五大要點,解析區(qū)塊鏈產(chǎn)品的設(shè)計基礎(chǔ)

Nik
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本文主要列舉了一些我在區(qū)塊鏈產(chǎn)品設(shè)計過程中,遇到的與區(qū)塊鏈相關(guān)的常見問題和處理方案,適用于準(zhǔn)備或初入?yún)^(qū)塊鏈行業(yè)的產(chǎn)品經(jīng)理閱讀。本文中列舉的處理方案并不是唯一的,如果大家有其他方案,或遇到了其他的問題,歡迎留言討論。

一、上鏈數(shù)據(jù)處理

1. Hash

一般的,出于以下原因,我們無法在區(qū)塊鏈上存儲數(shù)據(jù)的原文:

  • 數(shù)據(jù)隱私;
  • 避免因數(shù)據(jù)量過大,加重全節(jié)點的存儲負(fù)擔(dān);
  • 礦工可能分布于世界各地,假設(shè)北京的礦工廣播了一個高度為100的新挖出的區(qū)塊(命名為區(qū)塊100A),受網(wǎng)速影響,位于北京的另一位礦工和位于非洲的礦工接收到這一區(qū)塊的時間必然不同。區(qū)塊越大,非洲的礦工接收到區(qū)塊100A的時間越晚。這就導(dǎo)致了非洲的礦工可能會在高度為99的區(qū)塊的基礎(chǔ)上繼續(xù)挖礦,進而挖出了區(qū)塊100B并廣播,此時就出現(xiàn)了有競爭關(guān)系的兩條分叉,分叉A和分叉B,直到新的主鏈被選擇。這進一步導(dǎo)致了在未被選擇為主鏈的分叉上挖礦的礦工所做的工作均作廢,造成了資源的浪費。

出于上述原因,普遍做法是在區(qū)塊鏈上存儲數(shù)據(jù)原文的Hash值?;贖ash算法的特點,數(shù)據(jù)原文均會被轉(zhuǎn)換為固定長度的字符串,且無法通過Hash值反推出數(shù)據(jù)原文,簡單有效地避免了上述問題的發(fā)生。

當(dāng)然,這一做法也有其局限性,即只存儲Hash值的區(qū)塊鏈,只能用作數(shù)據(jù)在某一時刻的存在性驗證,而無法替用戶存儲數(shù)據(jù)原文。數(shù)據(jù)原文需由用戶自行保管,或交由第三方機構(gòu)保管(可能面臨數(shù)據(jù)被篡改而無法通過驗證的風(fēng)險)。

2. Merkel Proof

在日常工作中,我們可能會面臨這樣一種情況:一條數(shù)據(jù)包含A、B、C、D四個字段,此時如何將這條數(shù)據(jù)上鏈呢?

簡單的將字段A、B、C、D連接并進行Hash是一種方案,但對于某些場景,比如應(yīng)聘者要將這條數(shù)據(jù)分享給用人單位,但出于隱私考慮,只想分享字段A、B的數(shù)據(jù)原文,而不想分享字段C、D的數(shù)據(jù)原文,在這一場景下,只對數(shù)據(jù)進行Hash計算并上鏈,顯然無法滿足這一需求。

此時,一種可行的方案是基于Merkel Proof,使用各字段計算出Merkel Root Hash,并將該Root Hash上鏈。Merkel Root Hash的計算過程示意見下圖。

當(dāng)用戶在分享數(shù)據(jù)時,愿意展示給他人的字段顯示為數(shù)據(jù)原文,不愿意展示給他人的字段顯示為Hash值,根據(jù)Merkel Proof,拿到這條數(shù)據(jù)的人依然可以計算出Merkel Root Hash,并在區(qū)塊鏈上驗證數(shù)據(jù)是否未被篡改。示意如下圖:

應(yīng)用Merkel Proof除了可以解決涉及隱私的數(shù)據(jù)分享的問題外,還可以大幅降低上鏈數(shù)據(jù)的數(shù)量,間接提高TPS,如果數(shù)據(jù)上鏈?zhǔn)窃谌缫蕴坏裙?,還可以大幅降低上鏈成本。

例如,有100條數(shù)據(jù)需要上鏈,通過Merkel Proof,可以將這100條數(shù)據(jù)計算為一個Merkel Root Hash。

缺點在于,若用戶自行保管數(shù)據(jù),除了要保管自己的數(shù)據(jù)外,還要保管跟自己的數(shù)據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)Hash,增加了用戶需要存儲的數(shù)據(jù)量。

示意如下圖,用戶需要保管紅框中的數(shù)據(jù)。

二、私鑰管理

私鑰管理目前常用的有四種模式:

1. 不為用戶生成公鑰和私鑰

用戶在簽名交易(數(shù)據(jù)上鏈)時,由平臺使用統(tǒng)一的私鑰進行簽名。

優(yōu)點:用戶學(xué)習(xí)成本很低;開發(fā)成本低;用戶不需要擔(dān)心私鑰丟失問題。

缺點:由于所有數(shù)據(jù)均使用一個私鑰簽名,無法在區(qū)塊鏈上區(qū)分執(zhí)行數(shù)據(jù)上鏈操作的用戶;過于中心化的處理方式,導(dǎo)致用戶有可能質(zhì)疑上鏈數(shù)據(jù)的真實性;平臺將承擔(dān)重大的安全責(zé)任。

2. 為用戶生成公鑰和私鑰

私鑰由平臺統(tǒng)一保管,用戶在簽名交易(數(shù)據(jù)上鏈)時,由平臺直接使用用戶私鑰簽名。

優(yōu)點:用戶學(xué)習(xí)成本很低;開發(fā)成本低;用戶不需要擔(dān)心私鑰丟失問題;可以在區(qū)塊鏈上分辨出數(shù)據(jù)是由哪個用戶執(zhí)行的上鏈操作。

缺點:過于中心化的處理方式,導(dǎo)致用戶有可能質(zhì)疑上鏈數(shù)據(jù)的真實性;平臺將承擔(dān)重大的安全責(zé)任。

3. Keystore

為用戶生成公鑰和私鑰。其中私鑰由用戶自行設(shè)置密碼加密,并由平臺統(tǒng)一保管。用戶在簽名交易(數(shù)據(jù)上鏈)時,需輸入密碼解密獲得私鑰并簽名。

優(yōu)點:用戶學(xué)習(xí)成本較低;可以在區(qū)塊鏈上分辨出數(shù)據(jù)是由哪個用戶執(zhí)行的上鏈操作;在某種程度上,可以認(rèn)為是去中心化的數(shù)據(jù)上鏈方式。

缺點:開發(fā)成本高;用戶多了一步設(shè)置密碼操作,以及在每次執(zhí)行上鏈操作時多了一步輸入密碼的操作;由于平臺沒有保存用戶私鑰的原文,一旦用戶丟失或忘記用于加密私鑰的密碼,后續(xù)該用戶上鏈的數(shù)據(jù)的真實性將無法保證,甚至無法執(zhí)行上鏈操作。

4. 為用戶生成公鑰和私鑰,由用戶自行保管私鑰。

優(yōu)點:開發(fā)成本很低;可以分辨出數(shù)據(jù)是由哪個用戶執(zhí)行的上鏈操作;完全去中心化的數(shù)據(jù)上鏈方式。

缺點:用戶學(xué)習(xí)成本高;用戶每次執(zhí)行上鏈操作時多了一步輸入私鑰的操作;由于平臺沒有保存用戶私鑰的原文,一旦用戶丟失或忘記私鑰,后續(xù)該用戶上鏈的數(shù)據(jù)的真實性將無法保證,甚至無法執(zhí)行上鏈操作。

具體采用哪種方式,需要根據(jù)去中心化要求、安全、成本、開發(fā)能力等多方情況綜合考慮。

三、私鑰的丟失處理

在第三節(jié)列舉的私鑰管理方案中,無論私鑰由平臺保管還是用戶保管,都可能涉及遺忘私鑰或私鑰的加密密碼的情況。在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中,若用戶忘記密碼,可以通過手機號、郵箱等方式重新設(shè)置密碼,但對于區(qū)塊鏈產(chǎn)品,無論是私鑰還是私鑰的加密密碼,都不能簡單的使用傳統(tǒng)的忘記密碼流程進行處理。

目前一種可行的處理方式是,在區(qū)塊鏈上的智能合約中,記錄用戶信息、用戶公鑰地址、公鑰地址的有效狀態(tài)(包括有效和實效)和失效時間。其中公鑰地址為與用戶私鑰唯一對應(yīng)的公鑰的Hash值,有效狀態(tài)和失效時間用于在數(shù)據(jù)驗證時,驗證數(shù)據(jù)的有效性(在第七節(jié)將具體說明)。

當(dāng)用戶遺忘私鑰或私鑰的加密密碼時,可以為其重新生成一組公私鑰對,并把新的公鑰地址寫入智能合約,并與用戶信息關(guān)聯(lián),同時將舊公鑰地址的有效狀態(tài)改為失效,并寫入失效時間。

可見,這一方式通過在區(qū)塊鏈上為用戶關(guān)聯(lián)多個公鑰地址,解決了用戶遺忘私鑰或私鑰加密密碼的問題,同時還能標(biāo)識出公鑰的擁有者,便于確定執(zhí)行上鏈數(shù)據(jù)的用戶。

四、用戶的自我數(shù)據(jù)保管

傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品,用戶數(shù)據(jù)由平臺中心化保管,這導(dǎo)致了用戶隱私、數(shù)據(jù)安全等問題,且用戶自己產(chǎn)生的數(shù)據(jù)沒有為用戶創(chuàng)造出價值。

而在區(qū)塊鏈產(chǎn)品中,為改變這一情況,需要允許用戶導(dǎo)出自己的數(shù)據(jù)。有一個原則是,用戶導(dǎo)出的數(shù)據(jù),需要能不依賴于任何中心化的驗證平臺,獨立在區(qū)塊鏈上驗證該數(shù)據(jù)是否存在,這就要求導(dǎo)出的文件中必須包含所有數(shù)據(jù)驗證所需的字段,如數(shù)據(jù)原文、Hash算法等,這些數(shù)據(jù)通常以json文件的形式存。

同時,考慮到j(luò)son文件的可讀性較差,導(dǎo)出的數(shù)據(jù)還可以包含易讀的明文數(shù)據(jù)(比如用戶的原始數(shù)據(jù)文件,如圖片或文檔)。通常會將這些導(dǎo)出的數(shù)據(jù)打包為一個壓縮包供用戶下載。另外,為提升用戶體驗,壓縮包中還可以帶有使用說明,以說明壓縮包中各文件的作用,及數(shù)據(jù)驗證方法。

五、數(shù)據(jù)刪除和編輯

在傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和軟件產(chǎn)品中,一般都允許用戶刪除和編輯自己的數(shù)據(jù)。但對于區(qū)塊鏈產(chǎn)品,如果僅對數(shù)據(jù)庫進行操作,而不在區(qū)塊鏈上采取對應(yīng)措施,會導(dǎo)致已刪除或編輯前的數(shù)據(jù)存在于區(qū)塊鏈上,且能夠通過存在性證明,進而產(chǎn)生安全隱患等。

一般來說,對于刪除的數(shù)據(jù),需要重新在區(qū)塊鏈上發(fā)起一筆交易,除帶有該數(shù)據(jù)的Hash等常規(guī)信息外,還需要額外帶有數(shù)據(jù)撤銷標(biāo)識。在數(shù)據(jù)驗證時,如果待驗證的數(shù)據(jù)所在交易中,存在撤銷標(biāo)識,則意味著這條數(shù)據(jù)已被刪除,驗證將無法通過。

對于編輯的數(shù)據(jù),相當(dāng)于在區(qū)塊鏈上發(fā)起兩筆交易,一筆交易用于撤銷編輯前的數(shù)據(jù),另一筆交易用于將編輯后的數(shù)據(jù)上鏈。

一般來說,用戶自身不具備通過區(qū)塊鏈驗證數(shù)據(jù)是否存在且未被篡改的能力,而是需要通過中心化的平臺提供的驗證能力進行驗證,這里就涉及到平臺需要驗證哪些內(nèi)容。

下面列舉一些較為通用的驗證項(不代表先后順序),可根據(jù)實際需要選?。?/p>

  • 獲取待驗證數(shù)據(jù)中,代表該數(shù)據(jù)所在交易的標(biāo)識,并使用該標(biāo)識獲取區(qū)塊鏈上的相應(yīng)交易詳情;
  • 從交易詳情中獲取簽發(fā)交易的用戶的ID,并使用用戶ID和交易標(biāo)識檢查該交易是否已被撤銷;
  • 驗證數(shù)據(jù)相關(guān)的智能合約是否未被篡改;
  • 從交易詳情中獲取簽發(fā)該條數(shù)據(jù)的用戶的公鑰地址,并在用戶管理智能合約(參見第四節(jié))中,檢查該公鑰地址是否存在且是否未過期;
  • 檢查待驗證數(shù)據(jù)的格式是否符合平臺規(guī)范;
  • 檢查待驗證數(shù)據(jù)的哈希值是否與區(qū)塊鏈上的交易詳情中記錄的哈希值一致。

 

本文由@Nik 原創(chuàng)發(fā)布于人人都是產(chǎn)品經(jīng)理,未經(jīng)許可,禁止轉(zhuǎn)載

題圖來自Unsplash, 基于CC0協(xié)議

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評論
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  1. 泛融科技的可信存儲系統(tǒng)可以存原文

    來自北京 回復(fù)
  2. 博主正對第三點,我有個小問題,私鑰丟失的解決辦法中,是如何避免被惡意重新關(guān)聯(lián)新公鑰地址的?

    來自福建 回復(fù)
    1. 一方面重新獲取私鑰需要用戶進行身份證明,這本身就產(chǎn)生了一定的成本,另一方面可以對短時間內(nèi)多次重新獲取私鑰的用戶進行時間限制、轉(zhuǎn)人工審核等

      來自北京 回復(fù)