CN108400872B - 一种基于星地协同的区块链信息传输方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于星地协同的区块链信息传输方法和系统，所述方法包括：区块链核心节点接收区块链节点发送的待传输信息，对待传输信息进行验证；并在验证通过后，将待传输信息发送至通信卫星；通信卫星接收待传输信息，并通过无线信道将待传输信息广播至各区块链节点和区块链核心节点，以使各区块链节点和区块链核心节点根据待传输信息对存储的区块链进行相应处理。本发明通过利用通信卫星将信息同时广播至各区块链节点，避免了P2P广播方案中的点对点传输，提高了区块链的信息传输效率，降低了全网节点同步时间，提高了区块链系统的交易效率。

Description

一种基于星地协同的区块链信息传输方法和系统
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种基于星地协同的区块链信息传输方法和系统。
背景技术
区块链是一种分布式的数字账本系统，它具有分布式存储、去中心化、密码安全和不可篡改的特点。在区块链系统中，账户之间的交易信息由交易发起者进行非对称加密技术签名后存储在区块上，每个区块中包含一个时间戳和前一个区块头的哈希值，使得所有的区块链在一起形成区块链。
通过共识算法来确定新区块的产生，共识算法包括工作量证明、权益证明、股份授权证明。以采用工作量证明的共识算法为例，由于在每一个节点上都存储整个区块链，如果攻击者想要篡改某个区块的信息，他需要具有超过全网50％的算力才能实现对区块信息的篡改，在实际网络中节点总数较大具有超过50％算力是基本不可实现的，从而保证了区块信息不可篡改。由于以上分布式存储，不可篡改，以及交易信息的非对称加密技术，保证了节点之间不需要权威的第三方机构实现可信任。
但是，在区块链系统中，所有的交易和新产生的区块都需要广播到全部节点。对于传统的基于ip的网络架构，通过点对点(p2p)的广播方案，需要对每一个节点都进行一次数据传输，这将会给网络带来很大的负担，在交易频繁的情况下很容易发生网络的拥塞。由于每次交易或者产生新的区块广播需要一定的时间，使得区块或者交易的确认时间需要满足全网传播的时间，严重影响了区块链系统的并发量。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种基于星地协同的区块链信息传输方法和系统。
本发明的一方面提供一种区块链信息传输方法，包括：区块链核心节点接收区块链节点发送的待传输信息，对待传输信息进行验证；并在验证通过后，将待传输信息发送至通信卫星；通信卫星接收待传输信息，并通过无线信道将待传输信息广播至各区块链节点和区块链核心节点，以使各区块链节点和区块链核心节点根据待传输信息对存储的区块链进行相应处理。
其中，所述待传输信息为交易信息；相应地，所述区块链核心节点接收区块链节点发送的待传输信息的步骤前还包括：区块链节点计算交易信息的第一哈希值后，通过私钥对第一哈希值进行加密，并通过自组织网络将交易信息及加密后的第一哈希值广播至区块链核心节点。
其中，所述对待传输信息进行验证的步骤具体包括：区块链核心节点接收交易信息及加密后的第一哈希值后，通过与私钥对应的公钥对加密后的第一哈希值进行解密，获取第一哈希值；并计算交易信息对应的第二哈希值；若第一哈希值与第二哈希值相同，则验证通过。
其中，所述将待传输信息发送至通信卫星的步骤具体包括：区块链核心节点将第一哈希值与历史哈希值进行比较；若确认历史哈希值中不存在第一哈希值，则将交易信息发送至通信卫星；其中，所述历史哈希值为历史交易信息对应的哈希值，所述历史交易信息为通信卫星预先广播至区块链核心节点的交易信息。
其中，所述各区块链节点和区块链核心节点根据待传输信息对存储的区块链进行相应处理的步骤具体包括：各区块链节点和区块链核心节点根据交易信息对存储的区块链的交易信息进行更新。
其中，所述待传输信息为区块信息；相应地，所述区块链核心节点接收区块链节点发送的待传输信息的步骤前还包括：区块链节点通过共识算法创建新区块后，将新区块的区块信息通过自组织网络广播至区块链核心节点。
其中，所述对待传输信息进行验证的步骤具体包括：区块链核心节点将区块信息中包含的区块头信息与历史区块头信息进行比较，若确认历史区块头信息中不存在所述区块头信息，则将区块信息发送至通信卫星；其中，所述历史区块头信息为通信卫星预先广播至区块链核心节点的区块头信息。
其中，所述各区块链节点和区块链核心节点根据待传输信息对存储的区块链信息进行相应处理的步骤具体包括：若区块链节点和区块链核心节点根据区块头信息确认所述新区块所引用的父区块包括在区块链中，则将新区块链接至父区块。
其中，所述若区块链节点和区块链核心节点根据区块头信息确认所述新区块所引用的父区块包括在区块链中，则将新区块链接至父区块的步骤还包括：若区块链节点根据区块头信息确认所述新区块的所引用的父区块不包括在区块链中，则区块链节点向区块链核心节点发送获取新区块的前预设数量区块的请求信息。
本发明的另一方面提供一种区块链信息传输系统，包括：区块链核心节点，用于接收区块链节点发送的待传输信息，对待传输信息进行验证；并在验证通过后，将待传输信息发送至通信卫星；通信卫星，用于接收待传输信息，并通过无线信道将待传输信息广播至各区块链节点和区块链核心节点，以使各区块链节点和区块链核心节点根据待传输信息对存储的区块链进行相应处理。
本发明提供的基于星地协同的区块链信息传输方法和系统，通过利用通信卫星将信息同时广播至各区块链节点，避免了P2P广播方案中的点对点传输，提高了区块链的信息传输效率，降低了全网节点同步时间，提高了区块链系统的交易效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的区块链信息传输方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的区块链信息传输方法的信息传输示意图；
图3为本发明实施例提供的区块链信息传输系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的区块链信息传输方法的流程示意图，如图1和图2所示，包括：步骤101，区块链核心节点接收区块链节点发送的待传输信息，对待传输信息进行验证；并在验证通过后，将待传输信息发送至通信卫星；步骤102，通信卫星接收待传输信息，并通过无线信道将待传输信息广播至各区块链节点和区块链核心节点，以使各区块链节点和区块链核心节点根据待传输信息对存储的区块链进行相应处理。
其中，区块链节点包含于区块链系统中；区块链节点可以访问互联网，区块链节点之间形成自组织网络；并且，在自组织网络中还包含有区块链核心节点，该区块链核心节点能够向通信卫星传输数据。
其中，卫星通信具有传播距离远，覆盖范围广，不受收发端直接的地形限制，能够进行大范围广播的特点，可用频段宽，通信容量大。卫星通信在交通、能源、电力、民航、气象、广播电视、移动通信等领域得到了广泛应用。随着新频谱的扩展、智能化小型化卫星的发展，新的通信技术的发展和在卫星通信的应用，卫星网络与其他网络的融合，以及卫星发射、维护技术的发展，卫星通信的应用将会越来越广泛。本发明实施例中的通信卫星能够向各区块链节点以及核心节点进行广播，每个节点能够接收通信卫星的无线广播信号。
在步骤101中，任一区块链节点产生需要进行传输的信息，并将待传输信息发送到核心节点；核心节点对待传输信息的正确性等方面进行验证，若验证通过则进一步将待传输信息发送到通信卫星。
在步骤102中，通信卫星根据步骤101中区块链核心节点发送的待传输信息，通过无线信道的方式广播至每一个区块链节点以及区块链核心节点，使各节点收到信息后进行相应的处理，完成信息的传输。
本发明实施例提供的区块链信息传输方法，通过利用通信卫星将信息同时广播至各区块链节点，避免了P2P广播方案中的点对点传输，提高了区块链的信息传输效率，降低了全网节点同步时间，提高了区块链系统的交易效率。
在上述任一实施例的基础上，所述待传输信息为交易信息；相应地，所述区块链核心节点接收区块链节点发送的待传输信息的步骤前还包括：区块链节点计算交易信息的第一哈希值后，通过私钥对第一哈希值进行加密，并通过自组织网络将交易信息及加密后的第一哈希值广播至区块链核心节点。
其中，公钥(Public Key)与私钥(Private Key)是通过一种算法得到的一个密钥对(即一个公钥和一个私钥)，公钥是密钥对中公开的部分，私钥则是非公开的部分；公钥通常用于加密会话密钥、验证数字签名，或加密可以用相应的私钥解密的数据。通过这种算法得到的密钥对能保证在世界范围内是唯一的；使用这个密钥对的时候，如果用其中一个密钥加密一段数据，必须用另一个密钥解密。比如用公钥加密数据就必须用私钥解密，如果用私钥加密也必须用公钥解密，否则解密将不会成功。
当待传输信息为交易信息时，具体地，区块链节点发起交易时，区块链会计算交易信息的哈希值作为第一哈希值；然后用区块链节点自带的私钥对第一哈希值进行加密，并通过自组织网络将交易信息以及加密后的第一哈希值广播到区块链核心节点。
在上述任一实施例的基础上，所述对待传输信息进行验证的步骤具体包括：区块链核心节点接收交易信息及加密后的第一哈希值后，通过与私钥对应的公钥对加密后的第一哈希值进行解密，获取第一哈希值；并计算交易信息对应的第二哈希值；若第一哈希值与第二哈希值相同，则验证通过。
具体地，区块链核心节点收到第一哈希值以及交易信息后，会利用与区块链节点的私钥配对的公钥对第一哈希值进行解密，从而获取到第一哈希值；另外，区块链核心节点在本地计算交易信息的哈希值作为第二哈希值；如果第一哈希值和第二哈希值相同，则判断交易信息没有被篡改，验证通过。
在上述任一实施例的基础上，所述将待传输信息发送至通信卫星的步骤具体包括：区块链核心节点将第一哈希值与历史哈希值进行比较；若确认历史哈希值中不存在第一哈希值，则将交易信息发送至通信卫星；其中，所述历史哈希值为历史交易信息对应的哈希值，所述历史交易信息为通信卫星预先广播至区块链核心节点的交易信息。
具体地，在哈希值的验证通过后，进一步判断通信卫星是否广播过该交易信息；核心节点接收到通信卫星的广播的交易信息后，会将交易信息缓存在本地，作为历史交易信息；将需要进行广播的第一哈希值，与历史交易信息对应的哈希值进行比较，如果历史哈希值中不存在第一哈希值，则表明通信卫星没有广播过该交易信息，并将交易信息发送到通信卫星，依次过滤掉已经收到过的交易信息。
在上述任一实施例的基础上，所述各区块链节点和区块链核心节点根据待传输信息对存储的区块链进行相应处理的步骤具体包括：各区块链节点和区块链核心节点根据交易信息对存储的区块链的交易信息进行更新。
具体地，区块链节点以及区块链核心节点在收到卫星的广播后，根据交易信息更新各自存储的区块链中的交易信息。
在上述任一实施例的基础上，所述待传输信息为区块信息；相应地，所述区块链核心节点接收区块链节点发送的待传输信息的步骤前还包括：区块链节点通过共识算法创建新区块后，将新区块的区块信息通过自组织网络广播至区块链核心节点。
当待传输信息为区块信息时，具体地，区块链节点创建一个新的区块后，将该区块的区块信息发送到区块链核心节点。其中，区块信息可以包括区块大小、区块头和交易计数器等信息。
在上述任一实施例的基础上，所述对待传输信息进行验证的步骤具体包括：区块链核心节点将区块信息中包含的区块头信息与历史区块头信息进行比较，若确认历史区块头信息中不存在所述区块头信息，则将区块信息发送至通信卫星；其中，所述历史区块头信息为通信卫星预先广播至区块链核心节点的区块头信息。
其中，区块头信息由三组区块元数据组成，即一组引用父区块哈希值的数据，这组数据用于将该区块与区块链中前一区块相连接；第二组元数据为难度、时间戳和nonce，与挖矿竞争相关；第三组元数据是merkle树根(一种用来有效地总结区块中所有交易的数据结构)。
具体地，区块链核心节点收到区块信息后，需要根据预先存储的区块信息判断通信卫星是否对该区块信息进行过广播；具体是通过判断预先存储的区块头信息中是否包含有需要广播的区块信息的区块头信息，具体可以比较区块头信息对应的哈希值；如果没有找到对应的哈希值，则确认通信卫星之前没有对该区块信息进行过广播，并将区块信息发送到通信卫星；并且，该区块信息中包含有交易信息。
在上述任一实施例的基础上，所述各区块链节点和区块链核心节点根据待传输信息对存储的区块链信息进行相应处理的步骤具体包括：若区块链节点和区块链核心节点根据区块头信息确认所述新区块所引用的父区块包括在区块链中，则将新区块链接至父区块。
具体地，区块头信息中包含有新区块所引用的父区块的哈希值，因此，各节点可以根据哈希值判断新区块的父区块(即新区块连接的前一个区块)在各自的区块链中是否存在，若存在，则将新区块链接到父区块上。
在上述任一实施例的基础上，所述若区块链节点和区块链核心节点根据区块头信息确认所述新区块所引用的父区块包括在区块链中，则将新区块链接至父区块的步骤还包括：若区块链节点根据区块头信息确认所述新区块的所引用的父区块不包括在区块链中，则区块链节点向区块链核心节点发送获取新区块的前预设数量区块的请求信息。
具体地，如果区块链节点存储的区块链中不包括父区块，则节点向核心节点发送请求信息，以获取新区块之前的区块的信息，并可以自己决定获取新区块前面的所有区块或只是获取新区块较近的部分区块。应当说明的是，核心节点作为接收各节点的区块信息，并将区块信息发送至通信卫星以进行广播的特殊节点，核心节点会保存有完整的区块链信息，通常不会存在缺少区块的情况。
以下对本发明提供的上述实施例进行举例说明，例如将上述方法应用在一个具有10000个节点的区块链系统中；假设节点之间的平均传输时间为50ms，网络并发量为50，核心节点(或普通节点)和卫星之间的传输时间为200ms；则采用传统系统(P2P的信息传输方式)进行一次广播需要的时间是(10000-1)/50x50ms＝9999ms；如果采用本发明实施例提供的卫星广播的方法，传输时间为200+200+50ms＝450ms，总体传输时间只有传统方案的4.5％；并且，实际传输中，传统方案的广播平均传输时间容易受网络结构和网络质量的影响，往往是比估计的时间要更长；且在节点数急剧增长的情况下，本发明实施例的方法所需要的传输时间更短。
图3为本发明实施例提供的区块链信息传输系统的结构示意图，如图3所示，包括：区块链核心节点301，用于接收区块链节点发送的待传输信息，对待传输信息进行验证；并在验证通过后，将待传输信息发送至通信卫星；通信卫星302，用于接收待传输信息，并通过无线信道将待传输信息广播至各区块链节点和区块链核心节点，以使各区块链节点和区块链核心节点根据待传输信息对存储的区块链进行相应处理。
其中，任一区块链节点产生需要进行传输的信息，并将待传输信息发送到区块链核心节点301；核心节点301对待传输信息的正确性等方面进行验证，若验证通过则进一步将待传输信息发送到通信卫星302。
其中，通信卫星302根据区块链核心节点301中区块链核心节点发送的待传输信息，通过无线信道的方式广播至每一个区块链节点以及区块链核心节点301，使各节点收到信息后进行相应的处理，完成信息的传输。
本发明实施例提供的区块链信息传输系统，通过利用通信卫星将信息同时广播至各区块链节点，避免了P2P广播方案中的点对点传输，提高了区块链的信息传输效率，降低了全网节点同步时间，提高了区块链系统的交易效率。
在上述任一实施例的基础上，所述待传输信息为交易信息；相应地，所述系统还包括：区块链节点，用于计算交易信息的第一哈希值后，通过私钥对第一哈希值进行加密，并通过自组织网络将交易信息及加密后的第一哈希值广播至区块链核心节点。
在上述任一实施例的基础上，所述区块链核心节点具体包括：验证模块，用于接收交易信息及加密后的第一哈希值后，通过与私钥对应的公钥对加密后的第一哈希值进行解密，获取第一哈希值；并计算交易信息对应的第二哈希值；若第一哈希值与第二哈希值相同，则验证通过。
在上述任一实施例的基础上，所述区块链核心节点具体包括：第一确认模块，用于将第一哈希值与历史哈希值进行比较；若确认历史哈希值中不存在第一哈希值，则将交易信息发送至通信卫星；其中，所述历史哈希值为历史交易信息对应的哈希值，所述历史交易信息为通信卫星预先广播至区块链核心节点的交易信息。
在上述任一实施例的基础上，各区块链节点和区块链核心节点还用于，根据交易信息对存储的区块链的交易信息进行更新。
在上述任一实施例的基础上，所述待传输信息为区块信息；相应地，所述系统还包括：区块链节点，用于通过共识算法创建新区块后，将新区块的区块信息通过自组织网络广播至区块链核心节点。
在上述任一实施例的基础上，所述区块链核心节点具体包括：第二确认模块，用于将区块信息中包含的区块头信息与历史区块头信息进行比较，若确认历史区块头信息中不存在所述区块头信息，则将区块信息发送至通信卫星；其中，所述历史区块头信息为通信卫星预先广播至区块链核心节点的区块头信息。
在上述任一实施例的基础上，所述区块链节点和区块链核心节点还用于，若根据区块头信息确认所述新区块所引用的父区块包括在区块链中，则将新区块链接至父区块。
在上述任一实施例的基础上，所述区块链节点和区块链核心节点还用于，若根据区块头信息确认所述新区块所引用的父区块包括在区块链中，则将新区块链接至父区块的步骤还包括：
在上述任一实施例的基础上，所述区块链节点还用于，若确认所述新区块的所引用的父区块不包括在区块链中，则向区块链核心节点发送获取新区块的前预设数量区块的请求信息。
本发明实施例提供的区块链信息传输方法和系统，将星地协同技术应用于区块链设计，提出一种利用卫星进行区块链交易信息和区块的广播的技术方案；利用了卫星通信覆盖范围广，同时可以对全球海量用户进行广播传输的特点，从而解决传统基于点对点传输的区块链广播方案中传输效率低、传播速度慢的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种区块链信息传输方法，其特征在于，包括：
区块链核心节点接收区块链节点发送的待传输信息，对待传输信息进行验证；并在验证通过后，将待传输信息发送至通信卫星；
通信卫星接收待传输信息，并通过无线信道将待传输信息广播至各区块链节点和区块链核心节点，以使各区块链节点和区块链核心节点根据待传输信息对存储的区块链进行相应处理；
相应地，若所述待传输信息为交易信息，所述相应处理的步骤具体包括：各区块链节点和区块链核心节点根据交易信息对存储的区块链的交易信息进行更新；若所述待传输信息为区块信息，所述相应处理的步骤具体包括：区块链节点和区块链核心节点根据区块头信息确认新区块所引用的父区块包括在区块链中，则将新区块链接至父区块。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述区块链核心节点接收区块链节点发送的待传输信息的步骤前还包括：
区块链节点计算交易信息的第一哈希值后，通过私钥对第一哈希值进行加密，并通过自组织网络将交易信息及加密后的第一哈希值广播至区块链核心节点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对待传输信息进行验证的步骤具体包括：
区块链核心节点接收交易信息及加密后的第一哈希值后，通过与私钥对应的公钥对加密后的第一哈希值进行解密，获取第一哈希值；并计算交易信息对应的第二哈希值；若第一哈希值与第二哈希值相同，则验证通过。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将待传输信息发送至通信卫星的步骤具体包括：
区块链核心节点将第一哈希值与历史哈希值进行比较；若确认历史哈希值中不存在第一哈希值，则将交易信息发送至通信卫星；其中，所述历史哈希值为历史交易信息对应的哈希值，所述历史交易信息为通信卫星预先广播至区块链核心节点的交易信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述区块链核心节点接收区块链节点发送的待传输信息的步骤前还包括：
区块链节点通过共识算法创建所述新区块后，将所述新区块的区块信息通过自组织网络广播至区块链核心节点。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对待传输信息进行验证的步骤具体包括：
区块链核心节点将区块信息中包含的区块头信息与历史区块头信息进行比较，若确认历史区块头信息中不存在所述区块头信息，则将区块信息发送至通信卫星；其中，所述历史区块头信息为通信卫星预先广播至区块链核心节点的区块头信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述区块链节点和区块链核心节点根据区块头信息确认所述新区块所引用的父区块包括在区块链中，则将新区块链接至父区块的步骤还包括：
若区块链节点根据区块头信息确认所述新区块的所引用的父区块不包括在区块链中，则区块链节点向区块链核心节点发送获取新区块的前预设数量区块的请求信息。
8.一种区块链信息传输系统，其特征在于，包括：
区块链核心节点，用于接收区块链节点发送的待传输信息，对待传输信息进行验证；并在验证通过后，将待传输信息发送至通信卫星；
通信卫星，用于接收待传输信息，并通过无线信道将待传输信息广播至各区块链节点和区块链核心节点，以使各区块链节点和区块链核心节点根据待传输信息对存储的区块链进行相应处理；相应地，若所述待传输信息为交易信息，所述相应处理的步骤具体包括：各区块链节点和区块链核心节点根据交易信息对存储的区块链的交易信息进行更新；若所述待传输信息为区块信息，所述相应处理的步骤具体包括：区块链节点和区块链核心节点根据区块头信息确认新区块所引用的父区块包括在区块链中，则将新区块链接至父区块。
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