CN111767168A - 基于区块链的便于数据回溯的存储系统 - Google Patents

基于区块链的便于数据回溯的存储系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于区块链的便于数据回溯的存储系统，属于数据存储技术领域。它解决了现有技术设计数据回溯存在安全性的问题。本基于区块链的便于数据回溯的存储系统所述存储系统运行在底层的区块链平台的各共识节点，包括：创世区块创建模块，该模块生成一个创世区块，用于存储各数据存储系统中的所有数据库名称及其所对应的操作日志文件的起始地址，基于共识将该区块存储到区块链上；日志头区块创建模块，该模块生成一个日志头区块等。本基于区块链的便于数据回溯的存储系统的优点在于：由于区块链网络具有分布式账本具有不可伪造和篡改的功能，可实现与数据库一一对应的操作日志文件中的改动实现全程的备份，且备份的数据安全度高。

Description

基于区块链的便于数据回溯的存储系统
技术领域
本发明属于数据存储技术领域，尤其是涉及一种基于区块链的便于数据回溯的存储系统。
背景技术
区块链技术，区块链是一种新型去中心化分布式账本技术，能安全地存储交易或其他数据，特点是存储在区块链上的信息不可伪造和篡改，区块链共识算法驱动区块链上的每个节点都参与到交易的验证过程中，保证区块链上交易都是经过确认可信的，区块链上每个节点都维护一个公共的账本，任何一个节点对自己所维护的账本的修改都将不被其他节点所承认，从而保证公共账本不可被伪造和篡改。
传统数据库为中心化数据库，采用客户端-服务器网络架构，在这种结构中，用户(或称为客户端)可以修改存储在中央服务器中的数据，数据库的控制权保留在获得指定授权的机构处，他们会在用户试图接入数据库前对其身份进行验证，而由于授权机构对于数据库的管理负责，如果授权机构的安全性受到损害，则数据面临被修改、甚至被删除的风险。
在现有的传统的中心化数据库中，当数据库中的数据丢失时，通常通过数据库中的操作日志的记录进行恢复数据，但是问题是，此时操作日志中记载的操作记录也可能被人为的修改和/或删除，导致操作日志数据的不安全，最终导致数据库内的数据的不安全，当未备份数据时，无法进行数据恢复。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决上述问题中的至少一部分的基于区块链的便于数据回溯的存储系统。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的基于区块链的便于数据回溯的存储系统，所述存储系统运行在底层的区块链平台的各共识节点，其特征在于，本系统包括：
创世区块创建模块，该模块生成一个创世区块，用于存储各数据存储系统中的所有数据库名称及其所对应的操作日志文件的起始地址，基于共识将该区块存储到区块链上；
日志头区块创建模块，该模块生成一个日志头区块，用于存储创世区块哈希值、数据库名称、单个的操作日志文件的起始地址、操作日志文件建立时间，并加上时间戳，基于共识将该区块存储到区块链上；
日志数据区块创建模块，该模块生成一个日志数据区块，其位于一个日志头区块的后序的区块中，用于存储前序区块哈希值、该日志头区块中的已知的位于操作日志文件的起始地址的操作日志文件在操作其所对应的数据库后所附加的操作记录数据及其的长度，并加上时间戳，基于共识将该区块存储到区块链上；
数据回溯模块，该模块在接收到恢复数据指令后，将通过数据查询合约查询到时间段为自当前至数据恢复时间点之间的操作记录数据，并通过数据执行工具将指定的数据库恢复到设定的恢复时间点时的状态。
在上述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统中，数据查询合约首先根据恢复数据指令中的数据库名称在创世区块查询到与其对应的操作日志文件的起始地址，然后根据操作日志文件的起始地址查找到对应的日志头区块，以及根据恢复时间点查询位于该日志头区块中的后序的日志数据区块中自当前至恢复时间点之间的操作记录数据；在执行数据查询合约之后、执行数据执行工具之前还需依次执行数据解析合约和数据反解析合约，数据解析合约将数据查询合约寻找到的时间段为自当前至数据恢复时间点之间的操作记录数据解析成明文，而数据反解析合约则在执行数据解析合约完成后对已解析成明文的操作记录数据进行反解析，在反解析后，将已反解析的操作记录数据通过调用数据执行工具将数据库恢复到设定的恢复时间点时的状态。
在上述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统中，本系统还包括日志修改跟踪合约，该合约的触发条件为创世区块内存储的所有的操作日志文件中的一个发生改动时，自动调用日志数据区块创建模块，以将发生改动的操作日志文件中的新附加的部分存入新创建的日志数据区块中。
在上述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统中，操作日志文件的起始地址包括网络地址和物理地址。
在上述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统中，日志数据区块还包括存储操作日志文件的起始地址至附加的操作记录数据中的首位数所处位置的间隔距离。
在上述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统中，本系统还包括数据一致性验核合约，该合约由时间作为触发条件或者被数据回溯模块自动调用，用于比较在区块链检索到的日志数据区块中存储的操作记录数据及其的长度是否与当前的操作日志文件中的相应数据吻合，若符合则验核通过。
在上述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统中，数据一致性验核合约中，根据操作日志文件的起始地址、以及操作日志文件的起始地址至附加的操作记录数据中的首位数所处位置的间隔距离和操作记录数据的长度获取操作日志文件中的操作记录数据用于与日志数据区块中存储的操作记录数据进行比对，如不完全相同，则验核失败，数据回溯模块不执行恢复数据指令。
在上述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统中，本系统还包括操作日志文件再生成模块，该模块用于当在执行数据一致性验核合约时出现操作日志文件中的操作记录数据与日志数据区块中存储的操作记录数据比对不完全相同时，将位于区块链中以存储有该操作日志文件的起始地址的日志头区块为前序的所有后序的日志数据区块中的操作记录数据按时间顺序依次连接形成一个自该操作日志文件建立以来的完整的操作记录数据，并将该完整的操作记录数据去替换现有的该操作日志文件的中的数据。
与现有技术相比，本基于区块链的便于数据回溯的存储系统的优点在于：
1、由于区块链网络具有分布式账本具有不可伪造和篡改的功能，可实现与数据库一一对应的操作日志文件中的改动实现全程的备份，且备份的数据安全度高；
2、根据日志头区块中存储的操作日志文件的起始地址，以及日志数据区块中存储的操作记录数据及其的长度，以及操作日志文件的起始地址至附加的操作记录数据中的首位数所处位置的间隔距离这些数据可以快速查找到操作日志文件中存储有该操作记录数据的位置，有利于提高数据一致性验核合约的执行效率；
3、日志文件再生成模块，实现对已可能被外部黑客非法篡改的操作日志文件内的内容进行替换，即将位于区块链中安全的操作记录数据替换掉位于操作日志文件内的内容。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1提供了本发明实施例的系统架构示意图。
图2提供了本发明实施例中创世区块的数据结构示意图。
图3提供了本发明实施例中日志头区块的数据结构示意图。
图4提供了本发明实施例中日志数据区块的数据结构示意图。
图5提供了本发明实施例中的创世区块、日志头区块和日志数据区块的关系示意图。
具体实施方式
对本发明实施例进行进一步详细说明之前，对本发明实施例中涉及的名词和术语进行说明，本发明实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。
1、交易(Transaction)，等同于计算机术语“事物”，包括三种不同的交易类型：部署(Deploy)，调用(Invoke)和查询(Query)。部署交易用于向区块链网络的节点安装指定的链码，调用和查询类型的交易用于调用部署号的链码，以实现对账本中的目标账户的相关数据的操作，包括增、删、查、改的操作修改账户中的键值(Key-Value)对形式的数据，或者在账本中增加新的账户，并非单指商业语境中的交易，鉴于在区块链技术中约定俗成地使用了“交易”这一术语，本发明实施例遵循了这一习惯。
2、区块(Block)，记录一段时间内交易所更新的账本数据的数据结构，被标记上时间戳和之前一个区块的独特标记(例如数字指纹)，区块经过区块链网络中节点的共识验证后，会被追加到区块链的末尾成为新区块。
3、区块链(Blockchain)，区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，在每个区块中引用前一个区块或者其子集的哈希值，从而以密码学的方式保证所记录交易的不可篡改和不可伪造。
4、区块链网络，通过共识的方式将新区块纳入区块链的一系列的、无中心的节点的集合。
5、账本(Ledger)，区块链网络中以账户为维度所记录的数据的总和，包括账本数据、账本状态、账本状态证明和区块索引等元素。
6、账本数据，实际区块数据存储，即区块链中记录的一系列有序的、不可篡改的交易的记录，可以表现为文件系统的文件的形式，交易中调用的智能合约被执行时，实现对账户/账户中数据的更新。
7、共识(Consensus)，是区块链网络中的一个过程，用于在涉及的多个节点之间对交易结果达成一致，实现共识的机制包括工作量证明(PoW)、权益证明(PoS，Proof ofStake)、股份授权证明(DPoS，Delegated Proof-of-Stake)、消逝时间量证明(PoET，Proofof Elapsed Time)等。
8、智能合约(Smart Contracts)，建成合约，也称为链码(Chaincode)，部署在区块链网络中的根据条件而触发执行的程序，链码运行在一个安全的容器中，来初始化和管理账本数据和账本状态。
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
如图1、5所示，本基于区块链的便于数据回溯的存储系统，所述存储系统运行在底层的区块链平台的各共识节点，各共识节点上安装有创世区块创建模块、日志头区块创建模块、日志数据区块创建模块、数据回溯模块。
各模块的具体介绍如下。
创世区块创建模块，该模块生成一个如图2所示的创世区块，用于存储各数据存储系统中的所有数据库名称及其所对应的操作日志文件的起始地址，基于共识将该区块存储到区块链上。
具体地，这里操作日志文件的起始地址包括网络地址和物理地址，这里的网络地址通常为IP地址，即为存储该数据库及其操作日志文件的终端设备的网络标识，这里的物理地址指该IP地址所指的终端设备上存储的该操作日志文件的硬盘卷号以及在该卷号的硬盘下的该操作日志文件的二进制地址。
另外地，本系统还包括日志修改跟踪合约，该合约的触发条件为创世区块内存储的所有的操作日志文件中的一个发生内容改动时，自动调用日志数据区块创建模块，以将发生改动的操作日志文件中的新附加的部分存入新创建的日志数据区块中。
这里的判断操作日志文件是否改动的判断标准可以是看该文件的修改时间是否有变动，另一个看该文件的大小是否有变动，作为优选可以同时结合文件的修改时间和文件的大小变动情况进行判断该操作日志文件是否改动。
日志头区块创建模块，该模块生成一个如图3所示的日志头区块，用于存储创世区块哈希值、数据库名称、单个的操作日志文件的起始地址、操作日志文件建立时间，并加上时间戳，基于共识将该区块存储到区块链上。
需要说明的是，这里的日志头区块在创世区块创建后由系统自动调用执行，每一个操作日志文件对应一个日志头区块。
日志数据区块创建模块，该模块生成一个如图4所示的日志数据区块，其位于一个日志头区块的后序的区块中，用于存储前序区块哈希值、该日志头区块中的已知的位于操作日志文件的起始地址的操作日志文件在操作其所对应的数据库后所附加的操作记录数据及其的长度，并加上时间戳，基于共识将该区块存储到区块链上。
需要说明的是，一个日志头区块的后序区块都为日志数据区块，且该日志头区块后序的所有的日志数据区块中存放的操作记录数据都是该日志头区块中所记录的操作日志文件中的内容。
作为优选，日志数据区块还存储操作日志文件的起始地址至附加的操作记录数据中的首位数所处位置的间隔距离，以有利于根据操作日志文件的起始地址、以及该间隔距离和操作记录数据长度实现快速获取到操作日志文件中的该操作记录数据的内容。
数据回溯模块，该模块在接收到恢复数据指令后，将通过数据查询合约查询到时间段为自当前至数据恢复时间点之间的操作记录数据，并通过数据执行工具将指定的数据库恢复到设定的恢复时间点时的状态。
具体地，数据查询合约首先根据恢复数据指令中的数据库名称在创世区块查询到与其对应的操作日志文件的起始地址，然后根据操作日志文件的起始地址查找到对应的日志头区块，以及根据恢复时间点查询位于该日志头区块中的后序的日志数据区块中自当前至恢复时间点之间的操作记录数据；在执行数据查询合约之后、执行数据执行工具之前还需依次执行数据解析合约和数据反解析合约，所述的数据解析合约将数据查询合约寻找到的时间段为自当前至数据恢复时间点之间的操作记录数据解析成明文，而数据反解析合约则在执行数据解析合约完成后对已解析成明文的操作记录数据进行反解析，在反解析后，将已反解析的操作记录数据通过调用数据执行工具将数据库恢复到设定的恢复时间点时的状态。
需要说明的是这里的反解析是指如操作记录指的是增加(insert)数据，则反解析时将增加(insert)反解析为删除(delete)，即是增加数据的逆操作。
本系统还包括数据一致性验核合约，该合约由时间作为触发条件或者被数据回溯模块自动调用，用于比较在区块链检索到的日志数据区块中存储的操作记录数据及其的长度是否与当前的操作日志文件中的相应数据吻合，若符合则验核通过。
在数据回溯模块的执行中通过调用数据一致性验核合约，以根据操作日志文件的起始地址、以及操作日志文件的起始地址至附加的操作记录数据中的首位数所处位置的间隔距离和操作记录数据的长度获取操作日志文件中的操作记录数据用于与日志数据区块中存储的操作记录数据进行比对，如不完全相同，则验核失败，数据回溯模块不执行恢复数据指令。
实施例2
本实施例与实施例1共同的不同之处在于：本系统还包括操作日志文件再生成模块，该模块用于当在执行数据一致性验核合约时出现操作日志文件中的操作记录数据与日志数据区块中存储的操作记录数据比对不完全相同时，将位于区块链中以存储有该操作日志文件的起始地址的日志头区块为前序的所有后序的日志数据区块中的操作记录数据按时间顺序依次连接形成一个自该操作日志文件建立以来的完整的操作记录数据，并将该完整的操作记录数据去替换现有的该操作日志文件的中的数据。
由于数据一致性验核合约也可以由时间为触发条件，如设定每天23时自动触发，以检测位于创世区块中所存的所有操作日志文件是否存在被外部意外改动的情况，这样当执行数据一致性验核合约验核未通过时，可自动调用上述的操作日志文件再生成模块，将操作日志文件中的内容恢复为区块链中的数据一样的内容。
另外，作为优选，在验核未通过时发送报警信息给操作日志文件所在的IP地址的终端设备，此外在执行操作日志文件再生成模块之前，可先将被意外改动的操作日志文件先存放至一个安全的设备上，如与共识节点连接的外部服务器上。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种基于区块链的便于数据回溯的存储系统，所述存储系统运行在底层的区块链平台的各共识节点，其特征在于，本系统包括：
创世区块创建模块，该模块生成一个创世区块，用于存储各数据存储系统中的所有数据库名称及其所对应的操作日志文件的起始地址，基于共识将该区块存储到区块链上；
日志头区块创建模块，该模块生成一个日志头区块，用于存储创世区块哈希值、数据库名称、单个的操作日志文件的起始地址、操作日志文件建立时间，并加上时间戳，基于共识将该区块存储到区块链上；
日志数据区块创建模块，该模块生成一个日志数据区块，其位于一个日志头区块的后序的区块中，用于存储前序区块哈希值、该日志头区块中的已知的位于操作日志文件的起始地址的操作日志文件在操作其所对应的数据库后所附加的操作记录数据及其的长度，并加上时间戳，基于共识将该区块存储到区块链上；
数据回溯模块，该模块在接收到恢复数据指令后，将通过数据查询合约查询到时间段为自当前至数据恢复时间点之间的操作记录数据，并通过数据执行工具将指定的数据库恢复到设定的恢复时间点时的状态。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统，其特征在于，所述的数据查询合约首先根据恢复数据指令中的数据库名称在创世区块查询到与其对应的操作日志文件的起始地址，然后根据操作日志文件的起始地址查找到对应的日志头区块，以及根据恢复时间点查询位于该日志头区块中的后序的日志数据区块中自当前至恢复时间点之间的操作记录数据；在执行数据查询合约之后、执行数据执行工具之前还需依次执行数据解析合约和数据反解析合约，所述的数据解析合约将数据查询合约寻找到的时间段为自当前至数据恢复时间点之间的操作记录数据解析成明文，而数据反解析合约则在执行数据解析合约完成后对已解析成明文的操作记录数据进行反解析，在反解析后，将已反解析的操作记录数据通过调用数据执行工具将数据库恢复到设定的恢复时间点时的状态。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统，其特征在于，本系统还包括日志修改跟踪合约，该合约的触发条件为创世区块内存储的所有的操作日志文件中的一个发生改动时，自动调用日志数据区块创建模块，以将发生改动的操作日志文件中的新附加的部分存入新创建的日志数据区块中。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统，其特征在于，所述的操作日志文件的起始地址包括网络地址和物理地址。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统，其特征在于，所述的日志数据区块还包括存储操作日志文件的起始地址至附加的操作记录数据中的首位数所处位置的间隔距离。
6.根据权利要求5所述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统，其特征在于，本系统还包括数据一致性验核合约，该合约由时间作为触发条件或者被数据回溯模块自动调用，用于比较在区块链检索到的日志数据区块中存储的操作记录数据及其的长度是否与当前的操作日志文件中的相应数据吻合，若符合则验核通过。
7.根据权利要求6所述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统，其特征在于，所述的数据一致性验核合约中，根据操作日志文件的起始地址、以及操作日志文件的起始地址至附加的操作记录数据中的首位数所处位置的间隔距离和操作记录数据的长度获取操作日志文件中的操作记录数据用于与日志数据区块中存储的操作记录数据进行比对，如不完全相同，则验核失败，数据回溯模块不执行恢复数据指令。
8.根据权利要求6所述的基于区块链的便于数据回溯的存储系统，其特征在于，本系统还包括操作日志文件再生成模块，该模块用于当在执行数据一致性验核合约时出现操作日志文件中的操作记录数据与日志数据区块中存储的操作记录数据比对不完全相同时，将位于区块链中以存储有该操作日志文件的起始地址的日志头区块为前序的所有后序的日志数据区块中的操作记录数据按时间顺序依次连接形成一个自该操作日志文件建立以来的完整的操作记录数据，并将该完整的操作记录数据去替换现有的该操作日志文件的中的数据。
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