ECH:科普 | 可編輯區塊鏈：如何清除區塊鏈上的有害數據？

本文來源：AAS自動化學報，作者：袁勇，王飛躍，原題《可編輯區塊鏈:模型、技術與方法》

可編輯區塊鏈是區塊鏈領域新興而頗有爭議的熱點課題，致力于在保障區塊鏈安全可信等良好性質的前提下實現鏈上數據的可控編輯操作。本文提出了可編輯區塊鏈的工作框架，并從數據修改、刪除、插入、過濾和隱藏五個環節詳細闡述了可編輯區塊鏈的技術與方法。

區塊鏈技術自誕生伊始就帶有極其鮮明的技術特色。其中，去中心化和不可篡改無疑最具革命性，被認為是區塊鏈機器的“信任之源”。然而，去中心化和不可篡改性是一柄雙刃劍，其在為區塊鏈數據奠定堅實的安全和信任基礎的同時，也極大地限制了區塊鏈技術的應用范圍和前景。因此，區塊鏈正呈現出從“烏托邦”回歸現實的趨勢。這種趨勢一方面體現在服務于現實場景的、自主可控的主權/授權區塊鏈繁榮發展，記賬權重新回歸少數人手中；另一方面，不可篡改性為各類虛假新聞和不良信息提供了更好的發布和傳播渠道，對區塊鏈信息內容安全乃至社會輿論環境帶來負面影響，因而迫切需要安全、便捷、可控的技術手段來更新鏈上關鍵數據并清除有害數據。本文重點關注區塊鏈數據編輯技術，并以可編輯區塊鏈統稱那些針對鏈上數據的增、刪、改等操作的區塊鏈。就研究現狀而言，該領域目前雖是小范圍探索，但有實際應用和國家監管雙重需求驅動，因而在最近兩三年內快速發展。

歐科云鏈集團正式啟動區塊鏈科普行動“星途計劃”:歐科云鏈集團于4月26日，正式宣布啟動了區塊鏈科普行動——“星途計劃”，行動包括將在全國范圍展開系列沙龍，加大力度推進區塊鏈科普進機關、進國企、進校園等，聯合政府部門、行業協會等共同構建起更加完善和有效的區塊鏈科普教育生態，與此同時，直擊區塊鏈科普現存痛點，推出簡單易懂的“秒懂區塊鏈”公益短視頻課。

該計劃旨在全維度推動社會建立對產業更清晰的認知，與“鯤鵬計劃”一道助力數字經濟及區塊鏈產業本身健康發展夯實“人才”和“產業認知”兩大基礎。[2021/4/26 20:59:37]

圖1.可編輯區塊鏈的研究框架

人民數字FINTECH推出區塊鏈科普動畫:人民日報數字傳播發布微博稱，人民數字FINTECH出品《趣味科普|區塊鏈動畫》。[2020/3/31]

可編輯區塊鏈的研究框架如圖1所示，現有文獻通常從編輯類型、編輯對象、編輯模態、編輯架構和控制策略五個側面加以研究。編輯類型：即修改、刪除、插入、過濾和隱藏共五類編輯操作編輯對象：即區塊級、交易級和數據項級編輯模態：即中心化、多中心化和去中心化三類

編輯架構：即單鏈架構和平行鏈架構，前者有物理修改和追加修改兩類；后者則包括雙區塊鏈和雙哈希鏈兩類

控制策略：即數據范圍、編輯權限、編輯流程和約束規則等要素

值得一提的是，在分布式和去中心化的區塊鏈系統中，真正在所有節點上完全實現修改、刪除等編輯操作是不可能實現的。部分區塊鏈節點可以通過單方面地不執行編輯操作、拒絕升級甚至硬分叉等手段來保存修改前的數據。在這些情況下，目前尚缺乏有效手段實現數據的強制編輯。

動態 | 報告：區塊鏈等熱點詞促使童書科普百科類成交額同比增速最高:近日，京東圖書與艾瑞咨詢聯合發布了《2019中國圖書市場報告》。報告指出，AI、5G、區塊鏈、機器人、VR、智能家居、AR這些熱點詞，不斷點燃科技熱潮，科技在改變大眾生活的同時，也吸引了越來越多家長的關注，從小培養孩子對科技的興趣和熱愛。因此童書中科普百科類成交額同比增速最高，占比將近40%。[2020/1/8]

01

數據修改技術

理論上講，數據修改是普適性的技術，即支持數據任意修改的區塊鏈技術必然也支持數據的任意插入、刪除和隱藏。目前較為完備的方案包括：單鏈條物理修改：利用變色龍哈希函數實現單條區塊鏈數據的物理修改。單鏈條追加修改：改進區塊鏈交易結構，追加發布新交易并擴展和更新舊交易。平行雙區塊鏈：由“共生”的數據鏈和修正鏈組成，分別存儲原始數據和修正數據，如圖2所示。

現場 | 火幣中國推出數字經濟及區塊鏈產業科普新書:金色財經現場報道，12月6日，由海南省工業和信息化廳主辦，南南合作金融中心協辦，海南生態軟件園、火幣中國承辦的“海南自貿港數字經濟和區塊鏈國際合作論壇”在海口舉行，這是全球首次區塊鏈部長級論壇。

在本次論壇上，火幣中國舉行了“數字經濟及區塊鏈產業科普系列新書發布”儀式，希望通過教材、專業教育、培訓等多種方式，幫助從業者、高校、研究機構深入了解區塊鏈，從而建立起區塊鏈全局性知識模型，真正推動區塊鏈應用落地。火幣中國CEO袁煜明介紹，將聯合機械工業出版社面向普通高等教育推出《區塊鏈導論》、《區塊鏈系統設計與應用》和《區塊鏈新商業模式分析》系列教材，這是國內最早推動的區塊鏈教材之一；火幣中國還積極參與數字經濟的研究，由中信出版社出版的新書《讀懂Libra》已經上市；由火幣中國負責編寫的區塊鏈技術科普讀物《區塊鏈技術進階指南》將于12月面世；首本行業內最全的區塊鏈應用案例集《區塊鏈產業應用100例》在本次論壇進行了首次刊印。[2019/12/6]

平行雙哈希鏈：擴展區塊結構、使得相鄰區塊間保留兩條哈希鏈接，數據修改操作僅破壞其中一條哈希鏈路，如圖3所示。

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

圖2.平行雙區塊鏈模式

圖3.平行雙哈希鏈模式

02

數據刪除技術

包括本地數據刪除和全局數據刪除兩種類型，前者是指分布式節點可以獨立地刪除其本地部分數據，以解決持續增長的區塊鏈數據規模導致的存儲瓶頸問題，是目前研究的重點；后者則是指分布式節點通過共識算法來共同刪除某些鏈上數據，主要解決清除鏈上不良信息的問題。

實際上，中本聰在比特幣創世論文中已經提出回收磁盤空間RDS和簡化支付驗證SPV技術來降低區塊鏈賬本規模。現有文獻中一般采用選擇性交易剪枝技術來刪除本地數據。然而，本地剪枝可能會導致“公共地悲劇”問題，即“理性”節點總是有動機執行本地數據剪枝，只存儲必要數據并在需要時向網絡中其他節點請求數據，從而導致區塊鏈因缺乏歷史數據而失去信任基礎。

03

數據插入技術

重點和難點是如何在去中心化的公有鏈中插入任意類型的數據，現有文獻大多以比特幣為原型加以研究。通常有四類數據插入手段，分別將任意數據插入到Coinbase交易、OP_RETURN腳本、P2X類型交易腳本、以及非標準交易腳本中。

04

數據過濾技術

過濾技術是在數據實際寫入到區塊鏈之前，通過技術手段使得礦工在共識過程中過濾和凈化上鏈數據。由于被過濾的數據并沒有實際上鏈，因此不會涉及鏈上數據修改，也不會破壞區塊之間哈希鏈路的完整性。現有研究的基本思路主要是從提高不良信息上鏈的技術難度和經濟成本兩方面展開，以求最大程度上過濾不良信息。

05

數據隱藏技術

特定場景下，鏈上數據存在明顯的數據隱藏需求，目前該領域僅有零星討論。主要思路包括1）加密需要隱藏的數據；2）將需要隱藏的數據修改為適合公開的數據；以及3）鏈下存儲實際數據，鏈上僅存儲哈希指針等。

作為一個頗受爭議的新熱點，可編輯區塊鏈領域還存在諸多迫切需要解決的關鍵問題，包括可編輯性與安全可信的兼容、上下文相關的交易級編輯技術、面向編輯權的沖突與競爭、具有普適性的可編輯技術、以及鏈上數據的內容安全與監管等。

致謝：感謝本文寫作過程中與西安電子科技大學裴慶祺教授、劉雪峰教授和華東師范大學金澈清教授的有益討論，這些討論為此文提供了許多思路和啟發。

作者簡介

袁勇，中國科學院自動化研究所復雜系統管理與控制國家重點實驗室副研究員，中國自動化學會區塊鏈專委會主任。主要研究方向為社會計算、計算廣告學與區塊鏈。本文通信作者。E-mail:yong.yuan@ia.ac.cn

王飛躍，中國科學院自動化研究所復雜系統管理與控制國家重點實驗室主任，國防科技大學軍事計算實驗與平行系統技術研究中心主任，中國科學院大學中國經濟與社會安全研究中心主任，青島智能產業技術研究院院長。主要研究方向為平系統的方法與應用、社會計算、平行智能以及知識自動化。E-mail:feiyue.wang@ia.ac.cn

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