CN110310119B - 面向跨区块链交易的可扩容存储方法 - Google Patents

面向跨区块链交易的可扩容存储方法 Download PDF

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Abstract

面向跨区块链交易的可扩容存储方法，步骤为：1)在S链与D链之上构建存储链；2)存储链对接收到的交易数据进行过滤处理；3)S链与D链分别对非跨区块链交易数据进行验证、存储；4)S链与D链分别对跨区块链交易数据进行验证、存储，并向存储链发送跨区块链交易标识数据；5)判断标识数据中元素是否具有溯源性6)对数据元素进行哈希融合，以Trie的形式存在存储链区块中；7)提出一种链式结构，以时间戳为纽带将区块链接到存储链末端。本发明通过上述方法，提供了一种面向跨区块链交易的可扩容存储方法，实现高吞吐量的跨区块链数据交易。

Description

面向跨区块链交易的可扩容存储方法
技术领域
本发明创造设计面向跨区块链交易的可扩容存储方法，尤其是一种基于存储链技术的跨链交易数据存储方法。
背景技术
近年来，区块链技术受到了各个领域的高度关注，有望成为促进社会和经济发展的重要技术。目前区块链不仅在金融领域有所应用，更是拓展到医疗业、保险业、物联网等领域。随着区块链技术趋于成熟，网络孤立性问题越来越显著，现实应用的需求促使我们尽快打破区块链之间的藩篱，实现不同区块链间的协同操作。解决区块链网络互通问题、实现跨区块链数据交易成为了区块链技术发展的新趋势。因此，我们的工作主要解决跨链交易数据存储中吞吐量降低等问题。
发明内容
为解决现有跨链存储方法中的问题，本文提出了一种面向跨区块链交易的可扩容存储方法，该方法针对交易模式的复杂性，存储链对交易请求数据进行分析，利用BF判断其是否为跨区块链交易数据；然后，S链与D链对跨区块链数据进行验证、存储；其次，存储链对交易标识数据进行过滤处理，保留可唯一识别该笔交易的标识数据；最后利用哈希融合实现跨区块链交易确认数据存储，扩大区块容量间接的提高跨链交易吞吐量。
为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案为：面向跨区块链交易的可扩容存储方法，其特征在于：其步骤为：
定义：S链为跨区块链交易请求信息发起方所在的区块链；D链为跨区块链交易请求信息接收方所在的区块链；
步骤1)、在S链与D链之上构建存储链；
步骤2)、存储链对接收到的交易数据进行过滤处理；
步骤3)、S链与D链分别对非跨区块链交易数据进行验证、存储；
步骤4)、S链与D链分别对跨区块链交易数据进行验证、存储，并向存储链发送跨区块链交易标识数据；
步骤5)、判断标识数据中元素是否具有溯源性；
步骤6)、对数据元素进行哈希融合，以Trie的形式存在存储链区块中；
步骤7)、提出一种链式结构，以时间戳为纽带将区块链接到存储链末端。
所述的步骤1)中，具体方法如下：
1.1)针对存储链安全性的问题，从S链与D链中选择合适节点共同维护存储链；节点选择公式如下：
其中：μ表示节点剩余存储资源；α代表正面影响部分的权重系数；β代表负面影响部分的权重系数，系统可以调整α和β这两个部分的权重值；n表示最近单位时间内节点的生成块数；ε表示单位时间；Wk表示第k个交易被验证的次数；m表示节点进行恶意行为的总数；t表示当前时间；tk表示节点进行的第k次恶意行为的时间点，θ表示恶意行为的惩罚系数；
1.2)设定N的范围，若节点的N值满足系统规定要求，该节点可维护存储链。
所述的步骤2)中，具体方法如下：
2.1)S链中用户向存储链发送交易请求数据Ri或D链中用户向存储链发送交易请求数据Rj)；
2.2)存储链利用多维BF判断请求数据中的交易方是否来自不同的链，通过使用S组位向量表达数据集合；其中，每组位向量对应k个hash函数，每组位向量包含2个位向量；
2.3)存储链接收到Ri(或Rj)之后，使用S组位向量表示该数据集合，对于每组位向量，k1把该元素映射到V1中并在V1对应位置置1，k2把数据元素映射到V2中并在V2对应位置置1；
2.4)分别检查经过每组的hash函数k1和k2的映射后，V1和V2的相关位置是否为 1；
2.5)若Ri或Rj数据集合中有一组位向量全为1，则认为该数据为跨区块链交易数据。
所述的步骤3)中，具体方法如下：
3.1)S链中的节点验证非跨区块链交易数据的正确性，并将验证成功将跨区块链交易数据存储到本链；
3.2)D链中的节点验证Ri或Rj的正确性，并将验证成功将跨区块链交易数据存储到本链。
所述的步骤4)中，具体方法如下：
4.1)S链中的节点验证Ri或Rj的正确性；
4.2)S链验证成功将跨区块链交易数据存储到本链，生成跨区块链交易标识数据A(i)；
4.3)D链中的节点验证Ri或Rj的正确性；
4.4)D链验证成功将跨区块链交易数据存储到本链，生成跨区块链交易标识数据B(j)；
定义：跨区块链交易标识数据为由源链区块头数据、双方对跨链交易数据及该数据存储位置的签名、目标链区块头数据组成的数据。
所述的步骤5)中，具体方法如下：
5.1)存储链对标识数据属性进行分类，建立无用数据集(α)和可溯源数据集(β)；
5.2)接收到一笔标识数据时，生成TOKE串，并统计该数据提取TOKE串出现的次数(T)；
5.3)每个数据集对应一个哈希表，HashTable(α)对应无用数据集，HashTable(β)对应可溯源数据集，表中存储TOKE串到T的映射关系；
5.4)计算每个哈希表中TOKE串出现的概率P＝T/L，其中，T为某数据出现的次数，L对应哈希表的长度；
5.5)综合考虑HashTable(α)和HashTable(β)，推断出当新来的表示数据中出现某个 TOKE串时，该属性属于可溯源数据集的概率为：
P(A/ni)＝P1(ni)/[(p1(ni)+p2(ni))]
其中，A为可溯源属性；ni为TOKE串；P1表示HashTable(α)中TOKE串出现的概率；P2表示HashTable(β)中TOKE串出现的概率；
5.6)建立新的哈希表HashTable存储TOKE到P(A/ni)的映射；
5.7)根据建立的哈希表HashTable可以估计某属性数据可溯源数据集的可能性；
5.8)设定阈值θ，若可能性大于θ表示为该属性数据可溯源数据集。
所述的步骤6)中，具体方法如下：
6.1)本文利用哈希算法对数据元素进行融合处理，使数据具有溯源性、防篡改等特性。融合数据的公式如下
S-Blockchain(z)＝Hash(Hash(A′(i)),Hash(B′(i)))
其中，A'(i)是融合之后S链中的跨区块链交易标识数据；B'(j)是融合之后D链中的跨区块链交易标识数据；S-Blockchain(z)是融合数据的哈希值；
6.2)根据Ti时间内所获得S-Blockchain(z)顺序，计算相邻的两个S-Blockchain(z)的哈希值；
6.3)向上推进时，逐层迭代执行1)操作，直至形成一颗倒挂的Merkle树。
所述的步骤7)中，具体方法如下：
7.1)将Merkle树根存在存储链区块头中；
7.2)跨区块链交易确认数据以Tire的形式存在存储链区块体中；
7.3)以时间戳(Ti)为纽带将区块链接到存储链末端。
本发明创造的有益效果为：
本发明与现有技术相比，本发明提出的面向跨区块链交易的可扩容存储方法，针对交易模式的复杂性，对交易请求数据进行分析，利用BF判断其是否为跨区块链交易数据；利用Bayes算法分别对S链与D链生成的跨区块链交易标识数据进行过滤处理，保留可唯一识别该笔交易的标识数据；利用哈希融合实现跨区块链交易确认数据存储，扩大区块容量间接的提高跨链交易吞吐量。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
面向跨区块链交易的可扩容存储方法，包括如下步骤：
1)、在S链与D链之上构建存储链，具体步骤如下：
针对存储链安全性的问题，从S链与D链中选择合适节点共同维护存储链。节点选择公式如下：
其中，μ表示节点剩余存储资源；α代表正面影响部分的权重系数；β代表负面影响部分的权重系数，系统可以调整α和β这两个部分的权重值；n表示最近单位时间内节点的生成块数；ε表示单位时间；Wk表示第k个交易被验证的次数；m表示节点进行恶意行为的总数；t表示当前时间；tk表示节点进行的第k次恶意行为的时间点，θ表示恶意行为的惩罚系数。
定义1：节点发布正确交易信息、验证交易并成功将其存储到链上、正确广播交易数据等行为统称为正面影响。
定义2：节点发布错误交易数据、广播错误区块、延迟广播区块时间造成分叉链、篡改交易数据等行为统称为负面影响。
设定N的范围，若节点的N值满足系统规定要求，该节点可维护存储链。
定义3：S链。跨区块链交易请求信息发起方所在的区块链称为S链。
定义4：D链。跨区块链交易请求信息接收方所在的区块链称为D链。
2)、存储链对接收到的交易数据进行过滤处理，具体步骤如下：
S链中用户向存储链发送交易请求数据Ri或D链中用户向存储链发送交易请求数据Rj；
存储链利用多维BF判断请求数据中的交易方是否来自不同的链，通过使用S组位向量来表达数据集合。其中，每组位向量对应k个hash函数，每组位向量包含2个位向量；
存储链接收到Ri(或Rj)之后，使用S组位向量表示该数据集合，对于每组位向量，k1把该元素映射到V1中并在V1对应位置置1，k2把数据元素映射到V2中并在V2对应位置置1；
分别检查经过每组的hash函数k1和k2的映射后，V1和V2的相关位置是否为1；
若Ri或Rj数据集合中有一组位向量全为1，则认为该数据为跨区块链交易数据。具体的，若有一组位向量全为1，认为该数据与集合中元素特性相似，则Req(Xi)或Req(Xj) 为跨区块链交易数据。
3)、S链与D链分别对非跨区块链交易数据进行验证、存储，具体步骤如下：
S链中的节点验证非跨区块链交易数据的正确性，并将验证成功将跨区块链交易数据存储到本链；
D链中的节点验证Ri或Rj的正确性，并将验证成功将跨区块链交易数据存储到本链。
4)、S链与D链分别对跨区块链交易数据进行验证、存储，并向虚拟链发送跨区块链交易标识数据，具体步骤如下：
S链中的节点验证Ri或Rj的正确性；
S链验证成功将跨区块链交易数据存储到本链，生成跨区块链交易标识数据A(i)；
D链中的节点验证Ri或Rj的正确性；
D链验证成功将跨区块链交易数据存储到本链，生成跨区块链交易标识数据B(j)。
定义5：跨区块链交易标识数据。由源链区块头数据、双方对跨链交易数据及该数据存储位置的签名、目标链区块头数据组成的数据称为跨区块链交易标识数据。
5)、判断标识数据中元素是否具有溯源性，具体步骤如下：
存储链对标识数据属性进行分类，建立无用数据集(α)和可溯源数据集(β)；
接收到一笔标识数据时，生成TOKE串，并统计该数据提取TOKE串出现的次数(T)；
每个数据集对应一个哈希表，HashTable(α)对应无用数据集，HashTable(β)对应可溯源数据集，表中存储TOKE串到T的映射关系；
计算每个哈希表中TOKE串出现的概率P＝T/L，其中，T为某数据出现的次数，L对应哈希表的长度；
综合考虑HashTable(α)和HashTable(β)，推断出当新来的表示数据中出现某个TOKE 串时，该属性属于可溯源数据集的概率为：
P(A/ni)＝P1(ni)/[(p1(ni)+p2(ni))]
其中，A为可溯源属性；ni为TOKE串，P1表示HashTable(α)中TOKE串出现的概率；P2表示HashTable(β)中TOKE串出现的概率；
定义6：TOKE串是对标识数据的某个属性进行编码生成的字符串。
建立新的哈希表HashTable存储TOKE到P的映射；
根据建立的哈希表HashTable可以估计某属性数据可溯源数据集的可能性；
设定阈值θ，若可能性大于θ表示为该属性数据可溯源数据集。
6)、对数据元素进行哈希融合，以Trie的形式存储在存储链区块中，具体步骤如下：
本文利用哈希算法对数据元素进行融合处理，使数据具有溯源性、防篡改等特性。融合数据的公式如下
S-Blockchain(z)＝Hash(Hash(A′(i)),Hash(B′(i)))
其中A'(i)是融合之后S链中的跨区块链交易标识数据；B'(j)是融合之后D链中的跨区块链交易标识数据；S-Blockchain(z)是融合数据的哈希值。通过融合数据的哈希值可快速查询到某笔跨区块链交易数据的存储位置，同时，可追溯其全部交易记录；
根据Ti时间内所获得S-Blockchain(z)顺序，计算相邻的两个S-Blockchain(z)的哈希值；
向上推进时，逐层迭代执行1)操作，直至形成一颗倒挂的Merkle树。
7)、提出一种基于存储链的链式结构，以时间戳为纽带(指针)将区块链接到存储链末端，具体步骤如下：
将Merkle树根存在存储链区块头中；
跨区块链交易确认数据以Trie的形式存在存储链区块体中；
以时间戳(Ti)为纽带将区块链接到存储链末端。
定义7：Trie的形式是指对数据进行哈希编码之后，以一种树形结构存储。从根节点到某一节点，将路径上经过的字符连接起来，除根节点外，每个节点都能被一个字符路径找到。
由于本文采用基于存储链的链式结构，使跨链交易数据具有防篡改性、可追溯性；采用哈希融合实现跨区块链交易确认数据的有效存储，提出Trie结构并对数据进行哈希编码，提高跨链交易吞吐量。

Claims (7)

1.面向跨区块链交易的可扩容存储方法，其特征在于：其步骤为：
定义：S链为跨区块链交易请求信息发起方所在的区块链；D链为跨区块链交易请求信息接收方所在的区块链；
定义：Trie的形式是指对数据进行哈希编码之后，以一种树形结构存储，从根节点到某一节点，将路径上经过的字符连接起来，除根节点外，每个节点都能被一个字符路径找到；
步骤1)、在S链与D链之上构建存储链；
1.1)针对存储链安全性的问题，从S链与D链中选择合适节点共同维护存储链；节点选择公式如下：
其中：μ表示节点剩余存储资源；α代表正面影响部分的权重系数；β代表负面影响部分的权重系数，系统可以调整α和β这两个部分的权重值；n表示最近单位时间内节点的生成块数；ε表示单位时间；Wk表示第k个交易被验证的次数；m表示节点进行恶意行为的总数；t表示当前时间；tk表示节点进行的第k次恶意行为的时间点，θ表示恶意行为的惩罚系数；
1.2)设定N的范围，若节点的N值满足系统规定要求，该节点可维护存储链；
步骤2)、存储链对接收到的交易数据进行过滤处理；
步骤3)、S链与D链分别对非跨区块链交易数据进行验证、存储；
步骤4)、S链与D链分别对跨区块链交易数据进行验证、存储，并向存储链发送跨区块链交易标识数据；
步骤5)、判断标识数据中元素是否具有溯源性；
步骤6)、对数据元素进行哈希融合，以Trie的形式存在存储链区块中；
步骤7)、提出一种链式结构，以时间戳为纽带将区块链接到存储链末端。
2.根据权利要求1所述的面向跨区块链交易的可扩容存储方法，其特征在于：所述的步骤2)中，具体方法如下：
2.1)S链中用户向存储链发送交易请求数据Ri；或D链中用户向存储链发送交易请求数据Rj；
2.2)存储链利用多维BF判断请求数据中的交易方是否来自不同的链，通过使用S组位向量表达数据集合；其中，每组位向量对应k个hash函数，每组位向量包含2个位向量；
2.3)存储链接收到Ri或Rj之后，使用S组位向量表示该数据集合，对于每组位向量，k1把该元素映射到V1中并在V1对应位置置1，k2把数据元素映射到V2中并在V2对应位置置1；
2.4)分别检查经过每组的hash函数k1和k2的映射后，V1和V2的相关位置是否为1；
2.5)若Ri或Rj数据集合中有一组位向量全为1，则认为该数据为跨区块链交易数据。
3.根据权利要求1所述的面向跨区块链交易的可扩容存储方法，其特征在于：所述的步骤3)中，具体方法如下：
3.1)S链中的节点验证非跨区块链交易数据的正确性，并将验证成功将跨区块链交易数据存储到本链；
3.2)D链中的节点验证Ri或Rj的正确性，并将验证成功将跨区块链交易数据存储到本链。
4.根据权利要求1所述的面向跨区块链交易的可扩容存储方法，其特征在于：所述的步骤4)中，具体方法如下：
定义：跨区块链交易标识数据为由源链区块头数据、双方对跨链交易数据及该数据存储位置的签名、目标链区块头数据组成的数据；
4.1)S链中的节点验证Ri或Rj的正确性；
4.2)S链验证成功将跨区块链交易数据存储到本链，生成跨区块链交易标识数据A(i)；
4.3)D链中的节点验证Ri或Rj的正确性；
4.4)D链验证成功将跨区块链交易数据存储到本链，生成跨区块链交易标识数据B(j)。
5.根据权利要求1所述的面向跨区块链交易的可扩容存储方法，其特征在于：所述的步骤5)中，具体方法如下：
5.1)存储链对标识数据属性进行分类，建立无用数据集C和可溯源数据集D；
5.2)接收到一笔标识数据时，生成TOKE串，并统计该数据提取TOKE串出现的次数(T)；
5.3)每个数据集对应一个哈希表，HashTable(C)对应无用数据集，HashTable(D)对应可溯源数据集，表中存储TOKE串到T的映射关系；
5.4)计算每个哈希表中TOKE串出现的概率P＝T/L，其中，T为某数据出现的次数，L对应哈希表的长度；
5.5)综合考虑HashTable(C)和HashTable(D)，推断出当新来的标识数据中出现某个TOKE串时，该属性属于可溯源数据集的概率为：
P(A/ni)＝P1(ni)[(p1(ni)+p2(ni))]
其中，A为可溯源属性；ni为TOKE串；P1表示HashTable(C)中TOKE串出现的概率；P2表示HashTable(D)中TOKE串出现的概率；
5.6)建立新的哈希表HashTable存储TOKE到P(A/ni)的映射；
5.7)根据建立的哈希表HashTable可以估计某属性数据可溯源数据集的可能性；
5.8)设定阈值θ，若可能性大于θ表示为该属性数据可溯源数据集。
6.根据权利要求1所述的面向跨区块链交易的可扩容存储方法，其特征在于：所述的步骤6)中，具体方法如下：
6.1)利用哈希算法对数据元素进行融合处理，使数据具有溯源性、防篡改等特性；融合数据的公式如下
S-Blockchain(z)＝Hash(Hash(A′(i)),Hash(B′(i)))
其中，A'(i)是融合之后S链中的跨区块链交易标识数据；B'(j)是融合之后D链中的跨区块链交易标识数据；S-Blockchain(z)是融合数据的哈希值；
6.2)根据Ti时间内所获得S-Blockchain(z)顺序，计算相邻的两个S-Blockchain(z)的哈希值；
6.3)向上推进时，逐层迭代执行6.1)操作，直至形成一颗倒挂的Merkle树。
7.根据权利要求1所述的面向跨区块链交易的可扩容存储方法，其特征在于：所述的步骤7)中，具体方法如下：
7.1)将Merkle树根存在存储链区块头中；
7.2)跨区块链交易确认数据以Tire的形式存在存储链区块体中；
7.3)以时间戳Ti为纽带将区块链接到存储链末端。
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