CN110704688A - 基于关联数据的区块链分离存储系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于关联数据的区块链分离存储系统，包括：用于生成数据对象ID的注册模块、用于生成交易记录并绑定数据对象ID的交易生成模块、用于存储交易记录RDF模型的外部存储模块、用于生成区块信息的区块链存储模块和用于区块信息查询的应用交互模块，本发明通过基于本体的语义关系和关联数据技术建立了去中心化分布式存储，使得交易记录信息数据大部分存储在外部，只将通过关联数据技术生成的交易记录URI以及与其相关联的数据对象ID值存储在区块链上。

Description

基于关联数据的区块链分离存储系统
技术领域
本发明涉及的是一种信息处理领域的技术，具体是一种基于关联数据的区块链分离存储系统。
背景技术
区块链存储技术目前采用基于星际文件系统(Inter Planetary File System，IPFS)的分布式数据共享系统进行高吞吐量的内容寻址存储和内容寻址，但该技术需要内容寻址，而通过协议层解决内容冗余的方法工作量过于庞大，并且会颠覆之前使用的HTTP协议解决云存储问题。
发明内容
本发明针对现有区块链存储技术存在的上述不足，提出一种基于关联数据的区块链分离存储系统，通过基于本体的语义关系和关联数据技术建立了去中心化分布式存储，使得交易记录信息数据大部分存储在外部，只将通过关联数据技术生成的交易记录URI以及与其相关联的数据对象ID值存储在区块链上。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：用于生成数据对象ID的注册模块、交易生成模块、外部存储模块、用于生成区块信息的区块链存储模块和用于区块信息查询的应用交互模块，其中：注册模块将区块链中交易的信息数据对象生成数据对象ID，外部存储模块通过关联数据技术处理从交易生成模块接收并保存包含数据对象ID的交易记录，同时生成交易记录URI值并输出至区块链存储模块，区块链存储模块根据外部存储模块传输的交易记录URI值构建区块信息，并进行交易验证，当验证成功后将区块信息通过P2P广播的同时，将该区块信息链接在上一区块尾部，应用交互模块依次与区块链存储模块和外部存储模块相连，根据用户输入查询条件实现用户对区块信息交易记录的查询。
所述的数据对象ID是指：注册模块的功能将交易记录中的数据对象生成一个唯一的ID，其包括：农产品的注册、消费者注册、生产者注册、物流公司注册，分别生成对应的农产品ID、消费者ID、生产者ID、物流公司ID。
所述的区块信息包括：唯一的身份标签、时间戳、数字签名，区块信息仅存储交易记录URI和交易记录对应的数据对象ID。
所述的交易验证包括：工作量证明、签名验证和数据检查。
所述的区块链存储模块中设有输入输出接口与外部存储模块以及应用交互模块中对应设有的数据查询接口相连。
所述的外部存储模块包括：生成URI标识单元、生成RDF模型单元以及交易记录数据库单元，其中：生成URI标识单元构建本体模型、RDF元数据、生成URI标识符，并将其传给生成RDF模型单元；生成RDF模型单元与生成URI标识单元相连，将RDF转换器生成的RDF三元组通过HTTP协议与URI标识信息绑定在一起，并将三元组模型信息传输给交易记录数据库单元；交易记录数据库单元将上一单元生成的RDF三元组模型通过本体图库模型存储在数据库中。
所述的区块链存储模块包括：构建区块信息单元、区块信息单元、数据广播单元以及内部数据存储单元，其中：构建区块信息单元与区块信息单元相连并传输构建好的区块信息，构建好的区块信息通过P2P广播将数据广播给数据广播单元，数据广播单元与内部区块数据存储单元相连，传输已通过交易验证的区块数据。
技术效果
与现有技术相比，本发明将区块链存储与关联数据技术相结合，利用关联数据构建本体模型，实现交易记录中数据信息的关联，并将其转换成RDF三元组模型。转换后的RDF数据，根据本体关系实现信息关联，形成一种融合的数据环境。转换成RDF格式的交易数据会生成唯一的交易记录URI，将这个URI存进区块链存储模块，并将区块信息接入区块节点上。而现有的存储技术是将所有的交易记录存储在区块上，使得每次交易产生后都要将交易详细记录数据拷贝至区块上，大大增加了存储空间。本发明只需将交易记录URI存进区块信息即可，如果用户访问交易记录，可以使用相关检索工具来分析查询条件后，通过查询交易记录URI或与交易记录相关的ID来访问交易记录信息。这样大大减轻了存储负担，使得存储空间更小，并提高了区块链的效率。这种分离存储的方式，将具体的交易记录信息存在外部存储模块上，交易记录URI存在内部存储模块上，这样隐私信息可以得以保护。
附图说明
图1为实施例架构示意图；
图2为图1详细描述及各个模块实施的过程示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种基于关联数据的区块链分离存储系统的架构，其中包含：存储层、扩展层、应用层。
应用层包括：注册模块和应用交互模块，其中：注册模块通过用户的注册，生成农产品ID、生产者ID、消费者ID和物流公司ID，应用交互模块实现用户对交易记录的查询。
所述的注册模块分别将农产品、生产者、消费者、物流公司的信息生成唯一的ID，交易记录只绑定这些对应的数据对象ID值，而具体的信息存储在外部存储模块。
所述的应用交互模块用于查询交易记录：查询条件包括生产者ID、消费者ID、物流公司ID、时间戳等条件，通过查询条件的解析，将查询条件的URI，利用查询数据检索模型，与数据接口相连接，传递给区块链存储模块和外部存储模块，查询具体的交易记录数据。
扩展层包括：数据检索工具和交易生成模块，其中：数据检索工具会根据应用交互模块传递的查询条件，通过数据检索工具获得存储数据层的数据，交易生成模块会在交易生成工程中将交易记录绑定相关联用户的ID，并将交易信息传递到外部存储模块。
所述的交易生成模块实现交易产生的过程，并记录交易：农产品在刚开始时绑定生产者ID，当产生交易时，会绑定购买该农产品的消费者ID和配送该农产品的物流公司ID，除此之外，会生成该交易记录的详细信息，包括交易时间、交易价格、交易地点等信息。
存储层包括：URI生成单元、区块链单元、外部存储模块和区块链存储模块，其中：URI生成单元将交易记录URI和交易记录内容通过数据传输给外部存储模块进行存储，区块链存储模块只会存储交易记录URI和交易记录对应的数据对象身份标签ID。
所述的外部存储模块存储交易记录数据：当交易生成后，交易生成模块会将交易记录数据传输至外部数据存储模块，利用关联数据技术，将交易记录数据存储至交易记录数据库中。外部存储模块首先构建本体模型，生成RDF元模型，通过分析交易记录的组成利用RDF转换器转换为RDF三元组模型，由此建立起关联数据模型，并生成详细的交易记录模型，通过数据库入口模型传输，建立交易记录数据库，并将交易记录存储至交易记录数据库中。
所述的区块链存储模块只将交易记录的ID存储在区块链上，而不是整条交易信息。在构建区块信息时，内部会根据交易记录ID获取交易记录绑定的生产者ID、消费者ID、物流公司ID，并将交易记录ID分配对应的生产者ID、消费者ID、物流公司ID，并将这些信息构建到Mekle树上，并进行数字签名绑定时间戳，这样可以大大地节省存储空间，解决存储问题。构建完成后，进行交易验证，验证成功后通过P2P广播出去，同时将区块信息存储在内部存储模块。这样，区块链上只存储了交易记录的ID，看不到具体的交易信息，使得隐私信息得到保护。
URI生成单元将扩展层生成的交易记录通过关联数据技术生成URI标识，首先该层会根据交易记录语义网构建本体模型，然后会利用关联数据技术将详细的交易信息转换成RDF模型，并生成唯一的交易记录哈希URI，也即交易记录ID，并将这个哈希URI传输到区块链进行构建区块信息，并存储在区块链上。
区块链单元对区块信息的显示，实际上是区块链存储模块的一部分，构建区块信息完成后，会将交易验证后，通过P2P将数据广播出去，并将区块信息连到上一个区块上。区块链层在存储层之上，一方面对生成的交易记录进行交易验证和数据广播，另一方面将交易记录传递给存储层进行交易记录的分离存储。
如图2所示，本系统包括：注册模块、交易生成模块、外部存储模块、区块链存储模块和应用交互模块，其中：注册模块将区块链中交易的信息数据对象进行注册操作，注册模块的功能将交易记录中的数据对象生成一个唯一的ID，其包括：农产品的注册、消费者注册、生产者注册、物流公司注册，分别生成对应的农产品ID、消费者ID、生产者ID、物流公司ID。外部存储模块将交易记录通过关联数据技术处理存入外部存储数据库，并生成交易记录哈希URI值传递给区块链存储模块。区块链存储模块首先会根据外部存储模块传输的结构化数据构建区块信息，其中包括唯一的身份标签、时间戳、数字签名，区块信息仅存储交易记录URI。区块信息构建成功后，进行交易验证，其中包括工作量证明、签名验证和数据检查，验证成功后把区块信息通过P2P技术广播出去，并将该区块连接在上一区块下。区块信息存储在内部数据存储里面，该模块具有输入输出接口与外部存储模块以及应用交互模块连接。应用交互模块对区块信息进行查询，即通过用户输入查询条件实现用户对区块信息交易记录的查询，数据查询接口与区块链存储模块的输入接口连接，并通过内部存储模块的输出接口传递给外部存储模块，查询具体的交易信息。
所述的外部存储模块会构建本体模型和RDF元数据，在接收到交易生成模块生成的交易记录时，该模块会使用关联数据技术将农产品信息、生产者信息、消费者信息、物流公司信息和这条交易相关联起来，通过RDF转换器转换为RDF三元组模型，并生成唯一的交易记录URI标识。这样就通过关联数据模型建立起交易记录模型，通过数据库入口，建立起交易记录数据库并存储到数据库。
通过外部存储模块生成的交易记录URI会传输给区块链存储模块，该模块会根据该交易记录URI以及与其绑定的农产品ID、生产者ID、消费者ID和物流公司ID，根据公钥哈希出唯一的身份标签，作为该区块交易记录的唯一标识，并将这些ID数据构建Mekle树，这样只保留根节点信息大大节省了空间。接着进行交易验证，为工作量证明和签名验证，通过Hash256算法进行工作量证明，证明成功后对交易进行签名验证。如果交易验证成功后，会对区块中的数据进行检查，例如检查数据是否重复等，如果检查通过，则将该区块数据连接到上一区块下，并进行P2P广播到其他区块中去。
该实施采取了交易记录内容与交易记录URI分离存储的方式，这是一种区块链分布式多中心化存储的方式，外部存储交易记录内容同样可以采取加密方式存储，因此从分散式的数据存储变成中心相关的数据存储并不是倒退，而是为多中心化的存储提供基础。该实施采取的分离存储方式，将交易记录内容与交易记录URI分开，交易记录URI只存储在区块链上，这样可以很好地保护隐私信息。
该实施同时可以很好地应用于工业领域，解决区块链在工业互联网应用中的存储和安全问题。在工业互联网领域一直遇到的瓶颈就是安全隐患，而区块链应用在工业领域可以很好地解决安全问题。该实施采取的分离存储方式一方面可以解决工业互联网中云平台的存储问题，另一方面采取加密存储方式保护隐私信息解决了安全问题。
本系统的详细工作过程如下：在实际应用场景中，本系统可以应用在农产品供应链过程中产生的交易记录的分离存储。在农产品供应链中，交易记录会涉及农产品、生产者、物流公司、消费者等信息，使用该系统在区块链上实现交易记录信息的分离存储，其中详细交易信息存储在外部，区块链上只存储交易记录URI值。具体地，用户通过注册模块注册，并生成对应的数据对象ID，该用户针对消费者、物流公司、生产者以及所其所生产的农产品，通过注册模块产生数据对象ID，即用户所对应的消费者ID、物流公司ID、生产者ID以及农产品ID，这些数据对象ID用来绑定下面的交易记录。当产生交易记录时，交易生成模块会生成交易记录，并绑定与交易相关的数据对象ID，通过数据传输给外部存储模块，外部存储模块会通过关联数据模型生成RDF三元组图模型，并同时生成交易记录唯一的URI标识符，作为交易记录的ID，存储在交易记录数据库中。外部存储模块产生的交易记录URI会传输给区块链存储模块作为区块信息的一部分，区块链存储模块会构建完整的区块信息，为区块分配ID标签，构建Merkle树，生成区块信息的数字签名和时间戳，并对交易进行验证，为工作量的证明、签名验证和数据检查，并通过P2P广播区块信息。应用交互模块用于用户对交易信息的查询，其提供查询数据接口，通过输入查询条件，对交易记录的详细信息进行查询。应用交互模块可以对查询条件进行解析，由于交易记录是通过利用关联数据技术进行存储，所以可以通过查询条件的URI进行检索查询。
本系统与现有区块链存储效果对比见表1。
Figure BDA0001723616280000051
Figure BDA0001723616280000061
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (4)

1.一种基于关联数据的区块链分离存储系统，其特征在于，包括：用于生成数据对象ID的注册模块、用于生成并绑定数据对象ID的交易生成模块、用于存储交易记录RDF模型的外部存储模块、用于生成区块信息的区块链存储模块和用于区块信息查询的应用交互模块，其中：注册模块将区块链中交易的信息数据对象生成数据对象ID，外部存储模块通过关联数据技术处理从交易生成模块接收并保存包含数据对象ID的交易记录，同时生成交易记录URI并输出至区块链存储模块，区块链存储模块根据外部存储模块传输的交易记录URI构建区块信息，并进行交易验证，当验证成功后将区块信息通过P2P广播的同时，将该区块信息链接在上一区块尾部，应用交互模块依次与区块链存储模块和外部存储模块相连，根据用户输入查询条件查询区块信息交易记录；
所述的数据对象ID是指：注册模块的功能将交易记录中的数据对象生成一个唯一的ID，其包括：农产品的注册、消费者注册、生产者注册、物流公司注册，分别生成对应的农产品ID、消费者ID、生产者ID、物流公司ID；
所述的区块信息包括：唯一的身份标签、时间戳、数字签名，区块信息仅存储交易记录URI和交易记录对应的数据对象ID；
所述的交易验证包括：工作量证明、签名验证和数据检查。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的区块链存储模块中设有输入输出接口与外部存储模块以及应用交互模块中对应设有的数据查询接口相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的外部存储模块包括：生成URI标识单元、生成RDF模型单元以及交易记录数据单元，其中：生成URI标识单元构建本体模型、RDF元数据、生成URI标识符，并将其传给生成RDF模型单元；生成RDF模型单元与生成URI标识单元相连，将RDF转换器生成的RDF三元组通过HTTP协议与URI标识信息绑定在一起，并将三元组模型信息传输给交易记录数据库单元；交易记录数据库单元将上一单元生成的RDF三元组模型通过本体图库模型存储在数据库中。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征是，所述的区块链存储模块包括：构建区块信息单元、区块信息单元、数据广播单元以及内部数据存储单元，其中：构建区块信息单元与区块信息单元相连并传输构建好的区块信息，构建好的区块信息通过P2P广播将数据广播给数据广播单元，数据广播单元与内部区块数据存储单元相连，传输已通过交易验证的区块数据。
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