Orion 区块链数据库：增强多方数据治理

区块链数据库旨在通过将防篡改证据特性融入传统数据库，以增强中心化生态系统中的信任。与分布式账本技术相比，它们更易于使用，并能降低运营和开发成本。然而，现有的区块链数据库缺乏高效的工具来支持多方对账本上的共享数据进行控制。

Orion 是一个开源的区块链数据库，提供独特的能力，例如多签名和证明功能，以以及广泛的键级访问控制。这些特性使得各方能够共同控制并验证写入数据库的值。Orion 将这些能力与其他区块链属性相结合，提供防篡改证据、溯源、数据沿袭、真实性和不可否认性，同时利用标准数据模型和事务 API。Orion 的技术在增强系统完整性、减少错误、争议和欺诈方面极具价值。

在本文中，我们探讨了不同商业环境中的信任需求，识别了现有的信任差距，并概述了 Orion 如何有效弥合这些差距。我们深入探究 Orion 的关键特性，并探索其在各领域的潜在应用。

信任对于商业生态系统的成长与成功至关重要。然而，由于涉及众多不同的参与方，在复杂的环境（例如全球供应链）中建立信任面临着巨大的挑战。例如，为响应可持续发展趋势，产品制造商可能需要向监管机构和客户证明其产品的碳足迹。因此，确保整个供应链中所有部件碳消耗计算的透明度与完整性变得至关重要。采用相互信任的技术，可以帮助企业、客户、合作伙伴和政府机构验证各方之间交互的存在性、真实性和完整性。这样做不仅可以防止潜在的纠纷和欺诈活动，而且还能营造信任和可靠的环境。

不同的商业生态系统在参与者之间展现出不同程度的信任，这影响了它们特定的信任需求。在高度信任的生态系统中，确保数据的独立、一致且容错的记录可能就足够了；而在有限信任的环境中，我们可能还需要验证所记录数据的正确性，确保真实性，并提供防篡改证据和数据沿袭。最后，在低信任度环境中，我们可能需要通过支持多方批准和智能合约的并行执行来控制交易执行，甚至需要在存在恶意方的情况下达成共识。

从拓扑结构的角度看，生态系统可分为中心化和去中心化生态系统。在中心化生态系统中，通常至少有一方享有所有参与者一定程度的信任；而去中心化生态系统则缺乏一个被所有人信任的单一实体。目前，大多数商业生态系统在中心化信任假设下运作。在此类生态系统中，一个受信任方（如云提供商、政府组织或其他有影响力的参与者）扮演重要角色，而生态系统内的其他参与者无需直接相互信任。例如，组织通常依赖对云提供商的信任，期望他们不会故意阻断客户对服务的访问，尽管他们拥有这样做的能力。

然而，受信任方的存在并不意味着其他参与者的盲目信任。我们的经验表明，在中心化生态系统内增强信任仍有显著空间。数据全生命周期的透明度以及证明数据完整性和一致性的能力，是改进的关键因素。这些要素在简化审计流程方面发挥着至关重要的作用，尤其是在受严格监管的环境中。确保数据的真实性对于防止多方互动中可能出现的作者身份争议至关重要。此外，即使是受信任方，也常常寻求限制其特权用户的权限，以减轻错误和欺诈相关的风险。通过解决这些信任差距，中心化生态系统可以得到进一步加强，从而在商业互动中培养更高的信心和可靠性。

现有三类主要技术有助于弥补商业生态系统中的信任差距。具备基础记录功能的经典数据库通常足以保障高信任度中心化生态系统的正常运行。另一方面，区块链数据库通过验证和证明机制扩展了经典数据库功能，是有限信任中心化生态系统的最佳选择。最后，分布式账本技术通常提供完整的信任功能栈，普遍应用于低信任度的去中心化环境。值得注意的是，高级信任功能的支持往往伴随更高复杂性，可能影响解决方案性能并增加运营成本。因此，将生态系统需求与最适用的技术相匹配至关重要。图 1 展示了商业生态系统中信任拓扑结构的分布。

虽然现有区块链数据库技术能够解决中心化环境中的部分信任缺口，但在实现多方对共享数据高效控制方面仍存在不足。分布式区块链账本技术虽具备这些能力且可应用于中心化系统，但往往效率低下，难以平衡由此增加的成本与复杂性。这正是我们新型开源区块链数据库 Orion 的价值所在。Orion 通过提供全面的区块链属性，同时赋能多方共同治理共享数据访问权限，在中心化区块链数据库中脱颖而出。该数据库通过引入广泛的键级读/写访问控制和多签名能力实现这一目标，确保数据库事务仅在被指定方联合签名后方可获批。

Orion 作为先进的开源区块链数据库，将区块链技术优势与传统数据库可靠性相融合，为安全、透明、可信的数据管理提供完整解决方案。通过在经典数据库顶层集成密码学技术层，Orion 提供包括高可用、安全、可复制的分布式数据库与防篡改账本在内的丰富区块链功能。该账本具备篡改证据留存能力，可检测任何数据修改行为（即使操作者拥有特权权限）。这层附加的安全保障在强化数据完整性的同时，进一步巩固了信任基础。图 2 展示了 Orion 提供的区块链功能。

Orion 的核心特色在于通过独特的读写键级访问控制机制实现多签名事务支持。这一功能对于促进多方之间的可信互动至关重要。事务仅当获得多个指定参与者签名后才会提交执行，为多方协作构建安全可靠的环境。

Orion 最显著的特性之一是支持数据溯源与沿袭追踪。它完整记录数据经历的所有变换过程，支持通过历史查询获取数据被修改的时间、方式及操作者信息。基于图数据库构建的溯源引擎，Orion 能够提供有价值的数据历史与起源洞察，显著提升透明度与可问责性。

Orion 通过真实性保障与不可否认功能为用户赋能，提供确凿证据证明所接收数据与原始信源发出的内容完全吻合。所有事务均经过数字签名，服务器会生成可用于核验数据完整性的数字回执。该能力有效防止关于数据来源的争议，从而进一步增强信任。

此外，Orion 将经典数据库功能与区块链能力无缝集成，提供高效查询、强大弹性与扩展能力。采用标准键值 JSON 存储架构和事务型API，Orion保证系列读写操作以原子事务方式执行，确保持续的数据一致性与完整性。图 3 说明了 Orion 架构如何通过透明化洞察实现全面问责。

Orion 适用于满足多行业需求的核心应用场景，为各类组织提供有价值的解决方案：值得注意的是，在供应链领域，Orion 可作为可靠存储库，记录零部件制造商提供的产品碳足迹数据，存储买卖双方共同签署的合同条款，并支持产品所有者更新产品碳足迹计算公式及其零部件碳消耗数据链接。通过 Orion，组织可确保关键数据的真实性、不可否认性与完整性，键级访问控制机制则保障参与方间的数据隐私。必要时，可采用零知识证明等隐私保护技术隐藏敏感细节（甚至对中心方不可见），在这种情况下，Orion 可以仅保留证明记录准确性所需的必要元数据，这些元数据可以保存在系统之外，供第三方审计机构核验。

除了供应链应用程序之外，Orion 还提供众多已被客户认可的高价值用例。例如，在金融及受监管领域，Orion 通过为企业记录提供真实性证明、数据完整性与防篡改证据，可以优化审计流程。我们的多签名能力支持各类商业合同流程自动化，推动跨领域公证服务发展。此外，Orion 可用于维护保障保险理赔流程中收集证据的真实性与完整性。它可以为政府机构简化许可证、证书、教育档案及财产所有权的管理。Orion 还可以作为一个安全的数字平台，用于管理疫苗接种流程、记录和状态，同时确保可信度。此外，它还能建立货物的来源信息，并确保供应链符合维护要求。此外，Orion 还可以作为去中心化账本生态系统的链下存储，确保混合环境下的数据完整性。

Orion 已作为区块链平台在多个欧盟资助项目中成功部署。在 C4IIoT 项目中，Orion 通过为机器与生产线配置变更提供可追溯性、来源追踪及不可否认功能，显著提升了物联网网络安全平台的信任层级。在 COPA EUROPE 项目中，Orion 被用于追踪媒体资产的生产与生命周期，助力体育视频、版权及参与者激励机制实现可信安全交易。在 i4Q 项目中，Orion 通过保障工业物联网数据完整性来支撑智能制造应用场景，其保护范围涵盖设备访问策略与关键位置信息。这些实践案例充分证明了 Orion 作为区块链数据库技术在实际应用场景中的适应性与可靠性。

Orion 服务器、技术文档及客户端 SDK 已在 Hyperledger Labs 发布。若要深入了解 Orion 技术细节，请阅读我们在 ICBC 2023 会议发表并收录的论文《Orion：支持多方数据访问控制的中心化区块链数据库》。

Orion 区块链数据库通过提升商业生态系统的透明度、真实性与完整性，提供稳健的解决方案。该技术通过赋能多方共同治理共享数据访问权限，在中心化区块链数据库中确立独特优势。其广泛的键级读写访问控制与多签名机制，使组织能够实施精细化的数据治理，确保多方协作中的可信交互。