區塊鍊和數據庫有什麼區別？

了解區塊鏈的核心結構

區塊鏈是一個分散的數字分類帳，它在使用加密哈希相連的一系列不變的塊中記錄了數據。每個塊包含交易或記錄列表，時間戳以及通過其哈希對先前塊的引用。該結構確保將數據寫入一個塊，然後將其更改為更改後續塊，這在適當固定的網絡中在計算上是不可行的。區塊鏈最突出的特徵是它的分散性質，這意味著沒有一個實體控制整個鏈。相反，區塊鏈的副本在點對點網絡中的多個節點都保持在多個節點上。這些節點通過共識機制（例如工作證明（POW）或股份證明（POS））驗證並傳播新塊。

與傳統系統相反，區塊鏈不依賴中央權威來驗證變化。網絡中的每個參與者都可以獨立驗證交易。系統的透明度允許任何訪問權限的人查看整個交易歷史記錄。不變性是一個關鍵特徵 - 一旦數據被確認並添加到區塊鏈中，無法更改或刪除。這使區塊鏈非常適合需要可審核性和信任的應用，例如加密貨幣交易，供應鏈跟踪和智能合約。

傳統數據庫的結構如何

數據庫是一個有組織的數據集合，以電子方式存儲和訪問。大多數數據庫都使用集中式體系結構，這意味著單個服務器或一組服務器管理所有數據操作。用戶通過數據庫管理系統（DBM）與數據庫進行交互，該系統處理查詢，更新和安全性。常見類型包括使用與行和列的表的關係數據庫（例如MySQL或PostgreSQL），以及支持靈活的，基於文檔的結構的NOSQL數據庫（例如MongoDB）。

與區塊鏈不同，數據庫允許讀取，寫入，更新和刪除操作。授權用戶可以隨時修改或刪除數據。通過用戶權限和身份驗證協議強制執行訪問控制。數據庫的速度和效率通常比區塊鏈高得多，因為它們不需要每次交易的多個節點共識。但是，這種效率是以集中化為代價的 - 單個失敗點，必須將信任放置在管理數據庫的管理員或組織中。

共識機制與集中控制

最重要的差異之一在於如何驗證變化。在區塊鏈中，必須通過共識機制同意分類帳的每個加法。例如：

• 在工作證明中，礦工爭奪解決複雜的數學難題來驗證交易並創建新的塊。
• 為了證明股份，根據其“股份”作為抵押品的加密貨幣的量來選擇驗證者。

這些機制確保沒有一個參與者可以操縱分類帳。所有網絡參與者都可以透明且可驗證該過程。該分佈式協議模型消除了對中介的需求。

相反，數據庫依賴於集中控制。數據庫管理員（DBA）或預定義的規則負責，可以進行更改。由於信任被放在中央權威中，因此無需共識。儘管這允許更快的交易處理，但如果中央服務器失敗，它會引入風險，例如篡改數據，審查或系統停機時間。

數據不變性和編輯性

不變性是區塊鏈的定義特徵。一旦交易被確認並嵌入了一個塊，幾乎不可能更改。這是通過加密哈希和網絡的分佈性來強制執行的。如果有人試圖在較早的塊中更改記錄，則該塊的哈希發生變化，使所有後續塊無效。除非攻擊者控製網絡計算能力的51％以上，否則網絡中的節點拒絕這種鏈條，這種情況被稱為51％的攻擊，這是非常昂貴且難以執行的情況。

另一方面，數據庫旨在靈活性和編輯性。可以根據需要更新，覆蓋或刪除記錄。這對於諸如需要更正的銀行系統或編輯帖子的內容管理系統之類的應用程序至關重要。雖然數據庫可以實現日誌記錄或審核跟踪，但它們是可選的，可以被管理員禁用或操縱。修改數據的能力使數據庫在動態環境中更為實用，但不適合需要永久性，防篡改記錄的方案。

性能和可伸縮性考慮

與傳統數據庫相比，區塊鏈通常具有較低的交易吞吐量。例如，Bitcoin每秒處理約7次交易（TPS），而以太坊根據網絡擁塞的不同，將處理約15-30 tps。相比之下，諸如Oracle或Google Spanner之類的現代數據庫可以處理成千上萬的TPS。原因在於共識，加密驗證和跨節點的數據複製的開銷。

對於許多區塊鍊網絡而言，可伸縮性仍然是一個挑戰。諸如第2層協議（例如Bitcoin的閃電網絡，以太坊的樂觀匯總）之類的解決方案旨在從主鏈中卸載交易以提高速度。網絡分為較小的分區的碎片是正在探索的另一種方法。

由於其集中設計，數據庫本質上更可擴展。可以通過索引，緩存以及水平或垂直縮放來優化它們。但是，在不損害權力下放或安全性的情況下擴展區塊鍊是一個複雜的工程挑戰。

用例和申請適用性

區塊鍊是信任，透明度和不變性至關重要的應用程序的理想選擇。示例包括：

• 加密貨幣交易，用戶需要在不依賴銀行的情況下驗證所有權。
• 以太坊等平台上的智能合約，該平台在滿足條件時會自動執行協議。
• 供應鏈跟踪，在其中記錄和可驗證產品旅程的每個步驟。

數據庫更適合需要高速數據處理和頻繁更新的應用程序。其中包括：

• 電子商務平台，庫存和用戶數據不斷變化。
• 社交媒體網絡，需要快速內容交付和用戶交互。
• 企業資源計劃（ERP）系統，數據準確性和實時更新至關重要。

儘管這兩種技術都存儲了數據，但其設計理念可以滿足根本不同的需求。在它們之間進行選擇取決於權力下放和安全是否超過了對速度和靈活性的需求。

常見問題

可以像常規數據庫一樣使用區塊鏈嗎？是的，但是有局限性。雖然區塊鏈可以存儲數據，但並未優化用於頻繁的讀/寫操作。由於共識要求，插入數據緩慢而昂貴。當數據完整性和可調性比性能更重要時，最好使用它們。

是否可以從區塊鏈中刪除數據？否。關於區塊鏈的數據是通過設計不變的。錄製後，它將無法刪除。一些區塊鏈變體允許通過新交易“標記為無效”數據，但原始記錄在分類帳歷史中仍然可見。

所有區塊鏈的操作方式與Bitcoin相同嗎？否。雖然Bitcoin使用工作證明，但其他區塊鏈使用不同的共識模型，例如股份證明，授權證明的股份證明或拜占庭錯誤的公差。此外，與Bitcoin的開放無許可網絡不同，只有一些區塊鏈也是有權加入的，這意味著只有授權參與者才能加入。

可以像區塊鏈一樣將數據庫分散嗎？從技術上講，是的。 IPF之類的系統與分佈式數據庫相結合可以實現部分權力下放化。但是，除非經過專門設計，否則它們缺乏內置的共識和密碼不變性。帶有無信任驗證的真正權力下放仍然是區塊鏈的獨特功能。