CN113065867B - 基于数据重放的非兼容性区块链升级系统、方法及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于数据重放的非兼容性区块链升级系统、方法及介质，包括：模块M1：进行区块链数据提取；模块M2：根据提取的区块链数据进行区块链数据导入重建；模块M3：进行区块链数据传播升级；所述模块M1包括区块数据提取和特殊数据提取；所述模块M2包括区块导入和状态数据重建；所述模块M3包括数据共享同步和数据验证。本发明可以用在区块链系统升级场景中，能够保证无论新版本与旧版本的差异有多大，只要基本的数据结构抽象没有变化，即可完成无缝升级。

Description

基于数据重放的非兼容性区块链升级系统、方法及介质

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，具体地，涉及一种基于数据重放的非兼容性区块链升级系统、方法及介质。

背景技术

在商用联盟链的场景中，由于业务需求的复杂性和多变性，经常会有需要区块链平台升级迭代的情况，有时这些升级是非前向兼容的，即旧版本数据无法被新版本区块链识别。

在区块链进行数据提取，抽象出通用的数据及接口供导入模块使用，这个过程是困难且需要经验的。进行区块导入时，对于数据完整性的验证，对于特别数据的处理界限的把控，如果需要严格的验证，则新旧版本的差异不能过大；而如果放松验证，则会产生安全性问题。

专利文献CN110084604B(申请号：CN201811253448.9)公开了一种基于区块链的交易处理方法,包括：客户端从区块链中维护的与用户账户对应的Nonce列表中，为用户通过所述用户账户发起的目标交易获取可用Nonce记录；其中，所述Nonce列表包括多条Nonce记录；所述Nonce记录包括所述Nonce列表的版本标识和Nonce值；客户端将获取到的可用Nonce记录添加至所述目标交易，并将目标交易发布至所述区块链；区块链中的节点设备确定可用Nonce记录中的版本标识，与区块链中维护的与用户账户对应的Nonce列表的版本标识是否匹配；如果否，向客户端返回目标交易为无效交易的提示信息；如果是，进一步将可用Nonce记录与Nonce列表中的Nonce记录进行匹配对目标交易进行重放攻击检测,并在目标交易通过重放攻击检测时，受理目标交易。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于数据重放的非兼容性区块链升级系统、方法及介质。

根据本发明提供的基于数据重放的非兼容性区块链升级系统，包括：

模块M1：进行区块链数据提取；

模块M2：根据提取的区块链数据进行区块链数据导入重建；

模块M3：进行区块链数据传播升级；

所述模块M1包括区块数据提取和特殊数据提取；

所述模块M2包括区块导入和状态数据重建；

所述模块M3包括数据共享同步和数据验证。

优选的，所述区块数据提取包括：从升级前的区块链系统中导出重建新版本区块链所必要的日志信息，所述日志信息以区块的形式组织而成，每个区块包含区块头和交易集合两部分，其中区块头记录区块的元数据，包括区块编号、区块特征值、出块者地址和交易集合的特征值，所述交易集合是本区块内所有链上行为的合集。

优选的，所述特殊数据提取包括：从升级前的区块链系统中导出被本次升级的功能点所关注的非行业标准通用的数据。

优选的，所述区块导入包括：从升级前的区块链系统导出的文件中，解析区块数据和特殊数据，并按照预设规则将其导入到新版本区块链系统中；

新版本区块链系统在导入数据前生成一个区块编号为0的区块，然后基于这个区块，检查和保存导入的区块，进行状态数据重建，重新执行被导入的交易，构建新版本区块链系统的状态数据；

在数据导入的过程中，检查所导入区块的连续性，包括区块头记录的交易集合特征值是否与交易集合数据相匹配，以及每一项交易的发起方签名的完整性。

优选的，所述状态数据重建包括：从导入的区块数据和特殊数据中，通过执行每一笔交易的形式，重构出每个区块的状态数据；

数据重建是以区块为检查点按区块编号向后推进，当上一个区块数据导入成功并构建出状态数据后，保存状态数据为检查点，然后以此检查点作为当前状态，以下一个区块中的交易集合为输入，计算出下一个区块的状态数据，如果一个区块内交易集合中的任一交易执行异常，则当前区块所有已执行的交易全部作废，系统回退到上个检查点。

优选的，所述数据共享同步包括：保持数据在不同节点之间同步，同步的数据包括区块数据、状态数据和特殊数据；

待同步新节点的状态数据的同步方式包括：

-不直接同步状态数据，只同步区块数据，然后节点在本地通过智能合约虚拟机处理形成状态数据；

-信任对方节点，直接同步对方发送过来的状态数据；

待同步新节点需要从其他节点处获取区块数据和特别数据，特别数据中包含一个临界值，编号低于临界值的区块是从老版本导入的，不需要进行区块签名验证，高于临界值的区块是新版本正常构建的，需要进行签名验证。

优选的，所述数据验证包括：未经导入的新节点加入网络时，验证从其他节点同步的数据，对于区块数据，验证接收的一系列区块是否区块编号连续，后一个区块的父哈希值是否等于前一个区块的哈希值，区块内交易集合的特征值是否与收到的交易集合相匹配；

对于状态数据，验证状态数据的特征值是否与本节点计算得到的状态数据相匹配；

对于编号高于导入临界值的区块，验证出块者对区块特征值的签名是否正常。

优选的，在数据导入过程中，选择全量数据导入或者部分数据导入：

全量数据导入：从区块编号为0的区块开始导入所有数据；

部分数据导入：选择从任一编号的区块开始，导入到另任一编号的区块停止。

根据本发明提供的基于数据重放的非兼容性区块链升级方法，包括如下步骤：

步骤1：进行区块链数据提取；

步骤2：根据提取的区块链数据进行区块链数据导入重建；

步骤3：进行区块链数据传播升级；

所述步骤1包括区块数据提取和特殊数据提取；

所述步骤2包括区块导入和状态数据重建；

所述步骤3包括数据共享同步和数据验证。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明可以用在区块链系统升级场景中，利用本方案，能够保证无论新版本与旧版本的差异有多大，只要基本的数据结构抽象没有变化，即可完成无缝升级；

(2)通过数据导出模块中对区块和特殊数据的抽象提取，明确了重新构建区块链所需的最精简数据格式；通过数据导入模块，明确了一种重建区块链数据的方法，即通过导出的数据结构，重新执行每个区块内的交易，最终计算出每个区块的状态数据。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

根据本发明提供的基于数据重放的非兼容性区块链升级系统，包括：模块M1：进行区块链数据提取；模块M2：根据提取的区块链数据进行区块链数据导入重建；模块M3：进行区块链数据传播升级；所述模块M1包括区块数据提取和特殊数据提取；所述模块M2包括区块导入和状态数据重建；所述模块M3包括数据共享同步和数据验证。

所述区块数据提取包括：从升级前的区块链系统中导出重建新版本区块链所必要的日志信息，所述日志信息以区块的形式组织而成，每个区块包含区块头和交易集合两部分，其中区块头记录区块的元数据，包括区块编号、区块特征值、出块者地址和交易集合的特征值，所述交易集合是本区块内所有链上行为的合集。所述特殊数据提取包括：从升级前的区块链系统中导出被本次升级的功能点所关注的非行业标准通用的数据。所述区块导入包括：从升级前的区块链系统导出的文件中，解析区块数据和特殊数据，并按照预设规则将其导入到新版本区块链系统中；新版本区块链系统在导入数据前生成一个区块编号为0的区块，然后基于这个区块，检查和保存导入的区块，进行状态数据重建，重新执行被导入的交易，构建新版本区块链系统的状态数据；在数据导入的过程中，检查所导入区块的连续性，包括区块头记录的交易集合特征值是否与交易集合数据相匹配，以及每一项交易的发起方签名的完整性。所述状态数据重建包括：从导入的区块数据和特殊数据中，通过执行每一笔交易的形式，重构出每个区块的状态数据；数据重建是以区块为检查点按区块编号向后推进，当上一个区块数据导入成功并构建出状态数据后，保存状态数据为检查点，然后以此检查点作为当前状态，以下一个区块中的交易集合为输入，计算出下一个区块的状态数据，如果一个区块内交易集合中的任一交易执行异常，则当前区块所有已执行的交易全部作废，系统回退到上个检查点。所述数据共享同步包括：保持数据在不同节点之间同步，同步的数据包括区块数据、状态数据和特殊数据；待同步新节点的状态数据的同步方式包括：不直接同步状态数据，只同步区块数据，然后节点在本地通过智能合约虚拟机处理形成状态数据；或信任对方节点，直接同步对方发送过来的状态数据；待同步新节点需要从其他节点处获取区块数据和特别数据，特别数据中包含一个临界值，编号低于临界值的区块是从老版本导入的，不需要进行区块签名验证，高于临界值的区块是新版本正常构建的，需要进行签名验证。所述数据验证包括：未经导入的新节点加入网络时，验证从其他节点同步的数据，对于区块数据，验证接收的一系列区块是否区块编号连续，后一个区块的父哈希值是否等于前一个区块的哈希值，区块内交易集合的特征值是否与收到的交易集合相匹配；对于状态数据，验证状态数据的特征值是否与本节点计算得到的状态数据相匹配；对于编号高于导入临界值的区块，验证出块者对区块特征值的签名是否正常。在数据导入过程中，选择全量数据导入或者部分数据导入：全量数据导入：从区块编号为0的区块开始导入所有数据；部分数据导入：选择从任一编号的区块开始，导入到另任一编号的区块停止。

根据本发明提供的基于数据重放的非兼容性区块链升级方法，包括如下步骤：步骤1：进行区块链数据提取；步骤2：根据提取的区块链数据进行区块链数据导入重建；步骤3：进行区块链数据传播升级；所述步骤1包括区块数据提取和特殊数据提取；所述步骤2包括区块导入和状态数据重建；所述步骤3包括数据共享同步和数据验证。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

实施例2：

实施例2为实施例1的优选例。

如图1，根据本发明提供了一种通用的、基于Replay的非兼容性区块链升级方案，包括：区块链数据提取模块，区块链数据导入重建模块，区块链数据传播模块；

所述区块链数据提取模块包括区块数据提取模块、特别数据提取模块。

所述区块链数据导入重建模块包括区块导入模块、状态数据重建模块。

所述区块链数据传播模块包括数据共享同步模块、数据验证模块。

所述区块数据提取模块用于从升级前的区块链系统中导出重建新版本区块链所必要的日志信息，这些日志数据是以一个个区块的形式组织的，每个区块包含区块头和交易集合两部分，其中区块头记录了本区块的元数据，包括但不限于区块编号，区块特征值、出块者地址，交易集合的特征值等；交易集合是本区块内所有链上行为(包括但不限于转账、部署/调用智能合约)的合集，在本模块中，可以选择区块全部导出或者部分导出，但导出的区块必须要是连续的。

所述特别数据提取模块用于从升级前的区块链系统中导出被本次升级的某个功能点所特别关注的，非行业标准通用的数据，这些数据一般与区块链的特色功能有很强的相关性。

所述区块导入模块用于从老版本区块链系统导出的文件中，解析区块数据和特别数据，并按照规则将其导入到新版本区块链系统中。众所周知，区块链系统在初始化部署时会生成一个区块编号为0的区块(即创世区块)，在本方案中，新版本在导入数据前也需要生成一个创世区块，然后基于这个创世区块，检查和保存导入的区块，调用状态数据重建模块，重新执行被导入的交易，构建新版本区块链系统的状态数据。在数据导入的过成功，为了保证数据的完整性，数据导入模块会检查所导入区块的连续性，区块头记录的交易集合特征值是否与交易集合数据相匹配，以及每一项交易的发起方签名的完整性。数据导入模块不会检查区块特征值以及出块地址对区块特征值签名的完整性，这是因为一方面，区块升级是区块链网络中节点单方面的行为，如若其恶意篡改导入的数据，这些数据不会被网络中的其他节点接受，另一方面，新版本升级后，交易执行的结果可能与老版本有差异，由此会导致区块特征值发生变化，则老版本中对特征值的签名，对于新版本来说本身没有任何意义。

所述状态数据重建模块用于状态数据的重建，区块从定义上来讲是一系列交易的集合，只是状态数据构建的日志(两者的关系类似账户余额和交易记录，通过交易记录可以计算出账户余额)；从导入的区块数据和特殊数据中，我们通过执行每一笔交易的形式，重构出每个区块的状态数据。数据重建模块是以区块为检查点按区块编号向后推进的，即当上一个区块数据导入成功并构建出状态数据后，保存状态数据为检查点，然后以此检查点作为当前状态，以下一个区块中的交易集合为输入，计算出下一个区块的状态数据，如果一个区块内交易集合中的某笔交易执行异常，则当前区块所有已执行的交易全部作废，系统回退到上个检查点。

所述数据共享同步模块用于保证数据在不同节点之间同步，此处数据包括区块数据、状态数据和特别数据，待同步新节点对状态数据的同步有两种方式：一种方式是不直接同步状态数据，只同步区块数据，然后节点在本地通过智能合约虚拟机处理形成状态数据，这种同步方式同步速度较慢，但能保证最终状态数据是准确的；另一种方式是信任对方节点，直接同步对方发送过来的状态数据，这种同步方式速度较快，但无法保证状态数据的准确性和完整性。由于待同步新节点是一个未经过导入步骤的新节点，因此需要通过数据共享同步模块从其他节点处获取区块数据和特别数据，特别数据中包含一个临界值，表示编号低于此值的区块是从老版本导入，不需要进行区块签名验证，高于此值的区块是新版本正常构建的，需要进行签名验证。

所述数据验证模块用于未经过导入步骤的新节点加入网络时，验证从其他节点同步的数据，对于区块数据，数据验证模块会验证接收的一系列区块是否区块编号连续，后一个区块的父哈希值是否等于前一个区块的哈希值，区块内交易集合的特征值是否与收到的交易集合相匹配；对于状态数据，会验证状态数据的特征值是否与本节点计算得到的状态数据相匹配；对于编号高于导入临界值的区块，还会验证出块者对区块特征值的签名是否正常。

在数据导入模块中，可选择全量数据导入或者部分数据导入：

1)全量数据导入：从创世区块开始导入所有数据。

2)部分数据导入：可以选择从创世区块开始，导入到某一个区块编号停止；或者从某一个区块编号开始，导入到另一个区块编号停止。

在工业区块链应用场景中，需要将传感器采集的数据上传到区块链系统保存，由于业务扩张，传感器的数量翻了3倍，现有的区块链系统无法承载如此高的数据量，需要对区块链进行一次较大的改造，而且改造后的区块链不能兼容识别当前的数据，在这个案例中，通过本方案，可以先将现有区块链上的数据导出至文件，待升级完成后，再将数据导入至升级后的区块链系统，完成系统升级。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (2)

1.一种基于数据重放的非兼容性区块链升级方法，其特征在于，采用基于数据重放的非兼容性区块链升级系统进行区块链升级，所述基于数据重放的非兼容性区块链升级系统包括：

模块M1：进行区块链数据提取；

模块M2：根据提取的区块链数据进行区块链数据导入重建；

模块M3：进行区块链数据传播升级；

所述模块M1包括区块数据提取和特殊数据提取；

所述模块M2包括区块导入和状态数据重建；

所述模块M3包括数据共享同步和数据验证；

所述区块数据提取包括：从升级前的区块链系统中导出重建新版本区块链所必要的日志信息，所述日志信息以区块的形式组织而成，每个区块包含区块头和交易集合两部分，其中区块头记录区块的元数据，包括区块编号、区块特征值、出块者地址和交易集合的特征值，所述交易集合是本区块内所有链上行为的合集；

所述特殊数据提取包括：从升级前的区块链系统中导出被本次升级的功能点所关注的非行业标准通用的数据；

所述区块导入包括：从升级前的区块链系统导出的文件中，解析区块数据和特殊数据，并按照预设规则将其导入到新版本区块链系统中；

新版本区块链系统在导入数据前生成一个区块编号为0的区块，然后基于这个区块，检查和保存导入的区块，进行状态数据重建，重新执行被导入的交易，构建新版本区块链系统的状态数据；

在数据导入的过程中，检查所导入区块的连续性，包括区块头记录的交易集合特征值是否与交易集合数据相匹配，以及每一项交易的发起方签名的完整性；

所述状态数据重建包括：从导入的区块数据和特殊数据中，通过执行每一笔交易的形式，重构出每个区块的状态数据；

数据重建是以区块为检查点按区块编号向后推进，当上一个区块数据导入成功并构建出状态数据后，保存状态数据为检查点，然后以此检查点作为当前状态，以下一个区块中的交易集合为输入，计算出下一个区块的状态数据，如果一个区块内交易集合中的任一交易执行异常，则当前区块所有已执行的交易全部作废，系统回退到上个检查点；

所述数据共享同步包括：保持数据在不同节点之间同步，同步的数据包括区块数据、状态数据和特殊数据；

待同步新节点的状态数据的同步方式包括：

-不直接同步状态数据，只同步区块数据，然后节点在本地通过智能合约虚拟机处理形成状态数据；

-信任对方节点，直接同步对方发送过来的状态数据；

待同步新节点需要从其他节点处获取区块数据和特别数据，特别数据中包含一个临界值，编号低于临界值的区块是从老版本导入的，不需要进行区块签名验证，高于临界值的区块是新版本正常构建的，需要进行签名验证；

所述数据验证包括：未经导入的新节点加入网络时，验证从其他节点同步的数据，对于区块数据，验证接收的一系列区块是否区块编号连续，后一个区块的父哈希值是否等于前一个区块的哈希值，区块内交易集合的特征值是否与收到的交易集合相匹配；

对于状态数据，验证状态数据的特征值是否与本节点计算得到的状态数据相匹配；

对于编号高于导入临界值的区块，验证出块者对区块特征值的签名是否正常；

在数据导入过程中，选择全量数据导入或者部分数据导入：

全量数据导入：从区块编号为0的区块开始导入所有数据；

部分数据导入：选择从任一编号的区块开始，导入到另任一编号的区块停止；

所述基于数据重放的非兼容性区块链升级方法包括如下步骤：

步骤1：进行区块链数据提取；

步骤2：根据提取的区块链数据进行区块链数据导入重建；

步骤3：进行区块链数据传播升级；

所述步骤1包括区块数据提取和特殊数据提取；

所述步骤2包括区块导入和状态数据重建；

所述步骤3包括数据共享同步和数据验证。

2.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述的方法的步骤。

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