CN109992998A - 一种信息存储方法和系统、设备及存储介质 - Google Patents

一种信息存储方法和系统、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种信息存储方法和系统、设备及存储介质，属于计算机技术领域。所述方法：将每个区块的默克尔树，以及对应于每个区块的默克尔树的全局索引表存储在区块链网络各节点本地的数据库中，其中，所述全局索引表以区块高度为版本号，所述区块中包括非资产类交易信息。所述系统配置在区块链网络的节点中，用于在节点本地存储对应于每个区块的默克尔树的全局索引表的第一存储单元；用于在节点本地存储所述每个区块的默克尔树的第二存储单元。它可以存储需要保密的信息，且存储方法快捷，不被篡改，即使节点发生拥堵或崩溃，存储的信息也可以恢复。

Description

一种信息存储方法和系统、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种信息存储方法和系统、设备及存储介质。
背景技术
现有的数据信息存储和读取多采用中心化服务器，比如云盘等，受到外部恶意攻击时，系统抵抗能力差，易造成数据丢失且不可恢复等情况的发生。常用的密码保管软件也属于这类系统，虽然可以方便人们对于众多密码的生成、保管等，在一定程度上解决了密码保管的问题；但出于预防数据丢失进行数据备份的考虑，不可避免的要把用户的密码存储在云端，那么就存在密码保管软件维护方作恶、用户密码泄露的风险。除此之外，现有的密码保管软件多用于保护账户密码等简短信息，但涉及到一些日常需要备份和保管的保密信息如合同扫描件、重要会议记录等数据量较大的信息，在保管备份时表现出了局限性。
区块链技术采用公私钥加密签名算法、分布式账本等技术，对于实现普通数据信息及隐私数据信息的存储及安全保护具有天然优势，不易丢失、不易被篡改；但现有区块链技术的信息数据存储和查询中，受限于性能等各方面因素，速度较慢，用户体验不良。具体地表现为：当前区块链系统的数据读写的解决方案中，通常会采用默克尔树(Merkle Tree)的结构，例如比特币的系统中通过默克尔树进行SPV验证、以太坊的系统中通过默克尔前缀树(Merkle Patricia Tree，简称MPT)进行数据的读写等。而现有的默克尔树结构的缺陷在于：所存储的数据限制了系统的读取性能，查询一笔交易的数据需要通过多次读操作来完成。例如，对于一颗20层的默克尔树，查询一个叶子节点的数据需要进行20次读操作来完成，导致数据查询的效率仅为普通数据库的查询效率的1/20，对于每秒能完成10万次读操作的系统，每秒仅能读取5000笔交易的数据。更进一步地，现有方案需要在节点本地数据库中写完默克尔树的数据后才能进行区块的共识，导致在数据存储的交易数量剧增时容易发生交易拥堵。此外，现有方案在节点本地数据库中写默克尔树的数据时若发生崩溃，会导致无法生成区块，对于想快速存储和读取数据信息的用户而言，无疑会带来较大的数据风险。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
为了克服上述技术问题，本发明提供了一种信息存储方法和系统、设备及存储介质。它可以存储需要保密的信息，且存储方法快捷，不被篡改，即使节点发生拥堵或崩溃，存储的信息也可以恢复。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种信息存储方法，包括：将每个区块的默克尔树，以及对应于每个区块的默克尔树的全局索引表存储在区块链网络各节点本地的数据库中，其中，所述全局索引表以区块高度为版本号，所述区块中包含非资产类交易信息。
优选地，所述将每个区块的默克尔树，以及对应于每个区块的默克尔树的全局索引表存储在区块链网络各节点本地的数据库中包括：
是否生成或收到所述非资产类交易信息，是，构建最新版本的默克尔树；
根据所述最新版本的默克尔树在节点本地的数据库中生成或更新全局索引表，以供所述节点的共识单元将所述默克尔树的根节点哈希值打包至区块中进行共识；
根据所述最新版本的默克尔树在节点本地的数据库中生成或更新每个区块的默克尔树。
优选地，在所述节点崩溃后，根据所述全局索引表在所述节点本地的数据库中恢复所述每个区块的默克尔树。
优选地，通过所述全局索引表查询非资产类交易的内容，构建最新版本的默克尔树。
优选地，所述全局索引表在每个版本中只记录当前版本的默克尔树中新增或修改的叶子节点。
优选地，所述默克尔树为默克尔状态树，存储在键值(key-value)数据库中。
一种信息存储系统，配置在区块链网络的节点中，包括：
用于在节点本地存储对应于每个区块的默克尔树的全局索引表的第一存储单元；
用于在节点本地存储所述每个区块的默克尔树的第二存储单元；
其中，所述全局索引表以区块高度为版本号，用于根据所述区块高度进行数据查询。
优选地，还包括：
用于构建最新版本的默克尔树的默克尔树构建单元；
所述第一存储单元用于根据所述最新版本的默克尔树在节点本地的数据库中生成或更新全局索引表，以供所述节点中的共识单元将所述最新版本的默克尔树的根节点哈希打包至区块中进行共识；
所述第二存储单元用于根据所述最新版本的默克尔树在节点本地的数据库中生成或更新每个区块的默克尔树。
优选地，所述第二存储单元还用于在所述节点崩溃后，根据所述全局索引表在所述第二数据库中恢复所述每个区块的默克尔树。
优选地，所述默克尔树构建单元还用于通过所述全局索引表查询非资产类交易内容，并构建最新版本的默克尔树。
优选地，所述第一存储单元进一步配置用于在所述全局索引表的每个版本中只记录当前版本的默克尔树中新增或修改的叶子节点。
优选地，所述默克尔树为默克尔状态树，存储在键值(key-value)数据库中。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的一种信息存储方法和系统，它可以存储需要保密的信息，且存储方法快捷，不被篡改，即使发生拥堵或崩溃，存储的信息也可以恢复。
本发明基于区块链公私钥加密签名算法、分布式账本技术，提出了一种在区块链上实现永不宕机、安全可靠的“密码保险箱”，在提供便利性的同时有效保护用户的密码等隐私数据。由于区块链的分布式数据存储，用户存储在区块链上的数据永远存在不会丢失；由于公私钥加密的算法安全性，保存在区块链上的加密隐私数据(密码等)不存在被破解的风险；通过在节点本地存储与默克尔树对应的，带有区块高度的全局索引表，实现非资产类交易信息的快速存储。
附图说明
图1为本发明一实施例中多版本默克尔树与全局索引表的对应关系示意图。
图2为新增一组非资产交易信息后多版本默克尔树与全局索引表的对应关系示意图。
图3为新增两组非资产交易信息后多版本默克尔树与全局索引表的对应关系示意图。
图4为新增四组非资产交易信息后多版本默克尔树与全局索引表的对应关系示意图。
图5为本发明一优选实施例提供的一种数据存储方法的流程图。
图6为图5所示方法的一种优选实施方式的流程图。
图7为本发明一实施例提供的一种数据存储系统的结构示意图。
图8为图7所示系统的一种优选实施方式的结构示意图。
图9为本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
如图5所示，本实施例的一种信息存储方法，步骤为：
S101、构建最新版本的默克尔树；
S103、根据最新版本的默克尔树在节点本地生成或更新全局索引表，并生成存储完成信息，以供将最新版本的根节点哈希打包至区块中进行共识；
S105、根据最新版本的默克尔树在节点本地的第二数据库中生成或更新每个区块的默克尔树。
实际运用中，区块链网络节点可能会发生节点崩溃，进一步地改进在于，如图6所示，在步骤S105之后，新增步骤S107、在节点崩溃后，根据全局索引表在第二数据库中恢复每个区块的默克尔树。
个人、企业、团体组织等用户的信息，如银行卡密码，游戏网站账号密码，投资类交易网站账户密码，网上银行登录密码，需要保密的资料，商业秘密，尚未公开的研发成果等需要保密的非资产类交易信息；均可以采用本实施例所述的一种信息存储方法，将这些需要存储的非资产类交易信息构建默克尔树，形成区块，以区块高度为版本号构建全局索引表，默克尔树以及全局索引表被存储在区块链网络各节点本地的数据库中。
接收非资产类交易信息，构建最新版本的默克尔树，比如非资产类交易信息K1，V1；K2，V2；K3，V3；K4，V4；经过哈希加密后，依次对应为：H1；H2；H3；H4，将H1和H2；H3和H4经过哈希加密后，得到H12和H34；将H12和H34进行哈希加密，得到H1234，形成默克尔树，根节点H1234用于构建区块高度为8的区块。根据区块版本号，非资产类交易信息形成的默克尔状态树构建全局索引表，如图1中右侧为对应的默克尔树和全局索引表，将默克尔树和全局索引表存储在区块链网络各节点本地的数据库中，所述节点的共识单元将所述默克尔树的根节点哈希值打包至区块中进行共识。在全局索引表中，第一行为区块版本号，第一列为非资产类交易信息的键值，区块版本号和键值所对应的空格内容为非资产类交易信息内容。
在图1右侧所示的默克尔树和全局索引表的基础上，假设非资产类交易信息K4，V4发生改变或更新为K4，V4’时，接收非资产类交易信息K4，V4’，构建最新版本的默克尔树，将非资产类交易信息K1，V1；K2，V2；K3，V3；K4，V4’；经过哈希加密后，依次对应为：H1；H2；H3；H4’，将H1和H2；H3和H4V4’经过哈希加密后，得到H12和H34；将H12和H34’进行哈希加密，得到H1234’，形成默克尔树，根节点H1234’用于构建区块高度为9的区块。根据区块版本号，非资产类交易信息形成的默克尔状态树更新全局索引表，如图1中左侧为对应的默克尔树和全局索引表，将默克尔树和全局索引表存储在区块链网络各节点本地的数据库中，所述节点的共识单元将所述默克尔树的根节点哈希值打包至区块中进行共识。因只有非资产类交易信息V4’发生改变，重新构建了默克尔树，在全局索引表中，仅修改了非资产类交易信息V4’，其他内容不变。
在图1右侧所示的默克尔树和全局索引表的基础上，假设接收新的非资产类交易信息K5，V5，如图2所示，构建最新版本的默克尔树，将非资产类交易信息K1，V1；K2，V2；K3，V3；K4，V4；K5，V5；经过哈希加密后，依次对应为：H1；H2；H3；H4；H5；将H1和H2，H3和H4，H5和H5；经过哈希加密后，依次得到H12、H34和H55；将H12和H34；H55和H55；进行哈希加密，依次得到H1234，H5555；将H1234和H5555经过哈希加密后得到根节点H12345555，根节点H12345555用于构建区块高度为9的区块。根据区块版本号，非资产类交易信息形成的默克尔状态树更新全局索引表，如图2所示，将默克尔树和全局索引表存储在区块链网络各节点本地的数据库中，所述节点的共识单元将所述默克尔树的根节点哈希值打包至区块中进行共识。因只新增了非资产类交易信息V5，重新构建了默克尔树，在全局索引表中，仅增加了非资产类交易信息V5，其他内容不变。
在图1右侧所示的默克尔树和全局索引表的基础上，假设接收新的非资产类交易信息K5，V5；K6，V6，如图3所示，构建最新版本的默克尔树，将非资产类交易信息K1，V1；K2，V2；K3，V3；K4，V4；K5，V5；K6，V6，经过哈希加密后，依次对应为：H1；H2；H3；H4；H5；H6；将H1和H2，H3和H4，H5和H6；经过哈希加密后，依次得到H12、H34和H56；将H12和H34；H56和H56；进行哈希加密，依次得到H1234，H5656；将H1234和H5656经过哈希加密后得到根节点H12345656，根节点H12345656用于构建区块高度为9的区块。根据区块版本号，非资产类交易信息形成的默克尔状态树更新全局索引表，如图3所示；将默克尔树和全局索引表存储在区块链网络各节点本地的数据库中，所述节点的共识单元将所述默克尔树的根节点哈希值打包至区块中进行共识。因新增了非资产类交易信息V5和V6，重新构建了默克尔树，在全局索引表中，增加了非资产类交易信息V5和V6，其他内容不变。
在图1右侧所示的默克尔树和全局索引表的基础上，假设接收新的非资产类交易信息K5，V5；K6，V6；K7，V7；K8，V8，如图4所示，构建最新版本的默克尔树将非资产类交易信息K1，V1；K2，V2；K3，V3；K4，V4；K5，V5；K6，V6；K7，V7；K8，V8，经过哈希加密后，依次对应为：H1；H2；H3；H4；H5；H6；H7；H8；将H1和H2，H3和H4，H5和H6，H7和H8；经过哈希加密后，依次得到H12、H34、H56和H78；将H12和H34；H56和H78；进行哈希加密，依次得到H1234，H5678；将H1234和H5678经过哈希加密后得到根节点H12345678，根节点H12345678用于构建区块高度为9的区块。根据区块版本号，非资产类交易信息形成的默克尔状态树更新全局索引表，如图3所示；将默克尔树和全局索引表存储在区块链网络各节点本地的数据库中，所述节点的共识单元将所述默克尔树的根节点哈希值打包至区块中进行共识。因新增了非资产类交易信息K5，V5；K6，V6；K7，V7；K8，V8，重新构建了默克尔树，在全局索引表中，增加了非资产类交易信息K5，V5；K6，V6；K7，V7；K8，V8，其他内容不变。
在所述节点崩溃后，根据所述全局索引表在所述节点本地的数据库中恢复所述每个区块的默克尔树。
实施例2
如图7和8，一种信息存储系统，配置在区块链网络的节点中，用于在节点本地存储对应于每个区块的默克尔树的全局索引表的第一存储单元101；用于在节点本地存储所述每个区块的默克尔树的第二存储单元103；其中，所述全局索引表以区块高度为版本号，用于根据所述区块高度进行数据查询。
用于构建最新版本的默克尔树的默克尔树构建单元105；
所述第一存储单元101用于根据所述最新版本的默克尔树在节点本地的数据库中生成或更新全局索引表，以供所述节点中的共识单元将所述最新版本的默克尔树的根节点哈希打包至区块中进行共识；
所述第二存储单元103用于根据所述最新版本的默克尔树在节点本地的数据库中生成或更新每个区块的默克尔树。
所述第二存储单元103还用于在所述节点崩溃后，根据所述全局索引表在所述第二数据库中恢复所述每个区块的默克尔树。
所述第一存储单元101进一步配置用于在所述全局索引表的每个版本中只记录当前版本的默克尔树中新增或修改的叶子节点。
所述默克尔树为默克尔状态树，存储在键值(key-value)数据库中。
实施例3
图9为本发明一实施例提供的一种设备的结构示意图。
如图9所示，作为另一方面，本申请还提供了一种设备500，包括一个或多个中央处理单元(CPU)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储部分508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM503中，还存储有设备500操作所需的各种程序和数据。CPU501、ROM502以及RAM503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。
以下部件连接至I/O接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分507；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理驱动器510也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。
特别地，根据本申请公开的实施例，上述任一实施例描述的方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行上述任一实施例描述的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分509从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。
作为又一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例的装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，该程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的方法。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这根据所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以通过执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以通过专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，各所述单元可以是设置在计算机或移动智能设备中的软件程序，也可以是单独配置的硬件装置。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (14)

1.一种信息存储方法，其特征在于，包括：
将每个区块的默克尔树，以及对应于每个区块的默克尔树的全局索引表存储在区块链网络各节点本地的数据库中，其中，所述全局索引表以区块高度为版本号，所述区块中包括非资产类交易信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将每个区块的默克尔树，以及对应于每个区块的默克尔树的全局索引表存储在区块链网络各节点本地的数据库中包括：
是否生成或收到所述非资产类交易信息，是，构建最新版本的默克尔树；
根据所述最新版本的默克尔树在节点本地的数据库中生成或更新全局索引表，以供所述节点的共识单元将所述默克尔树的根节点哈希值打包至区块中进行共识；
根据所述最新版本的默克尔树在节点本地的数据库中生成或更新每个区块的默克尔树。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述节点崩溃后，根据所述全局索引表在所述节点本地的数据库中恢复所述每个区块的默克尔树。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述全局索引表查询非资产类交易的内容，构建最新版本的默克尔树。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述全局索引表在每个版本中只记录当前版本的默克尔树中新增或修改的叶子节点。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述默克尔树为默克尔状态树，存储在键值数据库中。
7.一种信息存储系统，配置在区块链网络的节点中，其特征在于，包括：
用于在节点本地存储对应于每个区块的默克尔树的全局索引表的第一存储单元；
用于在节点本地存储所述每个区块的默克尔树的第二存储单元；
其中，所述全局索引表以区块高度为版本号，用于根据所述区块高度进行数据查询。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：
用于构建最新版本的默克尔树的默克尔树构建单元；
所述第一存储单元用于根据所述最新版本的默克尔树在节点本地的数据库中生成或更新全局索引表，以供所述节点中的共识单元将所述最新版本的默克尔树的根节点哈希打包至区块中进行共识；
所述第二存储单元用于根据所述最新版本的默克尔树在节点本地的数据库中生成或更新每个区块的默克尔树。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二存储单元还用于在所述节点崩溃后，根据所述全局索引表在所述第二数据库中恢复所述每个区块的默克尔树。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述默克尔树构建单元还用于通过所述全局索引表查询非资产类交易内容，并构建最新版本的默克尔树。
11.根据权利要求7-10任一项所述的系统，其特征在于，所述第一存储单元进一步配置用于在所述全局索引表的每个版本中只记录当前版本的默克尔树中新增或修改的叶子节点。
12.根据权利要求7-10任一项所述的系统，其特征在于，所述默克尔树为默克尔状态树，存储在键值(key-value)数据库中。
13.一种设备，其特征在于，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
14.一种存储有计算机程序的存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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