扬长避短：区块链赋能未来IT基础架构

区块链不等于比特币，比特币也不等于区块链；有将它奉为圭臬，也有人将视如敝屣。可能从来没有一种技术能像区块链这样带有如此的大争议。它真的一无是处吗？或者它应用范围有限？你一定想不到区块链技术还可能用在未来的IoT，甚至是自动驾驶汽车上面吧。今天我们就来谈谈区块链技术的那些“奇思妙用”，感谢Dell EMC中国研发中心技术大咖们的倾情贡献。

作者：Dell EMC中国研发中心 吴鹏飞

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“There is nothing either good or bad, but thinking makes it so.”Hamlet: Act 2 Scene 2

很少有一项技术能像区块链这般，有着如此显著的优势与缺陷：去中心化、数据保存与防篡改，这些难以置信的优点，加上一度火热的比特币，曾让不少人以为技术的乌托邦已经到来；然而，性能低下、对计算、存储及网络资源的海量消耗，又让许多人对它嗤之以鼻。

我们知道，由于CAP原理的存在，人们在设计分布式系统时不得不在多个期望的特性中做出妥协。本文试图以混合云、多云为例，探讨在设计未来IT基础设施架构时，可能面临的艰难抉择；以及如何利用区块链，扬长避短，并使其在基础设施架构中扮演重要角色。以此为基点，展望未来区块链在IoT、车联网、自动驾驶等新兴领域的应用。

现状

在传统的IT基础设施架构下，用户拥有并维护一个私有的数据中心。

如果用户对数据和服务的可靠性、可用性有较高要求，通常的解决方案是建立多个异地数据中心，互为备份。

然而，这种方案的一次性投入较高，且对运维提出了苛刻要求。

云！

云计算的兴起，给用户提供了多一种选择。

用户可以在不对现有数据和业务进行迁移的情况下，把容错和灾备的数据与服务部署在公有云上。

这种做法的好处显而易见：云资源可以按需使用，无需巨大的一次性成本投入。

然而，在此种设置下，用户数据需要在企业私有环境与公有云环境之间进行迁移。

用户对数据的安全性和完整性的担忧也随之产生。

数据校验

一种直观的解决方案是：在用户私有环境下部署数据校验服务，维护一组元数据，据此对公有云上数据进行校验，以便及时发现错误并进行恢复。

不过等一下，我们需要在现有的IT架构中引入公有云，难道不是因为用户私有环境有失效风险吗？如果这里的数据校验服务也失效了怎么办?可能发生的情况包括元数据错误、丢失，甚至机房掉电等。

云：再来一份！

没问题！我们可以在云上部署一个数据校验服务的备份！

一个困境：引入云是为了应对私有数据中心失效的问题，但又带来了对云上数据正确性和完整性的担忧；数据校验服务可以帮助用户验证数据的正确性，却又面临失效风险；虽然我们可以把数据校验服务在云上进行备份，却又再次面临元数据的正确性和完整性问题！

兜兜转转，我们又回到了原点。

不妨看看区块链

区块链具有显著的优点：

• 数据保存
• 防篡改

这不正是我们数据校验服务需要的特性么！

那我们不妨探索下，尝试把元数据放在区块链上：

• 通过共识算法，私有数据中心可以和公有云达成共识，保证区块链上的数据正确性
• 虽然共识算法只能保证新一个区块的正确，但通过哈希链，区块链上所有历史数据的正确性均可以得到保证

看起来还不错，可区块链不还有很多缺点吗？它们会成为我们的绊脚石吗？

区块链的缺点

不妨针对区块链的缺点逐一分析：

☞浪费存储空间，所有节点需要保存完整的历史记录副本。

▶私有链需要的节点个数有限，此外，元数据多重备份提高了数据安全性和可用性。

☞共识算法消耗大量计算资源。

▶ 私有链的共识算法有多种选择，以应对不同的环境。当所有节点都可信，只是有数据出错、丢失风险时，甚至可以使用Raft作为共识算法(例如，使用zookeeper)。但当我们不信任云节点时，也可以使用PBFT共识算法，或者VMWare的安全专家们提出的SBFT算法。由于私有链节点个数不多，PBFT/SBFT对资源的占用也不会很大。

▶ u SBFT: a Scalable Decentralized Trust Infrastructure for Blockchains, https://arxiv.org/abs/1804.01626

☞区块链性能较差。

▶ 我们知道，比特币性能的理论上限在 6-7 TPS（transaction per second）。

▶ 但是区块链在当前场景下只用于记录校验数据，TPS的要求非常低，zookeeper或者PBFT/SBFT作为共识算法完全可以满足要求。

结论：Cool！区块链在当前应用场景下，优点异常突出；同时，有些缺点甚至还能转换为优势！

多云

于是上述结构也可以很轻松的扩展到多云。

在多云环境下，我们甚至能隔离云节点对区块链上云数据的访问。

比如：

• 针对每一个公有云，我们都部署一个独立的区块链。这些区块链在客户私有环境下设有节点。然而，公有云A数据对应的区块链节点却只部署在公有云B上，从而实现数据隔离。如右图所示。
• 另一种技术方案是，区块链上不保存任何元数据，而只保留云数据的哈希，以作审计。真正的元数据在链下另作保存，并广播给指定的云节点：相应的，我们可以只把公有云A的云数据广播给公有云B。

展望

IoT

IoT环境下，数据和计算节点可能由相互间缺乏信任的不同组织机构控制，但大家依然有数据交换的需求；和之前的多云场景类似，区块链可以在这样的环境下起到“数据审计”的作用，从而成为黏合IoT数据孤岛的“胶水”！

车联网

• 在车联网和自动驾驶世界，无障碍的数据交互显得格外重要：你无法决定行驶在你周围的车辆是不是与你的座驾来自同一制造商，因此车辆间通信依然面临缺乏信任的问题。而区块链可以作为一个虚拟的中心服务（虽然它本质上是去中心化的）存在：所有的车辆从区块链获取核心车联网控制策略，无论这些车辆是否属于同一品牌；
• 车企可以在自身的区块链节点上配置不同的策略审批准则。任何车企均可以尝试发布新的车联网控制策略，这种策略会在全网生效，包括那些不同品牌的车辆。但新策略只有获得所有网内车企批准才会在区块链上生效，从而提供给所有联网的车辆使用；
• 不同车辆通过从自己信任的区块链节点获取（事实上相同的）车联网控制策略，从而实现车辆间顺畅的点对点交互。

结语

世上之事物本无善恶之分，思想使然（哈姆雷特2.2）。区块链作为天使与恶魔结合的典型，如果能在正确的时间、正确的位置被正确的使用，依然有爆发出巨大能量的潜力，并编织IT基础设施架构的未来。

致谢

本文写作过程中深受与Lyne Lin和Alaric Chen讨论的启发。