基于區塊鏈的去中心化應用的四種架構模式_區塊鏈

基于區塊鏈的去中心化應用的四種架構模式

區塊鏈研究實驗室

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區塊鏈有各種各樣的用例集，從金融到去中心化互聯網。

但是，大多數區塊鏈用例可以使用相對較少的模式來實現。例如，基于區塊鏈的應用程序的模式集合提供了15種區塊鏈模式的列表。

系統設計需要更高級別的抽象。擁有更多的粗粒度宏模式對我們更有利。

這篇文章描述了四種這樣的架構模式。為了描述模式，我將使用亞歷山德拉·特沙諾維奇在“什么是模式？”中描述的模板。

1.IAM的體系結構模式。

背景信息：IAM環境包括許多用戶和服務提供商。IAM系統為每個用戶提供一個帳戶和一組功能，使用戶可以前往服務提供商，展示其帳戶所有權，然后根據其功能接收服務。

力量：需要實現一個分散的IAM環境，在該環境中，一個惡意用戶或幾個用戶不會對系統造成重大影響。

《四川省“十四五”新型基礎設施建設規劃》：探索建立基于區塊鏈技術的數字資產交易體系:金色財經報道，四川省人民政府已印發《四川省“十四五”新型基礎設施建設規劃》，《規劃》指出，四川省將打造政府數據開放共享區塊鏈試點平臺、建強 “蜀信鏈”等區塊鏈基礎設施，建設基于區塊鏈技術的知識產權融 資服務平臺，探索建立基于區塊鏈技術的數字資產交易體系。建設區塊鏈產業創新中心，加快推進區塊鏈隱私保護、跨鏈控制、 網絡安全等核心技術攻關、集成創新和融合應用。[2021/9/15 23:25:59]

解決方案：建議的模式候選者以以下方式使用萬維網聯合會DID規范和W3C可驗證聲明規范。

圖1：基于區塊鏈的IAM架構模式

假設Alice需要一個身份。如創建新DID的圖所示，Alice在區塊鏈中創建了一個條目。該條目包括隨機生成的標識符，帶有其個人資料數據的存儲庫鏈接以及個人資料數據的哈希。用戶個人資料包含一個公共密鑰和一組可驗證的聲明。現在，生成的隨機標識符將成為Alice的DID，因為只有她擁有與公鑰相對應的私鑰。

澳大利亞參議院委員會呼吁建立基于區塊鏈的全國土地注冊處:澳大利亞參議院委員會發布了一份報告，呼吁建立基于區塊鏈的國家土地注冊處，以及提高智能合約相關法律明確性，并繼續努力建立DLT國際標準。作為作為技術和金融中心的澳大利亞特別委員會在其第二次中期報告中提出了涵蓋區塊鏈、消費者數據和企業稅收等23項建議。有五條建議專門針對區塊鏈和數字資產，包括金融監管委員會網絡工作組應創建國際數據標準。該委員會建議國家內閣考慮支持以區塊鏈為動力的國家土地注冊處，將其作為英聯邦與國家在“RegTech”方面合作的試點項目，以簡化公共和私營部門的行政程序。（Cointelegraph）[2021/4/30 21:13:26]

可驗證的聲明是由主管當局簽名的授權令牌。創建者還以類似于DID的方式將它們與索賠的哈希一起記錄在區塊鏈中。

在質詢-響應協議中，驗證器生成一個隨機種子，使用Alice的公鑰對其進行加密，然后向Alice挑戰以通過解密加密的種子來證明她具有私鑰。由于Alice擁有私鑰，因此她必須是DID的所有者。

俄羅斯基于區塊鏈的憲法修正案投票系統今日上線后故障頻出:當地媒體報道，俄羅斯基于區塊鏈的憲法修正案投票系統在今天早些時候上線后開局不順。基于Bitfury開發的Exonum區塊鏈平臺的電子投票，定于6月25日至6月30日在莫斯科和下諾夫哥羅德舉行。

據稱，區塊鏈將幫助對投票進行加密，以提供安全且不可變的數據。俄新社報道稱，該網站在上線后的幾個小時內無法訪問。根據俄中央選舉委員會(CEC)的官方說法，停電是因為選民的“需求高峰”。

與此同時，媒體報道，在第一個小時內，只有494名莫斯科居民在網上投票，當時共發布了6.5萬份電子公告。當地新聞媒體Meduza報道，電子投票在某些地區顯示出不正常的結果。例如，根據2020年1月的數據，在特羅利茨基行政中心的一個投票站，有近7300人已經在網上注冊投票，盡管該投票站只有2358名有資格投票的居民。當地選舉委員會稱這是“技術故障”。（Cointelegraph）[2020/6/26]

要標識Alice的另一個用戶或組織，Bob首先從Alice接收DID，從區塊鏈中讀取與該DID相關的所有條目，檢索Alice的配置文件數據并進行驗證。Bob可以使用質詢-響應協議再次驗證Alice的身份。然后，Bob可以確認可驗證的主張，并可以確信關于Alice的主張是真實的。

動態 | 阿聯酋推出基于區塊鏈的醫療存儲數據平臺:2月2日消息，阿聯酋衛生與預防部（MoHAP）推出一個基于區塊鏈的數字平臺來存儲醫療數據。MoHAP表示，該平臺將有助于簡化醫療機構的運營，并在醫療專業人員需要查詢特定藥物，制造商，物質，價格以及批準的代理商和使用方法時提供幫助。（arabianbusiness）[2020/2/2]

我們可以在此架構模式之上分層大多數IAM用例。例如，我們可以通過發布我們要用戶執行的操作的可驗證聲明，或者僅接受可驗證聲明中具有某些屬性的用戶來實現訪問控制。一種實現可以選擇將簡檔數據的相關子集緩存在數據庫中以提高性能。

2.可審核的歷史記錄或工作區的體系結構模式

背景信息：兩個或兩個以上的各方執行交易或一起工作，其活動需要以無可爭議的方式記錄下來。

強制措施：需要實施一個分散的審核日志或一個工作區，在該工作區中，一個惡意用戶或幾個用戶不會嚴重影響系統。

解決方案：提議的系統記錄活動并在區塊鏈中為這些記錄創建條目。該條目包含活動記錄的哈希，因此，以后不能對記錄進行爭議。

聲音 | 朱嘉明：基于區塊鏈的時空合作社將成為終結貧窮的一種選擇:12月5日，在2019中國公益年會上，著名經濟學家、數字資產研究院院長朱嘉明表示，社會貧富差距和社會不公平是公益事業的基礎，公益的手段包括但不限于財富的轉移和財富資源的再分配，社會公眾通過時間和空間的交換，使每個人成為公益事業的參與者和貢獻者即是實現公益全民化的一種創新思路，現代科技的發展則讓這一想法能夠成為現實。他認為，時間資源的碎片化是人類最大的浪費，因此社會大眾的時空管理就是首先需要解決的問題。而完成時空管理需要科學技術，基于區塊鏈技術的時空合作社可以為時空管理和時空組合提供新的模式和解決方案。他還指出，區塊鏈天然是一種時空秩序，區塊鏈既是一種時間編碼也是一種空間編碼，在提供人與人之間時空交換方面，區塊鏈是唯一合適的載體。[2019/12/5]

圖2：基于區塊鏈的可審核歷史或工作區架構模式

例如，假設Alice想繳稅。TaxServer接受付款應用程序，創建數字收據，將其哈希記錄在區塊鏈中，然后將收據發送給Alice。Alice可以通過計算哈希值并檢查存儲在區塊鏈中的值來驗證收據。此后，Bob無法拒絕收據，因為收據哈希值和時間記錄在區塊鏈中。

如果活動很多，可能需要解決區塊鏈性能限制。因此，一些實現可以將多個活動記錄的哈希記錄作為塊而不是單個活動記錄。

3.注冊表或市場的體系結構模式

上下文：注冊表是可以在網絡上搜索和檢索的數據條目的集合。市場是一個注冊表，允許用戶購買數據條目代表的服務或產品。例如，注冊表可以是可用API的目錄。

力量：需要實現一個分散的環境，在該環境中，一個惡意用戶或幾個用戶不會對系統造成重大影響。

解決方案：建議的模式如下。

圖3：基于區塊鏈的注冊表體系結構模式

讓我們首先考慮一個注冊表。使用建議的體系結構，當用戶發布注冊表更新時，客戶端會將更改記錄在區塊鏈中。如果更新中的數據很大，則區塊鏈記錄可能包含該數據的鏈接和該數據的哈希值。如果需要修改存儲在注冊表中的數據，則注冊表客戶端會將帶有修改信息的新記錄添加到區塊鏈中。

在上圖中，每個用戶都有一個在本地計算機中運行的注冊表客戶端。每個注冊客戶端都從區塊鏈讀取更新記錄，根據記錄中包含的哈希值驗證更新數據，并從更新中重建記錄的最新視圖。

區塊鏈可以很好地充當“服務市場”，因為同一服務可能會被多次出售。但是，由于性能限制，基于區塊鏈的市場不適用于只能出售一次的商品。

4.智能合約和托管物的架構模式

在這種模式下，我們考慮兩種情況。首先，我們考慮智能合約，其次，我們考慮智能合約的一種常見特殊情況：“托管物”。

4.1智能合約模式

上下文：多個用戶希望遵守合同，稱為可執行程序。合同按照合同中定義的條件進行狀態轉換，并且在給定時間，每個人都可以就合同的當前狀態達成一致。

強制措施：需要實現一個環境，在該環境中，一個惡意用戶或幾個用戶不會嚴重影響系統。

解決方案：智能聯系人是區塊鏈技術的一部分，并受到以太坊等區塊鏈實施的支持。使用智能合約語言描述合約并分發給所有參與者。當合同中定義的條件發生變化時，每個參與者都將執行合同并使用共識算法將當前狀態記錄在區塊鏈中。

4.2托管事物模式

上下文：我們需要跟蹤現實世界中智能事物的所有權。在這里，智能事物是現實世界中的對象，能夠在其中運行計算邏輯。允許所有者對現實世界中的事物進行控制和執行操作。同樣，所有者可以將其所有權轉讓給其他人。

強制措施：需要實現一個環境，在該環境中，一個惡意用戶或幾個用戶不會嚴重影響系統。

解決方案：下面以Car作為被管理對象來描述模式的實現。

圖4：基于區塊鏈的ManagedThings體系結構模式

我們可以分兩步為托管物品實現區塊鏈。首先，制造商記錄汽車所有者的DID和公共密鑰。當所有權更改時，所有者在區塊鏈中添加一條新記錄，指定新所有者。其次，在檢查所有權時，汽車首先檢索區塊鏈中的所有記錄，并驗證所有者當時是否添加了每條記錄。這是通過對照先前所有權記錄中包含的公共密鑰檢查編寫記錄的用戶的公共密鑰來完成的。此有效鏈中的最后一個所有者是當前所有者。

確定所有者后，汽車將通過檢索她的公鑰并使用具有Alice私鑰的Alice手機進行基于質詢-響應-協議的登錄來登錄當前所有者Alice。

這樣的系統降低了與遠程控制偽像相關的風險。

但是，很難阻止有權訪問“事物”的人實際更改內部運行的邏輯。解決此問題的一種方法是構建某種形式的自毀，該自毀在檢測到篡改偽像時觸發。

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區塊鏈研究實驗室

文章作者：區塊鏈研究實驗室

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聲明：本文由入駐金色財經的作者撰寫，觀點僅代表作者本人，絕不代表金色財經贊同其觀點或證實其描述。

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