摘要：作为支撑比特币实现无中，42高可信的账本管理的技术，区块链在金融领域得到了广泛关注．区块链实现 了不完全可信环境中的可信数据管理，具有去中心化、防篡改、不可抵赖、强一致和完整性等特性，但同时也存在 高延迟和低吞吐率的性能问题．在互联网技术发展、新型应用层出不穷的大背景下，借鉴区块链在数字加密货币应 用中的成功经验，探索可信数据管理的理论、技术，并设计、实现系统，是学术界所面临的重要问题．从可信数据管 理角度，介绍了区块链相关的技术和研究进展，包括分布式共识、智能合约、数据溯源等，并分析了应用对可信数据 管理所提出的需求和研究挑战．

关键词： 区块链；可信数据管理；智能合约；数据溯源；分布式共识

区块链(blockchain或block chain)是指通过数据加密、数据链式钩稽、多副本存储和分布式共识等机制， 实现去中心化的分布式数据管理技术．它最早是由中本聪提出，并在比特(bitcoin)@力11以实现和应用．随着 比特币应用的快速发展，区块链技术所具有的防篡改、不可抵赖、强一致和完整性等特性，特别是它的对等网 络(peer．to．peer network)去中心化本质，得到了工业界和学术界的广泛关注．在加密货币‘11、分布式账本‘21、单据 管理，首次代币发售(IC0)和众筹、慈善‘51等领域，区块链技术得到了广泛的探索和应用．

另一方面，最早的区块链技术被设计用于比特币这一特殊的虚拟货币应用．它与应用紧密结合，所能提供的 数据管理功能简单，同时基于工作量证D韭](proof-of-work，简称PoW)的共识机制的计算量耗费巨大，导致极低的 系统吞吐率和很长的系统延迟．如何提供丰富的数据管理和数据处理功能，提高系统性能，成为区块链研究、开 发和应用所关心的热点．以以太坊(Ethereum)t6】和Hyperledgert7]等为代表的开源项目则提供了相对完善的区块 链的开发与应用基础，推动了区块链普及、应用的快速增长，以及新问题的发现与研究．

从数据管理角度看，区块链的本质是一个构建在对等网络上、提供了可信数据管理功能的数据库系统．一 个可信数据库管理系统从3个层面确保系统的可信性，即存储的可信性、处理的可信性以及外部访问的可信性，如图l所示．

存储可信性是指数据处理结果一旦被确认，不会丢失或被篡改．它要求系统提供传统数据库管理系统【8J和 事务处理【9】中所要求的事务持久性(durability)，但同时也要求系统在存储、通信故障，甚至在蓄意攻击时，仍能确 保数据存储的正确性．

处理可信性一方面是指数据处理的正确性，另一方面是指处理过程和结果可审计与可溯源．前者要求事务的并发控制，而后者则要求系统不仅保存数据的最终状态，还要保存数据处理的过程．数据处理的正确性是对传 统数据管理系统的基本要求．但是，传统的数据库管理系统是集中式的，保持事务的ACID属性已有成熟并相对 高效的技术郾】．对等网络环境中的数据管理，大都专注于查询处理的性能【10,11】．虽然已有大量关于分布式系统 中的共识(consensus)机制研究【12,13]，但在数据管理系统中，由于性能问题，共识机制和跨节点的协调通常只被用 于选举主控节点，而较少被直接应用于事务处理或被尽量避免【l41．因此，在区块链这样的去中心化对等网络环境 中，如何在确保系统“正确”的同时，实现高效事务处理，就成为一个突出的问题．

处理过程和结果的可审计及可追溯也是重要的研究问题．在传统的数据库管理系统中，数据库中存储、维 护的是当前的数据状态，处理过程和数据的历史信息通常存储在数据库日志中，仅被用于故障恢复【8'9】，并不直 接提供查询服务；在系统无故障正常运行的情况下，也不参与查询的处理．在节点不可信的对等网络环境中，一 些查询和事务在处理时需要验证数据的历史状态，以确保当前状态的正确性．因此，传统的数据管理技术无法被 直接应用于这一场景．

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