鏈上鏈下協同的數據歸檔真的太難了！和解？_比特幣

前言

區塊鏈的全復制、擴展性等問題，使得業務向鏈上遷移會考慮采用兩層設計，有基于區塊鏈的合約層和鏈下拓展層，鏈下層承擔擴展鏈上能力。在兩層系統中，業務的存證或者協調數據在鏈上，鏈下拓展層會保存完整數據內容，并參與業務計算。

隨著業務的持續，鏈下節點的數據會逐漸累積，越來越大，數據的增長速度甚至會超過存儲介質容量增長的速度，而不得不為節點提供更大的高性能磁盤，當數據增長突破容量限定后會影響系統性能與業務持續性；鏈上合約層，當狀態數據數據累積到一定數據量級會導致系統吞吐量下降、鏈上數據查詢變慢，服務質量下降。

另一方面，雙層系統無法和一般的數據存儲系統(MySQL存儲系統)一樣進行“select-insert-delete”式的歸檔。合約數據涉及多個業務參與方，鏈上數據和鏈下的錨定、關聯關系不能被破壞等約束。

比特幣鏈上實際交易量上升18.2%:金色財經消息，據歐科云鏈OKLink鏈上數據顯示，比特幣24h鏈上活躍地址數逾115.38萬，環比下降0.16%；鏈上實際交易量近70.3萬BTC，環比上升18.2%。

截至上午10時，比特幣全網難度為20.61T，全網算力為150.79EH/s，較前日上升0.13EH/s，未確認交易數達6.44萬筆。[2021/1/15 16:13:28]

為解決這些問題，我們對兩層系統的數據歸檔進行了一定的實踐，當合約層以及拓展層數據停止改變或不被頻繁使用時，對其進行遷移，減少合約狀態數據、讓出拓展層節點主存儲空間，提升系統的性能和服務質量。

什么是數據歸檔？

-----數據歸檔過程和目標

為了詳述數據歸檔來龍去脈，我們需要了解幾個簡單的概念，首先，需要了解備份和歸檔的區別：

比特幣鏈上發生39635枚BTC大額轉賬，價值約3.69億美元:Whale Alert數據顯示，北京時間14:15:54，比特幣鏈上發生39635枚BTC大額轉賬，價值約3.69億美元。該筆BTC最初從多個地址轉入3GDGgX開頭地址，緊接著又再次轉入3QCRGf開頭地址。

第一筆轉賬交易哈希值：050110e4ce1fcd2d082b463857cc7e1dcb41c1243b148e31378693e2cbde56d1；

第二筆轉賬交易哈希值：21570c2eca4e38da138e07bd2d85ddc29f523a1aba4050c8ec6487307d74c63f。[2020/6/19]

備份：存儲在非易失性存儲介質上的數據集合，在原始數據丟失、損壞或不可用時，可以從備份系統訪問或從備份數據中恢復，也稱為副本。備份同時保護了所有生產系統的活躍的和非活躍的數據。我們通常說的備份，類似“復制“操作。歸檔：將不再活躍但必須保留的數據移動到另一個存儲系統，以便釋放節點主存儲，提高系統性能。歸檔的數據是生產數據的子集，一般，將歸檔數據轉存到專用系統，歸檔類似”剪切“操作。在兩層系統語境下，歸檔意味著將合約的狀態數據以及數據錨定的鏈下系統數據作為一個整體進行歸檔。

動態 | 比特幣鏈上活躍度趨穩，出塊耗時有所增加:據Tokenview鏈上數據監測，近24小時比特幣鏈上轉賬總額為106.44萬BTC，鏈上轉賬筆數為33.17萬筆，較七日均值基本持平；全網新增和活躍地址數較前日則分別回落0.74%和4.72%，比特幣鏈上活躍度相對平穩，交易所充提指標亦有所回落，市場或將重回上行軌道。

在挖礦數據方面，比特幣近七日算力均值為110.67 EH/s，近24小時算力均值為118.16 EH/s。昨日全網出塊總數為150個，較前日減少7個；鏈上轉賬手續費為30.12 BTC。[2020/2/19]

對數據歸檔，我們要達到如下目標：

1）獨立的數據歸檔支持合約，用于索引鏈上的數據，包括3方面內容：數據指紋、更新時間、關聯方；

2）一個歸檔模塊以及獨立歸檔服務：使用統一的架構，將數據遷移到一致的位置；

動態 | 杭州互聯網法院司法區塊鏈上鏈數據總量超過21億條:金色財經報道，經濟參考報發表署名《新型網絡侵權頻發呼喚立體“過濾體系”》文章，隨著數字經濟的勃興，網絡空間已成為人類活動的又一重要維度。與此同時，網絡侵權行為呈現出不斷蔓延滋長的趨勢，具有侵權類型多樣、侵權案件頻發的特點。數據顯示，針對網絡著作權侵權等類型案件，區塊鏈技術具有很好的規制作用。截至2019年10月，杭州互聯網法院司法區塊鏈上鏈數據總量超過21億條。通過該平臺調取電子證據5200多條，相關案件調撤率達到98.5%以上。與此同時，平臺方面也在通過技術手段規制網絡侵權行為。來自阿里巴巴的相關數據顯示，今年“雙11”的24小時內，阿里技術部門共攔截了22億次惡意攻擊，包括針對平臺本身的攻擊，也包括通過技術手段實施網絡侵權的行為。[2020/1/2]

3）歸檔后的數據需要進行統一管理和一致的訪問；減少運維歸檔數據所需的成本，同時需要保護歸檔數據的安全性；

中國銀行原行長李禮輝表示 應加強監管防止資金在鏈上地下的跨國違法活動:全國人大財經委委員、中國銀行原行長李禮輝在“2017第一財經金融科技峰會”上表示。加強國際監管，和主要國家達成監管共識，采取國際監管一致行動，切實防止資金在鏈上地下的跨國違法活動。同時李禮輝還強調：“我國法律是禁止非法金融活動的，目的是維護金融市場的穩定，保護投資者利益，防止系統性金融風險，這是非常必要的。”[2017/12/4]

4）歸檔后的數據具有索引和搜索功能，能更有效、快捷地對歸檔的數據訪問并利用；

5）相關歸檔的恢復：可以將某次歸檔恢復到生產環境。

一般的數據歸檔的過程：select-insert-delete，創建一個新的數據庫-歸檔庫，然后在歸檔庫創建與生產庫相同的表；不斷查詢生產庫數據記錄，同步復制到歸檔庫；生產庫刪除已經復制的數據記錄。雖然數據歸檔過程非常簡單，但是設計數據歸檔的方案，我們必須想清楚以下幾個問題？

歸檔前：那些數據可以歸檔？數據適合歸檔嗎？歸檔庫如何選型？歸檔執行階段：數據歸檔過程需要不斷的讀寫生產庫，這個過程將會大量使用的網絡、IO，那為了防止對線上業務造成壓力，數據歸檔一般只在業務低峰期執行。歸檔后：數據冪等被破壞，數據歸檔導致生成數據缺失，會對業務造成影響。針對歸檔的過程和目標。綜上，我們將提出設計和實現契合自身架構特點的歸檔方案。

歸檔方案實踐

趣鏈科技自研的區塊鏈隱私計算平臺BitXMesh，將區塊鏈與隱私計算技術深度融合，支持鏈上鏈下協同的數據共享和隱私計算。

BitXMesh是一個兩層架構系統。包括區塊鏈合約層，鏈上部署有數據共享合約、聯邦計算協調合約等，鏈下拓展層由BitXMesh節點組成并提供數據共享、聯邦計算等能力。從數據的維度看，整個系統由合約數據及合約數據錨定、節點內的數據以及支撐節點能力、逐漸累積的業務功能數據組成。歸檔數據的時候需要考慮：鏈上數據和節點本地數據，數據之間的錨定關系，以及本地數據的關聯關系。同時，數據類型也是需要考慮的，節點內有文件、K/V類型的數據，這些數據歸檔需要存放在不同的歸檔庫中。

BitXMesh數據歸檔組件包含：內部的歸檔模塊(Archivermodule)、鏈上數據歸檔支持合約、存儲對接組件、歸檔庫(存儲歸檔數據)。其中，鏈上數據歸檔支持合約是為了兩層系統協同歸檔而構建的合約，合約主要功能是進行鏈上數據的索引以及按時間進行引用計算，便于定位鏈上數據。整個歸檔模塊組件及其構成，如下圖。

針對K/V類型的數據，選擇BadgerDB作為歸檔庫，存放BitXMesh歸檔的K/V數據；對文件數據，使用IPFS作為歸檔存儲，同時文件的元信息存儲在BadgerDB歸檔庫；整個歸檔數據項的標識ID都會記錄在歸檔摘要文件中，歸檔摘要文件記錄了整個歸檔的元信息，該文件也可以提供給基于BitXMesh開發的業務系統使用，將業務系統的數據也進行歸檔。整個歸檔過程如下：

1）首先，歸檔庫初始化。指定歸檔庫存儲路徑，會在該目錄下創建K/VBadgerDB庫以及存儲大文件的ipfs，這兩個庫的創建尤其關鍵，歸檔的數據存儲于兩個庫中，后續可開發應用對歸檔的數據進行管理。2）其次，執行歸檔。目前，按“時間區間”進行歸檔，分為兩個階段：鏈上數據及與鏈上錨定的節點數據的歸檔、鏈下節點數據歸檔。

鏈上數據及與鏈上錨定的節點數據的歸檔：該步驟需要歸檔支持合約的支持，歸檔支持合約主要存儲鏈上數據的標識信息以及數據存儲時間。當歸檔時，先查詢該合約得到需要歸檔的數據列表，根據這個數據列表，去歸檔節點與其錨定的數據。整個過程包括查詢-寫入-刪除，查詢鏈上數據和鏈下數據，將查詢得到的數據信息寫入到歸檔庫，一旦寫入成功，將摘要寫入到歸檔摘要文件，最后刪除數據。鏈下節點數據歸檔：該步驟歸檔節點的業務數據，落到時間區間的數據即可執行查詢-寫入-刪除操作。一旦碰到文件數據，需要查詢元信息，寫入K/V歸檔庫，再取文件block寫入到ipfs歸檔系統。3）最后，資源回收和落盤操作。上面兩步已經將符合時間范圍的數據進行歸檔，之后需要將歸檔模塊訪問節點數據的連接斷開，歸檔庫也需要關閉數據訪問連接。歸檔摘要文件落到磁盤。

在進行了一次歸檔操作后，歸檔庫中的數據可以通過歸檔服務進行訪問，類似業務系統的做法，將歸檔庫作為backend數據存儲，通過HTTP接口訪問這些歸檔的數據。

總結

數據歸檔是針對大量數據累積的系統，對數據進行有計劃的遷移，當數據停止改變或不被頻繁使用時，通過數據歸檔把它們轉存到別的地方，讓出存儲空間，提升系統的性能。本文以BitXMesh數據歸檔模塊為例，對鏈上-鏈下兩層架構系統的數據歸檔進行實踐，將歸檔融入到系統功能，完成了歸檔使用統一的架構，將數據遷移到一致的位置，歸檔后的數據需要進行，統一管理和一致的訪問目標。

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