容錯與彈性伸縮。

微服務的一個核心概念是API網關，由于服務的顆粒變細，網關承擔著安全與訪問認證等諸多職能。而在現有的大多數微服務架構中，大家都更多的在談接入網關的概念，實際上按照信息的流向，除接入網關外，微服務還應該有接出網關的概念。

前面說到，區塊鏈技術本質上就是分布式數據庫，微服務架構與區塊鏈技術的結合，并不能簡單的看成是微服務與數據庫的結合，而應該把區塊鏈平臺做為一個第三方應用進行交互，這也是微服務架構很好發揮作用的地方。上圖中紅圈所示的就是微服務與區塊鏈平臺進行交互的方式。而微服務的接出網關，就應該起到區塊鏈網關的作用。
 

雖然目前的區塊鏈平臺一般都有SDK和REST服務兩種方式，按照上述的原則，一般不要使用 SDK，而是遠程調用方式，采用微服務的設計原則，使用區塊鏈網關，把微服務與區塊鏈平臺集成的功能集中到網關中，見下圖：

微服務通過區塊鏈網關與區塊鏈平臺交互，區塊鏈網關主要功能包括通訊網關、事件監聽，同時配合微服務應用框架，完成數據一致性、對賬功能。與區塊鏈網關集成的能力，是微服務架構天生具備的。所以我們說微服務與區塊鏈，天生是一對。

通訊網關：處理微服務發起的對區塊鏈平臺的調用

由于區塊鏈平臺的服務能力（每秒交易數 TPS）有限，為保證區塊鏈平臺的可用性，區塊鏈網關采用了異步處理模式，實現限流、隔離、服務升降級等能力。

網關在微服務應用與區塊鏈平臺之間建立了隔離，避免平臺與微服務之間互相影響，這是一種 MiddleBox 的集成方式，用一個獨立的基礎設施做集成。微服務之間的集成往往采用 MiddlePipe 的模式，但是區塊鏈平臺做為一個第三方應用，采用 MiddleBox 方式比較好，統一管理與運維比較方便。

由于區塊鏈平臺提供的接口各有不同，區塊鏈網關在接受請求后記錄交易流水，把區塊鏈平臺提供的服務模擬為冪等服務，調用者可以多次調用區塊鏈網關，而區塊鏈網關僅僅調用區塊鏈平臺一次。為方便運維，我們可以為區塊鏈平臺提供的服務定義SLA，根據這些定義靈活的進行調用的控制。

區塊鏈網關的內部實現是一個 SEDA 架構（分階段事件驅動架構），把接入、接出和處理分開（處理主要是記錄流水、報文打解包、安全效驗等功能），三階段之間用隊列連接，采用異步模擬同步的方式，這是一個用于集成的基礎架構。

接入、處理、接出三個階段可處理資源是可以調配的，資源主要包括處理線程和接入接出的連接，根據不同業務可以有不同的資源為之服務，這樣升降級、限流等特性就比較容易實現。

為了方便運維，需要對業務有分組的能力，可以根據分組進行批量的運維管理。

事件監聽：Hook與輪詢模式

如果記賬簿發生了改變，如何通知微服務呢，這就是區塊鏈網關中事件監聽發揮的作用。目前很多區塊鏈平臺并沒有提供事件接口，即使未來有也很難統一，前面也說過，智能合約運行在沙箱中，為保證數據一致性不可能支持對外部服務的調用，也不能做為事件監聽的回調，這樣就需要在區塊鏈網關中進行處理。

微服務可以注冊對某一類交易進行監聽，區塊鏈網關定時通過區塊鏈平臺的查詢接口檢索，發現數據變更時通知微服務。這是一個效率不高的方法，但區塊鏈平臺本身性能也不高，時延主要由共識機制造成，輪詢的做法并不會有太大影響，這也是期待區塊鏈平臺本身提升的地方。

數據一致性：可靠事件模式是首選

不能把所有數據都存儲在區塊鏈平臺中，而是將交易數據存儲在區塊鏈平臺，這樣就有了本地數據庫的數據與區塊鏈交易數據的一致性問題。

一般來說，我們不能依賴區塊鏈平臺支持事務的回滾，因為這個分布式的記賬簿一旦記賬就是不可更改的，我們甚至不能指望區塊鏈平臺實時給應用反饋記賬是否成功，因為有可能返回超時錯誤，不清楚是否記賬成功。于是，區塊鏈網關需要和微服務配合保證數據的一致性。

一般情況下微服務中的業務處理采用異步模式，發出記賬申請后處于等待狀態，區塊鏈網關將記賬申請轉發給區塊鏈平臺。如果區塊鏈平臺返回接受Accept或者拒絕Reject，將結果通知微服務；如果區塊鏈平臺返回超時或者不可確定錯誤，即開始定時輪詢，得到結果后通知微服務。同時，微服務本身需要具備事務補償的模式，如果記賬失敗進行反交易處理。這種數據一致性處理的方式，是微服務多種處理方式中的一種，我們一般使用服務編排的方式降低這種模式的開發復雜度。

下面是一個示例：

這是一個可靠事件與區塊鏈交互的流程：

1）應用框架接到請求后首先記錄業務流水，然后執行業務邏輯，記錄業務數據，最后在事件表中留下對區塊鏈平臺調用的記錄，事務完成
2）事件處理輪詢事件記錄，有更新時通過區塊鏈網關調用區塊鏈平臺，如果調用成功，改變事件狀態，如果失敗就要調用業務補償的機制了

對賬

既然數據有本地存放，也有區塊鏈平臺存放，就有不一致的可能，就必須對賬。傳統對賬有以我為主、以他為主兩種模式。這里就只能以他為主，以區塊鏈平臺為主了。由于區塊鏈技術針對交易的特點對存儲結構進行了要求，利用已有的時間戳、交易先后次序，可以是對賬變得更加容易。

基本的對賬處理流程如下
1. 區塊鏈平臺和企業應用的記錄必須有關聯的id（可以是多要素的組合）
2. 區塊鏈平臺和企業應用都要保證生成的對賬文件明細記錄的連續性
3.對于“隔日賬”需重復核對

區塊鏈是一種新興的技術，他的本質是一種加入業務特性的分布式數據庫，通過對區塊鏈技術的研究，我們找到了業務與區塊鏈技術結合的方式，提出了微服務應用架構集成區塊鏈的技術模式。

1） 區塊鏈的業務價值是通過數據共享降低信任成本。
區塊鏈建立了一個記賬簿，每個參與方在交易中都通過這個記賬簿進行交互，保證每一筆發生的交易一定被可靠的記錄下來并不可篡改，不必再反復確認，不必擔心技術問題導致的業務流程變更，不必做應急系統，從而降低了信任成本。

2）區塊鏈技術的本質是分布式數據庫。
區塊鏈技術的數據共享方式要滿足（1）多副本、（2）可靠記錄、（3）不可篡改、（4）多方透明幾個特性，總結下來，區塊鏈技術對應用而言，就是一個分布式數據庫，分別對應分布式數據庫的（1）分布式存儲、（2）點對點可靠傳輸、（3）存儲過程與（4）數據安全幾個方面。

3）為分布式應用而生的微服務，與區塊鏈技術是天生的一對。
微服務通過區塊鏈網關與區塊鏈平臺交互，區塊鏈網關主要功能包括通訊網關、事件監聽，同時配合微服務應用框架，完成數據一致性、對賬功能。與區塊鏈網關集成的能力，是微服務架構天生具備的。

以上是對我們研究成果一個簡要介紹，后續我們還會對使用區塊鏈技術的細節進行分析，與大家共同探討。

附記：理解區塊鏈技術常見的幾個困惑

困惑1：比特幣是區塊鏈技術的一個應用，不能把比特幣應用的所有內容都歸結為區塊鏈技術
上文提到，區塊鏈技術從比特幣中獨立出來是 2014 年左右的事情，此前每每舉出區塊鏈的案例都是比特幣，給區塊鏈技術的應用造成了很多誤解。我建議先了解區塊鏈技術，再了解比特幣，先理解聯盟鏈的業務場景，再了解公有鏈的業務場景，公有鏈看作是聯盟鏈的一種大規模延展，，可以少走一些彎路。
 
困惑2：公有鏈情況下數據存儲性能不高，但聯盟鏈的性能可以遠高于公有鏈，能滿足多數場景的要求
數據一致性問題是分布式存儲最大的問題，而并發越高，沖突的概率就越大。區塊鏈技術之所以能支持的每秒交易數（TPS）不高，主要是共識機制比較復雜，或者說共識機制就是刻意為了降低并發性，減少數據沖突的概率。在公有鏈上，這是一個無法逾越的問題，只能從事實時性要求不敏感的業務。但是，在聯盟鏈中，由于鏈中的參與方并不多，也不需要每個節點都記賬，就可以使用一些性能更高的共識機制，例如前面說的PBFT。我們曾經嘗試過一種全對等的算法，可以支持更高的性能。
 
困惑3：應用區塊鏈技術不一定必須有礦工來挖礦
初次接觸區塊鏈技術，礦工/挖礦這個概念讓人非常費解：（1）為什么一定要挖礦？（2）為什么要給記賬成功的節點獎勵比特幣來鼓勵記賬？（3）非比特幣的業務中如何鼓勵記賬？這個困惑歸根結底還是把區塊鏈和比特幣混淆造成的。前面說過，挖礦是通過工作量證明（POW）達成共識的機制，挖礦能力愈強就取得了記錄權。更重要的是比特幣的貨幣屬性，發行貨幣要么靠國家信用（例如紙幣），要么靠奇缺資源（例如黃金），比特幣為了防止濫發，就需要用算力做為一種奇缺資源。這樣說來，比特幣實際上把共識算法、貨幣屬性、鼓勵記賬這幾件事都用挖礦來解決了，思路確實精妙。但是，在業務規則不同的聯盟鏈中就不一樣了，除了有其他更高效的共識算法外，不需要奇缺資源，不需要專門對記賬做鼓勵，因為必須記賬已經是核心企業之間的契約，可以通過技術手段保證數據的同步，支持審計等能力，自然就不需要挖礦了。
 
困惑4：目前應用區塊鏈技術不是去中心，而是多中心
去中心是一個理想，經常有人問（1）為什么要去中心？去中心有什么好處？（2）真的能去中心嗎？后來，我深入研究聯盟鏈的場景時發現，實際的業務場景大多是多中心（這又是比特幣惹的禍，他真的想去中心），例如上述的企業聯盟方式，幾個建立聯盟的核心企業就是多中心，他們共同成為一個新的中心。傳統方式建立新的中心，往往通過建立清算機構的方式，而區塊鏈技術讓建立中心的成本降低了。
 
困惑5：不是所有的區塊鏈節點都是記賬節點，很多節點僅僅用來進行數據同步而已
多中心就意味著不是每個節點都需要記賬，記賬的工作由幾個中心節點負責就可以了，其他節點與記賬節點間是數據同步的關系，也就是非記賬節點上也有全部數據。聯盟鏈中非記賬節點一般處在加盟企業，由于數據可見性的要求，非記賬節點中的數據并不是都可見的，但是這一副本可以做為一種法律依據，提高了篡改數據的成本。
 
從數據的角度來看，區塊鏈本質是一種分布式數據庫，這里的“分布式”是指區塊鏈技術利用鏈式存儲結構不僅解決了分布式數據存儲問題，也解決了存儲時的分布式一致性問題。區塊鏈技術利用分布式記賬簿保證數據可靠傳輸和訪問，利用可自動執行的智能合約來編程和操作數據。所以，我認為，基于分布式數據庫來理解區塊鏈，認清區塊鏈技術常見的一些困惑和誤區，可以讓大家對區塊鏈有個比較正確的理解方式。