网路科技CTO王波：区块链存储原理与方法

编者按：本文作者为网路科技联合创始人兼首席技术官王波。 王博是美国区块链公司Factom的前工程副总裁。 毕业于北京大学，后获得密歇根大学信息管理硕士学位。 他在互联网和软件开发和管理方面拥有超过 20 年的经验。 多次在中国和美国成功创业。 他对共识算法理论和代码有很深的了解。 他堪称区块链共识算法和P2P网络的先驱。 雷锋网已获得授权。

为什么区块链是一个很好的取证工具

区块链建立的是一种去中心化的共识机制，它结合了数字加密和博弈论，使参与者能够在没有任何外部强制约束的情况下形成相互牵制的可信环境。 这种可信环境消除了中心化授权和外部控制的必要性，甚至是建立在相互不信任的基础上，所以这种去中心化和去信任的区块链架构恰恰解决了这个虚拟和匿名网络世界中的信用和治理问题。

证据保存是一件很简单的事情，提供账单、通讯记录等就可以了，但是这些并不严格，因为这些证据很容易被伪造和销毁。 要完成证明，必须依赖强大的证据链，这肯定是任何人都不可能伪造和破坏的，或者伪造的成本极高，几乎不可能。

区块链技术是从比特币系统中提炼出来的，具有很强的自我保护能力。 与其说是技术创新，不如说是规则与技术完美结合的生态系统创新。 这个生态系统自带的规则和技术自然解决了保全证据公证中遇到的一些根本问题：

（1）第三方身份：区块链技术保全证据，属于在双方关系之外建立一个无利害关系的第三方身份，就像“公证”中的公证人身份和“公证”中的证人身份“私人证书”的身份。

（2）去中心化结构：区块的基本规则之一是去中心化结构，即没有中央硬件或管理机构，不需要或不可能有人为干预。 保存内容由区块链无数节点共同控制，有效防止黑客和捣乱分子对数据本身的攻击和篡改。

(3) 时间戳证明：每一次访问、更改等行为都会有一个时间戳记录，从而可以很好地记录每个行为的时间点。

(4) 证据链证据：区块链技术对每一个行为进行保存，形成行为的证据链而不是单点证据，有效还原整个行为的真实过程。

(6) 低成本：虽然区块链技术非常有用，但它仍然是一种低成本技术。 区块链技术本身对硬件的要求不高，不需要大量的硬件投入。 保全证据在公证领域的推广利用也至关重要。

上面我说的就是区块链在证据保全公证领域的天然优势。 这个优势可以用于公证，当然也可以用于私证。 但从现实和脚踏实地的角度来看，区块链对于私证的意义更大，因为未来越来越小的经济活动会逐渐盛行，比如：

P2P实现了几十上百的贷款，淘宝实现了几十元的交易。 这些琐碎的经济活动会产生大量琐碎的纠纷，大家绝不会为了几块钱、几十块钱买单。 因此，快速取证、快速解决纠纷成为必须解决的问题。 区块链将为大众提供这样一个存证取证的工具，利用技术提高“私证”的有效性区块链比特币原理，让私证在非民事诉讼领域发挥更大的作用。

区块链存储的本质在于区块链特殊的存储方式。 以比特币为例，每笔交易都记录在UTXO中，相当于记录流量的方式，而不是记录余额。 该记录必须包含持有人的签名，并由网络证明不存在双花。 同时，收件人的地址会被记录下来，这个记录会被记录在带有时间戳的区块中。 这样就保证了每一笔交易都能找到他之前的交易，这就保证了交易的唯一性区块链比特币原理，在没有第三方参与的情况下无法被篡改。 利用这个特性，大家创造性地利用它来解决数据存储的问题。

如何交存证据？

基于比特币的存证很好地利用了比特币网络强大的计算能力来增强可信度。 但是大家都知道比特币每个区块的容量是非常有限的，如何在比特币网络中存储庞大复杂的数据呢？

中本聪在比特币中使用了 Merkle 树方法来简化交易验证。 基本原理是对单笔交易进行哈希，然后将两笔交易的哈希结合起来进行哈希。 经过几次相同的过程，形成一个根哈希，并存储在区块头中。 这样，任何一棵树上的任何事务发生变化，根就会不同。 在做数据存储时，用同样的方法将文件Hash组织成Merkle树的形式，最后将根Hash写入比特币的一个可以提供80字节空间的OP_Return区域。 相当于将数据存入一笔不可篡改的交易中，从而完成存证的过程。

我们把这个过程叫做锚定，其实就是把存证链锚定到比特币上。

这个一般是最先出来的，后面是它的操作码，fa，也就是factom，是一个字节串，我们怎么做呢？ 我们早期做的就是把要存的东西用一串代码。 这个代码前面有两个字符作为标识，比如FA，WA等，代表我们自己，所以早期基本上每个人都有两三个字符来标识自己。 那么，后面的部分代表他的身高，最后一部分属于他的哈希，是整个区块哈希的32位，是核心层面最简单的代码之一。 最简单的就是直接放hash，比较复杂的80个字符，像地址空间，地址空间可以做出很多很多的变体，创造出很多的应用。

因为这个OP-return Bitcoin没有提供标准的借口，所以我们有两种处理方式。 一种是手动构造一个Transaction。 我们在如何锚定方面做了很多工作。 UTXO，先找到钱包，找到地址未使用的钱，未使用的地址，创建一个Transaction，Transaction找到一个Transaction2。 为了存储证书，我们做一个简单的Transaction，创建一个OP-return，剩下的用一些剩余的钱，创建一个Transaction，做一些验证，然后发送到网络。 在此过程中，将其放到网络上。 并非每笔交易都会被纳入网络并上链。 , 所以你的for bank getting after waiting for bank 就是这个已经包含了，确认了多少次，一般来说，如果确认6次以上，那么效率比较靠谱，如果确认了超过20次，那么这是不可逆的。 这是锚定算法的基本内容。

Op_return的其他应用

使用Op_return区还可以用来发行其他基于比特币的资产，比如彩币。 我们最广泛地使用彩色硬币进行锚定。 这些是由不同颜色的硬币公司制作的，每个公司都做得很好。 我们可能看到和谈论的比较少，但实际上，比特币网络上有很多真实的应用在做交易和发行。 让我们看看现在谁在使用它。 OP-return，这个用比特币作为数据存储凭证，也可能是数据交易中的东西。

2015年后，与Op_return区域使用相关的交易持续上升，表明该区域正在被大规模开发利用。

企业级证书存储方案

上面已经介绍了取证工作的原则。 存证的复杂应用意味着我们需要一个企业级的存证，它应该具备以下特点：锚定交易取消时，仍可以再次锚定； 必须记录和保留证书中存储的数据的原始关系，可以保留原始数据的版本； 可以方便地检索数据； 交易的吞吐量和速度能够满足要求； 隐私和权限控制可控。

办存单其实很简单。 你将某些东西锚定到比特币上，仅此而已。 但是企业还需要什么来解决呢？ 刚才提到了一个很重要的问题，可能不包括在内。 区块链有一些硬分叉和软分叉，有一些可以在短期内进行调整。 当你在不同的节点上，没有形成共识时，每个节点在某个区块上临时建立以下节点，以下节点可能会取代整条链。 这条链的重组是一件大事。 我们必须保证链在主链上。 我们要说的第二个地方是数据往往是相关的。 举个简单的例子，当你想把一个东西放到交易所的时候，你的资产的第一个属性对应的就是owner。 你放在区块链上的这个东西是一个有限的东西。 比特币比较慢，企业级的比较快。 如何解决吞吐量和交易速度的问题？ 其他方面的考虑比较多，比如隐私、权限等，这些都是企业级证书存储需要解决的部分。

让我们谈谈几个例子。 以下是我们在美国所做的一些事情。 让我们看一下数据架构。 这是一个多级链架构。 这是一条数据链（编码：'Wa'（2字节）+block_height（6字节））+block_hash（32字节），用户可以随意创建一个data link数据链，上面有一个目录链接。 这种结构在当时是比较新的。 最近从英国出来的一个英国国家货币原型就是借用了这个结构，它的发行部门和交易部门是分开的，所以这种东西还是有一定的价值的，我们当时觉得挺好的。

证据存放示例介绍：

公证：原始文件的哈希存储在入口块中，入口以默克尔树的形式组织起来，然后进入公平链的区块，公平块与比特币锚定。

公证通还在做房产存单。 美国房地产不像中国。 他需要政府给你备书，所以是第三方做的，所以没人说这房子是我买的，这房子是有保障的。 房子是给我买的人拥有的，所以从它成为房子的第一天起就需要追溯它属于谁，所以这种追溯带来了很大的成本。

Blockstack：在锚定之前，存储原始文件和文件的哈希值。 写入区块链后，交易信息和公钥会返回并存储在数据库中。 这样就可以方便的对文件进行分类和查找。

网路：假设我们的互联网没有IP地址，那么在这种情况下，它是如何传输的呢？ 我存了点东西存到qq云上了，但是没有IP帮我路由到那个地方，怎么办？ 它的溯源放在比特币中，每个域名都有一个相对的公钥。 这里作为一种构造使用，其对应的文件存放在其中。 这是一个非常简单的地址。 但是可以做出很多应用，80个字节可以反转，这个编码空间可以产生很多不同的应用。 此外，如果一个数据被存储，它将被重新分级和解释。 这是一个域名系统，这是一个非常简单的域名系统。

JZT在中国做不到一件事。 中国对数据的管控有一定的限制，外国人不能接受这一点。 于是我和Jack（网路CEO）回国在存证平台做资产发行交易。 举一个简单的例子，会员卡之类的东西的发行本质上是可拨号的。 当时是几百元发行，后来凭着自己的名声，发行了1200多元。 虽然这种平台可以做很多类似的事情，但是我们希望有一天能在我们的平台上发行网红币。 网红币的适用场景和比特币是一样的，因为它有一定的特点，所以有一定的价值。 我们为不同的智能合约开发了模板，并根据不同场景的需求发布。 资产、代币和智能合约与比特币和以太坊锚定和集成。

在产品的初步结构上，网路的证书存储系统延续了Factom的一些思路：支持多文件存储，提供证书存放和分布式存储两种路径，方便源文件的保存和对比。 结构化数据可以直接写入区块进行真实数据比对。 在区块链上层构建强大的查询引擎，用于证据数据的复杂快速检索。