CN113420083A - 一种具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，对原有的效率较低的数据结构进行创新改进，实现多条区块链高性能运行，构建全新基于区块链与数字身份技术的可拓展、多业务、异构数据结构分布式账本。针对异构区块链实现并行的相关组成、配置和功能进行整合与优化，提出了异构并行区块链结构，在三条预期整合的区块链特色基础上实现异构并行可用、自主可控管理，打造了全新数字身份机制，实现整体数据主权建设与维护，增强分布式账本整体的数据隐私安全与个人隐私权利保护。并且，通过引入文件系统区块链来提高分布式账本对多媒体文件数据存储的支持，提高整体可拓展分布式账本数据的数据多样化与存储格式支持能力。

Description

一种具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别地，涉及一种具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构。

背景技术

分布式账本是一种在指定成员之间通过特定方式保证成员之间数据共享、数据同步、数据交互的多点数据库的数据存储方式，分布式账本技术依赖于相应的点对点网络，没有中心管理员或者集中式存储，基于特有的共识原则和协商方法，对账本针对的业务对象的状态数据或者是引起状态变化的交易事务进行记录，而也正是通过这些共识原则，来保证网络内各个节点之间记录数据的一致性。区块链技术，也被称之为去中心化分布式账本技术，是一种基于通信网络并且让交易网络的参与方共同参与“记账”，共同维护一份完整公开的账本数据库的新技术。由于区块链技术具有去中心化、公开透明、信息防伪的特性，使得区块链技术在众多领域中具有广泛的应用。特别是在构建金融交易体系或者是信用体系中，由于信息不可恶意篡改，并且支持公开查询和重复验证，因此在金融场景下将成为构建交易合约的首选工具和主流方向。

当前分布式账本数据存储技术基本依赖于分布式账本的数据架构设计与数据存储形式的设计，从而进行多方节点之间的数据共同存储。通过构建逻辑层面上的“账本”这一概念，将相关的业务对象的数据事实或者导致数据事实变化的交易事务记录在账本上。并且支持通过特定关键信息来识别、检索、更新储存在各种数据库媒介内的账本中的事实以及其他相关有价值的信息。当前技术下，分布式账本数据存储技术通常依赖于区块链中区块的数据结构设计，较好的区块结构才能满足数据的快速存储、交易的快速核验、信息的快速定位与查询，区块结构很大程度上决定了分布式账本的运行效率与数据业务处理效率。具体来说，分布式账本中的区块链这一结构，是用于存储所有参与维护分布式账本节点所产生或涉及的交易事务日志的合集，用于记录导致当前业务对象状态变化的所有变化记录。所有的状态变化的交易事务会被排序、整合、嵌入在一个个的数据块(Block)内，然后进一步整合成区块链。这些储存的状态变化事务可以让我们能够了解导致当前业务对象状态的变化历史。需要注意的是，区块链将会记录所有的交易事务日志，它并不是一个不断维护更新的记录方式，而是一个不断增加迭代的日志记录方式。因此区块链上的所有数据将不会被更改。从数据存储层面来说，分布式账本的数据存储取决于区块的数据结构以及相应的使用流程，通过将相应的交易事务日志记录生成文件，再通过序列化方式将文件转化为易于存储与读取的文件形式，将相应的业务数据真正地储存起来。如图1所示，在现有技术模式下，常见的区块结构设计主要包含三个部分：区块头、块数据与区块元数据。具体内容如下：

(1)区块头(Block Header)

区块头指的是一份区块数据文件中最开头的部分，包含区块编号、区块哈希值与前一区块的哈希值。区块编号用于确定当前区块处于区块链中的序列，便于标示与读取，以及对区块定位从而进行相关操作；区块哈希值则用于快速验证本区块的内容一致性，同时为区块的链状结构提供下一区块的参考依据；前一区块的哈希值则用于将本区块与上一区块联系起来，从而形成关联关系以及逻辑上的链状结构，保证区块之间的稳定序列不会被外部攻击者恶意篡改。这些部分是通过加密散列算法计算区块的数据从而在内部派生的。它们确保每个块都与它的相邻块不可分割地联系在一起，最终形成一个不可变的交易事务日志账本。

(2)块数据(Block Data)

块数据包含了以一定顺序排列的所有交易事务内容。它是由排序服务在创建该区块的时候写入的。这些事务具有丰富且直接的结构，包含了交易事务的验证信息部分与交易事务的详细信息部分，是整个区块的内容核心。且由于不同应用场景下，交易事务所涵盖的内容与要求不同，块数据的设计也各不相同，因此目前对于块数据尚未有确切的结构定式。但是为了保证交易事务的可信与准确性，当前技术下块数据通常包含相应的身份验证信息以确保交易记录的安全可信，以及详细具体的交易信息，来包含交易事务产生的时间、请求、响应内容与处理结果。特别是在使用智能合约的区块链网络中，还将记录相关智能合约的请求内容与响应情况。块数据部分既包含了交易事务的验证信息与创建者信息，同样包含了详细的交易事务内容与结果，是整个区块的重要组成部分。

(3)区块元数据(Block Metadata)

区块元数据主要包含区块创建者的身份证书和数字签名，提供给网络上的各个节点用于验证区块的合法性。同时还包含一些特定的参数或者是指针，用来标记该区块内交易事务的有效性，以快速检验交易事务的结果。区块元数据的作用在于，给区块本身以及区块验证提供相应的可信内容与验证方式。

而从技术路线的角度来说，当前分布式账本下的区块链通常为单一业务模式区块链，整条链式结构包含的业务种类、数据类型通常仅涵盖预先指定的单一内容，没有结合其他相关技术实现多元化开发拓展。这间接导致分布式账本在技术层面涵盖范围较小，无法实现应有的可拓展性，缺乏技术综合性，技术模式与技术路线较为单一。并且在现有技术涵盖范围下，仅能针对文本数据这单一数据类型进行安全地记录于保存，尚未引入针对多媒介多格式的数据类型进行保存与读写。再加上当前在身份技术层面，尚未引入真正的数字身份技术，提高数字身份在整个数据网络中的灵活性和自主性，无法保证用户对自身数据的支配主权，缺乏相应的安全传输和隐私保护的手段。

而从实际应用的角度来说，当前技术通常仅以单一业务对象的区块链的形式使用，这种单一的分布式账本使用方式将会导致业务模式过于单一，适用性较弱，仅适合在部分特定场景下使用。同时，当前分布式账本技术或区块链技术的应用中，尚未建立完善、可信的数字身份技术，无法较好地依照数字身份对相应的数字资产权限进行保护与区分，没有整合数字身份技术的综合利用，其去中心化容易导致依托于区块链技术无法形成一个权威的信用背书，存在巨大的转型风险，在商业领域，区块链技术在进行落地应用的过程中，去中心化使得区块链的落地应用存在较大信用风险，缺乏更高的可信度与拓展性。

发明内容

本发明提供了一种具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，以解决当前分布式账本下的区块链存在的业务模式单一、存储数据类型单一的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，包括：交易事务区块链，用于存储整个分布式账本的实际交易记录和证明；

文件系统区块链，用于负责整个分布式账本的多样化文件格式支持和高效的文件存储管理，提供高速上传/下载接口；

数字身份区块链，用于负责整个分布式账本的数字化身份创建以及数据主权与数字身份的关联；

区块链管理网关，用于实现不同区块链之间以及各个区块链与用户之间的数据交互。

进一步地，所述交易事务区块链的区块结构包括区块头部分、块数据部分和区块元数据部分，所述区块头部分的内容包括用于识别当前区块的区块编号、用于联系上一区块以与其建立链状关系的前一区块的哈希值、用于概括当前区块内容同时提供下一个区块的联系指针以与下一个区块建立链状关系的当前区块哈希值，所述块数据部分的内容包括用于记录交易用户与节点所处的交易通道相关信息以及交易创建者的相关信息的创建信息、用于记录智能合约信息与交易读写信息的交易事务详情，所述区块元数据部分的内容包括区块元数据的具体信息和元数据签名，所述元数据签名用于提供当前区块信息与区块创建者信息的校验与核实。

进一步地，所述数字身份区块链的区块结构包括交易版本部分、交易数据部分、交易元数据部分和交易请求签名信息部分，所述交易版本部分是位于区块结构最开始的字符串类型数据，用于记录表示当前区块内所记录的数字身份事务的具体状态与更新进度、识别和确认后续所有内容的维护状态和更新版本，所述交易数据部分是有效交易数据载荷部分，所述交易元数据部分用于负责记录交易与区块的相关信息，所述交易请求签名信息部分用于负责记录数字身份交易事务请求者的相关验证信息。

进一步地，所述交易数据部分的内容包括用于定义和表述记录事务的交易类型参数、用于定义客户端与节点之间或者各个节点之间通信协议的协议版本、用于保存详细交易内容的交易数据详情以及用于保存交易创建者相关信息的请求元数据。

进一步地，所述交易数据详情包括记录的数据版本信息和具体的交易信息。

进一步地，所述请求元数据包括交易请求ID、交易创建者ID、整体哈希值和交易哈希值、交易背书用户以及交易创建者协议信息。

进一步地，所述交易元数据部分的内容包括用于确定交易元数据的数据版本属性、区块/交易被写入区块链的时间戳、区块/交易的请求唯一编码和区块链识别编码。

进一步地，所述文件系统区块链的区块结构包括存储保证部分、文件订单部分以及分配表部分，所述存储保证部分用于向整个分布式文件系统提供一种承诺性质的可验证数据，以接受相关文件以及数据的存储订单，所述文件订单部分用于根据业务场景的不同储存不同类型的文件系统业务订单数据，所述分配表部分用于记录当前文件系统状态下的所有订单状态的合集。

进一步地，所述分配表部分的内容包括存储的扇区ID、当前整个系统的存储订单的哈希合集、账本中的最新存储证明以及已丢失证明计数器。

进一步地，所述存储保证部分的内容包括负责存储文件的节点/存储设备的扇区大小、文件系统发放给存储者的存储证明以及当前分配表的哈希值。

本发明具有以下效果：

本发明的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，针对当前可拓展分布式账本中区块的数据存储设计，本发明从区块结构设计与异构区块链整合网关设计这两方面实现创新，对原有的效率较低的数据结构进行创新改进，实现多条区块链高性能运行，构建全新基于区块链与数字身份技术的、可拓展、多业务、异构数据结构分布式账本。另外针对异构区块链实现并行的相关组成、配置和功能进行整合与优化，提出了异构并行区块链结构，在三条预期整合的区块链特色基础上实现异构并行可用、自主可控管理，在三条异构区块链基础上打造全新数字身份机制，实现整体数据主权建设与维护，增强分布式账本整体的数据隐私安全与个人隐私权利保护。除此以外，通过引入分布式文件系统来提高分布式账本对多媒体文件数据存储的支持，提高整体可拓展分布式账本数据的数据多样化与存储格式支持能力。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有的区块链的区块结构示意图。

图2是本发明优选实施例的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构的架构示意图。

图3是本发明优选实施例的交易事务区块链的区块结构示意图。

图4是本发明优选实施例的数字身份区块链的区块结构示意图。

图5是本发明优选实施例的文件系统区块链的区块结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图2所示，本发明的优选实施例提供一种具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，包括：

交易事务区块链，用于存储整个分布式账本的实际交易记录和证明；

文件系统区块链，用于负责整个分布式账本的多样化文件格式支持和高效的文件存储管理，提供高速上传/下载接口；

数字身份区块链，用于负责整个分布式账本的数字化身份创建以及数据主权与数字身份的关联；

区块链管理网关，用于实现不同区块链之间以及各个区块链与用户之间的数据交互。

可以理解，本发明的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，通过区块链管理网关这一结构来实现异构区块链之间的并行，整合管理三条异构区块链的正常运行和交互功能，实现链与链、链与用户之间的数据交互。所述区块链管理网关将会基于交易事务区块链的相关业务API、数字身份区块链的相关功能API以及文件系统区块链的相关业务API，进行统一整合与再造，打造高效管理、统一规划、便捷实用的统一通信组件与数据交互组件，来协调三条特色区块链的协同工作与信息交互，以便快速地实现跨链间的信息交流、实时共享和交互双向性。所述区块链管理网关的主要作用在于管理外部用户或者应用程序对于区块链节点的操作，允许它关注业务逻辑。应用程序或操作用户通过节点集群连接到区块链管理网关，然后使用区块链管理网关的配置管理所有后续交互。通过使用区块链管理网关结构，可以实现底层区块链与上层应用程序或者节点集群之间的通信分离，这样有助于节点集群或者其他分布式账本组件(例如数据库组件)专注于自身业务逻辑，而不需要处理多条异构区块链之间的网络拓扑通信。对于区块链管理网关来说，有助于实现异构区块链的数据转化，使得异构区块链之间的数据可以流通，同时区块链管理网关可以实现管理模块、算法模块等核心组件的可拔插功能，可以嵌合多样化的管理软件、算法系统、决策组件等综合管理决策组件，满足外部参与者对于可拓展分布式账本的不同数据存储需求，提高多功能可拓展分布式账本的竞争力。

可以理解，本实施例的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，首先通过数字身份区块链引入数字身份，打造了高可信且更精密的身份体系，对于数据存储与状态更新有着严格的读写与通信背书，形成更透明更稳定且具有隐私保护与个人主权的信用基础，构建更加立体的身份网络，便于用户快速验证与核证自身身份，为用户提供数字ID管理、认证标签管理、区块链公私钥管理能力。同时引入完整的数字身份基础设施与高可信数字身份体系，有利于维护隐私数据的安全与可控性，提高用户个人对于自我隐私的控制权与知情权，增强参与各方数据交互意向，提高点对点网络中数据流通的真实性、可靠性。并且，还通过文件系统区块链引入了新的主流分布式存储技术，增强了文件输入能力，扩宽数据存储来源，将多方数据存储应用集成、多文件系统信息集中，提升信息资源利用率，将多个分布式系统的管理资源进行有效集中，提供统一高效的决策制度，整合多样化数据从而方便用户使用，既解决了传统分布式账本对于单一文件格式支持的局限性，同时新存储技术附带的高效文件管理也提升整体分布式账本信息资源的有效利用率，为分布式账本应用的全面推广打好基础，打破信息孤岛，消除信息冗余。本发明注重于改进现有分布式账本的数据存储方式，通过整合多项数据存储技术，来使得目标分布式账本具有高度模块化和多配置的数据结构。通过引入异构并行区块链及其管理网关，开创了分布式账本数据存储的新方式，以更低的成本，实现更加高效的数据读写效率与信息交互方式。本发明对于未来组织或者实体企业而言，将不仅仅是实现数据存储的可拓展分布式账本，更是前沿发展战略，能够为银行、金融、保险、医疗保健、人力资源、供应链等广泛行业用例提供创新、多功能性和优化，实现数字经济转型与创新。

其中，交易事务区块链是基于传统区块链技术与分布式账本技术，针对当前主流区块链数字化交易、可信取证、单据核验、供应链信用建立等多应用场景而采用的核心区块链，负责整个分布式账本设计的实际交易记录与证明的部分。该区块链的数据存储方式主要通过区块的形式进行保存，如图3所示，所述交易事务区块链的区块结构包括区块头部分、块数据部分和区块元数据部分。需要注意的是，本发明涵盖的交易事务区块的这一数据存储结构，其包含内容涉及并非完全固定，可以根据具体交易场景和交易需求的不同，进行灵活更新与升级，以满足在多场景交易条件下的数据存储高效率与高安全性。此处所包含的解释、图示与表格，仅作为举例性质的特定结构、仅具备单一存储类型，仅用于解释说明，本发明实际涵盖该区块数据结构以及其他衍生性质的区块数据结构。

具体地，所述区块头部分的内容包括用于识别当前区块的区块编号、用于联系上一区块以与其建立链状关系的前一区块的哈希值、用于概括当前区块内容同时提供下一个区块的联系指针以与下一个区块建立链状关系的当前区块哈希值。所述块数据部分的内容包括用于记录交易用户与节点所处的交易通道相关信息以及交易创建者的相关信息的创建信息，例如创建者身份、创建者通信地址、创建者秘钥与通信证书等，还用于记录智能合约信息与交易读写信息的交易事务详情，智能合约调用信息包括执行该交易所使用智能合约的相关信息，如智能合约的输入参数与具体合约信息，而交易读写信息则分为交易验证所需的相关背书策略与交易执行之后的响应结果。

所述区块元数据部分的内容包括区块元数据的具体信息和元数据签名，所述元数据签名主要为区块创建者信息与创建者的加密签名等验证信息，用于提供当前区块信息与区块创建者信息的校验与核实，保证当前区块数据存储的合法性与安全性。而区块元数据的内容与结构，则根据具体场景下的不同需求，如，区块定位、交易指针、隐私保护等，将可以包含不同的验证信息。因此为了保证对不同需求与条件的契合性，区块元数据的结构并非单一且固定的，同样也可以根据需求进行更改。

同时，为了更直观展示交易事务区块链的区块结构，区块结构的表格实例如下表所示：

表一、交易事务区块链的区块结构

通过区块结构内的链式连接关系与相应的区块序列关系，将区块严格按照一定顺序进行序列化并且保存为区块文件，从而构成了逻辑上的链式结构，即交易事务区块链结构。

可以理解，数字身份区块链是基于当前数字身份技术与分布式账本技术，针对当前主流数字身份创建、自我数据主权确立、隐私数据保护等满足数字化身份与个人隐私需求的应用场景而采用的身份基础区块链，负责整个分布式账本设计的数字化身份创建以及数据主权与数字身份的关联，保证合法合规的数字身份创建以及存储数据的安全与隐私保护。同时，该区块链同样作为整个可拓展分布式账本的拓展部分，在兼容原有交易区块链的用户体系下，提供基于完整数字身份体系的用户管理服务，在原有用户体系下提供更多数据安全性保护与隐私数据管理选项。该区块链的数据存储方式主要通过区块的形式进行保存，区块的具体结构如图4所示。具体地，所述数字身份区块链的区块结构包括交易版本部分、交易数据部分、交易元数据部分和交易请求签名信息部分。需要注意的是，本发明涵盖的数字身份区块这一数据存储结构，其包含内容涉及并非完全固定，可以根据具体交易场景和交易需求的不同，进行灵活更新与升级，以满足在多场景交易条件下的数据存储高效率与高安全性。此处所包含的解释、图示与表格，仅作为举例性质的特定结构、仅具备单一存储类型，仅用于解释说明。本发明实际涵盖该区块数据结构以及其他衍生性质的区块数据结构。

具体地，所述交易版本部分是位于区块结构最开始的字符串类型数据，用于记录表示当前区块内所记录的数字身份事务的具体状态与更新进度、识别和确认后续所有内容的维护状态和更新版本。

所述交易数据部分是有效交易数据载荷部分。所述交易数据部分的内容包括用于定义和表述记录事务的交易类型参数、用于定义客户端与节点之间或者各个节点之间通信协议的协议版本、用于保存详细交易内容的交易数据详情以及用于保存交易创建者相关信息的请求元数据。所述交易数据详情又包含了记录的数据的版本信息，以及具体的交易信息，具体交易信息根据数字身份业务类型的不同而具有不同的数据结构，在此不进行举例说明，通常包括创建交易、写入属性、数据模式等不同的交易类型。而请求元数据主要记录了数字身份交易事务的请求发起者的相关信息，如交易请求ID、交易创建者ID、整体哈希值与交易哈希值、交易背书用户、交易创建者协议等信息。

所述交易元数据部分用于负责记录交易与区块的相关信息，例如用于确定交易元数据的数据版本属性、区块/交易被写入区块链的时间戳、区块/交易的请求唯一编码和区块链识别编码等属性。

所述交易请求签名信息部分用于负责记录数字身份交易事务请求者的相关验证信息，包括请求者的签名类型，请求者的签名内容。而签名内容则包括签名者标识符、签名者的数字签名等信息。

同时，为了更直观展示数字身份区块结构，具体区块结构的表格实例如下表所示：

表二、数字身份区块链的区块结构

通过区块结构内的链式连接关系与相应的区块序列关系，将区块严格按照一定顺序进行序列化并且保存为区块文件，从而构成了逻辑上的链式结构，即数字身份区块链结构。

可以理解，文件系统区块链是基于当前分布式文件系统与分布式账本技术，针对当前主流的多格式数据存储、多样式的数据下载、多节点的数据传输等应用场景，提供相关的数据存储与文件上传下载的业务功能而采用的文件拓展区块链，负责整个分布式账本设计的多样化文件格式支持以及高效的文件存储管理和高速上传/下载接口提供，用于提供传统分布式账本或区块链所不能支持的多媒体文件的上链与存储功能，实现更多资产或凭证等物品的数字化水平，以期结合实际的交易事务区块链与数字身份区块链，提供满足隐私保护与安全高效交易的资产、凭证等物件的数据传递与数据存储。该区块链的数据存储方式主要通过区块的形式进行保存，区块的具体结构如图5所示。

具体地，所述文件系统区块链的区块结构包括存储保证部分、文件订单部分以及分配表部分。需要注意的是，本发明涵盖的数字身份区块这一数据存储结构，其包含内容涉及并非完全固定，可以根据具体交易场景和交易需求的不同，进行灵活更新与升级，以满足在多场景交易条件下的数据存储高效率与高安全性。此处所包含的解释、图示与表格，仅作为举例性质的特定结构、仅具备单一存储类型，仅用于解释说明。本发明实际涵盖该区块数据结构以及其他衍生性质的区块数据结构。

其中，所述存储保证部分用于向整个分布式文件系统提供一种承诺性质的可验证数据，用于将可验证数据分配给分布式存储节点或网络所属的其他存储设备，以向区块链网络证明具有足够的数据存储能力，从而接受相关文件以及数据的存储订单。所述存储保证部分的内容包括负责存储文件的节点/存储设备的扇区大小、文件系统发放给该存储者的存储证明以及当前分配表的哈希值。

所述分配表部分用于记录当前文件系统状态下的所有订单状态的合集。所述分配表是一个用来跟踪待存储文件以及分配扇区的数据结构，用于记录当前所有存储任务分配状况以及整个系统的存储硬件压力，分配表在账本中每一个区块都会更新一次来保证对于当前系统状态的记录，以便于验证的时候可以快速查询相关信息。所述分配表部分的内容包含存储的扇区ID、当前整个系统的存储订单的哈希合集、账本中的最新存储证明以及已丢失证明计数器。

所述文件订单部分是整个文件系统区块的数据存储核心，根据业务场景的不同可以用于储存不同类型的文件系统业务订单数据。此处将以常见的存储订单以及查询订单进行订单交易数据存储方式举例，并非代表实际区块形式仅限于此，本发明涵盖的文件系统数据结构将会包含此两种方式以及其他衍生或改进区块数据结构。

对于需要文件系统区块链进行数据存储的存储交易，包含三个订单信息，即请求方(节点或者用户)发出的要求订单、存储方(存储节点或者其他存储设备)发出的接受订单以及两者之间达成的成交订单。要求订单数据主要记录请求方的存储需求信息，表明其对于存储空间的详细要求，包括存储最长时间、存储数据大小、相应的存储证明等参数。而接受订单数据主要用于记录存储方的相关信息，包括提供的存储空间数量(由于最大存储空间的限制，如果目标存储文件过大，将会分为多个存储空间进行分开储存)以及每个存储空间消耗的扇区存储空间大小。而成交订单则用于记录存储方与请求方之间达成的文件存储协议，包括存储内容的哈希值、存储方数字签名的时间戳、以及要求订单和接受订单的哈希值。

而查询业务则是对文件系统中存储的数据进行查询，由于不需要使用扇区存储空间，因此数据内容则相对较少。查询交易同样也包括要求订单数据、接受订单数据以及成交订单数据三个部分。要求订单数据包含了查询数据内容所需的索引以及查询消耗的系统资源量，接受订单数据则包含了查询索引的处理流程和方式等信息以及根据索引查询到的指定数据或文件的哈希值，成交订单数据则包含接受订单与要求订单数据内容的哈希值。

同时，为了更直观展示文件系统区块结构，区块结构的表格实例如下表所示：

表三、文件系统区块链的区块结构

通过区块结构内的链式连接关系与相应的区块序列关系，将区块严格按照一定顺序进行序列化并且保存为区块文件，从而构成了逻辑上的链式结构，即文件系统区块链结构。

可以理解，本发明的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，针对当前可拓展分布式账本中区块的数据存储设计，本发明从区块结构设计与异构区块链整合网关设计这两方面实现创新，对原有的效率较低的数据结构进行创新改进，实现多条区块链高性能运行，构建全新基于区块链与数字身份技术的、可拓展、多业务、异构数据结构分布式账本。另外针对异构区块链实现并行的相关组成、配置和功能进行整合与优化，提出了异构并行区块链结构，在三条预期整合的区块链特色基础上实现异构并行可用、自主可控管理，在三条异构区块链基础上打造全新数字身份机制，实现整体数据主权建设与维护，增强分布式账本整体的数据隐私安全与个人隐私权利保护。除此以外，通过引入分布式文件系统来提高分布式账本对多媒体文件数据存储的支持，提高整体可拓展分布式账本数据的数据多样化与存储格式支持能力。

本发明的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构至少具有以下优点：

1.基于可信数字身份体系：打破了传统分布式账本的单一账户体系，为了提供更高水平的数据安全保护与个人隐私数据主权管理，从而引入了数字身份与数字身份区块链，从技术底层融合了传统交易事务区块链与主流数字身份体系，从用户拥有的数据存储权限等角度来实现数据安全性与隐私性的管理与保护，从而解决传统分布式账本数据存储方式对于个人隐私与安全验证方面的潜在问题。具体来说，本发明在技术架构层面搭建了相应的数字身份区块链文件系统与数字身份账本数据库作为整个数字身份体系的支撑。同时通过建立异构并行区块链管理网关结构，将交易事务区块链与数字身份区块链进行有机结合，将交易事务的处理中融入数字身份主权带来的权限监督管理，既保证了隐私数据安全稳定地在点对点网络中传输，同时也保障了参与者基于数字身份体系下对于数字资产和数字信息的支配主权，保障了相关利益者的隐私安全与交易合法权益，为分布式账本技术的应用提供了强而有力的信用基础与监管水平支持。

2.基于可拓展分布式存储技术：打破了传统分布式账本与区块链技术对于数据存储形式与数据格式的限制，引入了其他高效、多媒介、富形式的分布式存储技术，构建同样基于区块链技术的、支持多种数据格式的区块链数据存储体系，克服了传统分布式账本或区块链技术中仅支持文本数据流转的缺陷，打破了现有技术无法支持图片、视频以及更多主流形式多媒体数据的上链限制，重新定义了分布式账本数据存储方式，建立了新的可拓展分布式数据存储体系。具体来说，本发明构建了适用于现有主流分布式文件系统的数据存储形式，即，文件系统区块链，通过加密技术与哈希算法，一方面对上传数据进行加密、缩写，以保证信息的安全性，另一方面分布式文件系统提高了用户上传与下载的速率，保证了整体系统数据读写的高效与稳定。通过引入主流分布式文件系统，可以支持图片、视频或者其他多媒体文件，在保留文件完整性地同时，将多媒体文件分解、复制，将分布式碎片存储到预先设计的文件系统区块中，从而形成数据的高效稳定存储。通过这种方式打破现有区块链或分布式文件系统的在数据格式方面的短板，实现对于多媒介富形式数据的存储支持。

3.基于三项技术的异构并行区块链管理网关：基于区块链技术、数字身份技术以及分布式文件系统这三项重要技术的基础上，打造了高效管理、统一规划、便捷实用的异构并行区块链及其管理网关，来协调三条特色区块链的协同工作与信息交互，以便快速地实现跨链间的信息交流、实时共享和交互双向性。同时管理网关可以实现管理模块、算法模块等核心组件可拔插组件的通信接入与数据交互，可以嵌合多样化的管理软件、算法系统、决策组件等综合管理决策组件，满足外部参与者对于可拓展分布式账本的不同数据存储需求，提高多功能可拓展分布式账本的竞争力。具体来说，将应用系统、数据资源、网络资源集成在统一的监控与操作之下，提供一体化的、便利的数据存储管理平台或管理组件，给整个数据存储确立标准，实现基础数据统一管理，通过统一智能化管理实现流程标准，数据标准，接口标准的统一。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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之内。

Claims (10)

1.一种具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，其特征在于，包括：交易事务区块链，用于存储整个分布式账本的实际交易记录和证明；

文件系统区块链，用于负责整个分布式账本的多样化文件格式支持和高效的文件存储管理，提供高速上传/下载接口；

数字身份区块链，用于负责整个分布式账本的数字化身份创建以及数据主权与数字身份的关联；

区块链管理网关，用于实现不同区块链之间以及各个区块链与用户之间的数据交互。

2.如权利要求1所述的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，其特征在于，所述交易事务区块链的区块结构包括区块头部分、块数据部分和区块元数据部分，所述区块头部分的内容包括用于识别当前区块的区块编号、用于联系上一区块以与其建立链状关系的前一区块的哈希值、用于概括当前区块内容同时提供下一个区块的联系指针以与下一个区块建立链状关系的当前区块哈希值，所述块数据部分的内容包括用于记录交易用户与节点所处的交易通道相关信息以及交易创建者的相关信息的创建信息、用于记录智能合约信息与交易读写信息的交易事务详情，所述区块元数据部分的内容包括区块元数据的具体信息和元数据签名，所述元数据签名用于提供当前区块信息与区块创建者信息的校验与核实。

3.如权利要求1所述的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，其特征在于，所述数字身份区块链的区块结构包括交易版本部分、交易数据部分、交易元数据部分和交易请求签名信息部分，所述交易版本部分是位于区块结构最开始的字符串类型数据，用于记录表示当前区块内所记录的数字身份事务的具体状态与更新进度、识别和确认后续所有内容的维护状态和更新版本，所述交易数据部分是有效交易数据载荷部分，所述交易元数据部分用于负责记录交易与区块的相关信息，所述交易请求签名信息部分用于负责记录数字身份交易事务请求者的相关验证信息。

4.如权利要求3所述的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，其特征在于，所述交易数据部分的内容包括用于定义和表述记录事务的交易类型参数、用于定义客户端与节点之间或者各个节点之间通信协议的协议版本、用于保存详细交易内容的交易数据详情以及用于保存交易创建者相关信息的请求元数据。

5.如权利要求4所述的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，其特征在于，所述交易数据详情包括记录的数据版本信息和具体的交易信息。

6.如权利要求4所述的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，其特征在于，所述请求元数据包括交易请求ID、交易创建者ID、整体哈希值和交易哈希值、交易背书用户以及交易创建者协议信息。

7.如权利要求4所述的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，其特征在于，所述交易元数据部分的内容包括用于确定交易元数据的数据版本属性、区块/交易被写入区块链的时间戳、区块/交易的请求唯一编码和区块链识别编码。

8.如权利要求1所述的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，其特征在于，所述文件系统区块链的区块结构包括存储保证部分、文件订单部分以及分配表部分，所述存储保证部分用于向整个分布式文件系统提供一种承诺性质的可验证数据，以接受相关文件以及数据的存储订单，所述文件订单部分用于根据业务场景的不同储存不同类型的文件系统业务订单数据，所述分配表部分用于记录当前文件系统状态下的所有订单状态的合集。

9.如权利要求8所述的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，其特征在于，所述分配表部分的内容包括存储的扇区ID、当前整个系统的存储订单的哈希合集、账本中的最新存储证明以及已丢失证明计数器。

10.如权利要求8所述的具有可拓展分布式账本的异构并行区块链结构，其特征在于，所述存储保证部分的内容包括负责存储文件的节点/存储设备的扇区大小、文件系统发放给存储者的存储证明以及当前分配表的哈希值。

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