CN108959563A - 一种容量可扩展区块链查询方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种容量可扩展区块链查询方法，包括：发送查询请求，访问发起节点的数据缓存模块，若没找到相应数据向查询层发送查询请求；判断发起节点是否为叶子节点，根据判断结果找到接近查找目标的目标超级节点；找到目标叶子节点并发起范围查询，查找区块链中的具体数据信息；将查询结果同其所在的区块和与之相连的其他区块的区块头作为最终查询结果返回给发起节点；通过本地保存的区块头数据与最终查询结果作对比，验证最终查询结果是否在被篡改过并将检验结果发给验证节点；根据检验结果调整查询路径上的超级节点和叶子节点的可靠性值。该查询方法在模型响应数据查询请求时优先访问超级节点，在保证数据安全的前提下提高了数据查询效率。
Description
技术领域
本发明属于计算机数据库领域，具体涉及一种容量可扩展区块链查询方法及系统。
背景技术
区块链技术为解决中心化机构普遍存在的高成本、低效率和数据存储不安全等问题提供了解决方案，但目前还存在储存扩展性较差的问题。随着区块链容量的不断增加，参与节点的存储容量将逐渐不能满足其存储空间要求，这些不能满足要求的节点将不能继续作为完全节点保留在系统中。随着系统中完全节点数量的减少，这必将对区块链系统的安全性产生影响，所以区块链具有良好的存储容量可扩展性是非常重要的。
目前，对于区块链存储容量可扩展性的研究不是很多。近期，名为ElasticChain的区块链模型被提出，但ElasticChain模型与原区块链模型相比，数据的查询效率明显降低。同时，由于该模型查询时的数据来自于不同节点，系统中也存在一些恶意节点返回虚假数据的现象，这给数据查询的准确度和安全性造成了一定影响。并且，随着区块链技术的广泛应用，人们对区块链中数据查找速度和准确度的要求会越来越高，如果缺少有效的数据查询方法，于未来区块链技术的广泛应用将受到巨大限制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种容量可扩展区块链查询方法及系统，以提高在一条完整区块链上的数据查询效率。
本发明提供一种容量可扩展区块链查询方法，包括如下步骤：
步骤1：发起节点发送查询请求，访问所述发起节点的数据缓存模块，如果找到相应数据，则停止查找并返回查询结果；如果没找到相应数据，则向查询层发送查询请求；
步骤2：查询层接收查询请求后，判断所述发起节点是否为叶子节点，如果是则访问所述发起节点的相邻的超级节点，所述相邻的超级节点根据本地保存的路由信息找到接近查找目标的目标超级节点；如果发起节点不是叶子节点，则直接访问发起节点的本地路由信息，再找到接近查找目标的目标超级节点；
步骤3：由目标超级节点找到和它相连的保存着目标数据的目标叶子节点，所述目标叶子节点发起一个范围查询，查找区块链中的具体数据信息；
步骤4：所述目标叶子节点将查询结果同其所在的区块和与之相连的其他区块的区块头作为最终查询结果，并将最终查询结果按查找时的相同路径返回给发起节点；
步骤5：发起节点收到最终查询结果后，通过本地保存的区块头数据与最终查询结果作对比，验证最终查询结果所在的区块链是否在查询过程中被篡改过并将检验结果发给验证节点，若被篡改则查询失败，否则保存查询结果；
步骤6：验证节点根据检验结果实时调整查询路径上的超级节点和叶子节点的可靠性值。
在本发明的容量可扩展区块链查询方法中：
所述叶子节点至少保存着区块链每个区块的区块头数据，以验证收到的最终查询结果是否被篡改；还保存着相邻的超级节点的位置信息，在查询数据时如果本地节点没有完整的区块链数据，则访问相邻的超级节点，新加入区块链系统的节点,都会先被视为叶子节点；
所述超级节点存储了系统中所有与其相邻的叶子节点的信息，以及所有与其相邻的超级节点间的路由信息；
所述验证节点和区块中每个超级节点和活跃的叶子节点相连，实时记录相连节点的可靠性值。
在本发明的容量可扩展区块链查询方法中，所述步骤5包括：
步骤5.1：发起节点根据本地保存的区块头数据，对最终查询结果的哈希值和最终查询结果所在区块的区块头上的哈希值进行校验；
步骤5.2：如果最终查询结果在查询过程中被篡改过，则查询失败，并检验该查询路径上的每个节点，找到恶意篡改数据的恶意节点，将检验结果发送给验证节点；
步骤5.3：如果最终查询结果在查询过程中没被篡改过，则查询成功，并将检验结果发送给验证节点。
在本发明的容量可扩展区块链查询方法中，步骤6包括：
步骤6.1：如果最终查询结果在查询过程中被篡改过，验证节点会减少恶意节点的可靠性值，若恶意节点的可靠性值较低则不能继续作为超级节点，此时若恶意节点附近有可靠性值较高的叶子节点则将该叶子节点作为新的超级节点；
步骤6.2：如果最终查询结果在查询过程中没被篡改过，验证节点会增加查询路径上所有节点的可靠性值。
本发明还提供一种容量可扩展区块链系统，包括：用户层、查询层、存储层和数据层；
用户层包括数据缓存模块，用于接收发起节点发送的查询请求并在数据缓存模块中查找数据，若找到相应数据则停止查找返回查询结果；若没找到相应数据，则向查询层发送查询请求；
查询层包括节点定位模块、数据安全检测模块和节点稳定性评价模块；所述节点定位模块用于查找保存目标数据的目标叶子节点；数据安全检测模块用于验证最终查询结果所在的区块链是否在查询过程中被篡改过；节点稳定性评价模块用于根据验证结果实时调整查询路径上的超级节点和叶子节点的可靠性值，使可靠性值低的节点不能继续作为超级节点，而可靠性较高的叶子节点有机会成为新的超级节点；
存储层用于响应查询层的查询请求并发送请求到数据层进行数据查询；
数据层用于存储数据信息。
在本发明的容量可扩展区块链系统中，所述用户层还包括：数据同步模块、安全检查模块和数据处理模块：
数据同步模块用于定期对数据缓存模块中的数据与区块链中数据进行实时的同步和更新：
安全检查模块用于对新增数据进行安全检验，通过检验的数据被保存到数据缓存模块中，保证数据的真实性；
数据处理模块用于数据同步和安全检查后，将区块链数据处理成可以保存在SQL数据库中的形式。
本发明的一种容量可扩展区块链查询方法及系统，通过建立具有高可靠性和高稳定性的超级节点，在模型响应数据查询请求时优先访问超级节点，在保证数据安全的前提下提高了数据查询效率。在存储层中，模型采用基于ElasticChain的区块链模型，保证了区块链数据的容量可扩展性。
附图说明
图1是本发明的一种容量可扩展区块链查询方法的流程图；
图2是本发明的一种容量可扩展区块链系统的结构框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种容量可扩展区块链查询方法，包括如下步骤：
步骤1：发起节点发送查询请求，访问所述发起节点的数据缓存模块，如果找到相应数据，则停止查找并返回查询结果；如果没找到相应数据，则向查询层发送查询请求；
具体实施时，在区块链系统的用户层中,当一个节点发起查询请求后,首先会访问用户层的缓存数据，如果节点找到相应数据，则停止查找返回查询结果；如果节点没有在用户层中找到查询结果，则访问查询层进行查找操作。
步骤2：查询层接收查询请求后，判断所述发起节点是否为叶子节点，如果是则访问所述发起节点的相邻的超级节点，所述相邻的超级节点根据本地保存的路由信息找到接近查找目标的目标超级节点；如果发起节点不是叶子节点，则直接访问发起节点的本地路由信息，再找到接近查找目标的目标超级节点；
步骤3：由目标超级节点找到和它相连的保存着目标数据的目标叶子节点，所述目标叶子节点发起一个范围查询，查找区块链中的具体数据信息；
步骤4：所述目标叶子节点将查询结果同其所在的区块和与之相连的其他区块的区块头作为最终查询结果，并将最终查询结果按查找时的相同路径返回给发起节点；
步骤5：发起节点收到最终查询结果后，通过本地保存的区块头数据与最终查询结果作对比，验证最终查询结果所在的区块链是否在查询过程中被篡改过并将检验结果发给验证节点，若被篡改则查询失败，否则保存查询结果；步骤5具体包括：
步骤5.1：发起节点根据本地保存的区块头数据，对最终查询结果的哈希值和最终查询结果所在区块的区块头上的哈希值进行校验；
步骤5.2：如果最终查询结果在查询过程中被篡改过，则查询失败，并检验该查询路径上的每个节点，找到恶意篡改数据的恶意节点，将检验结果发送给验证节点；
步骤5.3：如果最终查询结果在查询过程中没被篡改过，则查询成功，并将检验结果发送给验证节点。
步骤6：验证节点根据检验结果实时调整查询路径上的超级节点和叶子节点的可靠性值，步骤6包括：
步骤6.1：如果最终查询结果在查询过程中被篡改过，验证节点会减少恶意节点的可靠性值，若恶意节点的可靠性值较低则不能继续作为超级节点，此时若恶意节点附近有可靠性值较高的叶子节点则将该叶子节点作为新的超级节点；
步骤6.2：如果最终查询结果在查询过程中没被篡改过，验证节点会增加查询路径上所有节点的可靠性值。
其中，叶子节点至少保存着区块链每个区块的区块头数据，以验证收到的最终查询结果是否被篡改，这个和比特币钱包中的轻量级钱包相似；还保存着相邻的超级节点的位置信息，在查询数据时如果本地节点没有完整的区块链数据，则访问相邻的超级节点，新加入区块链系统的节点,都会先被视为叶子节点。
超级节点存储了系统中所有与其相邻的叶子节点的信息，以及所有与其相邻的超级节点间的路由信息。当进行查询操作时，算法仅在超级节点之间转发，超级节点再将查询请求转发给适当的叶子结点。
验证节点和区块中每个超级节点和活跃的叶子节点相连，实时记录相连节点的可靠性值。验证节点会根据记录的超级节点是否出现恶意篡改区块链数据的情况来确定超级节点的安全性，根据记录的超级节点在线时间和工作量得出超级节点的稳定性，根据记录的超级节点工作速度得到超级节点的处理能力。超级节点的工作量和工作速度通过叶子节点实时向验证节点反馈。验证节点会根据该超级节点的安全性、稳定性和处理能力判断其是否可以继续作为超级节点。同时，验证节点还会实时检查整个区块链数据，对于在区块链上操作较多的活跃的叶子节点，验证节点也会记录该节点的可靠性，作为超级节点的候补节点。
图2是本发明的一种容量可扩展区块链系统的结构框图，本发明的一种容量可扩展区块链系统包括：用户层、查询层、存储层和数据层；
用户层包括数据缓存模块，用于接收发起节点发送的查询请求并在数据缓存模块中查找数据，若找到相应数据则停止查找返回查询结果；若没找到相应数据，则向查询层发送查询请求。
查询层包括节点定位模块、数据安全检测模块和节点稳定性评价模块；所述节点定位模块用于查找保存目标数据的目标叶子节点；数据安全检测模块用于验证最终查询结果所在的区块链是否在查询过程中被篡改过；节点稳定性评价模块用于根据验证结果实时调整查询路径上的超级节点和叶子节点的可靠性值，使可靠性值低的节点不能继续作为超级节点，而可靠性较高的叶子节点有机会成为新的超级节点。
存储层用于响应查询层的查询请求并发送请求到数据层进行数据查询。主要包括数据分片模块、节点验证模块和分片存储模块三个部分。本发明的存储层采用了和ElasticChain模型相同的算法，得到分片的方法、每个分片的大小和分片的副本数。但存储层在节点可靠性验证部分对ElasticChain模型进行了改进，在本发明的存储层中的用户节点完成每次数据分片存储后，不再存储P链来记录分片的存储位置。其他节点可靠性验证过程都与ElasticChain模型相同，实现了区块链的容量可扩展存储。
数据层用于存储数据信息。
进一步的，用户层还包括：数据同步模块、安全检查模块和数据处理模块。数据同步模块用于定期对数据缓存模块中的数据与区块链中数据进行实时的同步和更新。安全检查模块用于对新增数据进行安全检验，通过检验的数据被保存到数据缓存模块中，保证数据的真实性。数据处理模块用于数据同步和安全检查后，将区块链数据处理成可以保存在SQL数据库中的形式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种容量可扩展区块链查询方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：发起节点发送查询请求，访问所述发起节点的数据缓存模块，如果找到相应数据，则停止查找并返回查询结果；如果没找到相应数据，则向查询层发送查询请求；
步骤2：查询层接收查询请求后，判断所述发起节点是否为叶子节点，如果是则访问所述发起节点的相邻的超级节点，所述相邻的超级节点根据本地保存的路由信息找到接近查找目标的目标超级节点；如果发起节点不是叶子节点，则直接访问发起节点的本地路由信息，再找到接近查找目标的目标超级节点；
步骤3：由目标超级节点找到和它相连的保存着目标数据的目标叶子节点，所述目标叶子节点发起一个范围查询，查找区块链中的具体数据信息；
步骤4：所述目标叶子节点将查询结果同其所在的区块和与之相连的其他区块的区块头作为最终查询结果，并将最终查询结果按查找时的相同路径返回给发起节点；
步骤5：发起节点收到最终查询结果后，通过本地保存的区块头数据与最终查询结果作对比，验证最终查询结果所在的区块链是否在查询过程中被篡改过并将检验结果发给验证节点，若被篡改则查询失败，否则保存查询结果；
步骤6：验证节点根据检验结果实时调整查询路径上的超级节点和叶子节点的可靠性值。
2.如权利要求1所述的容量可扩展区块链查询方法，其特征在于：
所述叶子节点至少保存着区块链每个区块的区块头数据，以验证收到的最终查询结果是否被篡改；还保存着相邻的超级节点的位置信息，在查询数据时如果本地节点没有完整的区块链数据，则访问相邻的超级节点，新加入区块链系统的节点,都会先被视为叶子节点；
所述超级节点存储了系统中所有与其相邻的叶子节点的信息，以及所有与其相邻的超级节点间的路由信息；
所述验证节点和区块中每个超级节点和活跃的叶子节点相连，实时记录相连节点的可靠性值。
3.如权利要求2所述的容量可扩展区块链查询方法，其特征在于，所述步骤5包括：
步骤5.1：发起节点根据本地保存的区块头数据，对最终查询结果的哈希值和最终查询结果所在区块的区块头上的哈希值进行校验；
步骤5.2：如果最终查询结果在查询过程中被篡改过，则查询失败，并检验该查询路径上的每个节点，找到恶意篡改数据的恶意节点，将检验结果发送给验证节点；
步骤5.3：如果最终查询结果在查询过程中没被篡改过，则查询成功，并将检验结果发送给验证节点。
4.如权利要求2所述的容量可扩展区块链查询方法，其特征在于，步骤6包括：
步骤6.1：如果最终查询结果在查询过程中被篡改过，验证节点会减少恶意节点的可靠性值，若恶意节点的可靠性值较低则不能继续作为超级节点，此时若恶意节点附近有可靠性值较高的叶子节点则将该叶子节点作为新的超级节点；
步骤6.2：如果最终查询结果在查询过程中没被篡改过，验证节点会增加查询路径上所有节点的可靠性值。
5.一种容量可扩展区块链系统，其特征在于，包括：用户层、查询层、存储层和数据层；
用户层包括数据缓存模块，用于接收发起节点发送的查询请求并在数据缓存模块中查找数据，若找到相应数据则停止查找返回查询结果；若没找到相应数据，则向查询层发送查询请求；
查询层包括节点定位模块、数据安全检测模块和节点稳定性评价模块；所述节点定位模块用于查找保存目标数据的目标叶子节点；数据安全检测模块用于验证最终查询结果所在的区块链是否在查询过程中被篡改过；节点稳定性评价模块用于根据验证结果实时调整查询路径上的超级节点和叶子节点的可靠性值，使可靠性值低的节点不能继续作为超级节点，而可靠性较高的叶子节点有机会成为新的超级节点；
存储层用于响应查询层的查询请求并发送请求到数据层进行数据查询；
数据层用于存储数据信息。
6.如权利要求5所述的容量可扩展区块链系统，其特征在于，所述用户层还包括：数据同步模块、安全检查模块和数据处理模块：
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