CN112422647B - 基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法 - Google Patents

基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112422647B
CN112422647B CN202011222759.6A CN202011222759A CN112422647B CN 112422647 B CN112422647 B CN 112422647B CN 202011222759 A CN202011222759 A CN 202011222759A CN 112422647 B CN112422647 B CN 112422647B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
node
network
block chain
nodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011222759.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112422647A (zh
Inventor
张培楠
张玉时
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiaxing Tianpei Intelligent Detection Technology Co ltd
Original Assignee
Jiaxing Tianpei Intelligent Detection Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiaxing Tianpei Intelligent Detection Technology Co ltd filed Critical Jiaxing Tianpei Intelligent Detection Technology Co ltd
Priority to CN202011222759.6A priority Critical patent/CN112422647B/zh
Publication of CN112422647A publication Critical patent/CN112422647A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112422647B publication Critical patent/CN112422647B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q40/00—Finance; Insurance; Tax strategies; Processing of corporate or income taxes
    • G06Q40/04—Trading; Exchange, e.g. stocks, commodities, derivatives or currency exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/12—Discovery or management of network topologies
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H04L67/104—Peer-to-peer [P2P] networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H04L67/1095—Replication or mirroring of data, e.g. scheduling or transport for data synchronisation between network nodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/50—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols using hash chains, e.g. blockchains or hash trees

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Accounting & Taxation (AREA)
  • Finance (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Technology Law (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明公开了基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，用于减少网络的计算量和通信量，包括步骤S1：网络中的所有节点被划分到若干个一层网络，并且每个位于一层网络的一层节点均设有一条相同的一层区块链，以包括在当前一层网络中的一层节点做的交易。本发明公开的基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，其通过区块链构建多层网络结构和多层链结构来降低通信损耗和计算损耗。

Description

基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法
技术领域
本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法。
背景技术
在区块链网络中，在节点数较多的情况下，网络的通信量和计算量都会过高。假设一个网络中的节点数为N，并只考虑和计算在发生交易时节点基于P2P的广播的情况。每个区块都会打包从上个区块的时间戳到本区块的时间戳内发生的合法交易。这些区块都是以Merkle Tree表示的，如图3是交易数为4的Merkle Tree模型。假设此次区块包含了M次交易，且每次哈希函数计算量为H，则该区块的计算量为：
Figure BDA0002762623170000011
节点会向该网络的其他节点广播这个区块，假设P2P广播一次的通信量为T，则广播这个区块的通信量最少为：
Figure BDA0002762623170000012
因为交易次数M随着节点数N的增加而增加，所以根据以上两个等式可知区块链网络中通信量和计算量都会随着网络中节点数的增加而增加。所以在节点数多的网络中，网络的通信损耗和计算损耗会非常大。
公开号为：CN110557440A，主题名称为一种基于区块链的多层分片结构的发明专利，其技术方案公开了“所述结构包括区块链的任务层，流程层，数据层，网络层以及基于这种逻辑分层形成的区块链分片结构；其中所述任务层负责划分请求和节点，并将不同的请求分配给特定的委员会进行处理；所述流程层处理分配的请求并生成日志；所述数据层，每个委员会生成的日志和请求数据会根据特定的编码方法进行聚合，以形成单一的日志；所述网络层为计算节点之间建立通信”。
以上述发明专利为例，其虽然提及了基于区块链的多层结构，但是其技术方案和技术问题均与本发明不同。因此，针对上述问题，予以进一步改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，其通过区块链构建多层网络结构和多层链结构来降低通信损耗和计算损耗。
为达到以上目的，本发明提供基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，用于减少网络的计算量和通信量，包括以下步骤：
步骤S1：网络中的所有节点被划分到若干个(第)一层网络(一层网络即为网络的子网络)，并且每个位于一层网络的(第)一层节点均设有一条相同的(第)一层区块链，以包括在当前一层网络中的一层节点做的交易；
步骤S2：若干个独立的一层网络组成一个二层网络，并且组成的方法为每个一层网络被选择若干个一层节点升级为(第)二层节点，并且将每个一层网络中的二层节点进行组合，以形成(第)二层网络，并且二层节点将位于同一个二层网络中的不包括自身的二层节点所在的一层网络中的交易和自身所在的一层网络中的交易重新构成一条区块链，以形成(第)二层区块链(即所有的在同一个二层网络中的二层节点，除了自身所在的一层网络的一层区块链，还包含一条相同的二层区块链)；
步骤S3：每个二层网络被选择若干个二层节点升级为(第)三层节点，并且将每一个二层网络中的三层节点进行组合，以形成(第)三层网络，并且三层节点将位于同一个三层网络中的不包括自身的三层节点所在的二层网络中的交易和自身所在的二层网络中的交易重新构成一条区块链，以形成(第)三层区块链(这些三层节点包含了三个结构的区块链：一层区块链，二层区块链和三层区块链，对于同一个三层网络中的三层节点，其包含的三层区块链是相同的，这条三层区块链包含了所有三层节点的所在二层网络中被打包的所有交易)；
步骤S4：根据步骤S1、步骤S2和步骤S3构建三层以上的网络和区块链。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：在每个一层网络中的一层节点和升级的二层节点均设有一条包括当前一层网络中的所有节点产生交易的一层区块链；
步骤S2.2：被选择的二层节点组成二层网络，并且二层节点包括自身所对应的一层区块链和二层区块链。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2.1具体实施为以下步骤：
步骤S2.1.1：一层网络LnetA的一层节点LnodeA1、一层节点LnodeA2和一层节点LnodeA3分别升级为二层节点RnodeA1、二层节点RnodeA2和二层节点RnodeA3，并且一层网络LnetA的一层区块链为LchainA；
步骤S2.1.2：一层网络LnetB的一层节点LnodeB1、一层节点LnodeB2和一层节点LnodeB3分别升级为二层节点RnodeB1、二层节点RnodeB2和二层节点RnodeB3，并且一层网络LnetB的一层区块链为LchainB；
步骤S2.1.3：一层网络LnetC的一层节点LnodeC1、一层节点LnodeC2和一层节点LnodeC3分别升级为二层节点RnodeC1、二层节点RnodeC2和二层节点RnodeC3，并且一层网络LnetC的一层区块链为LchainC；
步骤S2.1.4：一层网络LnetD的一层节点LnodeD1、一层节点LnodeD2和一层节点LnodeD3分别升级为二层节点RnodeD1、二层节点RnodeD2和二层节点RnodeD3，并且一层网络LnetD的一层区块链为LchainD；
步骤S2.1.5：一层网络LnetE的一层节点LnodeE1、一层节点LnodeE2和一层节点LnodeE3分别升级为二层节点RnodeE1、二层节点RnodeE2和二层节点RnodeE3，并且一层网络LnetE的一层区块链为LchainE。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2.2具体实施为以下步骤：
步骤S2.2.1：将二层节点RnodeA1、二层节点RnodeA2、二层节点RnodeA3、二层节点RnodeB1、二层节点RnodeB2、二层节点RnodeB3、二层节点RnodeC1、二层节点RnodeC2、二层节点RnodeC3、二层节点RnodeD1、二层节点RnodeD2、二层节点RnodeD3、二层节点RnodeE1、二层节点RnodeE2和二层节点RnodeE3组成二级网络RnetA，并且二层网络RnetA的二层区块链为RchainA；
步骤S2.2.2：二层节点RnodeA包括一层区块链LchainA和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.3：二层节点RnodeB包括一层区块链LchainB和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.4：二层节点RnodeC包括一层区块链LchainC和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.5：二层节点RnodeD包括一层区块链LchainD和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.6：二层节点RnodeE包括一层区块链LchainE和二层区块链RchainA。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：在每个二层网络中的二层节点和升级的三层节点均设有一条包括当前二层网络中的所有节点产生交易的二层区块链和自身所对应的一层区块链；
步骤S3.2：被选择的三层节点组成三层网络，并且三层节点包括自身所对应的一层区块链、自身所对应的二层区块链和三层区块链。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S3.1具体实施为以下步骤：
步骤S3.1.1：二层网络RnetA的二层节点RnodeA1和二层节点RnodeA2分别升级为三层节点GnodeA1、三层节点GnodeA2；
步骤S3.1.2：二层网络RnetB的二层节点RnodeB1和二层节点RnodeB2分别升级为三层节点GnodeB1、三层节点GnodeB2；
步骤S3.1.3：二层网络RnetC的二层节点RnodeC1和二层节点RnodeC2分别升级为三层节点GnodeC1、三层节点GnodeC2；
步骤S3.1.4：二层网络RnetD的二层节点RnodeD1和二层节点RnodeD2分别升级为三层节点GnodeD1、三层节点GnodeD2。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S3.2具体实施为以下步骤：
步骤S3.2.1：将三层节点GnodeA1、三层节点GnodeA2、三层节点GnodeB1、三层节点GnodeB2、三层节点GnodeC1、三层节点GnodeC2、三层节点GnodeD1和三层节点GnodeD2组成三级网络GnetA，并且三层网络GnetA的三层区块链为GchainA；
步骤S3.2.2：三层节点GnodeA包括一层区块链LchainA、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA；
步骤S3.2.3：三层节点GnodeB包括一层区块链LchainB、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA；
步骤S3.2.4：三层节点GnodeC包括一层区块链LchainC、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA；
步骤S3.2.5：三层节点GnodeD包括一层区块链LchainD、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA。
附图说明
图1是本发明的基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法的一层网络和二层网络的结构示意图。
图2是本发明的基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法的二层网络和三层网络的结构示意图。
图3是本发明的基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法的现有的区块链网络交易数为4的Merkel Tree模型示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
参见附图的图1，图1是本发明的基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法的一层网络和二层网络的结构示意图，图2是本发明的基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法的二层网络和三层网络的结构示意图，图3是本发明的基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法的现有的区块链网络交易数为4的Merkel Tree模型示意图。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的Merkel Tree模型、哈希函数和区块链网络等可被视为现有技术。
优选实施例。
本发明公开了基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，用于减少网络的计算量和通信量，包括以下步骤：
步骤S1：网络中的所有节点被划分到若干个(第)一层网络(一层网络即为网络的子网络)，并且每个位于一层网络的(第)一层节点均设有一条相同的(第)一层区块链，以包括在当前一层网络中的一层节点做的交易；
步骤S2：若干个独立的一层网络组成一个二层网络，并且组成的方法为每个一层网络被选择若干个一层节点升级为(第)二层节点，并且将每个一层网络中的二层节点进行组合，以形成(第)二层网络，并且二层节点将位于同一个二层网络中的不包括自身的二层节点所在的一层网络中的交易和自身所在的一层网络中的交易重新构成一条区块链，以形成(第)二层区块链(即所有的在同一个二层网络中的二层节点，除了自身所在的一层网络的一层区块链，还包含一条相同的二层区块链)；
步骤S3：每个二层网络被选择若干个二层节点升级为(第)三层节点，并且将每一个二层网络中的三层节点进行组合，以形成(第)三层网络，并且三层节点将位于同一个三层网络中的不包括自身的三层节点所在的二层网络中的交易和自身所在的二层网络中的交易重新构成一条区块链，以形成(第)三层区块链(这些三层节点包含了三个结构的区块链：一层区块链，二层区块链和三层区块链，对于同一个三层网络中的三层节点，其包含的三层区块链是相同的，这条三层区块链包含了所有三层节点的所在二层网络中被打包的所有交易)；
步骤S4：根据步骤S1、步骤S2和步骤S3构建三层以上的网络和区块链。
具体的是，步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：在每个一层网络中的一层节点和升级的二层节点均设有一条包括当前一层网络中的所有节点产生交易的一层区块链；
步骤S2.2：被选择的二层节点组成二层网络，并且二层节点包括自身所对应的一层区块链和二层区块链。
更具体的是，步骤S2.1具体实施为以下步骤：
步骤S2.1.1：一层网络LnetA的一层节点LnodeA1、一层节点LnodeA2和一层节点LnodeA3分别升级为二层节点RnodeA1、二层节点RnodeA2和二层节点RnodeA3，并且一层网络LnetA的一层区块链为LchainA；
步骤S2.1.2：一层网络LnetB的一层节点LnodeB1、一层节点LnodeB2和一层节点LnodeB3分别升级为二层节点RnodeB1、二层节点RnodeB2和二层节点RnodeB3，并且一层网络LnetB的一层区块链为LchainB；
步骤S2.1.3：一层网络LnetC的一层节点LnodeC1、一层节点LnodeC2和一层节点LnodeC3分别升级为二层节点RnodeC1、二层节点RnodeC2和二层节点RnodeC3，并且一层网络LnetC的一层区块链为LchainC；
步骤S2.1.4：一层网络LnetD的一层节点LnodeD1、一层节点LnodeD2和一层节点LnodeD3分别升级为二层节点RnodeD1、二层节点RnodeD2和二层节点RnodeD3，并且一层网络LnetD的一层区块链为LchainD；
步骤S2.1.5：一层网络LnetE的一层节点LnodeE1、一层节点LnodeE2和一层节点LnodeE3分别升级为二层节点RnodeE1、二层节点RnodeE2和二层节点RnodeE3，并且一层网络LnetE的一层区块链为LchainE。
优选地，图1所示的这五个一层网络仅作为举例，并不代表二层网络中仅有5个一层网络。
进一步的是，步骤S2.2具体实施为以下步骤：
步骤S2.2.1：将二层节点RnodeA1、二层节点RnodeA2、二层节点RnodeA3、二层节点RnodeB1、二层节点RnodeB2、二层节点RnodeB3、二层节点RnodeC1、二层节点RnodeC2、二层节点RnodeC3、二层节点RnodeD1、二层节点RnodeD2、二层节点RnodeD3、二层节点RnodeE1、二层节点RnodeE2和二层节点RnodeE3组成二级网络RnetA，并且二层网络RnetA的二层区块链为RchainA；
步骤S2.2.2：二层节点RnodeA包括一层区块链LchainA和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.3：二层节点RnodeB包括一层区块链LchainB和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.4：二层节点RnodeC包括一层区块链LchainC和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.5：二层节点RnodeD包括一层区块链LchainD和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.6：二层节点RnodeE包括一层区块链LchainE和二层区块链RchainA。
更进一步的是，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：在每个二层网络中的二层节点和升级的三层节点均设有一条包括当前二层网络中的所有节点产生交易的二层区块链和自身所对应的一层区块链；
步骤S3.2：被选择的三层节点组成三层网络，并且三层节点包括自身所对应的一层区块链、自身所对应的二层区块链和三层区块链。
优选地，步骤S3.1具体实施为以下步骤：
步骤S3.1.1：二层网络RnetA的二层节点RnodeA1和二层节点RnodeA2分别升级为三层节点GnodeA1、三层节点GnodeA2；
步骤S3.1.2：二层网络RnetB的二层节点RnodeB1和二层节点RnodeB2分别升级为三层节点GnodeB1、三层节点GnodeB2；
步骤S3.1.3：二层网络RnetC的二层节点RnodeC1和二层节点RnodeC2分别升级为三层节点GnodeC1、三层节点GnodeC2；
步骤S3.1.4：二层网络RnetD的二层节点RnodeD1和二层节点RnodeD2分别升级为三层节点GnodeD1、三层节点GnodeD2。
优选地，图2所示的这四个二层网络仅作为举例，并不代表三层网络中仅有4个二层网络。
优选地，步骤S3.2具体实施为以下步骤：
步骤S3.2.1：将三层节点GnodeA1、三层节点GnodeA2、三层节点GnodeB1、三层节点GnodeB2、三层节点GnodeC1、三层节点GnodeC2、三层节点GnodeD1和三层节点GnodeD2组成三级网络GnetA，并且三层网络GnetA的三层区块链为GchainA；
步骤S3.2.2：三层节点GnodeA包括一层区块链LchainA、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA；
步骤S3.2.3：三层节点GnodeB包括一层区块链LchainB、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA；
步骤S3.2.4：三层节点GnodeC包括一层区块链LchainC、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA；
步骤S3.2.5：三层节点GnodeD包括一层区块链LchainD、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA。
优选地，本发明为了清楚的描述内容，作如下定义：
1.三种网络：本地网络(local network，即一层网络)，区域网络(regionnetwork，即二层网络)和全局网络(global network，即三层网络)。
2.三种区块链：本地区块链(local chain，即一层区块链)，区域区块链(regionchain，即二层区块链)和全局区块链(global chain，即三层区块链)。
3.三种节点：本地节点(local node，即一层节点)，区域节点(region node，即二层节点)和全局节点(global node，即三层节点)。其中区域节点和全局节点都属于复合节点(joint node)。
在本发明中，所有节点被划分到了多个子网络中，而非像传统区块链网络只有一个网络。这些子网络就是本地网络，在本地网络中的节点就是本地节点。每个本地网络中的节点都有一条相同的区块链，包含在此本地网络中的节点做的交易，这条区块链就是本地区块链。
在这些本地网络中，在每个本地网络中升级一部分本地节点为区域节点，并将这些节点划分到多个区域网络中，这些区域节点会将与其在同一个区域网络中的其他区域节点的本地网络中的交易与其本地网络中的交易重新构成一条区块链，这条区块链被称作区域区块链。所有的在同一个区域网络中的区域节点，除了自身所在的本地网络的本地区块链，还包含一条相同的区域区块链。
如图1所示的例子，有5个本地网络LnetA，LnetB，LnetC，LnetD和LnetE。在每个本地网络中的本地节点和区域节点都有一条包含该本地网络中节点产生交易的区块链，分别为LchainA，LchainB，LchainC，LchainD，LchainE。
在每个本地网络中，都有一部分本地节点升级为区域节点，如LnetA中的本地节点LnodeA1，LnodeA2和LnodeA3升级为了区域节点RnodeA1，RnodeA2和RnodeA3，LnetB中的LnodeB1，LnodeB2和LnodeB3升级为了RnodeB1，RnodeB2和RnodeB3。这些区域节点组成了一个区域网络RnetA。除了自身所在的本地网络的本地区块链，这些区域节点还包含有一条相同的区域区块链RchainA。这条区域区块链RchainA包含了发生在LnetA，LnetB，LnetC，LnetD，LnetE中的所有交易。例如，节点RnodeA1(LnodeA1)不仅有本地区块链LchainA还有区域区块链RchainA，这样就形成了两层的网络结构和链结构。
同理，在区域网络中，每个区域网络中的部分区域节点会被升级为全局节点，并划分到全局网络中。这些全局节点包含了三层区块链：本地区块链，区域区块链和全局区块链。对于同一个全局网络中的全局节点，其包含的全局区块链是相同的。这条全局区块链包含了所有全局节点的所在区域网络中被打包的所有交易。
如图2所示的例子，有4个区域网络RnetA，RnetB，RnetC和RnetD。在每个区域网络中都有部分区域节点被升级为了全局节点，例如区域节点RnodeA1和RnodeA2被升级为了全局节点GnodeA1和GnodeA2。这些全局节点组成了全局网络GnetA，并有一条相同的全局区块链GchainA。GchainA包含了区域网络RnetA，RnetB，RnetC和RnetD中打包的所有交易。假设RnodeA1正是上文中的LnodeA1，则其包含了本地区块链LchainA还有区域、区块链RchainA和全局区块链GchainA，这样就形成了三层的网络结构和链结构。
其中，因为区域节点和全局节点都被包含于多个网络结构中，且拥有多层链结构，又称拥有此特性的节点为复合节点。
优选地，本发明作以下声明：
1.本发明以三级网络和三级链结构作说明，但不限于三级网络和三级链结构，用同样结论可以构建四级以及更多级网络和链结构。
2.以下说明和计算中的数字，仅用于方便说明和计算，但在实际应用中不限于这些具体数值。
3.若一个区域网络相关联的本地网络数为L，则满足L∈,20,10×103-。
4.若一个稳定本地网络包含的节点数NL(i),i∈,1,L-，则NL(i)∈,5×103,100×103-。
5.若在一个本地网络中升级为区域节点的节点数为K(i),i∈,1,L-，则满足
Figure BDA0002762623170000131
6.若一个全局网络相关联的区域网络数为R，则满足R∈,20,10×103-。
7.若在一个区域网络中的节点数为NR(j),j∈,1,R-，且升级为全局节点的节点数为P(j)，则满足
Figure BDA0002762623170000132
8.在K(i),i∈,1,L-节点中，总有一个被信任的节点进行同一个交易的广播，其他的节点的功能是信息备份。
9.在P(j),j∈,1,R-节点中，总有一个被信任的节点进行同一个交易的广播，其他的节点的功能是信息备份。
10.NR>tL>sR，其中系数t和s在稳定系统中倾向于10，但不定。
优选地，针对本发明的通信量和计算量：
为简化计算，构建以下网络模型：
1.每个区域网络相关联L个本地网络，且每个本地网络中的节点数都为NL。
2.每个全局网络相关联R个区域网络，且每个区域网络中的节点数都为NR。
3.整个网络有G个全局网络，且每个全局网络中的节点数都为NG。
4.整个网络的节点数为N，则N＝LRG×NL。
5.每个本地网络中，有K个本地节点被升级为区域节点，则NR＝K×L
6.每个全局网络中，有P个区域节点被升级为全局节点，则NG＝P×R在此次时间戳内每个本地网络中打包了ML个交易，则整个网络的交易数为M＝LRG×ML。
优选地，网络计算量计算：
网络计算量计算
在传统的区块链网络中，网络计算量为：
Figure BDA0002762623170000143
而在本发明方案中的网络计算量为：
Figure BDA0002762623170000141
因为
Figure BDA0002762623170000142
所以C′<C。
优选地，通信量计算：
在传统的区块链网络中，计算量为：
Traffic＝NT＝LRGNLT。
对于本发明方案，考虑并计算三种交易情况下的通信量：
1)本地网络中的P2P广播：
Figure BDA0002762623170000151
2)同一区域网络内的跨不同本地网络的P2P广播：
Figure BDA0002762623170000152
3)同一全局网络内的跨不同区域网络的P2P广播：
Figure BDA0002762623170000153
由以上可见，多层网络和链结构的区块链的通信量，在这三种情况下都明显小于传统区块链的通信量。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的Merkel Tree模型、哈希函数和区块链网络等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，用于减少网络的计算量和通信量，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：网络中的所有节点被划分到若干个一层网络，并且每个位于一层网络的一层节点均设有一条相同的一层区块链，以包括在当前一层网络中的一层节点做的交易；
步骤S2：若干个独立的一层网络组成一个二层网络，并且组成的方法为每个一层网络被选择若干个一层节点升级为二层节点，并且将每个一层网络中的二层节点进行组合，以形成二层网络，并且二层节点将位于同一个二层网络中的不包括自身的二层节点所在的一层网络中的交易和自身所在的一层网络中的交易重新构成一条区块链，以形成二层区块链；
步骤S3：每个二层网络被选择若干个二层节点升级为三层节点，并且将每一个二层网络中的三层节点进行组合，以形成三层网络，并且三层节点将位于同一个三层网络中的不包括自身的三层节点所在的二层网络中的交易和自身所在的二层网络中的交易重新构成一条区块链，以形成三层区块链；
步骤S4：根据步骤S1、步骤S2和步骤S3构建三层以上的网络和区块链。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，其特征在于，步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：在每个一层网络中的一层节点和升级的二层节点均设有一条包括当前一层网络中的所有节点产生交易的一层区块链；
步骤S2.2：被选择的二层节点组成二层网络，并且二层节点包括自身所对应的一层区块链和二层区块链。
3.根据权利要求2所述的一种基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，其特征在于，步骤S2.1具体实施为以下步骤：
步骤S2.1.1：一层网络LnetA的一层节点LnodeA1、一层节点LnodeA2和一层节点LnodeA3分别升级为二层节点RnodeA1、二层节点RnodeA2和二层节点RnodeA3，并且一层网络LnetA的一层区块链为LchainA；
步骤S2.1.2：一层网络LnetB的一层节点LnodeB1、一层节点LnodeB2和一层节点LnodeB3分别升级为二层节点RnodeB1、二层节点RnodeB2和二层节点RnodeB3，并且一层网络LnetB的一层区块链为LchainB；
步骤S2.1.3：一层网络LnetC的一层节点LnodeC1、一层节点LnodeC2和一层节点LnodeC3分别升级为二层节点RnodeC1、二层节点RnodeC2和二层节点RnodeC3，并且一层网络LnetC的一层区块链为LchainC；
步骤S2.1.4：一层网络LnetD的一层节点LnodeD1、一层节点LnodeD2和一层节点LnodeD3分别升级为二层节点RnodeD1、二层节点RnodeD2和二层节点RnodeD3，并且一层网络LnetD的一层区块链为LchainD；
步骤S2.1.5：一层网络LnetE的一层节点LnodeE1、一层节点LnodeE2和一层节点LnodeE3分别升级为二层节点RnodeE1、二层节点RnodeE2和二层节点RnodeE3，并且一层网络LnetE的一层区块链为LchainE。
4.根据权利要求3所述的一种基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，其特征在于，步骤S2.2具体实施为以下步骤：
步骤S2.2.1：将二层节点RnodeA1、二层节点RnodeA2、二层节点RnodeA3、二层节点RnodeB1、二层节点RnodeB2、二层节点RnodeB3、二层节点RnodeC1、二层节点RnodeC2、二层节点RnodeC3、二层节点RnodeD1、二层节点RnodeD2、二层节点RnodeD3、二层节点RnodeE1、二层节点RnodeE2和二层节点RnodeE3组成二级网络RnetA，并且二层网络RnetA的二层区块链为RchainA；
步骤S2.2.2：二层节点RnodeA包括一层区块链LchainA和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.3：二层节点RnodeB包括一层区块链LchainB和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.4：二层节点RnodeC包括一层区块链LchainC和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.5：二层节点RnodeD包括一层区块链LchainD和二层区块链RchainA；
步骤S2.2.6：二层节点RnodeE包括一层区块链LchainE和二层区块链RchainA。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，其特征在于，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：在每个二层网络中的二层节点和升级的三层节点均设有一条包括当前二层网络中的所有节点产生交易的二层区块链和自身所对应的一层区块链；
步骤S3.2：被选择的三层节点组成三层网络，并且三层节点包括自身所对应的一层区块链、自身所对应的二层区块链和三层区块链。
6.根据权利要求5所述的一种基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，其特征在于，步骤S3.1具体实施为以下步骤：
步骤S3.1.1：二层网络RnetA的二层节点RnodeA1和二层节点RnodeA2分别升级为三层节点GnodeA1、三层节点GnodeA2；
步骤S3.1.2：二层网络RnetB的二层节点RnodeB1和二层节点RnodeB2分别升级为三层节点GnodeB1、三层节点GnodeB2；
步骤S3.1.3：二层网络RnetC的二层节点RnodeC1和二层节点RnodeC2分别升级为三层节点GnodeC1、三层节点GnodeC2；
步骤S3.1.4：二层网络RnetD的二层节点RnodeD1和二层节点RnodeD2分别升级为三层节点GnodeD1、三层节点GnodeD2。
7.根据权利要求6所述的一种基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法，其特征在于，步骤S3.2具体实施为以下步骤：
步骤S3.2.1：将三层节点GnodeA1、三层节点GnodeA2、三层节点GnodeB1、三层节点GnodeB2、三层节点GnodeC1、三层节点GnodeC2、三层节点GnodeD1和三层节点GnodeD2组成三级网络GnetA，并且三层网络GnetA的三层区块链为GchainA；
步骤S3.2.2：三层节点GnodeA包括一层区块链LchainA、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA；
步骤S3.2.3：三层节点GnodeB包括一层区块链LchainB、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA；
步骤S3.2.4：三层节点GnodeC包括一层区块链LchainC、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA；
步骤S3.2.5：三层节点GnodeD包括一层区块链LchainD、二层区块链RchainA和三层区块链GchainA。
CN202011222759.6A 2020-11-05 2020-11-05 基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法 Active CN112422647B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011222759.6A CN112422647B (zh) 2020-11-05 2020-11-05 基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011222759.6A CN112422647B (zh) 2020-11-05 2020-11-05 基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112422647A CN112422647A (zh) 2021-02-26
CN112422647B true CN112422647B (zh) 2022-08-12

Family

ID=74828687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011222759.6A Active CN112422647B (zh) 2020-11-05 2020-11-05 基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112422647B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104378270A (zh) * 2014-12-10 2015-02-25 曾仲林 一种组网数据中心系统及方法
CN109361588A (zh) * 2018-09-29 2019-02-19 湖南智慧政务区块链科技有限公司 一种基于星型网络的区块链网络构建方法及其系统
CN109379266A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 湖南智慧政务区块链科技有限公司 一种基于星型网络的多层政务区块链网络构建方法及其系统
WO2020133148A1 (zh) * 2018-12-28 2020-07-02 合肥达朴汇联科技有限公司 区块链的数据处理方法、装置和区块链系统
CN111556140A (zh) * 2020-04-26 2020-08-18 北京师范大学珠海分校 一种多层区块链网络架构及其数据存储与分享方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104378270A (zh) * 2014-12-10 2015-02-25 曾仲林 一种组网数据中心系统及方法
CN109361588A (zh) * 2018-09-29 2019-02-19 湖南智慧政务区块链科技有限公司 一种基于星型网络的区块链网络构建方法及其系统
CN109379266A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 湖南智慧政务区块链科技有限公司 一种基于星型网络的多层政务区块链网络构建方法及其系统
WO2020133148A1 (zh) * 2018-12-28 2020-07-02 合肥达朴汇联科技有限公司 区块链的数据处理方法、装置和区块链系统
CN111556140A (zh) * 2020-04-26 2020-08-18 北京师范大学珠海分校 一种多层区块链网络架构及其数据存储与分享方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐雪松等.应用于工业互联网数据安全的分层轻量级高通量区块链方法.《计算机集成制造系统》.2019,(第12期), *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112422647A (zh) 2021-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104040974B (zh) 用于双链路故障上备用容量分配的设备和方法
US5495479A (en) Method and apparatus for an automatic decomposition of a network topology into a backbone and subareas
CA2123449C (en) Method and apparatus to speed up the path selection in a packet switching network
CN108494685B (zh) 服务链在多播路由中的最优嵌入方法
US8438308B2 (en) Method and apparatus for computing a backup path using fate-sharing information
CN1240004C (zh) 具有可转换路径选择标准的路径计算装置
CN111127017A (zh) 基于p2p存储网络和多层架构的区块链全分片方法及装置
US20060095379A1 (en) Key management method in network system
CN101883293A (zh) 在邻接节点间多边条件下实现k优路径算法的方法及装置
CN112887380A (zh) 一种跨链互通方法及系统
CN102098740A (zh) 链路聚合选路方法及装置
CN103648092B (zh) 隐私保护的两层传感网Skyline查询系统及方法
CN112422647B (zh) 基于区块链的多层网络和多层链结构的构建方法
Rajan et al. A directed cycle‐based column‐and‐cut generation method for capacitated survivable network design
Tzvieli Minimal diameter double‐loop networks. I. Large infinite optimal families
CN102769569A (zh) 交换式矩阵数据中心网络系统及数据包转发方法
CN114024977B (zh) 一种基于边缘计算的数据调度方法、装置及系统
Bar-Noy et al. Topology distribution cost vs. efficient routing in large networks
CN102026051B (zh) 基于分层虚拓扑的跨粒度层的生存性方法
CN115834054B (zh) 一种多级密钥级数管理方法及装置
CN116707759A (zh) 一种面向数据流通高并发场景的轻量级联盟链共识方法
CN108536555B (zh) 一种基于BCube（n,b）数据中心的数据存取方法
CN111858721B (zh) 一种基于优先级编码的分布式计算方法
CN101848153A (zh) 电力ict网络区分可靠性的路由建立方法和系统
CN100413255C (zh) 用于光传输通信网络的网络分层模型及层间映射方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant