CN112148787A - 一种锥体区块、锥体区块链结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于链式数据结构技术领域，具体涉及一种锥体区块、锥体区块链结构和方法，包括节点区块、分项单元区块和用户区块，节点区块、分项单元区块和用户区块连接构成锥体区块；节点区块为锥体区块的顶层区块；分项单元区块为锥体区块的中层区块，属于节点区块的分类区块，是节点区块的子区块；用户区块为锥体区块的底层区块。各个区块相互连接形成锥体网络结构，同时也是新型锥体网络数据分层存储方法，不同区块之间通过哈希值关联，各层级数据区块之间采用共识算法，确保信息的一致性，扩大了区块链的容量，解决了区块链耗能和区块链效率等问题，实现了多中心链式认证服务，解决了区块链去中心化模式存在的无监管问题。

Description

一种锥体区块、锥体区块链结构和方法

技术领域

本发明属于链式数据结构技术领域，具体涉及一种锥体区块、锥体区块链结构和方法。

背景技术

区块链是链式数据结构用来储存信息的分布式系统，是一个去中心化的分布式数据库，任何人都可以成为区块链的节点使用并且维护这个数据库。

区块链是以区块为单位的链式结构，每一个区块都随时间产生并且储存交易数据，区块是由区块头和区块体构成，区块头包含的信息有版本号、前一块区块的哈希值、时间戳、随机数、本区块所有数据的默克尔根值、难度目标等信息，区块体则主要包含交易信息。

区块链的链状结构一定程度上防止了区块里的信息被篡改，为了匹配链式结构的所有区块的哈希值，需要极大算力，篡改成功几率几乎为零。

区块链作为一种新型技术也存在一些不足，存储容量有限，目前主流区块链的区块大小都有一定的限制，如果扩容需要面临数据同步性差的问题。

区块链耗能严重，虽然区块链技术的共识机制向权益证明机制发展，来减少能源消耗，但目前主流的区块链区块还需要挖矿产生，挖矿的过程需要非常多的资源，造成大量资源浪费。

区块链交易数据延迟很高，交易确认时间长，与有中心的交易平台相比还有很大差距。

区块链没有相关机构进行监管，导致区块链技术应用于非常多黑色产业中，对区块链应用国家法律监管有一定难度。

区块链可以储存大量的信息，但实际应用场景中太多的信息是需要不断更新的，由于区块链信息不能修改，同一信息需要多次输入，导致区块链信息冗余严重。因此一个新型的区块链结构建立十分必要。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种锥体区块、锥体区块链结构和方法，可以解决了区块链容量小、区块链耗能高、区块链效率低以及去中心化模式存在的无监管问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种锥体区块，包括节点区块、分项单元区块和用户区块，节点区块、分项单元区块和用户区块连接构成锥体区块；

节点区块为锥体区块的顶层区块；

分项单元区块为锥体区块的中层区块，属于节点区块的分类区块，是节点区块的子区块；

用户区块为锥体区块的底层区块。

节点区块、分项单元区块和用户区块均由区块头和区块体组成，其中区块头主要含有区块编码、关联区块哈希值、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息哈希值和区块内容哈希值；区块体含有管理员信息和区块内容。

节点区块汇总分项单元区块的信息并进行相关授权验证；分项单元区块经节点区块申请生成，并分为不同类的分项单元区块；用户区块经分项单元区块申请生成，分项单元区块对用户区块信息进行授权验证，用户区块对具体信息进行授权验证。

用户区块可向下延申，形成二级单元区块、二级用户区块，用户区块、二级单元区块和二级用户区块之间也构成锥体区块。

一种锥体区块链结构，包括若干个锥体区块，其中有一个锥体区块为总锥体区块，其它锥体区块按照所属类别或性质进行划分：

同一类别或性质的锥体区块位于同一列，且同一列上各锥体区块中的节点区块连接形成线形链；根据所属类别或性质的不同，形成若干列的线形链；不同列的线形链之间相交于总锥体区块中的节点区块，构成锥体区块链结构。

同一条列上的锥形区块按照等级分层并按照关联共识关系形成一个私有链，等级相同的锥形区块在同一层；不同列的线形链按照共识关系形成锥体联盟链。

按照按节点编码在锥体区块链结构中定位，生成各节点区块的创世区块；各节点区块分别生成分项单元区块编码，申请注册不同的分项单元区块；分项单元区块生成后，生成各用户区块编码，申请用户区块。

一种锥体区块链构建方法，节点区块的创世区块具体生成过程为：

S1、申请锥体区块链法人身份节点区块编码；

S2、管理机构对法人进行身份认证；

S3、法人身份认证通过后，注册法人节点区块服务网络地址、服务器标识；

S4、节点区块法人授权节点区块管理员，管理员身份认证通过；

S5、节点区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息、区块内容生成节点创世区块。

分项单元区块和用户区块注册产生过程为：

S1、节点创世区块生成后，节点区块按节点编码在锥体区块链中定位；

S2、根据不同的业务性质申请注册不同分项单元区块，同时生成分项单元区块编码；

S3、授权分项单元区块管理员，管理员身份认证通过，申请分项单元内容；

S4、注册分项单元区块服务网络地址、服务器标识；

S5、分项单元区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息、区块内容生成分项单元区块；

S6、分项单元区块生成后，可申请用户区块，同时生成用户区块编码；

S7、授权用户区块管理员，管理员身份认证通过，申请用户内容；

S8、注册用户区块服务网络地址、服务器标识；

S9、用户区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息，区块内容、生成用户区块。

根据区块的关联关系可以把锥体区块链的锥体区块又分为主区块和次区块，其中内容管理主体区块为主区块，由关联共识存储内容形成的区块为次区块；由主区块的认证生成验证区块；关联验证区块为相关联区块验证内容的组合，生成关联验证区块。

用户区块内容主要由微区块组成，微区块内容由用户区块认证生成，为具体相关认证信息，微区块之间根据关联共识关系生成微区块链。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

锥体区块链结构包含节点区块，分项单元区块，用户区块，二级单元区块，微区块等。各个区块相互连接形成锥体网络结构，同时也是新型锥体网络数据分层存储方法，不同区块之间通过哈希值关联，各层级数据区块之间采用共识算法，确保信息的一致性，扩大了区块链的容量，解决了区块链耗能和区块链效率等问题，实现了多中心链式认证服务，解决了区块链去中心化模式存在的无监管问题。

附图说明

图1是本发明锥体区块的一种结构示意图；

图2是本发明锥体区块的另一种结构示意图；

图3是本发明锥体区块链的结构示意图；

图4是本发明锥体区块连接示意图；

图5是本发明区块生成流程示意图；

图6是本发明区块结构示意图；

图7是本发明用户区块与微区块之间关系的示意图；

图8是本发明验证区块与微区块之间关系的示意图；

图9是本发明锥体区块之间关系的一个实施例示意图；

图10是本发明节点区块的创世区块产生流程图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种锥体区块，包括节点区块、分项单元区块和用户区块，节点区块、分项单元区块和用户区块连接构成锥体区块；

节点区块为锥体区块的顶层区块；

分项单元区块为锥体区块的中层区块，属于节点区块的分类区块，是节点区块的子区块；

用户区块为锥体区块的底层区块。

如图6所示，锥体区块中的每个子区块是由区块头和区块体组成，其中区块头主要含有区块编码、关联区块哈希值、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息哈希值、区块内容哈希值，区块体含有管理员信息，区块内容。

其中管理员信息包括，管理员的注册、更改、注销；区块内容包括验证内容、关联验证内容、其他区块内容。

如图2所示，用户区块根据自身服务内容，如提供公共平台的，可申请二级单元区块及二级用户区块；用户区块、二级单元区块和二级用户区块之间也构成锥体区块。有些机构也存在没有用户区块，或者没有分项单元区块的情况。

如图3所示，一种锥体区块链结构，包括若干锥体区块，其中有一个锥体区块为总锥体区块，其它锥体区块按照所属类别或性质进行划分：

优选的，同一类别或性质的锥体区块位于同一列，且同一列上各锥体区块中的节点区块连接形成线形链；根据所属类别或性质的不同，形成若干列的线形链；不同列的线形链之间相交于总锥体区块中的节点区块，整体构成锥体区块链结构。

具体按照何种类别或性质进行划分，可根据应用场景确定，例如：以国家为例，其中国家为总锥体区块，其它锥体区块按照部门性质进行划分：公安部、教育部、司法部等。

进一步，如图4所示，同一条列上的锥体区块按照等级分层并按照关联共识关系形成一个私有链；不同列的线形链按照共识关系形成锥体联盟链；等级相同的锥形区块在同一层，即同一条列上的同一层上包括一个以上等级相同的锥形区块。

私有链：同一性质的机构，位于锥体区块链的同一列，各个锥体区块按照共识关系形成私有链；联盟链：不同性质的机构，位于锥体区块链的不同列，各个锥体区块按照共识关系形成联盟链；具体的：可按照权属等级（或从属等级）分为不同的层级3-6。

例如：山西省公安，朔州市公安，平鲁区公安之间连接是私有链；山西省公安，山西省民政局，山西省劳动局，等等之间连接是联盟链。

如图5和10所示，一种锥体区块链构建方法：

总体流程为：首先节点区块按照节点区块编码在锥体区块链结构中定位，生成各节点区块的创世区块；然后各节点区块分别生成分项单元区块编码，申请注册不同的分项单元区块；分项单元区块生成后，申请用户区块，进一步的，用户区块为法人用户是还可向下申请二级单元区块，二级用户区块等。

节点区块编码在锥体区块链中申请得到，用来定位节点区块在锥体区块链的位置，分项单元区块编码和用户区块编码层级关系嵌套包含节点区块编码，是分项单元区块和用户区块性质和功能的标识。

以国家为例：锥体区块链中节点区块和分项单元区块的编码由主权国家编码数字，国家权属分级形成的编码数字，管理性质划分形成的编码数字组成。

例如：中国总锥体区块编码为86，公安性质编码为A，民政性质编码为B，山西省公安86A03，朔州公安86A0303，平鲁公安86A030301，山西省民政86B03，朔州民政86B0303，平鲁民政86B030301等。

用户区块的编码是由用户区块存储的内容决定，区块体包含各种验证内容，关联验证内容。

如图10所示，节点区块的创世区块具体生成过程为：

S1、申请锥体区块链法人身份节点区块编码；

S2、管理机构对法人进行身份认证；

S3、法人身份认证通过后，注册法人节点区块服务网络地址、服务器标识；

S4、节点区块法人授权节点区块管理员，管理员身份认证通过；

S5、节点区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息、区块内容生成节点创世区块。

例如：某省公安机关创建创世区块，首先要获得该省公安机关的节点区块编码，然后进行公安机关法人认证，法人身份认证通过后，注册公安机关节点区块服务网络地址和服务器标识，以及该公安机关授权管理员。该公安机关区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息、区块内容生成该公安机关节点区块。

进一步的，分项单元区块和用户区块注册产生过程为：

S1、节点创世区块生成后，节点区块按节点编码在锥体区块链中定位；

S2、根据不同的业务性质申请注册不同分项单元区块，同时生成分项单元区块编码；

S3、授权分项单元区块管理员，管理员身份认证通过，申请分项单元内容；

S4、注册分项单元区块服务网络地址、服务器标识；

S5、分项单元区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息、区块内容生成分项单元区块。

S6、分项单元区块生成后，可申请用户区块，同时生成用户区块编码；

S7、授权用户区块管理员，管理员身份认证通过，申请用户内容；

S8、注册用户区块服务网络地址、服务器标识；

S9、用户区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息，区块内容、生成用户区块。

例如：该公安机关节点区块根据节点区块编码在锥体区块链中定位，根据公安机关内部部门职能的不同分别申请注册不同的分项单元区块，如刑侦、治安、户政、特业的分项单元区块，同时形成所对应的分项单元区块编码，该公安机关各部门授权分项单元区块管理员，以及注册分项单元区块服务网络地址、服务器标识；该公安机关各部门分项单元区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息、区块内容生成各部门对应的分项单元区块。公安机关各部门的用户区块是用户个体的具体信息。如户政科的用户区块记录某个人的姓名、出生日期、家庭关系等等。同理，用户区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息，区块内容、生成该公安户政科的某个人的用户区块。

如图8所示，根据区块的关联关系可以把锥体区块链的锥体区块又分为主区块和次区块，其中内容管理主体区块为主区块，由同列上下级、同列同层、非列同层、不同列不同层等关联共识存储内容形成的区块为次区块；由主区块的认证生成验证区块；关联验证区块为相关联区块验证内容的组合，生成关联验证区块。

例如：某人的学历信息在教育部和某公司都需要存储。学历信息对于教育部相关区块而言是主区块，可以对学历信息修改，认证。但对某公司人事部的区块而言是次区块，无法对学历信息不可以进行修改，只做记录。

微区块与验证区块，关联验证区块的关系：

如图7所示，用户区块内容主要分为需要验证的内容和不需要验证的内容，需要验证的内容又分为验证内容和关联验证内容的分类，构成不同的微区块。微区块中属于本区块的信息验证，直接生成微区块，而有些信息需要从其他区块获取，则获取的只是其他区块的验证区块，这些区块构成本区块的微区块。

例如：具体某学生的学历信息在教育部存储，记录在学历相关部门（分项单元区块），生成该生学历信息的验证区块，当该生要进入一个机构或者企业工作需要提供学历信息，这个机构人事部（分项单元区块）需要记录认证该生的学历信息，该公司人事部（分项单元区块）获取学历部门验证区块的信息，具体信息记录在该公司关于该生用户区块的微区块中。而信息来源于教育部学历部门（分项单元区块）产生的验证区块。该生用户区块微区块信息有些来自于关联验证区块，比如姓名和性别，形成的微区块，姓名信息来源于公安机构，而性别信息来源于医院相关科室，形成的微区块是公安和医院相关部门的关联验证区块产生。

如图6所示，节点区块为锥体区块的顶层区块，接收关联区块的哈希值，起到信息汇总的作用。其中区块头含有节点区块编码、同列同层节点区块哈希值、同列上下级节点区块哈希值、非列同层节点区块哈希值、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息哈希值、验证内容哈希值、关联验证内容哈希值、其他区块内容哈希值、区块体含有管理员信息、验证内容、关联验证内容、其他区块内容。

同列同层指的是锥体区块位于锥体区块链的同一性质的列，地域层级相同；

同列上下级指的是锥体区块位于锥体区块链的同一性质的列，地域层级相邻；

非列同层指的是锥体区块位于锥体区块链的不同性质的列，地域层级相同；

如图9所示，同列同层：太原公安局，大同公安局；同列上下级：山西省公安厅，太原公安局；非列同层：大同公安局，太原民政局。

如图6所示，分项单元区块为锥体区块的中层区块，通过哈希值与其他区块连接，分项单元区块为部门专用区块，也是由区块头和区块体构成，其中区块头含有分项单元区块编码、同列同层分项单元区块哈希值、同列上下级分项单元区块哈希值、非列同层分项单元区块哈希值、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息哈希值、验证内容哈希值、关联验证内容哈希值、其他区块内容哈希值、区块体含有管理员信息、验证内容、关联验证内容、其他区块内容。

如图6所示，用户区块在锥体区块的底层，是锥体区块链的底层区块，数量最多，用户区块是由区块头和区块体构成，其中区块头含有用户区块编码、其他关联区块哈希值、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息哈希值、验证内容哈希值、关联验证内容哈希值，区块体含有管理员信息，验证内容，关联验证内容。

管理员信息主要包括管理员注册、更改、注销。区块都有管理员，管理员作用就是对整个区块信息进行管理。对信息进行认证、修改、记录。

锥体区块链信息认证存储为根据信息类别，信息所在区域，信息产生的时间段，按照不同的分配机制将不同的信息记录在不同机构分项单元区块中。该机构便是是本区域关于此类信息的权威部门，部门对该信息进行鉴定授权，如果信息正确便可以连同授权记录在锥体区块链。

以下为锥体区块链中可能发生的两个具体实例：

场景1：普通用户A与普通用户B进行结婚，普通用户A和普通用户B的身份认证信息存储在公安局（分项单元区块），通过公安机关相关部门（分项单元区块）可以对普通用户A、B身份信息进行相关验证，确定普通用户A和B的身份信息正确。同样在医院相关部门（分项单元区块）也能验证普通用户A和B之间没有不适合结婚的疾病。相当于婚检验证。当满足以上相关部门验证，普通用户A和B就可以去民政局相关部门（分项单元区块）进行结婚登记，具体结婚信息记录在民政局相关部门（分项单元区块）。如果要对普通用户A和B的结婚信息做验证，则需要对民政局相关部门分项单元区块产生的验证区块进行验证。

场景2：普通用户A在公司C工作，首先要对普通用户A和公司C的身份在公安局相关部门（分项单元区块）和工商相关部门（分项单元区块）通过验证。证明身份信息正确，然后普通用户A要在公司C工作需要公司C的人事部（二级单元区块）对普通用户A的身份信息登记。记录在公司C人事部（二级单元区块）中，如果要验证普通用户A是否在公司C工作，则只需验证二级单元区块产生的验证区块。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锥体区块，其特征在于：包括节点区块、分项单元区块和用户区块，节点区块、分项单元区块和用户区块连接构成锥体区块；

节点区块为锥体区块的顶层区块；

分项单元区块为锥体区块的中层区块，属于节点区块的分类区块，是节点区块的子区块；

用户区块为锥体区块的底层区块。

2.根据权利要求1所述的一种锥体区块，其特征在于：节点区块、分项单元区块和用户区块均由区块头和区块体组成，其中区块头主要含有区块编码、关联区块哈希值、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息哈希值和区块内容哈希值；区块体含有管理员信息和区块内容。

3.根据权利要求1所述的一种锥体区块，其特征在于：节点区块汇总分项单元区块的信息并进行相关授权验证；分项单元区块经节点区块申请生成，并分为不同类的分项单元区块；用户区块经分项单元区块申请生成，分项单元区块对用户区块信息进行授权验证，用户区块对具体信息进行授权验证。

4.根据权利要求1所述的一种锥体区块，其特征在于：用户区块可向下延申，形成二级单元区块、二级用户区块，用户区块、二级单元区块和二级用户区块之间也构成锥体区块。

5.一种锥体区块链结构，其特征在于：

包括若干个如权利要求1至4中任一项所述的锥体区块，其中有一个锥体区块为总锥体区块，其它锥体区块按照所属类别或性质进行划分：

同一类别或性质的锥体区块位于同一列，且同一列上各锥体区块中的节点区块连接形成线形链；根据所属类别或性质的不同，形成若干列的线形链；不同列的线形链之间相交于总锥体区块中的节点区块，构成锥体区块链结构。

6.根据权利要求5所述的一种锥体区块链结构，其特征在于：同一条列上的锥形区块按照等级分层并按照关联共识关系形成一个私有链，等级相同的锥形区块在同一层；不同列的线形链按照共识关系形成锥体联盟链。

7.根据权利要求5所述结构的一种锥体区块链构建方法，其特征在于：按照按节点编码在锥体区块链结构中定位，生成各节点区块的创世区块；各节点区块分别生成分项单元区块编码，申请注册不同的分项单元区块；分项单元区块生成后，生成各用户区块编码，申请用户区块。

8.根据权利要求7所述结构的一种锥体区块链构建方法，其特征在于：节点区块的创世区块具体生成过程为：

S1、申请锥体区块链法人身份节点区块编码；

S2、管理机构对法人进行身份认证；

S3、法人身份认证通过后，注册法人节点区块服务网络地址、服务器标识；

S4、节点区块法人授权节点区块管理员，管理员身份认证通过；

S5、节点区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息、区块内容生成节点创世区块。

9.根据权利要求7所述一种锥体区块链构建方法，其特征在于：分项单元区块和用户区块注册产生过程为：

S1、节点创世区块生成后，节点区块按节点编码在锥体区块链中定位；

S2、根据不同的业务性质申请注册不同分项单元区块，同时生成分项单元区块编码；

S3、授权分项单元区块管理员，管理员身份认证通过，申请分项单元内容；

S4、注册分项单元区块服务网络地址、服务器标识；

S5、分项单元区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息、区块内容生成分项单元区块；

S6、分项单元区块生成后，可申请用户区块，同时生成用户区块编码；

S7、授权用户区块管理员，管理员身份认证通过，申请用户内容；

S8、注册用户区块服务网络地址、服务器标识；

S9、用户区块编码、服务网络地址、服务器标识、时间戳、管理员信息，区块内容、生成用户区块。

10.根据权利要求7所述一种锥体区块链构建方法，其特征在于：根据区块的关联关系可以把锥体区块链的锥体区块又分为主区块和次区块，其中内容管理主体区块为主区块，由关联共识存储内容形成的区块为次区块；由主区块的认证生成验证区块；关联验证区块为相关联区块验证内容的组合，生成关联验证区块。

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