阅读区块链的“上链”哲学：“在脂肪链下”和“在薄链上”

什么是“连锁”？哪些数据和逻辑应该“链接”？文件可以链接吗？你能批量检查链上的数据吗？什么是“链下”？

一篇文章中的“链上”和“链下”存在很多问题。

什么是“链上”和“链下”

区块链包括数据链和节点链。数据链是指通过链式结构组织起来的区块数据链，形成数据验证和可追溯性；“节点链”是指多个节点通过网络连接在一起，彼此共享信息，共识节点共同实现共识算法，生成并确认区块。

“上线”的简要流程如下：

簿记员记录交易并将它们打包成链式数据结构中的“块”

一致性算法驱动每个人验证新块中的事务，以确保计算出一致的结果。

数据被广播到所有节点并安全地存储。每个节点将存储数据的完整副本。

一旦事务“在链上”，就意味着它已经被完全执行，并且“分布式事务”已经实现。简单地说，它就像是一段经过集体批准，然后在公告栏上公布的段落。其中有许多词是永久性的，不能改变。

“链上”是指“共识”和“存储”，两者缺一不可。没有共识，交易的一致性和正确性就无法得到保证，也不能被链上所有参与者所接受；共识后的数据不是由多方存储的，这意味着数据可能会被一方丢失或篡改，更不用说冗余可用性了。

另外，如果只调用接口进行查询，不改变链上的任何数据，也不需要一致确认，那么就不是“链上”

或者，如果一个业务服务本身与区块链没有直接关联，或者其业务流程不需要参与共识，并且生成的数据没有写入节点存储，则该业务服务称为“链下服务”，不管它是部署在带有区块链节点的服务器上，还是使用节点进程编译。

当业务服务调用区块链接口发送交易，交易完成“共识”和“存储”时，称为“上行链路”；如果交易未按预期打包，则称为“上行失败”

事实上，几乎所有的区块链系统，特别是与实体经济和现实世界相结合的区块链应用，都需要链上协作和链下协作。系统本身包含着丰富的技术生态。

*注1：交易是区块链中的一个通用术语，通常是指发送到区块链的一条指令和数据，它会改变链上的数据和状态

*注2：本节描述了一个简单的模。在多层连锁和碎片化模式下，流程将更加复杂，交易划分将更加细化，但“共识”和“存储”的基本原则将保持不变

交易的轻量化与“链上”的重要性

目前，区块链的底层平台正在逐步成熟，性能和成本已经不是大问题，但由于“分布式多方合作”，以下开销是固有的：

共识成本：在主流共识算法中，pow（工作量证明，即挖矿）耗电；POS（利息证明）需要抵押资产才能获得记账权；pbft（联盟链中常用的拜占庭容错算法）簿记员必须完成多次往返投票，以及过程步骤很复杂。

计算成本：除了加解密、协议分析等计算外，为了验证支持智能合约的区块链上合约的执行结果，所有节点都会不加选择地执行合约代码，导致通体。

网络开销：它与节点数成指数关系。节点越多，网络传播时间越长，带宽和流量开销就越大。如果数据包太大，情况会更糟。

存储开销：与节点数成正比，链上的所有数据将写入所有节点的硬盘。在一个有100个节点的链中，它将变成100个副本。如果有1000个节点，则为1000个副本。

有些人可能会说，“这是信任的代价。值得！”我同意。但理想离不开现实，毕竟硬件资源总是有限的。

试想，如果每一个事务都是一个复杂的科学计算任务，那么每个节点的CPU和内存都会耗尽；如果每一个事务都包含一个大的图片或视频，整个网络的带宽和每个节点的存储都会被迅速阻塞；如果每个人都打开并滥用“链上”资源，公地悲剧将不可避免。

调用API进行事务处理非常简单，而且链上的开销就像房间里的大象一样，很难忽略。作为开发者，我们需要正视“轻交易、重链”，在积极“上链”的同时，减少不必要的开支，找到平衡的办法。

*注1：常规联盟链节点参考配置：8核/16g内存/10m互联网带宽/4T硬盘，不考虑“挖矿机”等特殊配置。俗话说，“钱能解决的问题不是问题，问题是……”

*注2：本节不讨论“本地/分区共识”或“并行扩容”默认情况下，假设整个网络参与共识和存储

让“链上”回到“链上”，让“链下”回到“链下”

开销只是一个成本问题，本质上，区块链应该被允许做它应该做的最好的事情。要形成共识，就要把重点放在上链和下链的大数据上，尽快达成共识。

如何切割？在多个方面掌握和掌握事务处理中的关键点，即在多个事务处理和共享的关键点上，我们应尽量避免在同一层次上进行数据共享。

为了避免过于抽象，这里有几个例子。

*注意：事实上，每个例子都有很多细节。从空间的角度，简要介绍上下聚焦链的区别和有机结合

文件可以链接吗？

A602A606号

这是一个经常被问到的频率很高的问题。这里的文件一般是指图像、视频、PDF等，也可以指大规模的数据集。链上可靠共享的目的是使接收者能够验证文件的完整性和正确性。

在常见的情况下，文件共享通常是本地的、点对点的，而不是向所有人广播。让区块链不加选择地存储海量数据将是无法忍受的。因此，计算文件的数字指纹（MD5或hash）并将其与其他可选信息（如作者、持有人签名、访问地址等）链接起来是合理的。单链接信息不多。

文件本身存储在私有文件服务器、云文件存储或IPFs系统中。这些专业解决方案更适合维护海量文件和大文件，容量更大，成本更低。需要注意的是，如果文件的安全级别达到了“一个字节不能泄露给无关人员等”的级别，则应谨慎使用分布式存储方案IPFs，并应首选私有存储模式。

当您需要将文件共享给指定的朋友时，您可以通过专用的传输通道点对点发送该文件，或者授权朋友在指定的URL下载该文件。可以与区块链的P2P网络隔离，不占用区块链的带宽。好友获得文件后，计算文件的MD5和hash，并对链上相应的信息进行比对，验证数字签名，确保收到正确完整的文件。

在该方案中，文件在链上“确认”、“锚定”和“寻址”，明文在链下传输并在链上相互验证。成本、效率和隐私安全是平衡的。

如何批量查询分析数据？

分析区块链上的数据是很自然的要求，比如“一个账户参与了哪些业务流程，完成了多少笔交易，成功率是多少？”一个记账节点在一定时间内参与分块记账的次数，是否及时，是否作弊。”这些逻辑将涉及时间范围、块高度、事务发送方和接收方、合同地址等事件日志、状态数据等维度。

目前区块链底层平台普遍采用“key-value”存储结构，读写效率高，但难以支持复杂查询。

其次，复杂的查询逻辑一般在块生成后进行，时效性稍低，不需要多方共识，具有一定的“离线”性质。

最后，一旦数据“在链上”，它就不会改变，只会增加而不会减少。具有明显的数据完整性，如数据块本身的正确性等。链上和链外处理之间没有区别。任何数据完整的节点都可以支持独立的复杂查询。

因此，我们可以将数据从链中完全导出，包括从创建块到最新块的所有块，所有的事务流和接收，事务生成的所有事件和状态数据，并将其写入关系数据库（如MySQL）或链外大数据平台，构建链上数据的“镜像”，然后利用这些引擎强大的索引模，进行关联分析、建模训练、并行任务能力、灵活全面的数据查询与分析。

区块链浏览器、运营管理平台、监控平台、监管审计等系统将采用这一策略。块从链中导出，ETL在链外及时存储。本地化分析处理后，如果需要与链进行交互，可以通过接口将事务发送到链上。

复杂逻辑与计算

与复杂查询不同，复杂逻辑是指事务处理过程中的复杂部分。

如上所述，链上的智能合约将在所有节点上运行。如果智能合约写得太复杂或包含冗余逻辑，不需要全网一致同意，整个网络将承担不必要的费用。一个极端的例子是，如果在契约中写入一个超大数据遍历逻辑（甚至是死循环），那么整个网络中的所有节点都会陷入这种遍历，运行很长时间，甚至会被拖死。

除了使用类气体机制来控制逻辑长度外，我们建议智能合约的设计应该在允许的气体范围内尽可能简单。如果单个合同接口包含的代码超过100行，可以考虑是否对其进行部分反汇编。

拆解的界限因企业而异，这考验着企业对企业的熟悉程度。开发者需要将业务进行分层、模块化的解耦，只将涉及多方合作、共识、分享、宣传的部分业务流程放在链条上，这样合约只包含“必须”和“必然”运行在链条上的逻辑，契约逻辑“小而美”

一般来说，多方见证的网上协作、公共账簿管理、必须共享的关键数据（或数据哈希）可以放在链上，但一些相关的逻辑，如前端或后续的检查、核算、对账等，可以适当地从链下分解。

一些与密集计算相关的逻辑应该尽可能地在链下实现。例如，可以设计复杂的加解密算法，在链上生成快速验证的逻辑；如果业务流程涉及到对各种数据的遍历、排序和统计，则应在链下建立索引，只有密钥值才能在链上准确读写。

事实上，现在每当我看到契约中使用的映射或数组时，我都会痴迷地考虑是否可以把这部分链服务放进去，我很欣赏“胖链下”和“瘦链上”的设计导向。

需要强调的是，流线链上的契约逻辑并不完全是由于契约引擎的效率，而契约引擎的效率越来越快。核心原因是在充分发挥区块链作用的同时避免“公地悲剧”开发人员提出了一个计算和存储成本最低的合同。他们有奥卡姆剃须刀的美感，即“必要时不要增加实体”他们也表现出对链中所有参与者的尊重和负责任的态度。

即时通讯：快速协商和响应

受队列调度、一致性算法、网络广播等因素的制约，“链上”过程会有一点延迟。另外，在网络波动、事务拥塞等特殊情况下，时延会抖动。

一般来说，与毫秒或百毫秒响应的瞬时交互相比，“上行链路”有点“慢”比如去超市买一瓶水，交钱后站在那里的时间不能超过10秒到10分钟。在锁链确认前你不能离开。

对于类似场景，建议将链上预存与链下支付相结合，实现链下点对点渠道的高频率、快速、低延迟的交易，确保链下的收货和响应，最后汇总链上双方的账户余额和交易凭证，并在链条上完成适当的记账。著名的“闪电网”与此模式类似。

此外，在某些业务场景中，会先进行多轮订单匹配、拍卖或议价。一般来说，这些操作发生在本地交易对手之间，可能不需要整个网络的一致同意。因此，也可以通过离线通道完成。最后，将双方的订单（包括谈判结果、数字签名等信息）发送到链上，完成交易。

以快棋为例。棋手的每一步都不需要实时链接。双方只是拍打地面，而裁判和观众只是旁观。例如，在游戏结束时，总共要玩100个动作。然后，对这100招的记录进行汇总，并与胜负结果挂钩，从而记录成绩，分配奖金。如果想回放棋局细节（如视频），可以参考上述离线文件存储模式，使用专用服务器或分布式存储。

针对类似需求，FISCO bcos底层平台提供了amop（messenger protocol on the chain），利用已建立的区块链网络，实现全网点对点、实时、安全的通信。基于amop，可以支持即时消息、快速协商、事件通知、秘密交换、私有事务构造等。

*注：有关amop的详细信息，请参阅：

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zhCN/latest/docs/manual/amop协议.html

如何在链上信任离线信息？

我们先看一个典问题：“如何在智能合约操作中使用链外信息？”

比如说，链上有一个世界杯决赛的猜谜游戏，但是世界杯不能在链上进行；或者需要参考今天的天气，这显然不是链上的原始信息，应该从气象局获得；在跨境业务中，可以使用法定汇率，而且汇率必须来自权威机构，不能凭空产生。

此时，将使用预言机。链下的一个或多个可信组织将球赛、天气、汇率等信息写入链上的公共契约。其他合同将使用经协商一致确认的可信信息，且不存在歧义。考虑到安全性和效率，预言机将有各种具体的方法，这些方法的实现非常有趣。

进一步的灵魂拷问是：“如何确保链上的数据是真实的？”坦率地说，区块链并不能从根本上保证链下数据的可信性。它只能保证一旦信息在链上，它将在整个网络中保持一致，并且难以篡改。区块链与实体经济相结合，必然面临“如何信任链”的问题。

例如，除了人事管理外，资产相关应用还需要“四流合一”，即“信息流、业务流、物流、资金流”相互匹配、交叉验证，从而使业务流程更加可信。这些“流动”经常发生在现实世界的链条下。为了控制它们，可能会使用各种技术和方法，比如物联网（传感器、摄像头等）、人工智能（模式识别、联合学习等）、大数据分析、可信机构的认可等，这远远超出了区块链的范畴。

因此，本部分的命题实际上是：区块链如何与数字世界的技术广泛融合，从而更好地发挥其多方合作、建立信任的作用。

随着数字世界的发展，特别是“新基础设施”的大力推进，我们相信，广泛的数字化可以在保护隐私的前提下降低信息采集和验证的成本，采集到的数据将会越来越丰富。

比如在实物材料的使用、转移和回收上，及时收集和监控，甚至是多维度、多维度、多维度的收集和监控，并在链上和链下进行共识、宣传、锚定、交叉验证，可以逐步接近“可信的在线物理世界”的效果，而且逻辑会更加严谨、可信，数据流和价值流也会更加可靠，协作的摩擦也会更低。

quot;链上还是链下quot;治理？

“治理”是指制定行业联盟和企业运作规则，确保规则的执行，处理异常事件，奖惩参与者等。

按照理想化的标准，似乎应该实现链上治理。通过代码决策、规则制定和执行，系统具有“自愈”超强能力quot;。事实上，完整的链上治理过于复杂，难以实现，尤其是在必须实现现实世界法律法规的强制执行时，单纯的连锁治理往往是不够的。

再想一步：如果你完全依赖代码，如果代码本身有bug或者需要“更改需求”怎么办？如何发现和干预这个链条？

因此，“代码即法律”仍然是一个理想的目标，而链外治理是不可或缺的。

联盟链参与者组成管理委员会，讨论和决策现实世界中的民主中心化制，共同制定规则，以多重签名和工作流的形式发起治理行动，并将区块链接口调用到链上。

在链中，包括区块链和智能合约的底层平台，将内置一系列的决策和控制点，如支持多方投票决策，具备从业务层到底层渗透访问权限控制的能力，修改业务和节点参数，异常情况下重置账户，更正和调整错误账户等。

治理的行为和结果得到共识的确认，并在整个链条网络中发挥作用。公开透明，接受广泛监督，体现了其合理性和公平性。如有必要，还可以引入监管机构和司法仲裁。

另一方面，联盟链上的数据具有已知、不易篡改、不可否认、全程可追溯的特点，可以为链下治理决策提供完整的数据基础，同时也便于为链的实际实施提供可信的凭证。因此，链上与链下的有机结合有助于设计一个完整、可控、可持续的治理机制。

如何自由实现“上”与“下”

也许有人会说，“这个链太复杂了，我想用区块链！”

我认为这是对的。最终，用户需要一个“链”来利用它。作为开发者，我们需要构建一个灵活的插件式系统架构，实现数据导出、文件存储与传输、密集计算、数据采集与异步连接、治理与监管、一键式部署等多种功能，它实际上提供了“一系列基于区块链的功能”

除了节点，最终的“链”还包括一系列互动门户，如区块链浏览器、管理控制台、监控审核系统、业务模板、应用程序/小程序等，用户只需移动鼠标，就可以一站式体验完整的区块链应用程序，点击页面并调整界面。用户会觉得“这就是区块链”，不需要划分“链上”和“链下”，它们是一体的。

考虑到这一点，我推荐一个我认为很棒的设计：分布式身份（did）。

Did是一套涵盖分布式身份管理和可信数据交换的规范。当局为用户完成KYC并颁发凭据。对于用户来说，在链上发布其身份的摘要并将其私有数据存储在链外是非常重要的。

用户在使用时，采用“明确授权”和“选择性公开”的策略，只需出示少量信息或加密证明，并与链上的数据进行比对，就可以证明用户凭证和数据的可信性，达到“多数据运行”的可喜效果，少跑腿”，保护用户隐私。

该设计是链上与链下的良好结合，逻辑闭环自洽。它并没有因为数据存在于链中而削弱链的效率，反而使链的信用模更加重要。

did规范定义了一个清晰的语义和层次结构的数据结构，以及一个通用的交互协议。开源项目weidentity全面实现了did协议，并提供了丰富的外围支持工具和服务，值得借鉴。

*注：[weidentity]详情见：

https://fintech.webbank.com/weidentity

结论

锁链又长又远，我会“上下”寻找。未来，“可信”区块链将越来越多地与人们的日常生活和实体经济互动，走进老百姓家。作为一个从业者，要保持开放的心态，积极创造性地将区块链与更多的技术结合起来。无论是链上还是链下运作，只要能解决问题、创造价值，都是一条好的链条。