CN110928690B - 一种在5g网络环境下区块链数据同步和验证的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法，包括将服务器特征信息通过哈希函数映射到任意一个环上，并按照顺时针将信息存储到距离其最近的服务器上，建立用户节点和服务节点，所述服务节点上存储整个主区块链的备份并在服务节点上建立数据结构快速查找索引，所述用户节点上线时，搜寻一个服务节点作为自己的服务节点，并将自己的特征标识+当前时间+环内节点最后一个通过验证的区块输入哈希函数并作为自己的在环上的位置，所述节点移动时，节点存储信息利用一致性哈希算法移动。本发明的优点：节约了网络存储资源、保证区块链运转以及数据安全。

Description

一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，具体是指一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法。
背景技术
第五代移动通信技术(英语：5th generation mobile networks或5thgeneration wireless systems、5th-Generation，简称5G或5G技术)是最新一代蜂窝移动通信技术。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。然而随之而来的也有区块链运作效率低下，浪费大量时间和空间的问题，即产生了区块链存储空间问题、重复验证问题和数据分层管理问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决上述问题，提供一种节约了网络存储资源、保证区块链运转安全的在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法，包括将服务器特征信息通过哈希函数映射到任意一个环上，并按照顺时针将信息存储到距离其最近的服务器上，建立用户节点和服务节点，所述服务节点上存储整个主区块链的备份并在服务节点上建立数据结构快速查找索引，所述用户节点上线时，搜寻一个服务节点作为自己的服务节点，并将自己的特征标识+当前时间+环内节点最后一个通过验证的区块输入哈希函数并作为自己的在环上的位置，所述节点移动时，节点存储信息利用一致性哈希算法移动；
当区块链中有新的区块产生的时候，所述服务节点计算出区块的哈希值并将其通过一致性哈希算法映射到该服务器管理的环中，并根据当前网络安全程度、对信息来源可靠性的分析和当前在线节点个数，自动地沿着顺时针方向寻找若干个节点，并令所述节点对该新生成的区块进行校验与认证，所述节点验证完毕则视为该服务区对该区块验证成功；
所述区块接入主区块链后，所述区块被服务节点加入主区块链，所述区块被服务器再次经过哈希映射在环上，并使得顺时针若干个节点存储区块的备份文件；
所述节点需要读取某区块时，服务器将通过快速索引优先返回本地储存的区块链信息，同时该节点将随机选择1～2个存储所需区块的节点，使其发送校验信息到请求节点进行比对和认证。
本发明具有如下优点：通过网络中服务节点的合理调度，节点数增加时，净运行时间则随着节点个数的增多快速下降，较好地分配了各个节点的计算资源，使得节点消耗的运算资源大幅度减少，具有十分优秀的存储效率和优秀的存储容量可扩展性。
作为改进，所述服务器的个数增加时，数据均存储于顺时针遇到的第一个服务器，所述服务器个数减少，将要删除的服务器中的全部数据转移到顺时针遇到的下一个服务器。
作为改进，所述服务器需定期对本地的数据和所有节点中缓存的数据进行验证比较，数据缺失或者数据不相同则通过网络向其他服务节点获取更加可靠的区块链。
附图说明
图1是本发明一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法的流程结构示意图。
图2是本发明一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法的服务器存储关系结构示意图。
图3是本发明一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法的新增服务器关系结构示意图。
图4是本发明一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法的用户节点上线环上节点结构示意图。
图5是本发明一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法的区块与用户节点的映射位置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图1、图2、图3、图4、图5。一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法，包括将服务器特征信息通过哈希函数映射到任意一个环上，并按照顺时针将信息存储到距离其最近的服务器上，建立用户节点和服务节点(B1)，所述服务节点上存储整个主区块链的备份并在服务节点上建立数据结构快速查找索引(B2)，所述用户节点上线时，搜寻一个服务节点作为自己的服务节点，并将自己的特征标识+当前时间+环内节点最后一个通过验证的区块输入哈希函数并作为自己的在环上的位置，所述节点移动时，节点存储信息利用一致性哈希算法移动；
当区块链中有新的区块产生的时候，所述服务节点计算出区块的哈希值并将其通过一致性哈希算法映射到该服务器管理的环中，并根据当前网络安全程度、对信息来源可靠性的分析和当前在线节点个数，自动地沿着顺时针方向寻找若干个节点，并令所述节点对该新生成的区块进行校验与认证(B3)，所述节点认证完毕则视为该服务区对该区块验证成功；
所述区块接入主区块链后，所述区块被服务节点加入主区块链，所述区块被服务器再次经过哈希映射在环上，并使得顺时针若干个节点存储区块的备份文件；
所述节点需要读取某区块时，服务器将通过快速索引优先返回本地储存的区块链信息，同时该节点将随机选择1～2个存储所需区块的节点，使其发送校验信息到请求节点进行比对和认证(B4)。
所述服务器的个数增加时，数据均存储于顺时针遇到的第一个服务器，所述服务器个数减少，将要删除的服务器中的全部数据转移到顺时针遇到的下一个服务器(B5)。
所述服务器需定期对本地的数据和所有节点中缓存的数据进行验证比较(B6)，数据缺失或者数据不相同则通过网络向其他服务节点获取更加可靠的区块链。
本发明的原理：一致性哈希算法是哈希算法的一种扩展。该算法实现了为服务器和存储信息均实时变化的情况下较为合理地分配网络缓存。简要介绍一致性哈希算法：
一致性哈希算法首先将服务器特征信息通过哈希函数映射到一个环上，并按照顺时针将信息存储到距离其最近的服务器上(如图2，其中S代表服务器，A代表信息，虚线为存储关系)。由于哈希函数的随机性，每个服务器期望存储的信息个数均相同。
如果服务器的个数增加时(如图3，S3服务器为新增服务器)，为了维护每个元素均存储于顺时针遇到的第一个服务器的原则，在S3右边和S2左边的所有数据(如A2)均需要从原服务器(S1)转移到新增的服务器(S3)。而如果服务器个数减少，只需要将要删除的服务器中的全部元素转移到顺时针遇到的下一个服务器即可。
分析算法效率可知：每个服务器平均存储的信息量为信息总数除以服务器总数，同时在服务器变动时也只需要移动一个服务器中的信息。因此一致性哈希算法是一种高效而合理地分配网络存储资源的优秀算法，这为本发明基于一致性哈希算法的区块链优化的提出提供了正常高效运转的基石。
本发明在具体实施时，继承了区块链分布式存储的方法，拟建立用户节点和服务节点两种类型节点。其中用户节点数量庞大、容易变动、安全等级低且存储和计算能力均比较弱。而服务节点则具有运算能力强、存储空间大和连接稳定等特点。
基于上述不同节点的特点，将在每个服务节点上存储整个主区块链的备份并在服务节点上建立数据结构快速查找索引。而用户节点只根据网络要求在用户节点上存储少量区块数据，同时用户节点的验证、计算等工作也将分摊一部分到服务节点。
下面将详细介绍本发明中节点的任务以及在实际情况中的运转流程。
当用户节点上线时，需要先搜寻一个服务节点作为自己的服务节点。并将自己的特征标识+当前时间+环内节点最后一个通过验证的区块输入哈希函数并作为自己的在环上的位置(如图4)。这样决定节点位置可以保证位置定时刷新且无法被预测。当节点移动时，节点存储信息利用一致性哈希算法移动。
当区块链中有新的区块产生的时候，首先由服务节点计算出区块的哈希值并将其通过一致性哈希算法映射到该服务器管理的环中。(如图5，绿色为区块的映射位置，蓝色为用户节点的映射位置)并根据当前网络安全程度、对信息来源可靠性的分析和当前在线节点个数，自动地沿着顺时针方向寻找若干个节点(如标星节点)并令这些节点对该新生成的区块进行校验与认证。标星节点验证完毕则视为该服务区对该区块验证成功。由于一致性哈希具有的随机性质，其过程可以等价于在该服务区中随机抽取若干个节点进行验证工作。这使得少数的节点可以使用较少的工作量代替大多数节点验证，同时由于系统的随机性质使得这些节点难以被预测和攻击。从而使这些节点的验证具有代表性。
当一个区块最终接入主区块链后，服务节点需要将这个区块加入主区块链。同时，服务器将这个经过认证的区块再次经过哈希映射在环上，并使得顺时针若干个节点存储区块的备份文件。当节点需要读取某区块时，服务器将通过快速索引优先返回本地储存的区块链信息，同时该节点将随机选择1～2个存储了所需区块的节点，使其发送校验信息到请求节点进行比对和认证。从而在保证读取效率的情况下尽可能保证数据不会被篡改。
服务器需要定期对本地的数据和所有节点中缓存的数据进行查验比较。如果发现了数据缺失或者数据不相同则通过网络向其他服务节点获取更加可靠的区块链。这样就可以避免由于本地错误或其他原因导致数据遗失和破坏，同时也使得入侵者难以对数据进行攻击和破坏。
综上，在提升了区块链的工作效率和优化区块链占用的存储的同时，有着一套较为可行的防攻击和安全维护机制，使得本发明稳定、高效而可靠。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的结构并不局限于此。总而言如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法，其特征在于：包括将服务器特征信息通过哈希函数映射到任意一个环上，并按照顺时针将信息存储到距离其最近的服务器上，建立用户节点和服务节点，所述服务节点上存储整个主区块链的备份并在服务节点上建立数据结构快速查找索引，所述用户节点上线时，搜寻一个服务节点作为自己的服务节点，并将自己的特征标识+当前时间+环内节点最后一个通过验证的区块输入哈希函数并作为自己的在环上的位置，所述节点移动时，节点存储信息利用一致性哈希算法移动；
当区块链中有新的区块产生的时候，所述服务节点计算出区块的哈希值并将其通过一致性哈希算法映射到该服务器管理的环中，并根据当前网络安全程度、对信息来源可靠性的分析和当前在线节点个数，自动地沿着顺时针方向寻找若干个节点，并令所述节点对该新生成的区块进行校验与认证，所述节点认证完毕则视为该服务区对该区块验证成功；
所述区块接入主区块链后，所述区块被服务节点加入主区块链，所述区块被服务器再次经过哈希映射在环上，并使得顺时针若干个节点存储区块的备份文件；
所述节点需要读取某区块时，服务器将通过快速索引优先返回本地储存的区块链信息，同时该节点将随机选择1～2个存储所需区块的节点，使其发送校验信息到请求节点进行比对和认证。
2.根据权利要求1所述的一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法，其特征在于：所述服务器的个数增加时，数据均存储于顺时针遇到的第一个服务器，所述服务器个数减少，将要删除的服务器中的全部数据转移到顺时针遇到的下一个服务器。
3.根据权利要求1所述的一种在5G网络环境下区块链数据同步和验证的方法，其特征在于：所述服务器需定期对本地的数据和所有节点中缓存的数据进行验证比较，数据缺失或者数据不相同则通过网络向其他服务节点获取更加可靠的区块链。
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