區塊鏈存證的技術實現

衆所周知，區塊鏈具有時間戳特性和不可篡改特性，這兩個特性就用於數據的存證，這是區塊鏈誕生除了CryptoCurrency之外，人們最容易想到的應用。區塊鏈存證的技術原理很簡單，在用戶簽名和發送交易前，用戶將要存證的數據（如果數據量小，而且不用擔心隱私問題，可以直接存儲正文，如果數據量大，則計算該數據的Hash）附加到交易中，然後再進行簽名廣播。記賬節點在驗證了交易的合法性後，將該交易打包到區塊中，並在區塊中附加上時間戳信息。

存證的區塊鏈寫入

目前主流的區塊鏈都具有將數據附加到交易中的特性。以比特幣爲例，其支持在Output中使用OP_RETURN來存放數據，不過由於比特幣網絡比較擁堵，所以比特幣網絡接受OP_RETURN存放的數據很有限，最多存放40個字節，後來又有版本調整，改成了80字節，總之是非常非常小，不過用於存放一個Hash值32字節還是足夠了。以太坊是在交易中支持inputdata字段，如果以太坊交易的接受地址是外部地址，那麼inputdata就是用於存證的數據內容，該數據內容就可以很長，而不是80字節的限制，可以是一整篇文章、公開信等。PalletOne的交易是由不同類型的Message組成，PaymentPayload負責Token的流轉，DataPayload負責數據存放。當我們需要在PalletOne存證時，只需要創建具有PaymentPayload和DataPayload的交易，然後進行簽名，廣播。

使用區塊鏈進行數據存證，我們可以得到以下幾點共識：

1. 在存證所在區塊的時間戳之前，該數據已經存在（區塊的時間戳特性）
2. 拿到數據的內容，可以判斷該數據在存證後是否更改（Hash函數的特性）
3. 存證數據是由持有某私鑰的人存證的，該人不可抵賴，別人也不可冒充（區塊鏈的不可篡改和數字簽名的特性）

雖然區塊鏈存證具有以上的優勢，但是比特幣、以太坊等畢竟不是爲數據存證而設計的鏈，所以在存證上只有一個字段，對索引、擴展、引用的支持都沒有，需要第三方應用來實現。

存證安全性的加強

基於區塊鏈的存證，主要是利用了區塊鏈的不可篡改特性和時間戳特性，但是我們怎麼能保證區塊鏈的不可篡改和時間戳是正確的呢？

區塊鏈的二次存證

如果存證數據是保存在一個私有鏈、聯盟鏈或者是DPOS公鏈上，那麼從理論上來說，該區塊鏈沒有完全的去中心化，一旦聯合作惡，仍然有篡改歷史數據的可能。而以POW爲共識算法的比特幣、以太坊網絡則更去中心化，更難以篡改歷史數據。所以，爲了進一步加強存證所在鏈的安全性，我們可以定期將該區塊鏈的最新區塊Hash，在比特幣或者以太坊進行存證，由他們來證明本存證鏈沒有被篡改，從而證明該鏈上的所有存證數據沒有被聯合作惡篡改，Factom就是採用了類似的方式保證了本鏈的數據沒有被篡改的。以下圖右下角是Factom進行比特幣網絡的二次存證的示例：

可信時間戳

區塊鏈的時間戳是指在每個區塊頭上，記賬節點在產塊時，寫入的一個時間值。這個時間值並不要求十分精確，只要在一定的範圍內，其他節點也是可以接受的。以比特幣爲例，大約每10分鐘產一個塊，而且比特幣網絡十分擁堵，所以要用比特幣進行存證，而費用給的不是很高的話，可能幾個小時，甚至幾天都不被打包。從發起存證交易到被最終打包花了幾天的時間，時間戳的誤差範圍就太大了。

對於要求更精確時間的存證，我們一方面使用高性能的公鏈或者聯盟鏈，另一方面可以國家認可的可信時間服務，比如：https://www.tsa.cn/ 等。我們並不需要對每個存證都請求時間戳服務，我們可以根據存證所需要精確到的時間範圍，每幾分鐘、幾小時請求一次可信時間服務，獲得簽名的證書，並將證書包含到區塊中即可。

以下是WoSign的時間戳服務示意圖：

存證的索引

首先我們說索引，加入我有一張照片，我記得之前在區塊上進行了存證，也就是將這張照片文件的hash放到了區塊鏈上，但是我並不記得是什麼時候放的了，那麼我怎麼查詢這張照片的存證結果呢？因爲比特幣和以太坊在底層數據結構上不支持，所以只有靠第三方的區塊鏈瀏覽器，或者寫個工具掃描全賬本，將所有存證數據放入數據庫建立索引，然後依靠數據庫索引來實現存證數據的查詢。

而PalletOne上進行存證數據則不需要依賴第三方工具，PalletOne在存證數據所使用的DataPayload進行了專門的存證設計，其結構如下：

type DataPayload struct {
    MainData  []byte `json:"main_data"`
    ExtraData []byte `json:"extra_data"`
    Reference []byte `json:"reference"`
}

我們只需要將需要存證的照片Hash放到MainData中，簽名並廣播交易。當一個全賬本在收到一個新區塊，並存儲到本地賬本時，會解析其中包含的DataPayload.MainData，並建立MainData與TxHash的索引。而TxHash本身也具有和UnitHeader之間的索引，所以我們只需要知道MainData，就可以很快的查詢到該存證所在的交易Hash，所在的單元Hash、高度、時間戳等。而通過交易Hash作爲Key，又可以查詢到交易本身（包括存證人、存證花費的Token、其他交易信息等）。

存證的擴展

在實際存證的過程中，大多數情況下，我們不可能只存儲一個Hash就完了，而是希望將該Hash所對應的文件的特徵、描述、標籤等作爲附加信息也存證起來。比如我們在做照片的版權存證時，我們在MainData中存入照片的Hash，在ExtraData中以json格式存入了照片的名字、作者、拍攝時間、拍攝地點以及其他的描述信息，這些信息不用太長，但也對照片起到了很好的描述作用。擴展信息由於是非標準化的，存證不同的內容，其ExtraData的格式和內容也千差萬別，所以並不需要建立通用的索引。

存證的引用

除了常見的對最終結果的存證，對一個數據的多個版本進行存證也是常見的需求。比如我們有個多人協同寫作的文檔，每個人都可以在別人完成的文檔的基礎上進行進一步的修改和完善，而每一次修改的發佈就是一個版本，我們可以將該文檔的所有版本每次在發佈時都存證起來。對文檔的多個版本進行存證，就要求每次存證時，指定一個引用關係，比如我們必須指定本次存證的上一個版本Hash是什麼，如果沒有指定就可以認爲是該文檔的第一個版本，這是一種鏈式引用關係。當然我們也可以使用另一種引用方法，即第一個版本存證時沒有引用關係，接下來所有版本的存證，都指定引用爲第一個版本的Hash；因爲區塊鏈本身提供了時間戳服務，所以我們可以通過時間戳對所有後續版本進行排序，而確定先後順序。Reference字段不僅僅可以和其他存證建立引用關係，也可以和TokenID建立引用關係，我們甚至可以進一步擴展Reference字段的內容，形成引用的DAG結構，以適配更復雜的應用場景。

存證與通證的結合——溯源

對區塊鏈和比特幣有點了解的都知道，UTXO是比特幣的記賬模型，在一筆交易中採用input和output來表示比特幣的流轉情況，每個input指向另一個output。而UTXO這種鏈式模型，就天然適合於溯源的底層模型。

如果我們要對某個物品進行溯源跟蹤，那麼首先要給該物品進行唯一標識，可以給該物品貼上全球唯一的二維碼/條形碼，然後在區塊鏈系統中，我們有一個與該物品唯一標識對應的Token被創造出來。接下來只要該物品流轉到下一個環節，那麼區塊鏈系統中也對該Token進行一次轉賬，交給下一個人。

既然這裏涉及到Token的轉賬交易，那麼就可以在這次轉賬交易中將DataPayload也附加上去，爲溯源增加更多信息。

以基於PalletOne區塊鏈爲基礎的“藝溯鏈”爲例，該區塊鏈應用主要是實現了對藝術品、工藝品的溯源。比如玉雕的溯源。當一個玉雕大師（工作室）完成了一個玉雕作品時，玉雕大師會爲作品拍照，測量、填寫材質、尺寸、重量等信息，並以此信息創建一個唯一的Token。創建後的Token是在玉雕大師的地址賬戶下，當玉雕要投放市場時，玉雕大師將玉雕交到門店，同時將Token轉移給門店的地址。門店如果希望對玉雕進行鑑定，可以將Token自己轉移給自己，同時在本次交易中，把鑑定證書的照片Hash，證書鏈接等作爲DataPayload添加到Token的交易中。最終消費者在購買玉雕時，可以查詢該玉雕對應Token的流轉歷史和存證信息，並在購買玉雕後，由商家將玉雕的Token轉移到用戶的地址賬戶名下。這樣可以增加消費者對玉雕作品的信任。

總結

基於區塊鏈的存證，可以使用比特幣網絡的二次存證實現存證鏈的不可篡改的可信。配合國家認可的可信時間戳服務，對區塊的時間戳進行可信證明，保證了從法律層面認可區塊鏈的存證時間戳。將存證數據分爲可索引的MainData，可附加更多數據的ExtraData和可以建立引用關係的ReferenceData，可以實現大部分企業級的存證需求。存證數據和Token的UTXO模型結合，以及非同質化通證的支持，可以實現溯源功能的原生支持。

在溯源的技術實現上，雖然和UTXO結合，使用非同質化Token的方式進行溯源具有底層優勢，但是對於大批量的商品並不合適。比如藥品的溯源，如果我們爲每一盒藥都創建一個對應的Token，那麼在藥品出廠，一卡車一卡車的運到經銷商時，相當於要做幾萬幾十萬個Token的轉賬，這種大批量的Token轉移，每一個都需要單獨簽名和驗籤，嚴重製約了溯源的併發數，所以Token化的溯源更適合藝術品、珠寶等高價值，但量不大的場景。

如果針對單純的存證場景，在聯盟鏈中，Token和Gas就不是必須的了，如果每次存證都需要Token的轉移或者Gas的消耗，則嚴重影響併發。所以聯盟鏈的存證，是可以去掉對Token的依賴，用戶發起的交易只需要包含2條Message：DataPayload和SignaturePayload即可。當然在公鏈場景下，Gas仍然是必須的！