CN114567596B - 一种用于区块链的数据快速交换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种用于区块链的数据快速交换方法，包括：约定若干个一元多项式、单个数据交换长度L和自变量x长度，约定排序y；将待交换数据转换为二进制流，截取为若干个长度L的二进制流，记为二进制数D；生成自变量x和偏移值△的取值，使自变量x代入选定一元多项式并与偏移值△求总和后等于二进制数D；将若干个自变量x、排序y及偏移值△发送给接收数据的节点；根据收到的数据长度、自变量x和偏移值△长度，截取出自变量x、每个排序y以及偏移值△的值，进而获得二进制数D；去除补位后，获得交换的数据。本发明的实质性效果是：减少了节点之间交换数据需要的传送的字节数，有效的提高数据交换效率。

Description

一种用于区块链的数据快速交换方法
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种用于区块链的数据快速交换方法。
背景技术
区块链节点在维护区块链区块统一的过程中，需要进行大量的数据交换，导致区块链网络的拥堵。由于区块链能够提供天然的信任基础，近年来得到快速的发展和应用。区块链上数据业务的增多，不仅导致了区块链网络的拥堵，影响区块链用户的使用时效，同时也导致区块链上的记账手续费上涨，增加了使用成本。因而降低区块链网络负载，成为目前区块链技术领域的重要研究课题。
如中国专利CN111614761A，公开日2020年9月1日，公开了一种区块链消息传输方法、装置、计算机及可读存储介质，适用于大数据中的数据传输领域，该方法包括：获取目标网络节点发送的区块链订阅绑定请求，为目标网络节点与区块链订阅绑定请求所请求的消息类型，建立订阅绑定关系；当目标网络节点满足订阅绑定关系时，获取订阅绑定关系对应的消息类型，获取该消息类型对应的区块链数据缓存队列；将区块链数据缓存队列中的区块链数据，发送至目标网络节点。采用其技术方案，可以实现对区块链中数据的管理，减少重复数据的产生以及区块链中的数据收发次数，进而减少了网络资源的浪费，能一定程度上缓解区块链网络的拥堵。但其技术方案并不能提高数据传输的效率，减缓拥堵的效果有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前区块链网络数据交换效率低的技术问题。提出了一种用于区块链的数据快速交换方法，能够提高区块链节点之间数据交换的效率，缓解区块链网络拥堵情况。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种用于区块链的数据快速交换方法，包括：节点之间约定若干个一元多项式，约定单个数据交换长度L和自变量x长度，约定一元多项式的排序y；发送数据的节点将待交换数据转换为二进制流，将二进制流补位后截取为若干个长度L的二进制流，记为二进制数D；选择若干个一元多项式并生成自变量x和偏移值△的取值，使自变量x代入选择的若干个一元多项式并与偏移值△求总和后，等于二进制数D；将若干个自变量x、排序y及偏移值△发送给接收数据的节点；接收数据的节点根据收到的数据长度、自变量x和偏移值△长度，截取出自变量x、每个排序y以及偏移值△的值，进而计算获得二进制数D；全部二进制数D传输完成后，发送数据的节点将补位数量发送给接收数据的节点，接收数据的节点去除补位后，获得交换的数据。
作为优选，约定一元多项式的排序y的方法包括：区块链网络维护排序表，排序表记录一元多项式的排序和投票数；当区块链节点在交换数据时，使用到一元多项式，则签名对应的一元多项式的投票，使投票数增加1；周期性根据投票数降序排序一元多项式，即为排序y。
作为优选，发送自变量x、排序y及偏移值△的方法包括：自变量x在前，对应一元多项式的排序y在后，将若干个自变量x及排序y拼接；在末尾拼接预设标识符后再将偏移值△拼接在末尾，形成待发送二进制流；在待发送二进制流的首尾添加通信报文头和报文尾发送给接收数据的节点；接收数据的节点依据约定的自变量x的长度，截取出自变量x的值；随后向后寻找排序y，使寻找到的排序y在排序表中存在记录，即找到对应的一元多项式；随后再次截取预设长度获得下一个自变量x，直到截取获得的自变量x取值为0；剩余二进制流即为偏移值△。
作为优选，在末尾拼接预设标识符的方法包括：在末尾拼接0，拼接0的数量与自变量x等长；接收数据的节点截取自变量x后，若截取到的自变量x取值为0，则判断已读取到偏移值△部分；返回上一个排序y的末尾位置，截取后续全部二进制流，即为偏移值△的值。
作为优选，区块链网络维护一个速查表，约定推荐偏移值△长度；以约定偏移值△长度为区间宽度，将长度L的二进制数划分为若干个区间；为每个区间的任意一个值寻找使用一元多项式尽可能少的等式，等式中偏移值△为0，记录自变量x的值和对应的排序y；若区块链节点为同区间内的另一个值寻找到使用一元多项式更少的等式，则将等式广播；其他区块链节点验证后签名，收集预设比例的签名后，使用新等式对应的自变量x和对应的排序y改写速查表。
作为优选，发送数据的节点一次发送k个二进制数D，发送k个二进制数D的方法包括：约定偏移值△的长度，使用固定长度的偏移值△和与自变量x等长的拼接0生成每个二进制数D的二进制流；将若干个二进制数D的二进制流拼接，首尾添加报文头和报文尾后，发送给接收数据的节点；接收数据的节点收到二进制流后，获得第一个二进制数D的最后一个排序y后，将得出下一个自变量x的值为0，丢弃该0值后向后读取预设长度的二进制位，即获得偏移值△的值；而后开始读取第二个二进制数D，直到读取全部二进制流；将获得的二进制数D拼接，即获得交换的数据。
本发明的实质性效果是：通过使用占用字节数更少的自变量x及排序y表示二进制数D，减少了节点之间交换数据需要的传送的字节数，能够有效的提高数据交换的效率；借助节点的存储空间和算力的开销增加，获得了区块链网络传输数据压力的下降，符合区块链节点算力和存储空间存证富余，网络拥堵的情况，能够针对区块链网络获得更好的数据交换效率。
附图说明
图1为实施例一数据快速交换方法示意图。
图2为实施例一约定一元多项式的排序y方法示意图。
图3为实施例一发送自变量x、排序y及偏移值△方法示意图。
图4为实施例一拼接预设标识符方法示意图。
图5为实施例二维护速查表方法示意图。
图6为实施例二发送k个二进制数D方法示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
实施例一：
一种用于区块链的数据快速交换方法，请参阅附图1，包括：步骤A01）节点之间约定若干个一元多项式，约定单个数据交换长度L和自变量x长度，约定一元多项式的排序y；步骤A02）发送数据的节点将待交换数据转换为二进制流，将二进制流补位后截取为若干个长度L的二进制流，记为二进制数D；步骤A03）选择若干个一元多项式并生成自变量x和偏移值△的取值，使自变量x代入选择的若干个一元多项式并与偏移值△求总和后，等于二进制数D；步骤A04）将若干个自变量x、排序y及偏移值△发送给接收数据的节点；步骤A05）接收数据的节点根据收到的数据长度、自变量x和偏移值△长度，截取出自变量x、每个排序y以及偏移值△的值，进而计算获得二进制数D；步骤A06）全部二进制数D传输完成后，发送数据的节点将补位数量发送给接收数据的节点，接收数据的节点去除补位后，获得交换的数据。本实施例约定单个数据交换长度L为4个字节，即二进制数D的长度L约定为32位。自变量x的长度为4位，即半个字节。约定的一元多项式形式表达为：f(x)=a0+a1*x+a2*x^2+…+an*x^n。本实施例约定的N个一元多项式如表1所示。排序y的占用的长度不限。用于表示32位长度二进制数时，排序y的上限为28位。超过28位则无提高效率的效果，当排序y的占用的字节数超过28位时，则不再增加一元多项式的数量。为了使有限数量的一元多项式直接表示尽可能多的二进制数D，一元多项式的值域应尽量不重叠或少重叠。当排序y的占用的字节数等于28位，且一元多项式的值域不重叠时，全部一元多项式的总值域恰好能够表示32位二进制数D的全部取值。当使用较小排序的一元多项式传递数据时，将能够节省大量的字节。因而使用较小的排序值表示使用最为频繁的二进制数D，能够得到较佳的数据压缩效果，即获得较佳的数据传输效率的提高。
表1 本实施例约定的一元多项式
排序 一元多项式 投票数
1 36*x^10+28*x^8+32*x^6-15*x^4+9*x^2+12*x-20 6081
2 17*x^8+4*x^6+24*x^5-6*x^4+20*x^3+15*x+110 5952
… … …
N 12*x^12+7*x^10-39*x^8-28*x^6+12*x^5+11*x^3+130*x-36 306
表2 二进制数D对应的x值和排序
(x,y) 二进制(x,y) 二进制数D
0xF,0x1 1111 0001 0001 0010 1111 0010 0011 1000 0111 0111 1000 0110 0001 1010
0xD,0xFF10 1101 1111 1111 0001 0000 0000 0000 0000 0011 0011 1100 0011 1100 1011 0101 0011 1100
0x2,0x29CE 0010 0010 1001 1100 1110 (0000 0000)1100 0001 1001 1000 1001 0110 0001 1001 1110 1100
一次传输一个二进制数D时，如表2第一行的数据，传输内容为“1111 0001”，首4位为约定的表示自变量x的位，自变量x为0xF，随后全部位均表示一元多项式的排序，0001表示排序为1。排序是整数，能够使用哈夫曼编码表示。本实施例采用哈夫曼编码时，能够进一步压缩需要传输的数据长度。
请参阅附图2，约定一元多项式的排序y的方法包括：步骤B01）区块链网络维护排序表，排序表记录一元多项式的排序和投票数；步骤B02）当区块链节点在交换数据时，使用到一元多项式，则签名对应的一元多项式的投票，使投票数增加1；步骤B03）周期性根据投票数降序排序一元多项式，即为排序y。
请参阅附图3，发送自变量x、排序y及偏移值△的方法包括：步骤C01）自变量x在前，对应一元多项式的排序y在后，将若干个自变量x及排序y拼接；步骤C02）在末尾拼接预设标识符后再将偏移值△拼接在末尾，形成待发送二进制流；步骤C03）在待发送二进制流的首尾添加通信报文头和报文尾发送给接收数据的节点；步骤C04）接收数据的节点依据约定的自变量x的长度，截取出自变量x的值；步骤C05）随后向后寻找排序y，使寻找到的排序y在排序表中存在记录，即找到对应的一元多项式；步骤C06）随后再次截取预设长度获得下一个自变量x，直到截取获得的自变量x取值为0；剩余二进制流即为偏移值△。
请参阅附图4，在末尾拼接预设标识符的方法包括：步骤D01）在末尾拼接0，拼接0的数量与自变量x等长；步骤D02）接收数据的节点截取自变量x后，若截取到的自变量x取值为0，则判断已读取到偏移值△部分；步骤D03）返回上一个排序y的末尾位置，截取后续全部二进制流，即为偏移值△的值。
本实施例的有益技术效果是：通过使用占用字节数更少的自变量x及排序y表示二进制数D，减少了节点之间交换数据需要的传送的字节数，能够有效的提高数据交换的效率；借助节点的存储空间和算力的开销增加，获得了区块链网络传输数据压力的下降，符合区块链节点算力和存储空间存证富余，网络拥堵的情况，能够针对区块链网络获得更好的数据交换效率。
实施例二：
一种用于区块链的数据快速交换方法，本实施例在实施例一的基础上，增加了新的实施步骤，请参阅附图5，包括：步骤E01）区块链网络维护一个速查表，约定推荐偏移值△长度；步骤E02）以约定偏移值△长度为区间宽度，将长度L的二进制数划分为若干个区间；步骤E03）为每个区间的任意一个值寻找使用一元多项式尽可能少的等式，等式中偏移值△为0，记录自变量x的值和对应的排序y；步骤E04）若区块链节点为同区间内的另一个值寻找到使用一元多项式更少的等式，则将等式广播；步骤E05）其他区块链节点验证后签名，收集预设比例的签名后，使用新等式对应的自变量x和对应的排序y改写速查表。越被频繁使用的一元多项式的排序越靠前，则减少数据量的效果越好，对区块链网络的效率提高最明显。通过集体维护一元多项式的使用频率排序，能够在整体上最接近最佳的一元多项式排序，
发送数据的节点一次发送k个二进制数D，请参阅附图6，发送k个二进制数D的方法包括：步骤F01）约定偏移值△的长度，使用固定长度的偏移值△和与自变量x等长的拼接0生成每个二进制数D的二进制流；步骤F02）将若干个二进制数D的二进制流拼接，首尾添加报文头和报文尾后，发送给接收数据的节点；步骤F03）接收数据的节点收到二进制流后，获得第一个二进制数D的最后一个排序y后，将得出下一个自变量x的值为0，丢弃该0值后向后读取预设长度的二进制位，即获得偏移值△的值；步骤F04）而后开始读取第二个二进制数D，直到读取全部二进制流；步骤F05）将获得的二进制数D拼接，即获得交换的数据。
如表2所示，若一次传输表2中的3个二进制数D，则获得3个二进制数D对应的占用字节数最多排序，即排序占用20位。则需要将全部排序都补充到20位。发送的数据为11110000 0000 0000 0000 0001 △ 1101 0000 1111 1111 0001 0000 △ 0010 0000 00101001 1100 1110 △。由于偏移值△的长度为约定长度，且排序已补充到相同的长度。则将收到的全部位数除以约定的k值，即k=3，即可获得每个二进制数D对应的数据的长度。进而截取3个二进制流段，每段对应一个二进制数D，每段的首4位为自变量x的值，末尾预设位数表示偏移值△，中间位数全部用于表示序号，进而获得每个二进制数D。通过一次性发送多个二进制数D，减小需要在区块链网络上传播的数据量，能够进一步提高数据交换的效率。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (1)

1.一种用于区块链的数据快速交换方法，其特征在于，
包括：
节点之间约定若干个一元多项式，约定单个数据交换长度L和自变量x长度，约定一元多项式的排序y；
发送数据的节点将待交换数据转换为二进制流，将二进制流补位后截取为若干个长度L的二进制数D；
选择若干个一元多项式并生成自变量x和偏移值△的取值，使自变量x代入选择的若干个一元多项式并与偏移值△求总和后，等于二进制数D；
将若干个自变量x、排序y及偏移值△发送给接收数据的节点；
接收数据的节点根据收到的数据长度、自变量x和偏移值△长度，截取出自变量x、每个排序y以及偏移值△的值，进而计算获得二进制数D；
全部二进制数D传输完成后，发送数据的节点将补位数量发送给接收数据的节点，接收数据的节点去除补位后，获得交换的数据；
约定一元多项式的排序y的方法包括：
区块链网络维护排序表，排序表记录一元多项式的排序和投票数；
当区块链节点在交换数据时，使用到一元多项式，则签名对应的一元多项式的投票，使投票数增加1；
周期性根据投票数降序排序一元多项式，即为排序y；
发送自变量x、排序y及偏移值△的方法包括：
自变量x在前，对应一元多项式的排序y在后，将若干个自变量x及排序y拼接；
在末尾拼接预设标识符后再将偏移值△拼接在末尾，形成待发送二进制流；
在待发送二进制流的首尾添加通信报文头和报文尾发送给接收数据的节点；
接收数据的节点依据约定的自变量x的长度，截取出自变量x的值；
随后向后寻找排序y，使寻找到的排序y在排序表中存在记录，即找到对应的一元多项式；
随后再次截取预设长度获得下一个自变量x，直到截取获得的自变量x取值为0；
剩余二进制流即为偏移值△；
在末尾拼接预设标识符的方法包括：
在末尾拼接0，拼接0的数量与自变量x等长；
接收数据的节点截取自变量x后，若截取到的自变量x取值为0，则判断已读取到偏移值△部分；
返回上一个排序y的末尾位置，截取后续全部二进制流，即为偏移值△的值；
区块链网络维护一个速查表，约定推荐偏移值△长度；
以约定偏移值△长度为区间宽度，将长度L的二进制数划分为若干个区间；
为每个区间的任意一个值寻找使用一元多项式少的等式，等式中偏移值△为0，记录自变量x的值和对应的排序y；
若区块链节点为同区间内的另一个值寻找到使用一元多项式更少的等式，则将等式广播；
其他区块链节点验证后签名，收集预设比例的签名后，使用新等式对应的自变量x和对应的排序y改写速查表；
发送数据的节点一次发送k个二进制数D，发送k个二进制数D的方法包括：
约定偏移值△的长度，使用固定长度的偏移值△和与自变量x等长的拼接0生成每个二进制数D的二进制流；
将若干个二进制数D的二进制流拼接，首尾添加报文头和报文尾后，发送给接收数据的节点；
接收数据的节点收到二进制流后，获得第一个二进制数D的最后一个排序y后，将得出下一个自变量x的值为0，丢弃该0值后向后读取预设长度的二进制位，即获得偏移值△的值；
而后开始读取第二个二进制数D，直到读取全部二进制流；
将获得的二进制数D拼接，即获得交换的数据。
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