CN115550251A - 区块链网络、节点集合的维护方法及装置 - Google Patents

区块链网络、节点集合的维护方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种区块链网络、节点集合的维护方法及装置。该区块链网络基于结构化P2P网络构建，各区块链节点与任一区块链节点所对应2 n叉树中的至少部分叶子节点一一对应，所述多叉树包含M个层级的子树，所述M为正整数；其中，第i层级的子树为i级子树，1＜i≤M，且i为正整数；区块链网络每个第i层级的地理位置区域被划分为各个i+1级子树分别对应的第i+1层级的地理位置区域，其中每个i+1级子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第i+1层级的地理位置区域内；任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关。

Description

区块链网络、节点集合的维护方法及装置
技术领域
本说明书实施例属于区块链技术领域，尤其涉及一种区块链网络、节点集合的维护方法及装置。
背景技术
现阶段，基于区块链网络可以实现多种形式的区块链应用或区块链服务。用户可以通过区块链节点参与实现区块链的相关事务，例如，区块链系统中分别对应不同用户的多个区块链节点，可以基于同态加密、零知识证明等隐私技术针对某一节点的私有数据进行安全多方计算（Secure Multi-Party Computation，SMPC）。再例如，基于区块链网络可以在不同用户账户之间实现转账；再例如，还可以基于区块链网络发行数字画作、数字头像、GIF等数字藏品对应的NFT（Non-Fungible Token，非同质化代币），以便NFT所承载的数字藏品的所有权能够在区块链网络的用户之间流通，从而产生对应于数字藏品的价值。
区块链网络通常基于结构化P2P（Peer-to-Peer，点对点）网络构建，该网络中的各个区块链节点可以分别维护用于记录网络中其他区块链节点的至少一个节点集合，以便基于节点集合中记录的区块链节点在不同区块链节点之间进行数据传输。通常情况下，区块链网络中的任意两区块链节点之间的要实现通信，需要先根据双方的节点标识计算二者之间的异或距离（XOR distance）。
但由于节点标识通常是按照预设的随机算法生成的随机值，所以任意两区块链节点之间的异或距离与二者的实际地理位置并无任何关联。从而导致可能出现这样的情况：节点A和节点B异或距离较近，但二者的地理位置很远，如分别被部署在不同的国家甚至不同的大洲等。由于节点A和节点B之间的实际通信过程依赖于二者的网络地址，而物理地址通常与地理位置强相关，所以在上述情况下，将导致节点A和节点B的实际通信过程耗时较长，从而影响区块链网络的通信性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种区块链网络、节点集合的维护方法及装置。
根据本说明书一个或多个实施例的第一方面，提出了一种区块链网络，所述区块链网络基于结构化P2P网络构建，所述区块链网络中的各个区块链节点与任一区块链节点所对应多叉树中的至少部分叶子节点一一对应，其中，任意两个区块链节点的异或距离由相应叶子节点的节点标识计算得到，且所述多叉树中属于同一子树的各个叶子节点的节点标识分别与所述任一区块链节点对应的叶子节点的节点标识计算得到的异或距离相同；所述任一区块链节点维护有与每个预设值一一对应的节点集合，与任一预设值对应的节点集合用于记录与所述任一区块链节点的异或距离为所述任一预设值的区块链节点；
所述多叉树包含M个层级的子树，所述M为正整数；其中，第i层级的子树为i级子树，且i+1级子树的根节点为i级子树的根节点的子节点，1＜i≤M，且i为正整数；所述区块链网络对应的总地理位置范围被划分为各个1级子树分别对应的第1层级的地理位置区域，其中每个第1层级的子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第1层级的地理位置区域内；以及，每个第i层级的地理位置区域被划分为各个i+1级子树分别对应的第i+1层级的地理位置区域，其中每个i+1级子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第i+1层级的地理位置区域内；
任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关。
根据本说明书一个或多个实施例的第二方面，提出了一种节点集合的维护方法，应用于区块链网络中的任一区块链节点；
所述区块链网络基于结构化P2P网络构建，所述区块链网络中的各个区块链节点与多叉树中的至少部分叶子节点一一对应，其中，任意两个区块链节点的异或距离由相应叶子节点的节点标识计算得到，且所述多叉树中属于同一子树的各个叶子节点的节点标识分别与所述任一区块链节点对应的叶子节点的节点标识计算得到的异或距离相同；所述任一区块链节点维护有与每个预设值一一对应的节点集合，与任一预设值对应的节点集合用于记录与所述任一区块链节点的异或距离为所述任一预设值的区块链节点；
所述多叉树包含M个层级的子树，所述M为正整数；其中，第i层级的子树为i级子树，且i+1级子树的根节点为i级子树的根节点的子节点，1＜i≤M，且i为正整数；所述区块链网络对应的总地理位置范围被划分为各个1级子树分别对应的第1层级的地理位置区域，其中每个第1层级的子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第1层级的地理位置区域内；以及，每个第i层级的地理位置区域被划分为各个i+1级子树分别对应的第i+1层级的地理位置区域，其中每个i+1级子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第i+1层级的地理位置区域内；任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关；所述方法包括：
根据候选区块链节点的地址信息确定M个地理位置信息字段分别对应的字段取值，所述候选区块链节点是所述任一区块链节点在所述区块链网络中发现的区块链节点；
根据所述字段取值确定所述多叉树中包含所述候选区块链节点对应的叶子节点的子树；
针对包含对应于候选区块链节点的叶子节点的任一子树，从对应于所述任一子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至所述任一子树对应的目标节点集合中，以使所述任一区块链节点在向其他区块链节点发送区块链消息时，通过所述目标节点集合中记录的区块链节点对所述区块链消息进行路由转发。
根据本说明书一个或多个实施例的第三方面，提出了一种节点集合的维护装置，应用于区块链网络中的任一区块链节点；
所述区块链网络基于结构化P2P网络构建，所述区块链网络中的各个区块链节点与多叉树中的至少部分叶子节点一一对应，其中，任意两个区块链节点的异或距离由相应叶子节点的节点标识计算得到，且所述多叉树中属于同一子树的各个叶子节点的节点标识分别与所述任一区块链节点对应的叶子节点的节点标识计算得到的异或距离相同；所述任一区块链节点维护有与每个预设值一一对应的节点集合，与任一预设值对应的节点集合用于记录与所述任一区块链节点的异或距离为所述任一预设值的区块链节点；
所述多叉树包含M个层级的子树，所述M为正整数；其中，第i层级的子树为i级子树，且i+1级子树的根节点为i级子树的根节点的子节点，1＜i≤M，且i为正整数；所述区块链网络对应的总地理位置范围被划分为各个1级子树分别对应的第1层级的地理位置区域，其中每个第1层级的子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第1层级的地理位置区域内；以及，每个第i层级的地理位置区域被划分为各个i+1级子树分别对应的第i+1层级的地理位置区域，其中每个i+1级子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第i+1层级的地理位置区域内；任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关；所述装置包括：
取值确定单元，用于根据候选区块链节点的地址信息确定M个地理位置信息字段分别对应的字段取值，所述候选区块链节点是所述任一区块链节点在所述区块链网络中发现的区块链节点；
子树确定单元，用于根据所述字段取值确定所述多叉树中包含所述候选区块链节点对应的叶子节点的子树；
节点记录单元，用于针对包含对应于候选区块链节点的叶子节点的任一子树，从对应于所述任一子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至所述任一子树对应的目标节点集合中，以使所述任一区块链节点在向其他区块链节点发送区块链消息时，通过所述目标节点集合中记录的区块链节点对所述区块链消息进行路由转发。
根据本说明书一个或多个实施例的第四方面，提出了一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现如第二方面中任一项所述的方法。
根据本说明书一个或多个实施例的第五方面，提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如第二方面中任一项所述方法的步骤。
基于本说明书的前述实施例，在基于结构化P2P网络构建的区块链网络中，各个区块链节点与任一区块链节点所对应多叉树中的至少部分叶子节点一一对应，其中，任意两个区块链节点的异或距离由相应叶子节点的节点标识计算得到，且所述多叉树中属于同一子树的各个叶子节点的节点标识分别与所述任一区块链节点对应的叶子节点的节点标识计算得到的异或距离相同；所述任一区块链节点维护有与每个预设值一一对应的节点集合，与任一预设值对应的节点集合用于记录与所述任一区块链节点的异或距离为所述任一预设值的区块链节点；所述多叉树包含M个层级的子树，所述M为正整数；其中，第i层级的子树为i级子树，且i+1级子树的根节点为i级子树的根节点的子节点，1＜i≤M，且i为正整数；所述区块链网络对应的总地理位置范围被划分为各个1级子树分别对应的第1层级的地理位置区域，其中每个第1层级的子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第1层级的地理位置区域内；以及，每个第i层级的地理位置区域被划分为各个i+1级子树分别对应的第i+1层级的地理位置区域，其中每个i+1级子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第i+1层级的地理位置区域内；任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关。
针对相关技术中以随机算法计算得到的随机值作为节点标识，本方案基于区块链节点的在实际物理空间中的地理位置对应的信息生成区块链节点所对叶子节点的节点标识。而且，任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关。如对于区块链网络中的节点A、B和C，假设节点A与B分别所处地理位置之间的物理距离大于节点A与B分别所处地理位置之间的物理距离，则基于前述方式构建的叶子节点的节点标识，在通过相应叶子节点的节点标识计算得到节点A和B之间的异或距离Lab以及节点A和C之间的异或距离Lac的情况下，必然存在Lab>Lac。
可见，在通过上述方案构建的区块链网络中，对于任意两个区块链节点，通过二者分别对应叶子节点的节点标识计算出的二者之间的异或距离，能够准确地反映二者之间的实际地理位置的远近。因此，该方案能够确保区块链网络中任一区块链节点维护的节点集合中记录的各个区块链节点的实际地理位置较为接近，从而有助于减少不同区块链节点至今通信路径的跳数，提升区块链网络的通信性能。另外，相对于相关技术中对应于二叉树的区块链网络，本方案采用多叉树减少了多叉树的深度，从而显著减少多跳通信的跳数，进一步增强了结构化P2P网络的通信性能。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一示例性实施例提供的一种四叉树的结构示意图。
图2是一示例性实施例提供的一种多叉树的结构示意图。
图3是一示例性实施例提供的一种节点集合的维护方法的流程图。
图4是一示例性实施例提供的一种设备的结构示意图。
图5是一示例性实施例提供的一种节点集合的维护装置的框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
为了解决相关技术中存在的前述问题，本说明书提出一种区块链网络和基于该网络的节点集合的维护方案。下面结合附图对该网络和该方案进行详细说明。
P2P网络即点对点网络，本说明书所述的结构化P2P网络，是具有一定结构的点对点网络，该网络中的各个节点在逻辑上固定分布。kademlia网络是结构化P2P网络的典型代表，广泛应用在各种公链、联盟链中，比如以太坊、长安链等。
相关技术中所述的结构化P2P网络中任一节点对应的均为二叉树，而本方案所述QQ中任一区块链节点对应于多叉树。下面以图1所示的四叉树为例，首先对多叉树的结构进行简要说明。
如图1所示的四叉树为满叉树，即该四叉树中任一根节点的下一级存在4个子节点，任一子节点可以是下一级子树的根节点，也可以是叶子节点。所述区块链网络中的区块链节点数量通常不超出该四叉树叶子节点的数量，即所述区块链网络中的各个区块链节点与任一区块链节点所对应2 n叉树中的至少部分叶子节点一一对应。
所述四叉树中的各个叶子节点分别具有相应的节点标识。其中，任一叶子节点的节点标识可以被与该节点所对应区块链节点的节点标识相同，或者也可以根据该区块链节点的节点标识计算转换得到。其中，任一区块链节点的节点标识可以为该节点的公钥或者其公钥的摘要（如哈希）等身份信息，或者也可以通过上述信息计算得到。以公钥为例，对于区块链网络中的任一区块链节点，可以通过散列函数计算该节点的身份信息（如公钥）对应的固定长度的散列值，并将该散列值作为所述任一区块链节点在2 n叉树中所对应叶子节点的节点标识。通过该方式，所述区块链网络中的各个区块链节点可以与任一区块链节点所对应2 n叉树中的至少部分叶子节点一一对应。任意两个区块链节点的异或距离由相应叶子节点的节点标识计算得到，且所述2 n叉树中属于同一子树的各个叶子节点的节点标识分别与所述任一区块链节点对应的叶子节点的节点标识计算得到的异或距离相同。
不妨假设区块链网络中各个区块链节点所对应叶子节点的节点标识分别为四位的二进制数值，以及，区块链网络存在节点A等64个区块链节点，与各个节点一一对应的叶子节点的节点标识分别为111111、111110、111101、...、000000。在此基础上，从节点D（所对应叶子节点的节点标识为111100）的视角观察到的四叉树可以参见图1。
在图1中，从左至右不再以1 bit为单位进行树的构建，而是以2 bit为单位进行树的构建。如果是00则在左一子树上、如果是01则在左二子树、如果是10则在右二子树上、如果是11则在右一子树上。比如针节点D，从左往右第一个2 bit为11，则在右一子树；第二个2bit为11，则继续往右一子树上延伸；最后一个2 bit为00，则往左一子树上延伸；最终位于最后一层叶子节点从右往左数的第四个位置。
对应于四叉树的上述构建方式，可以按2位（即2 bit为一个计算单位）计算各个区块链节点的异或距离。具体而言，按照从高位至低位的顺序，若多个叶子节点的节点标识连续x位（x为0、2或4）取值相同，且所述x位的取值与111100在相应位置的取值不同，则(6-x)/2即为所述多个叶子节点分别对应的区块链节点与节点D之间的异或距离。
例如，111111的前四位（即1111）与111100的前四位逐位相同（最后两位不全相同），因此节点A与节点D之间的异或距离为(6-4)/2=1；再例如，111011的前两位（即11）与111100的前两位逐位相同（后四位不全相同），所以节点E与节点D之间的异或距离均为2。类似的，可以依次计算出节点A~C与节点D之间的异或距离均为1、节点E~P与节点D之间的异或距离均为2，其余48个节点与节点D之间的异或距离均为3。以节点D为中心，基于上述异或距离可以确定所述2 n叉树中包含的3个子树，其中，节点A~C对应的叶子节点构成一个子树（即根节点d0.3表征的子树）、节点E~P构成一个子树（即根节点d0.2表征的子树）、其余48个节点构成一个子树（即根节点d0.1表征的子树）。另外可见，节点d0.1也是四叉树的根节点。其中，111100与111111对应的异或距离计算过程可参见下式（1）：
Figure 167614DEST_PATH_IMAGE002
（1）
示例性的，所述结构化P2P网络可以维护分布式哈希表DHT（distributed hashtable），而该DHT可以通过Kademlia协议实现，换言之，所述结构化P2P网络可以为Kademlia网络。此时，可以以K-桶的概念表示上述不同异或距离的节点。如对于节点D而言，k=1（即异或距离为1，下同）的子树是右边的节点A~C所在的子树、k=2的子树是节点E~P所在的子树、k=3的子树是其余48个节点所在的子树。由四叉树的上述结构可知，各个子树与不同的异或距离一一对应。
其中，任一子树包含2 n个一级子树。仍以图1为例，因为n=2，所述各个子树分别包含3个一级子树。以k=2的子树（即根节点d0.2表征的子树）为例，该子树包含一级根节点d1.4、d1.5和d1.6分别表征的一级子树subtree1.4、subtree1.5和subtree1.6。进一步的，任一一级子树包含4个二级子树，如一级子树subtree1.1包含二级根节点d2.1~d2.4分别表征的二级子树subtree2.1~subtree2.4，其他一级子树与此类似，不再一一赘述。另外，根节点d0.2表征的子树subtree0.2中的任一一级子树不再包含二级子树（直接包含叶子节点），根节点d0.3表征的子树subtree0.3直接包含叶子节点A~C（此时可以将叶子节点A~C分别视为该子树包含的三个一级子树），不再赘述。
另外，根节点d0.1是子树subtree0.1的根节点，一级根节点d1.1、d1.2和d1.3分别是一级子树subtree1.1、subtree1.2和subtree1.3的根节点，而一级根节点d1.1、d1.2和d1.3均为根节点d0.1的子节点。类似的，根节点d0.2是子树subtree0.2的根节点，一级根节点d1.4、d1.5和d1.6分别是一级子树subtree1.4、subtree1.5和subtree1.6的根节点，而一级根节点d1.4、d1.5和d1.6均为根节点d0.2的子节点。至此，对四叉树的结构介绍完毕。
本说明书提出的区块链网络基于结构化P2P网络构建，所述区块链网络中的各个区块链节点与任一区块链节点所对应多叉树中的至少部分叶子节点一一对应，其中，任意两个区块链节点的异或距离由相应叶子节点的节点标识计算得到，且所述多叉树中属于同一子树的各个叶子节点的节点标识分别与所述任一区块链节点对应的叶子节点的节点标识计算得到的异或距离相同；所述任一区块链节点维护有与每个预设值一一对应的节点集合，与任一预设值对应的节点集合用于记录与所述任一区块链节点的异或距离为所述任一预设值的区块链节点。需要说明的是，图1所示的四叉树为满叉树，即该四叉树中任一根节点的下一级均包含4个子节点。而本说明书所述的多叉树可以为满叉树，也可以为非满叉树。在所述多叉树为非满叉树的情况下，其中部分叶子节点在区块链网络中并不存在相应的区块链节点，这部分叶子节点的节点标识不可能存在。
在一实施例中，所述M个层级对应的地理位置区域包括下述至少之一：大洲、国家、省份、城市、运营商、主机IP地址。通过上述地址位置区域，在所述节点标识的位数足够多（如具体可以为160 bit、256 bit等）的情况下，当前及今后一定时期内全球任何地理位置的区块链节点在所述多叉树中均可以存在相应的叶子节点。
当然，考虑到地理位置信息的定位精度有限，并且可能存在多个节点可能共用一个主机的网络资源。如多个区块链节点分别所处的实体设备分时复用同一IP地址资源，或者同一实体设备内通过多个进程同时运行有多个区块链节点等。在这类情况下，为了能够准确区分区块链网络中的各个区块链节点，可以在节点标识中设置一定长度的序号字段，该字段所对应可以对应于所述多叉树中的2 n叉子树，从而扩展了所述多叉树的深度和叶子节点数量，使得区块链网络中可以容纳更多的区块链节点。其中，所述n为正整数，如在n=1的情况下，所述2 n叉子树为二叉树；在n=2的情况下，所述2 n叉子树为四叉树等，不再赘述。可以理解的是，无论所述n的取值如何，相应的2 n叉子树都是所述多叉树中的子树。
本方案所述的结构化P2P网络可以为kademlia网络，即各个区块链节点可以通过kademlia协议构建所述区块链网络。任一叶子节点在所述多叉树中的所处的位置，即由该叶子节点的节点标识所决定，而且从各个区块链节点的视角观察到的多叉树也有所不同。
图2是一示例性实施例提供的一种多叉树的结构示意图。如图2所示，任一叶子节点的节点标识包括地理位置信息字段和序号字段，其中，高位的地理位置信息字段从多叉树的根节点开始，依次按照大洲、国家、省份、城市、运营商、主机IP地址的顺序向下逐级划分，位于低位的序号字段从主机IP地址开始向下逐级划分，任一主机IP地址下方的全部叶子节点可以共同构成2 n叉树。以序号字段包含4位为例，图2所示的多叉树，是从AS_CN_ZJ_HZ_CT0110这一叶子节点（即图中黑点）所对应区块链节点的视角观察得到的。
其中，各个地理位置信息字段的顺序及位数（即二进制长度）和所述序号字段的长度可以为预先设置。示例性的，在节点标识的长度为20 byte（即160 bit）的情况下，各个字段从高位到低位的顺序以及各个字段的长度可以参见下表1。
如表1所示，任一字段的含义及其代码可以预先统计并设置。按照上述预设字段定义，可以根据任一叶子节点的节点标识确定其所处的地理位置。示例性的，对于图2所示AS_CN_ZJ_HZ_CM_xxx0110这一叶子节点对应的区块链节点，根据表1即可确定该节点被部署于“亚洲-中国-浙江-杭州”，通过运营商1的网络线路以IP地址xxx连接至区块链网络。另外还可以确定，其在该位置的编号为0110。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE004
在一实施例中，各个地理位置信息字段分别对应于节点标识中的预设位数，任一叶子节点的节点标识中对应于任一地理位置信息字段的二进制取值，被作为一个整体参与所述任一叶子节点与任一其他叶子节点的异或运算过程，运算结果用于表征所述任一叶子节点与所述任一其他叶子节点分别对应的区块链节点的异或距离。示例性的，节点标识分别为AS_CN_ZJ_HZ_CT_xxx0110和AS_CN_ZJ_HZ_CT_xxx0111）的两叶子节点分别对应的区块链节点，其异或距离计算方式过程如下式（2）：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（2）
可见在计算任意两个区块链节点的异或距离时，对于某一地理位置信息字段segment，可以以该字段为整体进行计算：若两字段segment1和segment2逐位相等（即两字段的取值完全一致），则segment1和segment2的异或结果为0（如式（2）所示大洲至运营商字段）；否则，若两字段的不逐位相等（即两字段的取值完全一致），则segment1和segment2的异或结果为1（如式（2）所示主机IP地址字段）。对于序号字段，在该字段对应于2 n叉树的情况下，可以以n位为一个整体进行上述运算。其中，式（2）所示的2 n叉树为二叉树（即n=1），所以式中序号字段逐位计算异或结果。
所述多叉树包含M个层级的子树，所述M为正整数；其中，第i层级的子树为i级子树，且i+1级子树的根节点为i级子树的根节点的子节点，1＜i≤M，且i为正整数；所述区块链网络对应的总地理位置范围被划分为各个1级子树分别对应的第1层级的地理位置区域，其中每个第1层级的子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第1层级的地理位置区域内；以及，每个第i层级的地理位置区域被划分为各个i+1级子树分别对应的第i+1层级的地理位置区域，其中每个i+1级子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第i+1层级的地理位置区域内。
在相关技术中，所述结构化P2P网络通常对应于二叉树，此时存在往往存在空桶现象，即对于数值较大的异或距离，由于相应一级子树所对应区块链节点的数量较多，导致其中的区块链节点被选中并记录在该一级子树所对应节点集合中的概率较小，即该一级子树对应的K-桶中所记录区块链节点对应的叶子节点在该一级子树所对应的全部叶子节点中分布太稀疏，将导致所述任一区块链节点与其他区块链节点之间的路径跳数过多，通信过程耗时过长。而本方案采用多叉树的形式构造结构化P2P网络，使得任一区块链节点所维护的节点集合数量显著减少，从而成倍的减少多跳通信的跳数，有助于增强结构化P2P网络的通信性能。
可以理解的是，因为各个地理位置信息字段的二进制长度至少为1 bit，所以在所述多叉树包含M个层级的子树的情况下，节点标识的二进制长度为大于M。如在节点标识长度为160 bit的情况下，所述多叉树最多包含160个层级的子树。如图2所示，根节点向下存在8个子节点（图中并未示出全部，其中7个对应于7个大洲，另一个为空），分别为大洲对应的1级子树；亚洲这一根节点向下存在2 8=256个子节点，分别为亚洲对应的2级子树；中国这一根节点向下存在2 8=256个子节点，分别为中国对应的3级子树，不再赘述。其中，针对大洲对应的第一级子树，全球的总地理位置范围划分为各个大洲分别对应的第一层级的地理位置区域（即地理位置属于哪个大洲）；向下，针对亚洲对应的各个二级子树，亚洲的地理位置范围被划分为各个亚洲国家分别对应的第二层级的地理位置区域（即地理位置属于亚洲的哪个国家）；再向下，针对亚洲中国对应的各个三级子树，中国的地理位置范围被划分为中国的各个省份分别对应的第三层级的地理位置区域（即地理位置属于中国的哪个省份）等，不再赘述。通过上述节点标识与地理位置区域之间的逐层对应关系，可以确保根据任一叶子节点的节点标识即可确定该叶子节点所对应区块链节点被部署在哪个地理位置处，从而实现叶子节点的节点标识与区块链节点的地理位置之间的对应关系。当然，由于序号字段的存在，这一对应关系可以是一对一或者一对多的关系，如可能存在多个区块链节点被部署于同一地理位置区域内且使用同一IP地址。
所述多叉树中任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关。要保证这一点，可以预先设置各个地理位置信息字段处于节点标识中相对更高位、所述序号字段处于节点标识中相对更低位。
针对相关技术中以随机算法计算得到的随机值作为节点标识，本方案基于区块链节点的在实际物理空间中的地理位置对应的信息生成区块链节点所对叶子节点的节点标识。而且，任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关。如对于区块链网络中的节点A、B和C，假设节点A与B分别所处地理位置之间的物理距离大于节点A与B分别所处地理位置之间的物理距离，则通过基于前述方式构建的叶子节点的节点标识，在通过各个节点分别对应叶子节点的节点标识计算得到节点A和B之间的异或距离Lab以及节点A和C之间的异或距离Lac的情况下，必然存在Lab>Lac。
可见，在通过上述方案构建的区块链网络中，对于任意两个区块链节点，通过二者分别对应叶子节点的节点标识计算出的二者之间的异或距离，能够准确地反映二者之间的实际地理位置的远近。因此，该方案能够确保区块链网络中任一区块链节点维护的节点集合中记录的各个区块链节点的实际地理位置较为接近，从而有助于减少不同区块链节点至今通信路径的跳数，提升区块链网络的通信性能。另外，相对于相关技术中对应于二叉树的区块链网络，本方案采用多叉树减少了多叉树的深度，从而显著减少多跳通信的跳数，进一步增强了结构化P2P网络的通信性能。
基于前述区块链网络，本说明书还提出一种节点集合的维护方法。该方法应用于区块链网络中的任一区块链节点；所述区块链网络基于结构化P2P网络构建，所述区块链网络中的各个区块链节点与多叉树中的至少部分叶子节点一一对应，其中，任意两个区块链节点的异或距离由相应叶子节点的节点标识计算得到，且所述多叉树中属于同一子树的各个叶子节点的节点标识分别与所述任一区块链节点对应的叶子节点的节点标识计算得到的异或距离相同；所述任一区块链节点维护有与每个预设值一一对应的节点集合，与任一预设值对应的节点集合用于记录与所述任一区块链节点的异或距离为所述任一预设值的区块链节点。
所述多叉树包含M个层级的子树，所述M为正整数；其中，第i层级的子树为i级子树，且i+1级子树的根节点为i级子树的根节点的子节点，1＜i≤M，且i为正整数；所述区块链网络对应的总地理位置范围被划分为各个1级子树分别对应的第1层级的地理位置区域，其中每个第1层级的子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第1层级的地理位置区域内；以及，每个第i层级的地理位置区域被划分为各个i+1级子树分别对应的第i+1层级的地理位置区域，其中每个i+1级子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第i+1层级的地理位置区域内；任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关。
图3是一示例性实施例提供的一种节点集合的维护方法的流程图。如图3所示，所述方法可以包括步骤302-306：
步骤302，根据候选区块链节点的地址信息确定M个地理位置信息字段分别对应的字段取值，所述候选区块链节点是所述任一区块链节点在所述区块链网络中发现的区块链节点。
在参与所述区块链网络的运行过程中，任一区块链节点可能会在该网络中发现一个或多个其他区块链节点，此时可以将这些节点作为候选区块链节点。在一实施例中，所述任一区块链节点可以向所述区块链网络中的其他区块链节点发起节点发现请求，其中，接收该请求的所述其他区块链节点可以为所述任一区块链节点已经建立联系的邻近节点。接收到所述节点发现请求的其他节点可以响应于该请求向所述任一区块链节点返回自身节点集合中记录的区块链节点身份信息，从而所述任一区块链节点可以根据该节点身份信息确定相应的候选区块链节点。其中，在接收到多个其他区块链节点分别返回的节点身份信息存在重复的情况下，所述任一区块链节点可以对其进行去重处理，并将处理后的各个独立身份信息分别表征的节点确定为候选区块链节点。另外，在所述结构化P2P网络为Kademlia网络的情况下，所述节点发现请求可以为FIND_NODE请求。
在另一实施例中，所述任一区块链节点可能接收到任一其他区块链节点发送来的区块链消息，此时可以将所述任一区块链节点确定为候选区块链节点。当然，在接收到该消息之前，所述任一区块链节点可能已经被所述任一其他区块链节点记录在自身维护的节点集合中；换言之，所述任一其他区块链节点可能已经发现所述任一区块链节点，但所述任一区块链节点尚未发现所述任一其他区块链节点。其中，在所述结构化P2P网络为Kademlia网络的情况下，所述区块链消息可以为用于查询某一数据的FIND_VALUE消息，或者也可以为该消息的响应消息，所述响应消息用于向FIND_VALUE消息的发起方返回针对上述数据的查询结果。
针对发现的所述候选区块链节点，任一区块链节点可以获取候选区块链节点的地址信息，并基于该信息确定M个地理位置信息字段分别对应的字段取值。其中，上述地址信息可以从前述节点发现请求的响应消息中获取，或者也可以通过其他的链上或链下方式获取，本说明书实施例对此并不进行限制。
步骤304，根据所述字段取值确定所述多叉树中包含所述候选区块链节点对应的叶子节点的子树。
步骤306，针对包含对应于候选区块链节点的叶子节点的任一子树，从对应于所述任一子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至所述任一子树对应的目标节点集合中，以使所述任一区块链节点在向其他区块链节点发送区块链消息时，通过所述目标节点集合中记录的区块链节点对所述区块链消息进行路由转发。
所述区块链网络中的任一区块链节点维护有与每个预设值一一对应的节点集合，对于所述多叉树，所述预设值即为其对应的前述异或距离的各个可能取值。其中，与任一预设值对应的节点集合用于记录与所述任一区块链节点的异或距离为所述任一预设值的区块链节点。仍以图2为例，预设值1对应的节点集合用于记录与的异或距离为1（k=1，下同）的区块链节点；预设值2对应的节点集合用于记录与节点D的异或距离为2的区块链节点；预设值i对应的节点集合用于记录与节点D的异或距离为i的区块链节点，不再赘述。另外，对于任一节点集合中记录的任一区块链节点，该集合中具体可以记录该节点所对应叶子节点的节点标识、该节点的身份信息（如公钥）、该节点的地址信息（如IP地址、端口号）等节点信息，当然还可以记录其他信息，不再赘述。基于自身维护的节点集合，所述任一区块链节点可以确定自身与区块链网络中任一其他区块链节点之间的转发路径（一跳或多跳），即可以将所述节点集合作为路由表，用于根据其中记录的节点信息实现通信。
在确定所述字段取值后，所述任一区块链节点可以进一步确定包含与候选区块链节点对应的叶子节点的一级子树。其中，发现到的候选区块链节点的数量可能为一个或多个，在发现多个候选区块链节点的情况下，各个候选区块链节点可能归属于同一一级子树或者归属于多个一级子树。对此，在任一一级子树包含与所述候选区块链节点对应的叶子节点的情况下，所述任一区块链节点可以从对应于该一级子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点，并将该目标区块链节点记录至所述目标节点集合（即所述任一一级子树对应的节点集合）中。以图2所示的亚洲子树为例，若区块链节点A确定存在与该节点异或距离为k=i+3的候选区块链节点，即一级子树subtree1.2（即一级根节点d1.2表征的子树）包含与候选区块链节点对应的叶子节点，则可以从对应于subtree1.2的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至目标节点集合；和/或，若节点A确定存在与该节点异或距离为k=i+2的候选区块链节点，即一级子树subtree1.3（即一级根节点d1.3表征的子树）包含与候选区块链节点对应的叶子节点，则可以从对应于subtree1.3的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至目标节点集合。
通过该方式，只要任一一级子树包含与所述候选区块链节点对应的叶子节点，所述任一区块链节点即可从对应于该子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至相应的目标节点集合中，从而对于所述任一子树的目标节点集合而言，确保了其中记录的各个区块链节点分别对应的叶子节点在所述任一子树中尽量均匀分布，即尽量使得各个一级子树均有叶子节点对应的区块链节点被记录在目标节点集合中。基于通过该方式维护的目标节点集合，所述任一区块链节点能够确定出与其他节点之间的整体最短路径，按照该路径能够尽量快速的查找到区块链网络中的任一其他区块链节点，有助于提升区块链消息的发送效率。
相应的，在将任一目标区块链节点记录至所述目标节点集合中时，所述任一区块链节点可以确定所述任一目标区块链节点的地址信息以及所述任一目标区块链节点所对应叶子节点的节点标识，并将所述地址信息和所述节点标识记录至所述目标节点集合中。基于此，所述任一区块链节点在将所述区块链消息发送至所述中间区块链节点的过程中，可以在所述目标节点集合中查询所述任一目标区块链节点的地址信息，并根据所述地址信息将所述区块链消息发送至所述任一目标区块链节点。
其中，本说明书所述的区块链消息可以是用于创建智能合约的交易或包含交易回执Receipt（如合约部署结果）的响应消息，该合约可以用于在区块链网络中发行NFT；或者，所述区块链消息也可以是转账交易或包含交易回执（如转账结果）的响应消息，所述转账交易可以用于购买至少一个NFT。
需要说明的是，图1仅以节点A为例，实际上，区块链网络中的各个区块链节点均可以分别维护自身对应的节点集合。而且由前述过程可知，任一区块链节点所维护节点集合的个数由相应叶子节点的节点标识的位数所决定。其中，所述任一区块链节点所维护的各个节点集合中所记录区块链节点的数量上限可以预先设置，如在设置各个节点集合最多记录α个区块链节点的情况下，若所述任一区块链节点在区块链网络中发现与自身（即所述任一区块链节点）距离为某一异或距离的区块链节点数量不少于α的情况下，可以从这些区块链节点中选取α个区块链节点记录在该异或距离对应的节点集合中；而在发现与自身距离为某一异或距离的区块链节点数量少于α的情况下，可以将这些区块链节点全部记录在该异或距离对应的节点集合中，不再赘述。
需要说明的是，前述分析是为了说明所述区块链网络对应的多叉树的结构以及所述任一区块链节点本地维护的节点集合的情况，而前述多叉树的具体结构以及预设值、一级子树和节点集合之间的对应关系等，是逻辑层面的关联关系。实际上，所述任一区块链节点并不会生成或者在本地保存所述多叉树，而是会维护与各个预设值一一对应的节点集合。
在一实施例中，针对所述区块链网络中的任一区块链节点所维护的任一预设值对应的节点集合（下称目标节点集合），所述任一区块链节点可以基于下述方案对其进行维护。例如，所述任一区块链节点可以查找所述多叉树中对应于所述目标节点集合的目标子树，其中，所述目标子树包含的各个一级子树的根节点分别为所述目标子树的根节点的子节点。实际上，所述多叉树中层级相邻的两级子树存在包含关系，即上一级子树包含下一级子树，下一级子树的根节点为上一级子树的根节点的子节点。确定包含与候选区块链节点对应的叶子节点的一级子树，所述候选区块链节点是所述任一区块链节点在所述区块链网络中发现的区块链节点；在任一一级子树包含与所述候选区块链节点对应的叶子节点的情况下，从对应于所述任一一级子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至所述目标节点集合中。
在一实施例中，所述目标子树包含M-1个层级的下级子树，其中，第i层级的下级子树为i级子树，且i级子树的根节点为i-1级子树的根节点的子节点，1＜i≤M-1，且i为正整数。基于此，在任一i级子树包含与所述候选区块链节点对应的叶子节点的情况下，所述任一区块链节点可以从对应于所述任一i级子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至所述目标节点集合中。通过该方式，所述任一区块链节点可以在一级子树的基础上，确保一级子树对应的各个目标节点集合分别对应的叶子节点在该一级子树中尽量分布均匀，从而有助于进一步降低所述任一区块链节点与其他区块链节点之间的路径跳数。
其中，针对包含与所述候选区块链节点对应的叶子节点的任一i级子树，所述任一区块链节点可以先确定该i级子树对应的第一数量，以便在对应于任一i级子树的候选区块链节点中选取第一数量的目标区块链节点。其中，所述第一数量可以通过多种方式确定。例如，所述第一数量可以与对应于所述任一i级子树的候选区块链节点的数量呈正相关。换言之，所述任一区块链节点在区块链网络中发现的对应于任一i级子树的候选区块链节点越多，则从该i级子树对应的候选区块链节点中选取的目标区块链节点也越多，反之亦然。通过该方式，可以确保各个一级子树对应的节点集合中所记录区块链节点的数量与对应于该一级子树的候选区块链节点的数量呈正相关，使得节点集合中记录的目标区块链节点对应的叶子节点在相应一级子树中都尽量分布均匀，有助于进一步减少跳数、减弱空桶现象。
再例如，所述第一数量也可以与从另一i级子树的候选区块链节点中选取的目标区块链节点的第二数量相等。此时，任意两个i级子树对应的目标区块链节点的数量相同，从而简化了数量确定逻辑，有助于降低目标节点集合的维护难度。再例如，所述第一数量与所述第二数量的差值也可以小于预设差值，如可以通过i-1级子树对应的目标区块链节点的总数量与i级子树的个数作除法所得的商作为第一数量和第二数量，但应当保证第一数量和第二数量均为整数，即可以对所述商取整，并根据结果分别确定第一数量和第二数量，从而确保第一数量和第二数量的差值小于预设差值。
另外，所述任一区块链节点可以通过多种方式从对应于任一m级子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点。例如，可以从对应于任一m级子树的候选区块链节点中随机选取至少一个目标区块链节点；此时选取逻辑较为简单，而且能够尽量保证被选取的目标区块链节点对应的叶子节点在所述任一m级子树中均匀分布。再例如，所述任一区块链节点可以分别确定所述任一区块链节点与对应于任一m级子树的各个候选区块链节点的首次连接时刻，并从所述各个候选区块链节点中选取首次连接时刻最早的至少一个目标区块链节点。因为首次连接时刻可以用于反映其他区块链节点与所述任一区块链节点之间连接的时间长短，并间接反映二者之间网络连接的稳定性，所以将首次连接时刻最早的其他区块链节点作为目标区块链节点，能够确保被记录的目标区块链节点与所述任一区块链节点之间的网络连接尽量稳定，从而有助于确保区块链网络的数据传输性能。又例如，所述任一区块链节点也可以分别确定所述任一区块链节点与对应于任一m级子树的各个候选区块链节点之间的网络延迟，并从所述各个候选区块链节点中选取网络延迟最小的至少一个目标区块链节点。其中，所述网络延迟可以为RTT，或者也可以为响应时间或其他时间指标，不再赘述。通过该方式，可以确保目标节点集合中记录的区块链节点与所述任一区块链节点的延迟较短。
在一实施例中，在将任一目标区块链节点记录至目标节点集合时，可以根据目标节点集合已经记录的目标区块链节点数量采用相应的方式进行记录。例如，在目标节点集合中已记录的区块链节点的数量小于该集合的节点数量上限的情况下，可以将所述任一目标区块链节点添加至该集合中，可见，此时是将该目标区块链节点新增至目标节点集合。或者，在所述目标节点集合中已记录的区块链节点的数量等于该集合的节点数量上限的情况下，可以使用所述任一目标区块链节点替换该集合中已经记录的任一区块链节点。通过该方式，可以确保目标节点集合中被记录的目标区块链节点的数量不超出相应的数量上限，从而确保目标节点集合所对应存储空间的稳定性，降低目标节点集合的维护难度。
其中，在记录所述任一目标区块链节点之前，所述任一区块链节点可以通过多种方式确定目标节点集合的节点数量上限。例如，可以将预设数量确定为所述目标节点集合的节点数量上限，该预设数量应当不大于所述目标子树的叶子节点总量。所述节点数量上限即为目标节点集合在任一时刻可以存储的区块链节点的最大数量。而且各个节点集合各自的节点数量上限可以向相同或不同。如可以将设置各个子树分别对应的节点集合的节点数量上限均为6。
再例如，也可以根据所述目标子树包含的叶子节点的总量确定所述目标节点集合的节点数量上限，所述节点数量上限与该总量呈正相关。通过该方式，可以尽量缓解空桶效应，并使得任一子树所对应节点集合中所维护的区块链节点对应的叶子节点在该子树中分布尽量均匀。
在一实施例中，对于自身维护的各个节点集合，所述任一区块链节点可以对其进行维护。例如，所述任一区块链节点可以向任一节点集合中记录的至少一个目标区块链节点发起存在确认请求，向任一目标区块链节点发送的该请求用于向该节点询问其当前状态（如是否仍然在区块链网络中、是否正常工作等）。从而，在接收到其中任一目标区块链节点返回的存在确认响应的情况下，表明该节点仍然能够与所述任一区块链节点正常通讯，所以可以维持所述任一节点集合中记录的所述任一目标区块链节点。反之，在接收其中任一目标区块链节点返回的存在确认响应失败（如超过预设时长仍未接收到上述存在确认响应）的情况下，表明该节点无法与所述任一区块链节点正常通讯，此时可以删除所述任一节点集合中记录的所述任一目标区块链节点。通过该方式，可以根据任一目标区块链节点的当前状态及时更新目标节点集合，确保该集合中所记录区块链节点具有较高的时效性。
在一实施例中，基于前述方式维护的目标节点集合，所述任一区块链节点可以与其他区块链节点（即下述目标目的区块链节点）进行消息传输。例如，可以先确定待发送的所述区块链消息对应的目的区块链节点，并确定所述目的区块链节点所对应叶子节点的目的节点标识；然后根据所述目的节点标识和所述任一区块链节点对应的叶子节点的源节点标识计算所述目的区块链节点与所述任一区块链节点的异或距离，并确定该异或距离对应的中间节点集合。如前所述，所述任一区块链节点维护的各个节点集合分别对应于相应的预设值，该预设值即为异或距离的取值。因此上述中间节点集合中记录的各个区块链节点与所述任一区块链节点的异或距离即等于上述目的区块链节点与所述任一区块链节点的异或距离。最后，可以从所述中间节点集合中选取所述中间区块链节点，并将所述区块链消息发送至所述中间区块链节点，以由所述中间区块链节点将所述区块链消息转发至所述目的区块链节点。
所述目的区块链节点可能已经被记录于所述中间节点集合中，此时所述任一区块链节点可以直接从中间节点集合中确定该区块链节点（具体可以确定该节点的通信地址等信息），并将所述区块链消息发送至该区块链节点。或者，所述目的区块链节点也可能并未被记录在所述中间节点集合中，此时所述任一区块链节点可以从所述中间节点集合中选取所述中间区块链节点，然后将所述区块链消息发送至被选取的中间区块链节点，以由该中间区块链节点将所述区块链消息转发至所述目的区块链节点。其中，所述任一中间区块链节点转发所述区块链消息的具体过程与所述任一区块链节点发送该消息的过程类似，不再赘述。通过该方式，可以由所述任一区块链节点基于自身维护的节点集合将区块链消息直接发送至相应的目的区块链节点；或者，也可以由多个区块链节点分别基于自身维护的节点集合，通过递归算法依次转发区块链消息，从而通过多跳路径将该消息准确地转发至相应的目的区块链节点。
图4是一示例性实施例提供的一种设备的示意结构图。请参考图4，在硬件层面，该设备包括处理器402、内部总线404、网络接口406、内存408以及非易失性存储器410，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。本说明书一个或多个实施例可以基于软件方式来实现，比如由处理器402从非易失性存储器410中读取对应的计算机程序到内存408中然后运行。当然，除了软件实现方式之外，本说明书一个或多个实施例并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行方并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。
如图5所示，图5是本说明书根据一示例性实施例提供的一种节点集合的维护装置的框图，该装置可以应用于如图4所示的设备中，以实现本说明书的技术方案。该装置应用于区块链网络中的任一区块链节点；
所述区块链网络基于结构化P2P网络构建，所述区块链网络中的各个区块链节点与多叉树中的至少部分叶子节点一一对应，其中，任意两个区块链节点的异或距离由相应叶子节点的节点标识计算得到，且所述多叉树中属于同一子树的各个叶子节点的节点标识分别与所述任一区块链节点对应的叶子节点的节点标识计算得到的异或距离相同；所述任一区块链节点维护有与每个预设值一一对应的节点集合，与任一预设值对应的节点集合用于记录与所述任一区块链节点的异或距离为所述任一预设值的区块链节点；
所述多叉树包含M个层级的子树，所述M为正整数；其中，第i层级的子树为i级子树，且i+1级子树的根节点为i级子树的根节点的子节点，1＜i≤M，且i为正整数；所述区块链网络对应的总地理位置范围被划分为各个1级子树分别对应的第1层级的地理位置区域，其中每个第1层级的子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第1层级的地理位置区域内；以及，每个第i层级的地理位置区域被划分为各个i+1级子树分别对应的第i+1层级的地理位置区域，其中每个i+1级子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第i+1层级的地理位置区域内；任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关；所述装置包括：
取值确定单元501，用于根据候选区块链节点的地址信息确定M个地理位置信息字段分别对应的字段取值，所述候选区块链节点是所述任一区块链节点在所述区块链网络中发现的区块链节点；
子树确定单元502，用于根据所述字段取值确定所述多叉树中包含所述候选区块链节点对应的叶子节点的子树；
节点记录单元503，用于针对包含对应于候选区块链节点的叶子节点的任一子树，从对应于所述任一子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至所述任一子树对应的目标节点集合中，以使所述任一区块链节点在向其他区块链节点发送区块链消息时，通过所述目标节点集合中记录的区块链节点对所述区块链消息进行路由转发。
可选的，所述节点记录单元503还用于：
查找所述多叉树中对应于所述目标节点集合的目标子树，其中，所述目标子树包含的各个一级子树的根节点分别为所述目标子树的根节点的子节点；
确定包含与候选区块链节点对应的叶子节点的一级子树，所述候选区块链节点是所述任一区块链节点在所述区块链网络中发现的区块链节点；
在任一一级子树包含与所述候选区块链节点对应的叶子节点的情况下，从对应于所述任一一级子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至所述目标节点集合中。
可选的，所述目标子树包含M-1个层级的下级子树，其中，第i层级的下级子树为i级子树，且i级子树的根节点为i-1级子树的根节点的子节点，1＜i≤M-1，且i为正整数；所述节点记录单元503还用于：
在任一i级子树包含与所述候选区块链节点对应的叶子节点的情况下，从对应于所述任一i级子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点。
可选的，还包括：
节点确定单元504，用于确定待发送的所述区块链消息对应的目的区块链节点，并确定所述目的区块链节点所对应叶子节点的目的节点标识；
距离计算单元505，用于根据所述目的节点标识和所述任一区块链节点对应的叶子节点的源节点标识计算所述目的区块链节点与所述任一区块链节点的异或距离，并确定该异或距离对应的中间节点集合；
第一发送单元506，用于将所述区块链消息发送至从所述中间节点集合中选取的中间区块链节点，以由所述中间区块链节点将所述区块链消息转发至所述目的区块链节点。
可选的，所述节点记录单元503还用于：在所述中间节点集合中未记录所述目的区块链节点的情况下，从所述中间节点集合中选取所述中间区块链节点；
所述装置还包括第二发送单元507，用于在所述中间节点集合中记录有所述目的区块链节点的情况下，将所述区块链消息发送至所述目的区块链节点。
可选的，所述节点记录单元503还用于：
确定所述任一目标区块链节点的地址信息以及所述任一目标区块链节点所对应叶子节点的节点标识，并将所述地址信息和所述节点标识记录至所述目标节点集合中。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进（例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进）还是软件上的改进（对于方法流程的改进）。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件（Programmable Logic Device, PLD）（例如现场可编程门阵列（Field Programmable GateArray，FPGA））就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器（logic compiler）”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL），而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL（Advanced Boolean Expression Language）、AHDL（Altera Hardware DescriptionLanguage）、Confluence、CUPL（Cornell University Programming Language）、HDCal、JHDL（Java Hardware Description Language）、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL（RubyHardware Description Language）等，目前最普遍使用的是VHDL（Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language）与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该（微）处理器执行的计算机可读程序代码（例如软件或固件）的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20 以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器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功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为服务器系统。当然，本发明不排除随着未来计算机技术的发展，实现上述实施例功能的计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
虽然本说明书一个或多个实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行（例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境）。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。例如若使用到第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储、石墨烯存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本领域技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书一个或多个实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本本说明书一个或多个实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的实施例而已，并不用于限制本本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种区块链网络，所述区块链网络基于结构化P2P网络构建，所述区块链网络中的各个区块链节点与任一区块链节点所对应多叉树中的至少部分叶子节点一一对应，其中，任意两个区块链节点的异或距离由相应叶子节点的节点标识计算得到，且所述多叉树中属于同一子树的各个叶子节点的节点标识分别与所述任一区块链节点对应的叶子节点的节点标识计算得到的异或距离相同；所述任一区块链节点维护有与每个预设值一一对应的节点集合，与任一预设值对应的节点集合用于记录与所述任一区块链节点的异或距离为所述任一预设值的区块链节点；
所述多叉树包含M个层级的子树，所述M为正整数；其中，第i层级的子树为i级子树，且i+1级子树的根节点为i级子树的根节点的子节点，1＜i≤M，且i为正整数；所述区块链网络对应的总地理位置范围被划分为各个1级子树分别对应的第1层级的地理位置区域，其中每个第1层级的子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第1层级的地理位置区域内；以及，每个第i层级的地理位置区域被划分为各个i+1级子树分别对应的第i+1层级的地理位置区域，其中每个i+1级子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第i+1层级的地理位置区域内；
任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关。
2.根据权利要求1所述的区块链网络，各个地理位置信息字段分别对应于节点标识中的预设位数，任一叶子节点的节点标识中对应于任一地理位置信息字段的二进制取值，被作为一个整体参与所述任一叶子节点与任一其他叶子节点的异或运算过程，运算结果用于表征所述任一叶子节点与所述任一其他叶子节点分别对应的区块链节点的异或距离。
3.根据权利要求1所述的区块链网络，所述序号字段对应于所述多叉树中的2 n叉子树，所述n为正整数。
4.根据权利要求1所述的区块链网络，所述M个层级对应的地理位置区域包括下述至少之一：大洲、国家、省份、城市、运营商、主机IP地址。
5.一种节点集合的维护方法，应用于区块链网络中的任一区块链节点；
所述区块链网络基于结构化P2P网络构建，所述区块链网络中的各个区块链节点与多叉树中的至少部分叶子节点一一对应，其中，任意两个区块链节点的异或距离由相应叶子节点的节点标识计算得到，且所述多叉树中属于同一子树的各个叶子节点的节点标识分别与所述任一区块链节点对应的叶子节点的节点标识计算得到的异或距离相同；所述任一区块链节点维护有与每个预设值一一对应的节点集合，与任一预设值对应的节点集合用于记录与所述任一区块链节点的异或距离为所述任一预设值的区块链节点；
所述多叉树包含M个层级的子树，所述M为正整数；其中，第i层级的子树为i级子树，且i+1级子树的根节点为i级子树的根节点的子节点，1＜i≤M，且i为正整数；所述区块链网络对应的总地理位置范围被划分为各个1级子树分别对应的第1层级的地理位置区域，其中每个第1层级的子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第1层级的地理位置区域内；以及，每个第i层级的地理位置区域被划分为各个i+1级子树分别对应的第i+1层级的地理位置区域，其中每个i+1级子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第i+1层级的地理位置区域内；任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关；所述方法包括：
根据候选区块链节点的地址信息确定M个地理位置信息字段分别对应的字段取值，所述候选区块链节点是所述任一区块链节点在所述区块链网络中发现的区块链节点；
根据所述字段取值确定所述多叉树中包含所述候选区块链节点对应的叶子节点的子树；
针对包含对应于候选区块链节点的叶子节点的任一子树，从对应于所述任一子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至所述任一子树对应的目标节点集合中，以使所述任一区块链节点在向其他区块链节点发送区块链消息时，通过所述目标节点集合中记录的区块链节点对所述区块链消息进行路由转发。
6.根据权利要求5所述的方法，所述任一区块链节点向任一预设值对应的目标节点集合中记录目标区块链节点，包括：
查找所述多叉树中对应于所述目标节点集合的目标子树，其中，所述目标子树包含的各个一级子树的根节点分别为所述目标子树的根节点的子节点；
确定包含与候选区块链节点对应的叶子节点的一级子树，所述候选区块链节点是所述任一区块链节点在所述区块链网络中发现的区块链节点；
在任一一级子树包含与所述候选区块链节点对应的叶子节点的情况下，从对应于所述任一一级子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至所述目标节点集合中。
7.根据权利要求6所述的方法，所述目标子树包含M-1个层级的下级子树，其中，第i层级的下级子树为i级子树，且i级子树的根节点为i-1级子树的根节点的子节点，1＜i≤M-1，且i为正整数；所述从对应于所述任一一级子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点，包括：
在任一i级子树包含与所述候选区块链节点对应的叶子节点的情况下，从对应于所述任一i级子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点。
8.根据权利要求5所述的方法，还包括：
确定待发送的所述区块链消息对应的目的区块链节点，并确定所述目的区块链节点所对应叶子节点的目的节点标识；
根据所述目的节点标识和所述任一区块链节点对应的叶子节点的源节点标识计算所述目的区块链节点与所述任一区块链节点的异或距离，并确定该异或距离对应的中间节点集合；
将所述区块链消息发送至从所述中间节点集合中选取的中间区块链节点，以由所述中间区块链节点将所述区块链消息转发至所述目的区块链节点。
9.根据权利要求8所述的方法，
所述任一区块链节点从所述中间节点集合中选取中间区块链节点，包括：在所述中间节点集合中未记录所述目的区块链节点的情况下，从所述中间节点集合中选取所述中间区块链节点；
所述方法还包括：在所述中间节点集合中记录有所述目的区块链节点的情况下，将所述区块链消息发送至所述目的区块链节点。
10.根据权利要求5所述的方法，将任一目标区块链节点记录至所述目标节点集合中，包括：
确定所述任一目标区块链节点的地址信息以及所述任一目标区块链节点所对应叶子节点的节点标识，并将所述地址信息和所述节点标识记录至所述目标节点集合中。
11.一种节点集合的维护装置，应用于区块链网络中的任一区块链节点；
所述区块链网络基于结构化P2P网络构建，所述区块链网络中的各个区块链节点与多叉树中的至少部分叶子节点一一对应，其中，任意两个区块链节点的异或距离由相应叶子节点的节点标识计算得到，且所述多叉树中属于同一子树的各个叶子节点的节点标识分别与所述任一区块链节点对应的叶子节点的节点标识计算得到的异或距离相同；所述任一区块链节点维护有与每个预设值一一对应的节点集合，与任一预设值对应的节点集合用于记录与所述任一区块链节点的异或距离为所述任一预设值的区块链节点；
所述多叉树包含M个层级的子树，所述M为正整数；其中，第i层级的子树为i级子树，且i+1级子树的根节点为i级子树的根节点的子节点，1＜i≤M，且i为正整数；所述区块链网络对应的总地理位置范围被划分为各个1级子树分别对应的第1层级的地理位置区域，其中每个第1层级的子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第1层级的地理位置区域内；以及，每个第i层级的地理位置区域被划分为各个i+1级子树分别对应的第i+1层级的地理位置区域，其中每个i+1级子树对应的区块链节点均部署于该子树对应的第i+1层级的地理位置区域内；任一叶子节点的节点标识包含序号字段和分别对应于M个层级的地理位置信息字段，任意两个区块链节点的异或距离的大小与二者的地理位置的远近呈正相关；所述装置包括：
取值确定单元，用于根据候选区块链节点的地址信息确定M个地理位置信息字段分别对应的字段取值，所述候选区块链节点是所述任一区块链节点在所述区块链网络中发现的区块链节点；
子树确定单元，用于根据所述字段取值确定所述多叉树中包含所述候选区块链节点对应的叶子节点的子树；
节点记录单元，用于针对包含对应于候选区块链节点的叶子节点的任一子树，从对应于所述任一子树的候选区块链节点中选取至少一个目标区块链节点记录至所述任一子树对应的目标节点集合中，以使所述任一区块链节点在向其他区块链节点发送区块链消息时，通过所述目标节点集合中记录的区块链节点对所述区块链消息进行路由转发。
12.一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现如权利要求5-10中任一项所述的方法。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如权利要求5-10中任一项所述方法的步骤。
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