區塊鏈:區塊鏈數據如何歸檔？冷熱分離方案了解一下

——Part1?現狀——

區塊鏈可以視作一個在分布式環境下眾多可信節點共同維護的且不可篡改的賬本。在區塊鏈系統中，數據以區塊作為基本單位，區塊鏈系統利用levelDB基于Key-Value結構的數據庫存取數據，通過多節點冗余存儲實現賬本可信，然而隨著區塊鏈運行時間的增長，區塊鏈的存儲容量將呈線性增長，且這種數據的增長速度甚至會超過存儲介質容量增長的速度，因此，區塊鏈數據存儲將成為限制區塊鏈技術發展的重要因素。

面對這一棘手的問題，數據歸檔技術應運而生，什么是數據歸檔呢？

——Part2?什么是數據歸檔——

數據備份的概念大家應該是比較了解的，隨著數字化的推進，企業對數據的敏感度逐漸增強，數據備份系統已經成為各大中型企業的必備系統。然而正如我們對數據歸檔認知的不足，企業對于數據歸檔的使用也不如數據備份廣泛。

備份的目的是為了恢復，保證在系統出現意外情況時業務的連續進展。對于企業來說，每天產生的大量數據，其實絕大部分的使用率很低，但是，出于一些特殊原因，這些數據卻必須保留以備查詢。簡言之，歸檔的目的是為了服務品質和保證數據的可管理，使得運行、維護、投入整體的成本降低，如何最大化使用存儲，保證數據的訪問。數據歸檔，即數據的使用。然而如何規范的歸檔數據呢？我們就得具備相應的歸檔原則。

全球基金大鱷：區塊鏈技術發展令美元主導地位動搖:11月18日消息，管理著1370億美元資產的基金公司雙線資本（DoubleLine Capital）發布報告稱，美元作為全球主要儲備貨幣的地位正面臨考驗，因為美國政府債務的“大規模貨幣化”以及區塊鏈技術的發展可能會降低全球貿易和支付對于美元的依賴。管理雙線資本全球債券基金的Bill Campbell在報告中認為，“美元至上時代的終結已經拉開帷幕……新的金融體系正在忙于重新布局世界的貨幣和支付系統。”

Campbell表示，區塊鏈和穩定幣（與法定貨幣掛鉤的數字貨幣）的快速發展，為國際支付結算提供了美元的替代選項。他說，這正值美國從全球化擁護者的角色中有所退后，并且地區性貿易的興起也讓各國央行有動力用貿易伙伴的貨幣來取代所持有的美元。[2021/11/18 22:01:05]

數據存儲：無論是備份還是歸檔，數據的完整性必須得到保證，且需在規定時間內保證數據的安全存儲。保證數據的完整性、時效性及存儲的安全性。

Bitfinex CTO：未來幾年以太坊區塊鏈將在數字資產生態中發揮核心作用:Bitfinex首席技術官Paolo Ardoino表示，以太坊區塊鏈將“在未來幾年中在數字資產生態系統中發揮核心作用”，因為“基于以太坊的Tether可以繼續支持和授權區塊鏈領域不斷發展的風險投資和創新。我們希望最近DeFi的激增可以轉化為更多DeFi融資產品和項目，這些產品和項目將真正以去中心化的方式影響行業發展。”（Cointelegraph）[2020/7/14]

數據易讀取：雖然大部分數據重復讀取可能性低，但歸檔系統依舊不是一個備份系統，必須保證在需要的時候能方便地讀取數據。保證系統數據的可讀性。

數據可擴展：由于存在不同種類的數據，且數據也是實時變化且增長迅猛，因此為滿足企業需求，還應具備可擴展的要求。

數據合法：任何的企業系統運作都應該遵守各項規章制度，要遵守政府和行業指定的各項法律、法規及各種規章。

行情 | A股收盤：區塊鏈50指數收跌4.39%:A股收盤，三大股指全線下跌，上證指數報2987.93點，收跌0.83%，A股區塊鏈50指數報3574.98點，收跌4.37%；區塊鏈板塊收跌3.16%；數字貨幣板塊收跌4.20%。 區塊鏈板塊199只概念股中，43只上漲，3只平盤，153只下跌，其中愷英網絡漲停。數字貨幣板塊32只概念股中，3只上漲，29只下跌，其中華力創通跌停。[2020/2/26]

——Part3實現難點——

正如大家所知，區塊鏈存在數據單向增長的特性，這樣數據量的增多會導致系統磁盤空間占用率高，所以需要研發區塊鏈專用數據歸檔技術，將數據進行“冷熱分離”，保障系統的高效可靠運轉；

另外，因為區塊鏈是一個在分布式環境下眾多可信節點共同維護的且不可篡改的賬本，所以傳統的數據歸檔技術無法解決多個節點數據歸檔某一范圍數據而賬本狀態保持一致性的問題，在實際情況中還存在區塊鏈上單一節點數據歸檔導致的多節點數據同步時賬本狀態一致性的問題。

聲音 | 沃爾沃高管：借助區塊鏈技術可確保供應鏈的完全可追溯性:金色財經報道，就沃爾沃利用區塊鏈技術追蹤材料來源一事，沃爾沃汽車集團采購高級副總裁Martina Buchhauser表示，借助區塊鏈技術，沃爾沃可以與供應商緊密合作，確保供應鏈的完全可追溯性，最大程度降低任何相關風險。這種方法有助于在供應鏈中的參與者之間建立信任。在她看來，區塊鏈技術建立了透明、可靠的共享數據網絡，可極大地提高原材料供應鏈的透明度，因為有關原材料來源的信息發生任何變動都將可以被監測到。[2019/12/19]

總結：

1.區塊鏈存在數據單向增長，需要進行冷熱分離存儲；

2.分布式環境下，難以保證所有節點實時進行數據歸檔且保證數據狀態的一致性；

3.單一節點數據歸檔導致多節點數據同步時狀態一致性難以保證。

——Part4?數據歸檔的架構解讀——

了解了數據歸檔的基本概念，那么，在區塊鏈中它是如何運作的呢？數據歸檔功能的主要職責是將一部分舊的線上數據移到線下轉存。對此，趣鏈科技提出了區塊鏈數據歸檔的方法，使得整個區塊鏈系統能在不停機情況下，將區塊鏈數據劃分為鏈上、鏈下兩部分，熱數據仍保留在鏈上，但冷數據可以存儲在低成本的硬件設備上，進行動態的數據歸檔。而且，通過數據調度層，可以很好地實現熱數據和冷數據的靈活訪問，熱數據直接通過平臺訪問，冷數據則通過歸檔數據瀏覽技術瀏覽。另外，每個節點可以自主、多次地對數據進行歸檔，從而使得系統的鏈上數據量維持在一個穩定水平，有效釋放磁盤空間。

動態 | 日本伊藤忠商事宣布推出用于可追溯性的區塊鏈概念驗證:據官方消息，日本綜合貿易巨頭伊藤忠商事公司今天宣布，它已決定啟動概念驗證（PoC），旨在開發區塊鏈可追溯系統，確保伊藤忠商事的投資公司和貿易各方穩定采購和供應原材料，改善其分銷的溯源性。[2019/2/1]

為更形象地講解數據歸檔技術，我們以趣鏈數據歸檔為講解內容進行：

區塊鏈的數據歸檔方式是一種基于狀態備份的歸檔方法。

簡單來說，用戶想要對某一個區塊鏈節點做數據歸檔，必須在過去某一時刻對區塊鏈制作一個狀態快照；

進行數據歸檔時，可以將快照點之前所有的區塊鏈數據進行歸檔轉儲，以實現區塊鏈節點存儲壓力的減負。后續未歸檔第一個區塊的節點成為新鏈的1號區塊。

▲?數據歸檔流程

制作快照：

1.系統獲取最近距離的快照，即比當前要做快照的區塊號小的最大的高度，返回該快照的信息。若沒有任何快照，則以0號區塊數據為基礎新建快照并作為start，其制作的高度為end。

2.快照拷貝以單純的磁盤io拷貝一份第一步獲得的賬本到新文件夾，并作為后續賬本操作的基礎。

3.根據日志數據，遍歷線上，制作到賬本，且同時遍歷區塊的merkleRoot，保證賬本的正確性。

檢查快照：

遍歷snashot數據庫中的狀態數據，重新計算出bucketTree的根哈希，與最新的區塊哈希對比，以保證制作的快照與實際的賬本是否一致。

數據歸檔：

如圖，用戶發起數據歸檔請求，要求將快照點前所有的區塊鏈數據進行轉儲歸檔。該節點將所需轉儲的區塊數據以及相應的交易回執等數據轉儲，且將本地的創世狀態內容更新為之前備份得到的快照狀態。

如果說區塊鏈正常的狀態變遷是狀態終點不停向前更新的過程，那么數據歸檔就是一個區塊鏈狀態起點向終點更新的過程。下面是一個比較典型的相關數據平臺應用案例：

數百家中心數據，存量數據4T，日均10GB，年均3.6T數據上鏈，由于鏈上存儲通常采用SSD硬盤，導致存儲成本高昂。針對此問題，我們采用定期歸檔的方式對鏈上數據進行歸檔，由圖可見，我們采用了分段存儲的方式，平臺可對任意的某段數據進行歸檔操作并保證各節點數據狀態的一致性。保證鏈上數據穩定在1T左右，有效地釋放磁盤空間的同時，極大地降低了成本，增加了系統性能。

上述的數據歸檔主要是針對區塊鏈數據，而部署在區塊鏈上的智能合約，同樣有較大的存儲需求用來記錄龐大的業務數據。針對于這部分數據，趣鏈提供了另外一種歸檔機制，用戶僅需發起一筆帶有特殊標記的交易，調用智能合約中自定義的歸檔函數，即可實現合約數據的轉儲。合約編碼者可以在合約中實現任意邏輯的歸檔函數，以滿足不同的業務需求。

——?Part5總結?——

在本片中較為詳細地講解了數據歸檔技術在區塊鏈中的使用，不僅實現了數據的冷熱分離存儲，保證了單一節點的數據歸檔而保持整個區塊鏈所有節點的賬本狀態的一致性，而且實現了分段存儲的模式，使得數據在任意范圍內被歸檔。

從設計角度來看，數據歸檔后不影響原先鏈上數據的正確性與連續性，而且支持不同節點、不同分區自定義歸檔序列的范圍。

從功能角度來看，數據歸檔主要解決區塊鏈鏈上數據的冗余問題。減少鏈上數據存儲壓力，將過期數據和歷史數據進行線下的存儲，突破鏈上存儲的限制。并且，并發執行數據歸檔過程中的各種操作，提升了歸檔的效率。

從應用場景來看，數據歸檔適用于數據冗余存儲、鏈式遞增、時效有限等情況導致的存儲資源被大量過期數據占用的痛點。對于數據歸檔或者區塊鏈技術有興趣的小伙伴，添加小助加入技術交流群，歡迎您和我們共享觀點，共論區塊鏈的無限未來～

作者簡介

陳少蔚

趣鏈科技基礎平臺部文檔工程師

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