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1. 概述
Qtum 量子鏈作為一個以技術革新為主導的創新公鏈，一直將推動區塊鏈的技術發展和應用落地為己任。量子鏈研究院一直在探索區塊鏈上的各種創新方式，其中基于Google Cloud進行的對區塊鏈云計算與大數據方向的創新探究一直在穩步推進。繼Google Cloud推出Qtum開發工具包后，Qtum量子鏈結合Google Cloud強大的數據分析能力與豐富的云平臺功能，基于數據分析工具BigQuery再次推出了一個重量級數據分析服務——Qtum鏈上數據分析。
Qtum量子鏈是全球首個基于PoS共識機制和UXTO模型的智能合約平臺。其賬戶抽象層實現了UTXO模型與智能合約虛擬機賬戶模型的的無縫交互，實現了區塊鏈技術與真實的商業世界的完美融合。最新數據顯示（截止到2019年5月），截止至5月30日地址數總量為1648035個，在一個月內增長67596個，平均每日增長2253.2個。網絡權重變化整體較穩定，挖礦平均年回報率為7.87%［1］。Qtum x86虛擬機、完善的DGP鏈上治理以及Qtum與金融、醫療、文娛、游戲等多領域的融合，使Qtum量子鏈逐漸成為全球最有影響力的項目之一。
主流貨幣的數據全是公開透明的，我們可以用 blockchain.com、etherscan.io 、qtum.info等開放的區塊鏈瀏覽器查詢交易、余額等基本信息。但若想對鏈上數據進行統計分析并不容易，例如每日的交易量、全網算力等等，需要對歷史的所有區塊、交易進行數據統計才能得到。
本文就基于BigQuery實現了Qtum鏈上數據的統計、分析以及可視化展現，將Qtum的各項指標更為直觀地呈現給用戶。最終效果參見網址：https://chart.qtum.info/
2. 背景
BigQuery ［2］ 是Google Cloud最新推出的數據分析工具。它是一個基于列存儲的數據庫系統。列存儲和行存儲的區別可以用下圖很好地表示。
列存儲和行存儲有著各自的優缺點，適用于不同的場合。從下表中可以很明顯地看出，列存儲可以有效應用于數據統計中。因為數據統計通常需要把大量的數據（列如用戶日志）加載進表里，然后對逐個字段進行篩選和統計。這個場景和列存儲的應用場景是完全符合的。
目前開源的列存儲數據庫并不多，主流的包括HBase、ClickHouse等。而各大互聯網公司都會研發自己的閉源列存儲數據庫。BigQuery就是Google研發的列存儲數據庫，目前在Google Cloud上可以使用，主要按照SELECT操作涉及的數據量大小進行收費。
由于列存儲數據庫能很好地應用于數據統計的場景中，所以我們采用BigQuery進行Qtum鏈上數據的分析，以便更好地了解區塊、交易等數據。BigQuery也經常宣傳自己在區塊鏈數據方面的應用［3］。
03. 架構
本系統分為上中下三層：
· 下層為數據源部分。運行在服務端的Qtum節點開啟了RPC服務。ETL（Extract-Transform-Load ）程序會持續從RPC獲取鏈上數據，然后輸出給中間層。
· 中間層用BigQuery實現數據存儲和計算。運行在服務端的定時任務會持續往BigQuery中寫入最新的鏈上數據。然后，用SQL對數據進行統計分析，寫入上層的Redis中。
· 上層是前端展示部分。Flask框架從Redis中讀取數據返回給前端。前端通過在React框架中嵌入的Echarts工具，用來展示Qtum鏈上數據的統計分析結果。
數據源
數據源部分由Qtum節點和ETL程序組成。Qtum全節點實時同步最新的鏈上數據。ETL程序通過RPC接口獲取鏈上數據，最終寫入本地CSV（Comma-Separated Values）文件。流程圖如下：
ETL詳細步驟如下：
1. 啟動Qtum全節點和ETL程序；
2. ETL程序調用Qtum節點的RPC接口獲取當前區塊高度；
3. ETL程序開啟多個進程，并發地調用getblock接口，獲取最近多個區塊的數據；
4. 將區塊數據寫入本地的CSV文件。
其中，getblock接口有兩個參數，分別是區塊哈希值和數字2（2代表會返回完整的交易信息）。返回結果如下：
BigQuery
BigQuery部分主要是數據的存儲和計算。每次ETL程序運行完成之后，會將最新的CSV文件上傳至BigQuery。然后執行SQL語句進行統計計算，并將計算結果寫入Redis。關鍵操作步驟如下：
· 建表：在BigQuery網站界面中新建數據庫表，表名為block。依次填寫各個字段的名稱，類型和模式，填寫完畢點擊“創建表”。
· 上傳：BigQuery支持多種方式上傳數據，數據也包括CSV、AVRO等多種格式。此處我們通過Python編寫的任務，將CSV上傳到BigQuery。
from google.cloud import bigquery
client = bigquery.Client（）
filename = ‘data.csv’ # file path
dataset_id = ‘qtum_data’ # data set name
table_id = ‘block’ # table name
dataset_ref = client.dataset（dataset_id）
table_ref = dataset_ref.table（table_id）
job_config = bigquery.LoadJobConfig（）
job_config.write_disposition = ‘WRITE_TRUNCATE’
job_config.source_format = bigquery.SourceFormat.CSV
job_config.skip_leading_rows = 1
job_config.fieldDelimiter=‘，’
with open（filename， ‘rb’） as source_file：
job = client.load_table_from_file（
source_file，
table_ref，
location=‘us-east4’，
job_config=job_config） # API request
job.result（） # Waits for table load to complete.
print（‘Loaded {} rows into {}：{}?！?format（
job.output_rows， dataset_id， table_id））
· 通過SQL語句讀取BigQuery中block表的數據并進行統計計算。這里我們以計算stake weight為例，其計算公式可以表示為：
對應的SQL語句和在圖形界面的執行效果如下：
SELECT
SUM（ block_difficulty ） * 16 * （1《《32） /（MAX（ block_time ）-MIN（ block_time ） + 144） AS stake_weight，
DATE_FROM_UNIX_DATE（CAST（FLOOR（block_time/（3600*24）） AS INT64）） AS day_num
FROM `data-service-232303.qtum_data.block`
GROUP BY day_num
可視化
可視化部分由Flask和React兩部分組成，最終展示結果如下圖。Flask從Redis獲取數據并通過HTTP JSON接口返回給前端。前端通過在React框架中嵌入的Echarts工具，用來展示數據。最終效果如下圖：
可視化部分處理步驟如下：
1.在瀏覽器中打開地址（https://chart.qtum.info/），前端向接口發起請求。接口代碼如下：
# parameter key， for example：username = ‘block_size’
# api：http://127.0.0.1:23456/api/block_size
@app.route（‘/api/《username》’）
def get_each_data（username）：
。..
x， y = get_data_from_redis（username）
if len（x） 》 0：
print（‘Total ：’+str（len（x）））
result = {
‘success’： True，
‘msg’： ‘’，
‘data’： {
“title”： input_dic［username］［‘title’］，
“desc”： input_dic［username］［‘desc’］，
“unit”： input_dic［username］［‘unit’］，
“x”： x，
“y”： y
}
}
。..
return jsonify（result）
2.獲取接口返回的數據之后，通過Echarts工具展示在瀏覽器中。Echarts示例代碼如下：
# parameter key， for example：key = “block_size”
showChart = （key） =》 {
fetch（`/api/${key}`）
.then（function （res） {
return res.json（）;
}）
.then（function （res） {
。..
xAxis： {
data： res.data.x
}，
yAxis： {
name： res.data.unit
}，
。..
}
}
4. 總結
此次Qtum量子鏈基于谷歌的BigQuery搭建的數據工具，展示了一種新的合作可能性，幫助更多用戶不僅僅通過區塊鏈瀏覽器去查詢交易，而是從更加宏觀的視角幫助普通用戶挖掘真正的數據價值。這也會使得監管等機構更好的理解區塊鏈技術的未來數據價值，使得區塊鏈技術進一步主流化，合規化。
系統的前端為React框架，編程語言為HTML，JavaScript和CSS，后端為輕量級Python框架Flask，接口，數據處理和定時任務也都是由Python編寫。點擊鏈接即可查看Qtum鏈上實時動態數據：https://chart.qtum.info/
5. 下一步計劃
隨著區塊鏈行業各種公有鏈項目的不斷發展，積累了大量的交易和區塊數據。由于鏈上數據的透明性，區塊鏈技術將面臨用戶隱私泄露、非法金融活動等問題，我們從以下幾個方向來作為下一步計劃：
1. 隱私泄漏分析：通過實體識別和身份識別來分析區塊鏈用戶是否有隱私泄漏風險
2. 網絡畫像：通過對區塊鏈的活躍度畫像，服務畫像和網絡特性畫像從宏觀的角度對區塊鏈網絡的運行狀態、規律、機制進行分析，從而更好的理解區塊鏈網絡中用戶的活動情況
3. 市場效應分析：分析礦工，系統，用戶，政策，事件，競爭等因素對市場的影響
4. 交易模式識別：對洗錢、詐騙等犯罪活動的特定交易模式進行分析，盡可能多的對交易模式進行識別
5. 非法行為檢測與分析：在成功識別交易模式之后，通過技術手段來幫助政府追溯非法行為發生的源頭
工商網監
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