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DBX(DataBaseX)一个区块链数据价值生态系统

古典互联网的世界是残酷的。大数据时代与我们无关:数据掌握在少数人手中,数据的价值和流动亦是如此。构成世界生产力的、我们贡献的一切数据,任由那些中心化的互联网巨头生杀予夺,我们不能自决,无权受益,诉怨无门。

DBX将要颠覆这一切:创立一个区块链时代的数据资产新世界;对于我们每个人天赋的自我数据权益,人人自决,全权受益,公平共识。

DBX即DataBaseX,这是区块链世界全新的数据基础设施。无需为任何应用提前准备数据库——全球的数据已尽在掌握,尽可搜索、尽可分析、尽可产生价值。

在古典时代,我们需要分析数据需求、寻找数据源、购买数据、清洗数据、加载数据等一系列繁文缛节,才能以极大的时间和生产力成本为代价完成一款应用。而在DBX的新世界,籍由三体结点为支撑、数据需求解析/质量监测DApp为共识的全球分布式区块链网络,以及随之而来的高度自动化、自主化的数据价值流转,实现数据需求自动解析、来源自动匹配以及数据交换和价值转移的自动完成。

DBX做为区块链未来世界最重要的基础系统之一,定义了全新的共识机制——DDPoS,即Data-based Delegated Proof of Stake,基于数据的股分授权证明机制。它综合度量了数据供给分享、计算能力提供、资料处理DApp质量贡献等因素,以CES(常数替代弹性)函数为数学模型,反映了投票背后节点对整个网络产生的时间加权贡献,有效解决单纯DPoS机制产生的贿选、刷票等行为。

DBX做为基础公链,还提出了全新的智慧合约机制。一份合约将包含交易双方的钱包位址、数据传输位址、一个或多个数据质量评价DApp的调用、采样方式、申请执行验证计算的三体节点(Trinity Node,DBXChain中提供记账、验证DApp运行等基础服务的特别节点)数量、三体节点的费用、验证结论和执行约定等,其中约定包含Token数量、保证金、传输方式等内容。这一新的合约机制遵循“代码即法律”的守则,保障数据交换双方公平的同时,确保了数据交换流程的效率最大化。

DBX(DataBaseX)一个区块链数据价值生态系统

DBX的重要元素之一是“原子化数据交换协议”。它重新定义了数据的交换方式,把古典时代大批量、粗放式的数据交换变得精细化、原子化,需求方只需为精确需要的字段级数据付出相应价值,而数据提供方也无需按需求方的要求做准备或调整,整个数据交换和价值交换自动完成——以最小的代价。

DBX的另一个重要环节是“数据竞赛Data Game”,它是DBXChain的创世应用之一。这是一台完全众包化的、规模巨大无比的资料收集机器,同时又可充分保障参与者的隐私与自决。

网络设计

1.设计原则

DBXChain是一个面向大数据时代的区块链数据价值生态体系,其核心目标是建立一个可以高效、安全、激励正向强化的数据交换与数据价值挖掘的区块链网络。当前数据交易中最为显著的四大痛点分别是:数据资源浪费、数据孤岛、数据沉淀与数据供需不匹配。而DBXChain通过构建一个需求导向、奖励数据贡献、分包实现数据结构化的社群网络,打造一个安全、高效、可溯源、无数据沉淀、可再深度开发的数据交易平台,通过数据竞赛和数据去中心化交易来系统化地解决上述痛点。

结合区块链网络与数据价值发掘、交换的需求,DBXChain的构架设计遵循如下基本原则:

(1)交易可信:交易记录进入区块链并永久存证,交易双方低成本信任交易网络,这要求网咯兼具可靠性与私密性,同时规避数据沉淀等仲介问题;

(2)激励兼容:经济体系设计促进网络节点发布数据,基于数据开发衍生价值发掘功能,同时参与整个生态开发促进数据价值发掘、交换成本不断下降;

(3)精细化交易模式:通过网路机制设计促进数据资产交易更趋性细化;

(4)市场化数据定价:通过网络机制设计保证市场化数据定价更细致化;

(5)支持高并发交易:支持高并发量数据交换,成为未来海量人工智慧、物联网、机器人进行大规模数据获取、交换、边缘计算结果交换等能力的基础设施;

(6)支持数据质量验证:支持对数据进行采样、交叉比对、格式比对、类型识别、范围识别等自动化验证手段,在保障交易安全的同时,预设提供多种数据质量验证的能力设置;

(7)支持衍生数据服务:支持对资料进行可程式设计模型计算的功能,支持开发者采用通用语言编制更复杂的数据分析工具并接入DBXChain,支持接入预言机(Oracle)网络提升智慧合约功能范围;

(8)支持跨链区块链服务:支持在数据存储、计算能力方面具有成熟解决方案的区块链服务接入DBXChain。

2.总体方案

DBXChain是基于Bitshares2.0核心技术Graphene,并结合数据共享交换的需求进行了大量开发来实现的。Graphene是Bitshares、Steem、Peerplay、Muse等区块链背后的核心技术,是优秀的、成熟的、高性能的区块链构架。DBXChain不仅从Graphene上继承了优秀的区块链基因,而且增加数据存储、数据交换等功能实现,主要的工作包括:

(1)在区块结构中增加了数据状态树结构,提供了数据状态的跟踪和追溯功能;

(2)实现了数据的P2P加密安全传输,保证了数据交换过程中不泄露和不被沉淀;

(3)设计实现了数据资产所有权认证机制,为每一条数据进行确权,并记录到DBXChain上,同一条记录周转交易可溯源,保护数据生产者权益;

(4)在参考Zcash和Monero匿名设计基础上,增加数据交易双向的匿名性设计,满足数据交易双方的匿名性要求;

(5)支持数据交易前调用相应DApp自动智慧化的数据抽样验证;

(6)设计实现了一种新的数据交易激励机制RoDS;

(7)DBXChain提供安全加密的分布式存储能力,为没有存储能力的使用者提供存储服务,每个数据分片都是加密后上链,单个节点得到数据分片也无法恢复完整数据,保证了数据的安全和隐私。同时也兼容其他区块链存储服务,通过跨链技术将DBXChain节点上传的数据以分片方式分散存储在诸如IPFS等其他成熟的档存储服务区块链中;

(8)DBXChain提供图灵完备的DBX VM与SDK来支持智慧合约编译和分析模型编译。使用者可在DBX虚拟机器中开发数据分析模型,响应网络中的数据分析任务,DBXChain智慧协调并跟踪任务的状态,提供资料分析的节点完成任务后触发相应智慧合约;

(9)DBXChain支持接入提供计算资源节点提供模型计算能力,或接入具有良好性能表现的分布式运算资源区块链网络服务(如iExec);

(10)在交易记帐方面,DBXChain创造性地应用DDPoS(Data-based Delegated Proof of Stake)共识机制,网路节点包含Witness node和DBXChain wallet两部分。Witness node会同步全部账本,大部分使用者只需要运行轻量级的DBXChain wallet,同时DBXChain wallet提供了易用的http JOSN-RPC API供使用者进行界面开发;

(11)提供数据交易市场系统所需的全面功能支持,包括数据发布、流览、购买、评价等;

(12)提供数据评价投诉、使用者处罚、数据质量评价分析等其他功能支持。

DBXChain是一个数据价值生态系统,它在区块链上定义了一种全新的数据价值交换生态:

数据需求者在DBXChain上发起数据竞赛,数据拥有者通过参与竞赛获得奖励,将数据出售给需求方获得收入;数据需求者可以精准搜索所需数据,并按照字段来精准付费、获得数据;基于结构化的数据字典,生态中的开发者可以进一步开发出丰富的衍生模型,进一步发掘数据价值。在区块链网络中,原创性贡献将被永久性地记录与奖励;完全透明的交易与评价机制,使得DBXChain社群可以建设与共治一个公正的数据资产市场。

3.共识机制

DBXChain采用改良创新的DDPoS共识机制来实现交易记账。

DDPoS(Data-based Delegated Proof of Stake)机制,中文名叫做基于数据的股分授权证明机制。首先我们简要解释DPoS,它的原理是区块链会让所有持有DBX的节点进行投票选举产生N位代表节点,我们可以将其理解为N个超级节点或者矿池,然后由这N个超级节点来完成账本的共识。从某种角度来看,DPoS有点像是议会制度或人民代表大会制度。如果超级节点不能履行他们的共识职责时会被取消共识资格(比如,当轮到他们时未能生成区块),网络会重新选举新的超级节点来取代他们。N可根据网络规模动态确定,一般为21或101,当认证节点超过其数量三分之二时则认为出块成功。具体的拜占庭容错机制及其上限已经有多篇文献描述,在此不再赘述。

区块链项目早期主要共识机制多为PoW和PoS。PoW机制在BitCoin网络已经成功证明了其长期稳定和相对公平,但其共识达成周期长而且挖矿机制会消耗大量的能源,目前BitCoin交易处理能力最多能到7TPS,以太坊是13TPS。相比于PoS的“全民挖矿”,DPoS则是利用类似“代表大会”的制度来直接提取可信任超级节点,由这些超级节点来代替其他持Token节点行使权力,超级节点要求长期在线,从而解决了因为PoS签署区块节点不是经常在线而可能导致的产块延误等一系列问题。DPoS机制通常能达到万次每秒的交易速度,在网络延迟低的情况下可以达到十万每秒级别。

DBXChain采用进一步改进创新的DDPoS的记账机制来提升网络速录。如同真实世界中选举机制面临的种种挑战,在单纯的DPoS实践中,由于记账节点将获得丰厚的DBX奖励来酬劳其贡献,因此记账节点有激励产生一定的行为扭曲,通过贿选、刷票等行为获得相应资格而不履行其职能。这主要因为既有的DPoS机制设计问题,使得投票过程复杂、耗费成本,而导致投票率低,使得操纵选举更为容易。节点可以操纵选举是自己成为超级节点进而控制出块过程,而这与区块链去中心化的基本精神相悖。

DBXChain针对数据价值切换式网络中的关于数据的需求特点对相应选举机制进行进一步扩容,提出了DDPoS机制。在数据交换网络中,数据供给分享、提供计算能力、提供优质DApp开发是对DBXChain的核心贡献,其中交易总额与交易后评价分数是各节点网络中表现的客观记录,可作为其对数据价值生态贡献的刻画,也反映出该节点与整体网络利益耦合的深度。在DBXChain中,另一方面,三体节点既承担着网络记账功能,同时也是作为协力厂商运行一系列DApp,特别是数据质量评价类DApp的功能节点,因此良好的网络速率与高效的计算资源成为影响三体节点出块速率的客观约束,是其处理数据能力的表现。

DBXChain实施一种被动投票机制,从而替代费时费力的主动投票过程。在DBX网路中,我们定义每一张合约、交易为一个数据交换过程,对每一个数据交换,都需要至少一个三体节点(Trinity Node)进行数据质量确认。一般地,三体节点会对所有参与数据交换的节点进行服务质量验证,而数据交换双方,则在数据使用过程中判断质量,并反馈与评价三体节点是否进行了公平的裁决。如果评价结果良好,则节点自动给相应三体节点投票,反之则不然。投票过程内嵌于网络运行过程,高获选票意味着改节点在DBXChain中有良好的长期表现。

总体评选模型是上述三类型要素的整合。令节点&当前已发生的历次销售额为S&,i,所获相应评价为C&,i(i=1,2,3,4,……);同时在参选前一段候选时期内,节点&会随机被请求运行一组计算能力测试DAppj(j=1,2,3,……),其运算效率会被量化为一个可比实数DAppj(&);而节点&的信道速度则为V&。

最终评选加权函数会在选举前一定时间内通过决策委员会程序向全网公示。为明确激励机制,一般应采用具有解析解的函数进行计算。假设采用CES(常数替代弹性)函数进行评分加总,那么评分函数的一种形式可为:

DBX(DataBaseX)一个区块链数据价值生态系统

DBX(DataBaseX)一个区块链数据价值生态系统

过上述评分选出排名靠前的个节点作为三体备选节点,在通过一个去中心化的随机函数随机提取21个节点作为出块的三体节点。提取函数与排名参数会根据网络情况与需求,通过一组动态递归函数进行更新。比如,当网络对函数调用或信道速度有更高需求时,相应权重参数将会调整放大,将拥有相应资源的的节点选出作为出块节点。此外函数中还引进一去中心化随机函数加强不确定性,从而使得潜在攻击者无法准确预测出块节点组,显著增大攻击成本加强网络安全性。全网交易费用将作为审核数据字段表以及内存块记账酬劳奖励给三体节点,并按照确认的内存块数量作为工作量评价来分配。

经过第一次初选后,三体节点可由全网节点持续投票进行动态替换,节点可以撤消投票。同时当期运行协力厂商DApp计算能力不足时也将导致计分下降。当三体节点获得选票低于第101顺位时,将会由排名更靠前的备选节点替代。三体节点所有行为记录面向全网公开,并记录在DBXChain上,由全网对其行为结果进行监督。

4.基础交互

基于前述设计原则与技术构架,我们已经完成了DBXChain最初期的基本核心功能设计,并在之后的开发过程中不断迭代与增设衍生能力。下图是对DBXChain中一个基础交互过程的总体描述:

DBX(DataBaseX)一个区块链数据价值生态系统

5.网络节点与协作

通过对DBXChain的典型交互过程的描述,可以引出DBXChain网络中的四类典型主体。

5.1.数据竞赛发起者

发起者向DBXChain网络发布一个定义清晰的数据字段表,并且启动“数据竞赛”。发起者可以是DBXChain网络中任何不在黑名单上的节点。一般来说,现实世界中的数据购买者和供给者都有动机作为发起者——购买者出于数据需求而发起,供给者则出于获取竞赛奖励以及在网络中交易数据而发起。

5.2.数据卖方

数据卖方响应数据竞赛,向DBXChain按照结构提交数据哈希码,即向全网声明自己拥有该字段的一定量数据,同时卖方要为该数据包价。

5.3.数据买方

数据买方通过精准查询到所需的数据集,选择交易对象后发出购买请求,通过智慧合约来实施数据交易。交易完成7日内,数据买方可对数据质量进行检查与评价,如果发现重大问题,可向三体节点提起申诉。

5.4.三体节点

三体节点(Trinity Node)是整个DBXChain网络中的“超级节点”,具体而言,这些节点需要承担三项主要职能:

(1)作为见证者进行区块记账,这是基于区块链石墨烯技术所需要的架构设置;
(2)运行数据竞赛审核DApp,确认发起数据竞赛的数据表头定义清楚明确、与已有数据表没有重复、不违反法律法规等;
(3)作为公正协力厂商运行智能合约中的数据质量评价DApp,并返回评价结果。三体节点由DBXChain全网节点参与投票进行选举,具体过程请参考DDPoS共识机制。为保证三体节点的价值中立性,三体节点在其任期内不得参与DBXChain数据交易。

5.5.开发者

除基本交互中抽象出来的四类主体外,开发展节点也是DBXChain生态中不可或缺的关键成员。基于DBXChain上的数据,开发者可以开发为数众多的衍生应用。通过更多界面,开发者可开发更为丰富的应用,并在应用上实现增值服务。这些衍生应用可能包括:数据质量评价DApp、智慧化数据搜寻引擎、快速发起特定数据需求的智慧竞赛定义范本、针对网内数据提供模型计算等。需求者节点在使用各类应用服务时,应用开发节点可编制相应智慧合约收取服务费用。

技术方案

1.技术简介

DBXChain将区块链技术与未来社会最重要的数据资产相结合,基于区块链技术来建立可信任的全领域数据交换价值网络,让各个领域的数据可以自由、平等、互信、高效地进行共享交换,消除信息孤岛,让资料为商业和生活提供更高的价值,促进社会信用体系建设。

DBXChain不仅能提供高频的数据交易,还能支持开发者开发各种数据应用。在所有数据应用中DBXChain只存储数据交易中的基本信息,包括交易凭证、摘要、数位版权等,但并不沉淀数据,同时能保护使用者隐私。我们的技术愿景是让数据可以自由、平等、互信、高效地进行共享交换和交易。

2.系统架构

DBX(DataBaseX)一个区块链数据价值生态系统

3.技术特点

DBX链是基于石墨烯开发的,即Bitshares项目。我们已经建立了自己的协商一致机制,即D-DPoS(简而言之,是一种基于被动选举和相对随机的超级节点选举机制),以避免选票舞弊和提高安全。此外,我们还为智能契约实现了我们自己的虚拟机(Bitshares中不包括),并与最流行的Ethereum智能契约语言Solidarity兼容。

(1)DBXChain基于优秀的开源Graphene技术,能直接从Graphene继承成熟的构架、性能等技术优势。Graphene主要的技术优势包括:

i.能支持100,000 TPS的交易吞吐能力,每笔交易确认时延平均可达秒级;
ii.单线程的逻辑处理构架,核心业务逻辑中只保留最小的计算逻辑;
iii.所有信息放在內存中处理;
iv.避免使用同步原语;
v.避免在核心处理逻辑中包含加密哈希和签名计算;
vi.更小的事务操作大小,有效利用网络传输频宽;
vii.优化了智慧合约编译运行机制。

(2)针对数据资产价值切换式网络特征,创造性地设计了D-DPoS共识算法。DPoS起源于Bitshares,它的原理是让每一个持有权益的节点进行投票,由此产生代表节点(在DBXChain中被称为三体节点),由这些代表组成超级节点池或者矿池来进行交易确认,而这些超级节点彼此的权利是完全相等的;但是仅仅通过以Token投入为中心的选举机制容易导致一系列激励偏差问题,如贿选、刷票等。在DBXChain网络中,通过加入对代表节点支持数据资产价值交换能力的评比与比较,来平衡单纯的DPoS带来的激励不兼容问题。

(3)分别为交易、数据存储、模型计算设计了三种不同的Merkle树结构;

(4)设计了一个全局/子域数据字典结构,可以支持全网数据Hash精细定位查询;

(5)参数动态调整。可以根据网络规模,通过共识投票的方式实现区块大小、出块速度、手续费等全局参数的动态调整;调整决策过程由基金会与社群治理机制决定;

(6)将分片(Sharding)技术引入到DBXChain中,支持水准扩展,采用网络分片和交易分片相结合的分片技术;

(7)提供BaaS(Blockchain as a Service)服务,为开发者提供丰富的BaaS-API、资料交易API、原生API开发区块链应用;

(8)支持全领域各行业数据应用开发。基于DBXChain开发的应用拥有全领域各行业的数据支持,让开发者开发出更大价值的商业应用。

4.分布式数据存储机制

DBXChain提供了安全加密的分布式存储能力,为没有存储能力的使用者提供存储服务。使用者将数据分享到DBXChain时,DBXChain会对数据进行分片并使用使用者密钥对数据进行加密,然后使用BitSwap协议来在P2P网络上进行分块传输,因此DBXChain存储加密的分布式数据区块,保证隐私和不沉淀数据。

DBXChain会构建数据块的分布式哈希表(DHT),使用者访问数据时根据DHT找到数据所在的块节点清单,然后取回并验证数据。当其他使用者访问档时,需要被使用者授权得到密钥后才能查看资料。在整个过程中,使用者通过购买DBX获得数据存储和检索的服务,存储节点则通过提供数据存储和检索服务获得DBX的奖励。

5.分布式数据计算平台

大部分区块链无法在线完成数据处理和分析任务,DBX创造了一种分布式运算平台。当使用者需要对数据进行分析时,可以向DBX发起数据分析任务。数据分析任务包含数据需求、计算需求和最大可支付的费用。用户的接入节点收到任务后将任务全网广播,DBX节点会依据数据请求的大小和所需的计算资源进行匹配响应,接入节点按照智慧调度算法选择节点,并跟踪维护计算任务的状态。任务完成后,参与计算的节点获取相应的DBX奖励。

6.应用构架

DBXChain应用一个异步并行块写入结构来处理高负载的实际应用程序。对于每个dApp,它可都有自己的集中式BaaS接口,以便能够承受非常高的流量负载。当BaaS接口接收大量的数据写入请求时,并行结构的区块链端将同时将数据写入块中,并使用一个基于原子时间的带有order的队列。因为BaaS接口端将使用更快的加密或哈希算法,而区块链端将使用更慢但更安全的算法,并维持足够短的上链时间保证安全,DBXChain可以平衡区块链的可信度和效率。

用一个真实世界的例子来演示它是如何工作的。在DBX dApp中,它处理大量的实时生成行为数据以进行用户识别,它可以利用并行结构在很短的时间内通过集中式负载均衡网络带来大量数据。同时不断调用区块链网络请求数据存储和验证。对于接口部分,哈希算法为MD5;区块链部分,SHA-256。虽然MD5更快,但它保证了性能;虽然SHA-256更安全,但它确保了可信度,从而使作弊发生的可能性很小。

DBX(DataBaseX)一个区块链数据价值生态系统

7.模型计算构架

模型训练平台是DBXChain中针对数据分析提供的服务架构设计,它实际上是一个神经网络库,用于图象、视频和语音分析,以评价非结构化数据。这是我们未来将提供的服务,以促进数据质量评价dApps的建设。而dApps现在总是可以使用它们自己的训练模型,并且有很好的开源库可用性。

DBX(DataBaseX)一个区块链数据价值生态系统

关于更多DBX信息:https://dbx.one/

更多区块链项目:http://www.qukuaiwang.com.cn/news/xiangmu
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