CN117478304B - 区块链管理方法、系统和计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种区块链管理方法、系统和计算机设备。包括：当确定对区块链进行社区划分后的多个分区和每个分区中的超级节点；通过与超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引；当多个分区之间相互访问时，确定每个分区中的区块副本的副本数量和分区状态；根据副本数量和分区状态，对超级节点关联的虚拟链进行更新；更新后的虚拟链用于对区块数据进行新的索引。采用本方法能解决区块链存储架构中的用户访问问题、以及区块链副本管理算法访问性能差的问题。
Description
技术领域
本申请涉及区块链技术领域，特别是涉及一种区块链管理方法、系统和计算机设备。
背景技术
随着区块链在许多环境中得到更广泛的应用，它的弱点变得越来越明显，与区块链相关的三个技术悖论中，只有两个可以解决，即去中心化、安全性和可扩展性。早期的区块链项目优先考虑去中心化和安全性，而不是可扩展性，这会导致吞吐量、存储和网络可伸缩性瓶颈。
针对区块链存储可扩展性，目前的技术主要集中在减少区块链节点存储的数据量上，而没有考虑区块链数据的可用性。其中的链下方案和链上方案都利用点对点覆盖网络，在获取数据时忽略底层物理地址信息，难以满足快速数据索引的需求，导致存储数据采集效率低下。因此，本发明旨在如何解决区块链存储可扩展性的问题。
发明内容
基于此，本申请目的在于提供一种高可靠的区块链管理方法、系统和计算机设备，来解决区块链存储架构中的用户访问问题、以及区块链副本管理算法访问性能差的问题。
第一方面，本申请提供了一种区块链管理方法。包括：
确定对区块链进行社区划分后的多个分区和每个所述分区中的超级节点；
通过与所述超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引；
当多个所述分区之间相互访问时，确定每个所述分区中的区块副本的副本数量和分区状态；
根据所述副本数量和所述分区状态，对所述超级节点关联的虚拟链进行更新；更新后的虚拟链用于对区块数据进行新的索引。
在一个实施例中，区块链包括多个区块链节点和多个一级解析节点；所述确定对区块链进行社区划分后的多个分区和每个所述分区中的超级节点，包括：通过每个区块链节点向对应的一级解析节点进行应用注册，得到多个分区；针对多个分区中的每个分区，均确定当前分区中的每个所述区块链节点各自对应的节点能力；根据所述节点能力对多个所述区块链节点进行筛选，得到所述当前分区中的超级节点。
在一个实施例中，确定当前分区中的每个所述区块链节点各自对应的节点能力，包括：确定多个区块链节点中的当前区块链节点，并通过所述当前区块链节点向对应的一级解析节点发起查询请求，得到查询请求数据；根据所述查询请求数据，确定所述当前区块链节点的节点可信度、节点性能和节点在线时长；将所述节点可信度、所述节点性能和所述节点在线时长进行加权求和，得到所述当前区块链节点对应的节点能力。
在一个实施例中，区块链还包括二级解析节点；在所述得到所述当前分区中的超级节点之后，还包括：通过所述当前分区中的超级节点向所述二级解析节点进行服务注册，以使所述超级节点获取到其他超级节点的节点地址，并建立每个所述分区之间的访问通道。
在一个实施例中，虚拟链的链式结构中至少包括本地地址；所述通过与所述超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引，包括：若所述索引表征区块数据存储过程，在所述超级节点接收到区块数据时，确定与所述超级节点在同一分区中的网络存储节点；将所述区块数据存储至所述网络存储节点中，以使所述网络存储节点将存储后的区块数据的数据地址反馈至所述超级节点；根据所述数据地址，所述超级节点对相关联的所述虚拟链中的本地地址进行更新。
在一个实施例中，分区中包括区块链节点，所述虚拟链的链式结构中至少包括区块副本的副本信息；所述通过与所述超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引，包括：若所述索引表征区块数据读取过程，在所述区块链节点接收到数据读取请求时，确定与所述区块链节点在同一分区中的超级节点；通过所述超级节点查询相关联的虚拟链，并确定所述虚拟链中的区块副本的目标副本信息；根据所述目标副本信息，获取所述数据读取请求对应的目标区块数据。
在一个实施例中，确定每个所述分区中的区块副本的副本数量和分区状态，包括：针对多个分区中的每个分区，均确定当前分区在预设时段内的查询率；根据所述查询率确定所述当前分区中的区块副本的副本数量；确定对所述当前分区中的任一区块副本进行删除的删除损失、以及所述超级节点的负载能力；将所述删除损失和所述超级节点的负载能力进行加权求和，得到所当前分区的分区状态。
在一个实施例中，超级节点包括当前超级节点和相邻超级节点；所述根据所述副本数量和所述分区状态，对所述超级节点关联的虚拟链进行更新，包括：判断所述当前超级节点对应的副本数量是否大于所述相邻超级节点对应的副本数量；若是，则通过预设的字段结构和所述当前超级节点对应的分区状态，创建初始交互消息，并将所述初始交互消息转发至所述相邻超级节点；根据所述相邻超级节点对应的分区状态，对所述初始交互消息进行更新，得到候选交互消息；在所述当前超级节点接收到所述候选交互消息时，根据预设的字段信息，对所述超级节点关联的虚拟链进行更新。
第二方面，本申请还提供了一种区块链管理系统。所述系统的应用底层为ICN网络，所述系统的中间层包括存储结构和区块副本管理策略结构；其中：
所述存储结构，用于确定对区块链进行社区划分后的多个分区和各所述分区中的超级节点，并通过与所述超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引；
所述区块副本管理策略结构，用于当多个所述分区之间相互访问时，确定每个所述分区中的区块副本的副本数量和分区状态，并根据所述副本数量和所述分区状态，对所述超级节点关联的虚拟链进行更新。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
确定对区块链进行社区划分后的多个分区和每个所述分区中的超级节点；
通过与所述超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引；
当多个所述分区之间相互访问时，确定每个所述分区中的区块副本的副本数量和分区状态；
根据所述副本数量和所述分区状态，对所述超级节点关联的虚拟链进行更新；更新后的虚拟链用于对区块数据进行新的索引。
上述区块链管理方法、系统和计算机设备中，通过将系统的应用底层部署在ICN网络，可确定对区块链进行社区划分后的多个分区和每个分区中的超级节点，并通过与超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引，因此，通过确定性时延增强的社区划分、以及引入虚拟链实现区块链快速索引，保证了区块链节点对账本的接近性和快速访问，也即确保账本数据访问的邻近性。
此外，当多个分区之间相互访问时，可确定每个分区中的区块副本的副本数量和分区状态，如此便可根据副本数量和分区状态，对超级节点关联的虚拟链进行更新，因此，基于区块链节点社区划分和区块链副本管理机制，实现了在邻近社区之间进行协作式的虚拟链进行更新，解决了现有的区块链副本管理方案存在访问差的问题。
附图说明
图1为一个实施例中基于ICN网络的区块链存储架构示意图；
图2为一个实施例中区块链管理方法的流程示意图；
图3为一个实施例虚拟链的链式结构示意图；
图4为一个实施例中确定多个分区和每个分区中的超级节点的流程示意图；
图5为一个实施例中对一级解析节点进行应用注册的原理示意图；
图6为一个实施例中超级节点确定的原理示意图；
图7为一个实施例中对超级节点关联的虚拟链进行更新的流程示意图；
图8为一个实施例中协作块副本删除原理示意图；
图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例提供的区块链管理方法，可以应用于如图1所示的区块链管理系统中，区块链管理系统可为一种基于ICN网络的区块链存储架构。区块链管理系统的应用底层为ICN网络，通过利用ICN网络的网内存储能力、确定性延迟增强解析系统和名称寻址能力来支持区块链存储优化。区块链管理系统的中间层包括存储结构和区块副本管理策略结构，存储结构包括基于增强解析系统的区块链节点社区划分和提供存储块索引的虚拟链结构。
其中，ICN网络（InterPlanetary File System）是一种点对点的分布式文件系统，旨在解决传统互联网中的数据存储和传输问题。ICN网络不依赖于传统的基于主机的寻址方式，而是使用内容寻址来标识和访问数据。这意味着数据被唯一地标识，而不是依赖于特定的服务器或IP地址。其核心思想是分离身份和定位器。在现有的ICN架构中，基于名称解析和内容路由的名称解析方法分为NBR (name - based routing)和SNR (Standalonename resolution)两种。前者采用分层命名，内容请求再沿着请求的反向通道传递给内容请求者，并在传递给内容请求者之前定向到内容提供者。后者使用平面命名方法来解耦名称解析和内容路由，通过名称解析系统进行身份解析，然后通过定位器进行路由。
其中，增强解析系统面向局部存储，采用多层树状结构组织分辨率节点，可提供多层次的确定性时延增强分辨率服务，不同层次的节点提供不同层次的分辨率服务，用户可以根据需要从多个分层解析节点获取解析服务。解析服务等级反映在解析时延上。分级越高则可以保证的最大分辨率时延越高、业务区域越大。每个解析节点仅向其服务区域内的节点提供解析服务。解析服务区域是指解析节点在向该区域内的任意节点提供解析服务时，能够保证解析延迟在对应服务确定的延迟范围内。第一级解析节点的解析服务判定时延为T毫秒。当服务区域内的网络存储节点向该解析节点执行查询解析服务时，时延小于等于T毫秒。同时，增强解析系统服务区是嵌套的，上层分辨率服务的服务区可以包括下层分辨率服务。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种区块链管理方法，以该方法应用于计算机设备为例进行说明，该计算机设备所在的终端可为图1中的任意一个区块链节点，包括以下步骤：
步骤202，确定对区块链进行社区划分后的多个分区和每个分区中的超级节点。
其中，区块链包括多个区块链节点；每个分区包括多个具有关联性的区块链节点；每个分区各自对应于一个解析服务区域，同一分区内共享一个区块链账本。
具体地，计算机设备确定每个区块链节点之间的关联性，并通过增强解析系统基于区块链节点之间的关联性进行社区划分，得到多个分区。计算机设备在每个分区选举一个超级节点，并将超级节点预先关联一个虚拟链，并通过维护虚拟链，能在后续快速索引存储在网络存储节点中的区块链账本。
步骤204，通过与超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引。
其中，由于分区中的超级节点将区块链账本以区块的形式存储到网络存储节点，以确保区块链账本数据近在咫尺。当需要进行快速索引区块链账本中的区块数据时，采用具有链式结构的虚拟链来进行。如图3所示，图3为虚拟链的链式结构示意图。
具体地，虚拟链中不存储具体的区块数据，链式结构中包括父哈希、区块哈希和本地地址，父哈希表示块的父块身份哈希，区块哈希表示此块身份哈希，以将虚拟链与哈希指针链接起来，本地地址表示存储在区块链账本的网络存储节点的IP地址信息。如果本地地址为空，则表示区块链账本未存储在该分区中。由于索引包括对区块数据进行存储的过程和对区块数据进行读取的过程，计算机设备根据不同的索引过程，对超级节点关联的虚拟链进行不同的触发操作。
在一个实施例中，虚拟链的链式结构中还包括Replica number字段和 StoreNode 字段，这些字段用于表征区块副本的副本信息，也即指示相邻分区中的区块副本编号和当前存储该区块副本的分区，因此虚拟链可用于支持跨分区块获取，作为协同删除副本管理的基础。
步骤206，当多个分区之间相互访问时，确定每个分区中的区块副本的副本数量和分区状态。
其中，区块链本质上是一个账本，它按照时间关系以块的形式进行内部链接。每个区块都包含分类账数据的一部分。块内的交易记录一般是合约、股票、票据、交易信息和其他数据。区块链用户强烈希望访问新生成的区块，并将基于该区块定期生成新的交易或区块。随着生成时间的推移，用户的兴趣会大幅下降，查询频率随之下降。
其中，存储可扩展性问题的主要原因是传统区块链系统中每个区块链节点存储一个完整的账本，采用高冗余的全复制存储模式。这种方法极大地提高了区块链数据的透明度和可访问性。然而，每个区块链节点必须同步最新的区块链分类账数据。现有的方法优先考虑最小化区块链节点的存储压力，而忽略了数据的可用性，导致用户访问区块链的平均响应时间过长。
在一个实施例中，确定每个分区中的区块副本的副本数量和分区状态，包括：针对多个分区中的每个分区，均确定当前分区在预设时段内的查询率；根据查询率确定当前分区中的区块副本的副本数量；确定对当前分区中的任一区块副本进行删除的删除损失、以及超级节点的负载能力；将删除损失和超级节点的负载能力进行加权求和，得到当前分区的分区状态。
其中，当前分区的查询率表明随着区块生成时间的推移，区块链用户对区块的兴趣下降，因此利用区块链块的查询率进行副本数决策，可以大大减轻现有副本数决策方法的统计负担，保证用户对账本的访问性能。
具体地，计算机设备获取预先确定当前分区在预设时段内的查询率，进而确定当前分区中的区块副本的副本数量、以及对小于副本数量的任一区块副本进行删除时的删除损失、以及超级节点的负载能力，方法如下：
；
；
；
；
其中，表示分区j删除k块副本的删除损失，/>表示分区i从分区j请求k块的行为，/>的范围包括该区块中从创世块到新生成的块，/>表示删除的k块副本的分区集，/>表示存储k块副本的分区，/>表示带宽，/>表示第k块的数据量。
；
其中，表示分区j超节点的负载能力。然后计算机设备对上述两者进行加权求和，并以此作为删除副本的基础，得到当前分区的分区状态如下所示：
；
在一个实施例中，当通过超级节点进行多个分区之间的相互访问与协作时，虚拟链还可维护相邻分区的区块副本的副本信息，如是否存在副本编号或是否存储区块副本等。
步骤208，根据副本数量和分区状态，对超级节点关联的虚拟链进行更新；更新后的虚拟链用于对区块数据进行新的索引。
其中，在分区和虚拟链的基础上，提出了协同区块副本删除策略，包括基于区块链访问衰减关系的副本数决策机制和基于资源关系的副本删除算法。由于基于网络特性的社区划分可以保证对区块链账本的就近访问，但每个分区都必须支付整个区块链账本的存储和维护开销，而且全账本副本存储具有高度冗余，因此提出协同删除副本方案，在相邻分区中进行协同块副本删除。
具体地，在计算机设备通过查询率得到副本数量后，如何选择删除副本需要考虑以下问题：删除副本会增加额外的访问时间，直接影响区块链用户对账本的访问性能；每个分区可以承受一定数量的请求，不适当的副本删除会将负载集中在特定分区上，这些分区就会过载，导致数据的高度局部性和过高的网络利用率，从而降低系统性能。计算机设备中的副本删除算法，根据分区状态选择删除分区，并采用贪婪算法的思想删除状态最差的副本。其中，协作式块的副本删除算法包括三个阶段：删除消息构建阶段、分区删除状态交互阶段、以及块副本删除和更新阶段。计算机设备基于副本删除算法的不同阶段，完成对超级节点关联的虚拟链进行更新。
在一个实施例中，上述方法还包括：当前分区中还包括超级节点对应的网络存储节点；网络存储节点用于存储通过超级节点进行索引的区块数据。
其中，随着以信息为中心的ICN网络的不断发展， ICN 网络将身份和定位符分离，具有分级增强解析系统和网内存储能力。由于其自治性，一些 ICN 架构有能力提供现场数据计算和存储，并保证延迟和性能。这些网络为区块链存储可扩展性问题提供了一种新颖的解决方案。
上述区块链管理方法中，通过将系统的应用底层部署在ICN网络，可确定对区块链进行社区划分后的多个分区和每个分区中的超级节点，并通过与超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引，因此，通过确定性时延增强的社区划分、以及引入虚拟链实现区块链快速索引，保证了区块链节点对账本的接近性和快速访问，也即确保账本数据访问的邻近性。
此外，当多个分区之间相互访问时，可确定每个分区中的区块副本的副本数量和分区状态，如此便可根据副本数量和分区状态，对超级节点关联的虚拟链进行更新，因此，基于区块链节点社区划分和区块链副本管理机制，实现了在邻近社区之间进行协作式的虚拟链进行更新，解决了现有的区块链副本管理方案存在访问差的问题。
在一个实施例中，如图4所示，确定对区块链进行社区划分后的多个分区和每个分区中的超级节点，还包括以下步骤：
步骤402，通过每个区块链节点向对应的一级解析节点进行应用注册，得到多个分区。
其中，如图5所示，图5为对一级解析节点进行应用注册的原理示意图。区块链包括多个区块链节点和多个一级解析节点，例如S1-S9为区块链节点， R1-1、R1-2、R1-3为一级解析节点。
具体地，计算机设备使用增强解析系统对区块链节点进行划分，每一层的解析节点都可以保证最大的解析时延。首先是区块链申请应用注册，通过区块链节点向低级的一级解析节点注册，建立基于区块链设备的分区，进而保证分区内区块链节点的物理接近度，也即确保区块链节点之间的关联性。因此，区块链节点根据区块链的设备信息向一级解析节点注册，使得将处于一级解析节点所属服务范围内的区块链节点划分为一个分区，该分区内的区块链节点可以根据一级解析节点获取其他节点的IP地址。
步骤404，针对多个分区中的每个分区，均确定当前分区中的每个区块链节点各自对应的节点能力。
其中，在对一级解析节点进行应用注册，并将区块链节点划分为分区之后，如果每个分区在底层网络中维护一个完整的区块链账本，对于网络存储负载来说意义重大。因此，提出分区间的区块链账本协同管理来解决这个问题，进而实现超级节点的选择和协作。
在一个实施例中，确定当前分区中的每个区块链节点各自对应的节点能力，包括：确定多个区块链节点中的当前区块链节点，并通过当前区块链节点向对应的一级解析节点发起查询请求，得到查询请求数据；根据查询请求数据，确定当前区块链节点的节点可信度、节点性能和节点在线时长；将节点可信度、节点性能和节点在线时长进行加权求和，得到当前区块链节点对应的节点能力。
具体地，每个区块链节点会在对应的一级解析节点中发起查询请求，获取查询请求数据，如其分区内的区块链节点IP地址。然后用当前区块链节点的私钥加密存储空间storagei、区块生产者编号blocknumi、在线时间等目标信息。超级节点维护虚拟链以满足分区内的区块链节点访问需求，需要一定的存储空间。超级节点需要保证可信和稳定，不会频繁退出区块链系统。节点可信度主要受作弊、诚实、交易验证数、节点出块数等因素影响，节点稳定性是根据节点性能和节点在线时长进行评估。节点可信度计算公式如下：
；
其中，是节点i验证的交易数，/>代表节点i打包的区块数，/>代表当前区块链系统中最大节点验证交易数；/>是指当前区块链系统中节点打包区块的最大数量。
节点性能的评价具体由硬盘的存储容量、CPU的使用率和频率、内存容量和使用率、磁盘IO率决定，计算公式如下：
；
其中，表示节点的存储容量，/>是节点的CPU频率；/>表示CPU使用率，/>和分别表示内存容量和内存使用率，/>是磁盘IO率， />表示各属性的权重。
节点在线时长计算公式如下：
；
通过将节点可信度、节点性能和节点在线时长进行加权求和，得到的节点能力如下：
；
其中，标识了节点i的作弊行为，取值为0和1。
然后当前区块链节点将目标信息发送给其他区块链节点，使得其他区块链节点将通过当前区块链节点的公钥对目标信息进行解密，并根据区块链账本对目标信息进行验证。验证通过则表征当前区块链节点可作为超级节点的候选。
步骤406，根据节点能力对多个区块链节点进行筛选，得到当前分区中的超级节点。
具体地，如图6所示，图6为超级节点确定的原理示意图。计算机设备根据节点能力的大小，将区块链节点进行排序，并从排序中选择节点能力最大的区块链节点作为超级节点，并将带有超级节点签名的信息发送给其他节点等。超级节点选择与协作表征分区中的区块链节点根据增强解析系统中的设备信息和节点能力选举超级节点。超级节点基于区块链账本存储服务在高级的二级解析节点注册。例如在R1-1一级解析节点所处的分区中，选取了S1为超级节点。
在一个实施例中，在得到当前分区中的超级节点之后，还包括：通过当前分区中的超级节点向二级解析节点进行服务注册，以使超级节点获取到其他超级节点的节点地址，并建立每个分区之间的访问通道。
具体地，参考6所示，区块链还包括二级解析节点，如R2-1为二级解析节点。在每个分区的超级节点选择成功后，每个超级节点均根据区块链存储服务在二级解析节点进行服务注册。当超级节点在二级解析节点上获取彼此的节点地址时，如IP地址，以建立相邻分区之间的协作。此外，最大分辨率延迟保证了这些分区在物理上彼此靠近以建立附近的分区。
在上述实施例中，通过同一解析服务区域内的区块链节点建立分区，分区内共享一个区块链账本。账本以区块的形式存储在底层网络节点上，以确保区块链账本数据近在咫尺。通过在分区选举一个超级节点来维护虚拟链，以快速索引存储在网络中的块。
在一个实施例中，通过与超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引，包括：若索引表征区块数据存储过程，在超级节点接收到区块数据时，确定与超级节点在同一分区中的网络存储节点；将区块数据存储至网络存储节点中，以使网络存储节点将存储后的区块数据的数据地址反馈至超级节点；根据数据地址，超级节点对相关联的虚拟链中的本地地址进行更新。
其中，虚拟链的链式结构中至少包括本地地址；分区中包括超级节点、多个区块链节点和网络存储节点。
具体地，由于本发明提出的区块链存储架构可以支持区块链的区块广播和共识过程，因此，在对区块数据进行存储过程为：当超级节点接收到区块数据时，区块数据也可是一个新的区块，则将该区块数据存储在同一分区中的网络存储节点中。当网络存储节点存储区块数据之后，还会将存储节点的数据地址等信息返回给超级节点，使得超级节点将虚拟链中的本地地址更新为数据地址，并对虚拟链进行维护。
在一个实施例中，当任一分区中的区块链节点接收到区块数据时，直接将其进行本地缓存，直至该区块数据被确认在链上并可以被删除。同时，普通的区块链节点可以根据自己的存储空间和状态维护区块块头信息，并可以在获取区块数据时进行验证，确保区块链数据不可篡改。
在一个实施例中，通过与超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引，包括：若索引表征区块数据读取过程，在区块链节点接收到数据读取请求时，确定与区块链节点在同一分区中的超级节点；通过超级节点查询相关联的虚拟链，并确定虚拟链中的区块副本的目标副本信息；根据目标副本信息，获取数据读取请求对应的目标区块数据。
其中，虚拟链的链式结构中至少包括本地地址和区块副本的副本信息；副本信息包括副本编号和副本地址。
具体地，当计算机设备响应于用户提交的数据读取请求时，也即用户向区块链节点提交区块获取请求，此时区块链节点查询同一分区中的超级节点。接着超级节点会对关联的虚拟链进行查询，如果从虚拟链中的查询到了区块副本的目标副本信息，则将目标副本信息中的副本地址直接返回给区块链节点，使得基于副本地址获取数据读取请求对应的目标区块数据；如果从虚拟链中的查询出超级节点所处的分区不可用，也即虚拟链中的本地地址为空，则超级节点将数据读取请求转发至其他相邻分区的超级节点。
当相邻分区的超级节点收到数据读取请求后，确定出该相邻分区中所属的虚拟链中的目标本地地址，并将目标本地地址返回至用户触发的区块链节点中，使得区块链节点根据目标本地地址、以及目标本地地址所处虚拟链中的区块哈希值，获取数据读取请求对应的目标区块数据。
在上述实施例中，对于快速索引提出的虚拟链结构，虚拟链由每个分区中的超级节点维护。针对区块链存储架构中的用户访问问题，利用网络存储容量和增强的解析能力建立区块链存储架构，使得后续在索引块中引入虚拟链时，以确保账本数据访问的邻近性，可支持跨分区块获取，并作为后续协同删除副本管理的基础。
在一个实施例中，对于副本删除选择的负载资源关系进行建模分析，以最小化副本删除损失表示副本删除增加的用户访问时间。删除损失如下：
；
其中，表示删除分区j中第k个块副本时的删除损失，/>表示k块从分区i到分区j的访问次数，/>表示该访问行为下的损失，S表示分区号。对单个副本删除损失进行汇总分析，总体目标方程如下：
；
；
；
；
；
；
其中，表示是否删除分区j中的块k副本，k的取值范围从生成块到该区块中新生成的块，/>表示从分区i到分区j对块k的访问号，/>表示当前存储块k副本的分区号，/>表示删除的块k副本。最后两个公式表示分区负载能力约束，/>示访问分区j的请求被转移到分区m, />表示分区m的负载能力。
对于上述提及的副本删除算法，本通过贪婪地删除副本来近似最优副本删除分布。其核心思想是在每次迭代时根据副本删除损失和分区负载状态删除小损失副本。具体实现过程包括消息设计、状态计算和协同删除算法。通过添加Delete Flag、ReplicaNumber、State和Regional Identifier来扩展区块链节点同步交互消息，以满足协作需求。Delete Flag字段用于标识块删除阶段。“Replica Number”字段标识被删除的目标副本号。State字段用于标识分区删除块副本时的丢失状态。Regional Identifier用于标识分区是否参与了协作过程。状态计算包括删除副本丢失情况和加载情况。因此，对于块副本删除问题，本实施例建立了基于副本删除丢失和负载状态的副本删除模型，并提出了一种具有贪婪性的协作副本删除算法。
在一个实施例中，如图7所示，根据副本数量和分区状态，对超级节点关联的虚拟链进行更新，包括以下步骤：
步骤702，判断当前超级节点对应的副本数量是否大于相邻超级节点对应的副本数量。
具体地，在第一阶段构建删除消息阶段并启动协作删除过程，计算机设备判断当前超级节点检索块k在虚拟链中的副本号，并将当前超级节点对应的副本数量与本地虚拟链中当前块k副本数量进行比较。
步骤704，若是，则通过预设的字段结构和当前超级节点对应的分区状态，创建初始交互消息，并将初始交互消息转发至相邻超级节点。
具体地，如果当前超级节点对应的副本数量是否大于相邻超级节点对应的副本数量，则进入删除块副本阶段。在初始交互消息中，将“delete Flag”字段设置为1，将“Replica Number”字段设置为块k的目标副本号。“State Field”设置为超级节点的状态，并在State字段中填写自己的分区状态值。接着将当前超级节点的“Regional Identifier”设置为“1”，其他节点的“Regional Identifier”设置为“0”。在构造初始交互消息之后，当前超级节点将其转发给存储了未参与协作的第k块副本的其他相邻超级节点。
步骤706，根据相邻超级节点对应的分区状态，对初始交互消息进行更新，得到候选交互消息。
具体地，进入第二阶段分区删除状态交互阶段，比较单个分区的状态，用于评估每个分区并删除副本损失。当任意相邻超级节点收到初始交互消息，如果相邻超级节点的“Regional Identifier”为0，则相邻超级节点检索块k在虚拟链中的副本号，并确定相邻超级节点对块k的目标复制数。如果块 k目标副本数等于“Replica Number”，则进入删除过程，将表示自身的“Regional Identifier”设置为1。接着确定相邻超级节点的分区状态值，并将其与消息中的state字段进行比较。如果分区状态值小于消息中的State字段，则State字段更新，得到候选交互消息，并继续转发候选交互消息，直到存储块k的所有副本的“Regional Identifier”设置为1。
步骤708，在当前超级节点接收到候选交互消息时，根据预设的字段信息，对超级节点关联的虚拟链进行更新。
其中，超级节点包括当前超级节点和相邻超级节点；如图8所示，图8为协作块副本删除原理示意图。
具体地，进入第三阶段包括块副本删除状态更新，当前超级节点收到分区删除候选交互消息时，如果当前超级节点 “State Field”等于候选交互消息中的state字段，则当前超级节点在删除副本后更新自己的虚拟链，同时将delete Flag字段设置为2；当前超级节点将自己的区域标识符字段 “Regional Identifier”设置为1，将另一个区域标识符字段 “Regional Identifier”设为0。当前超级节点将候选交互消息转发给存储第k块副本的所有其他相邻超级节点，使得其他超级节点收到此消息并更新虚拟链。
在上述实施例中，针对区块链副本管理算法访问性能差的问题，提出了一种基于区块链访问衰减关系的块副本数决策机制。引入区块链的区块查询概率，并将块查询概率用于块副本数的确定，大大降低了副本估计的计算量，在保持访问账本的区块链节点性能的同时大幅降低存储成本。
应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的区块链管理方法的区块链管理装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面提供的一个或多个区块链管理装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于区块链管理方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种区块链管理装置包括：超级节点确定模块、数据索引模块和虚拟链更新模块，其中：
超级节点确定模块，用于确定对区块链进行社区划分后的多个分区和每个分区中的超级节点。
数据索引模块，用于通过与超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引。
虚拟链更新模块，用于当多个分区之间相互访问时，确定每个分区中的区块副本的副本数量和分区状态；根据副本数量和分区状态，对超级节点关联的虚拟链进行更新。
上述区块链管理中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口(Input/Output，简称I/O）和通信接口。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储区块数据。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种区块链管理方法。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（FerroelectricRandom Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（StaticRandom Access Memory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种区块链管理方法，其特征在于，所述方法包括：
确定对区块链进行社区划分后的多个分区和每个所述分区中的超级节点；
通过与所述超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引；所述虚拟链的链式结构中至少包括每个所述分区中的区块副本的副本信息；
当多个所述分区之间相互访问时，确定每个所述分区中的区块副本的副本数量，并确定对每个所述分区中的任一区块副本进行删除的删除损失、以及所述超级节点的负载能力；
将所述删除损失和所述超级节点的负载能力进行加权求和，得到所述分区的分区状态；所述超级节点包括当前超级节点和相邻超级节点；
判断所述当前超级节点对应的副本数量是否大于所述相邻超级节点对应的副本数量；
若是，则通过预设的字段结构和所述当前超级节点对应的分区状态，创建初始交互消息，并将所述初始交互消息转发至所述相邻超级节点；
根据所述相邻超级节点对应的分区状态，对所述初始交互消息进行更新，得到候选交互消息；
在所述当前超级节点接收到所述候选交互消息时，根据预设的字段信息，对所述超级节点关联的虚拟链进行更新；所述字段信息至少用于标识块删除阶段、被删除的区块副本的目标副本号、分区删除区块副本时的丢失状态和分区是否参与了协作过程；更新后的虚拟链用于对区块数据进行新的索引。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述区块链包括多个区块链节点和多个一级解析节点；所述确定对区块链进行社区划分后的多个分区和每个所述分区中的超级节点，包括：
通过每个区块链节点向对应的一级解析节点进行应用注册，得到多个分区；
针对多个分区中的每个分区，均确定当前分区中的每个所述区块链节点各自对应的节点能力；
根据所述节点能力对多个所述区块链节点进行筛选，得到所述当前分区中的超级节点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定当前分区中的每个所述区块链节点各自对应的节点能力，包括：
确定多个区块链节点中的当前区块链节点，并通过所述当前区块链节点向对应的一级解析节点发起查询请求，得到查询请求数据；
根据所述查询请求数据，确定所述当前区块链节点的节点可信度、节点性能和节点在线时长；
将所述节点可信度、所述节点性能和所述节点在线时长进行加权求和，得到所述当前区块链节点对应的节点能力。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述区块链还包括二级解析节点；在所述得到所述当前分区中的超级节点之后，还包括：
通过所述当前分区中的超级节点向所述二级解析节点进行服务注册，以使所述超级节点获取到其他超级节点的节点地址，并建立每个所述分区之间的访问通道。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟链的链式结构中至少包括本地地址；所述通过与所述超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引，包括：
若所述索引表征区块数据存储过程，在所述超级节点接收到区块数据时，确定与所述超级节点在同一分区中的网络存储节点；
将所述区块数据存储至所述网络存储节点中，以使所述网络存储节点将存储后的区块数据的数据地址反馈至所述超级节点；
根据所述数据地址，所述超级节点对相关联的所述虚拟链中的本地地址进行更新。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分区中包括区块链节点，所述通过与所述超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引，包括：
若所述索引表征区块数据读取过程，在所述区块链节点接收到数据读取请求时，确定与所述区块链节点在同一分区中的超级节点；
通过所述超级节点查询相关联的虚拟链，并确定所述虚拟链中的区块副本的目标副本信息；
根据所述目标副本信息，获取所述数据读取请求对应的目标区块数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定每个所述分区中的区块副本的副本数量，包括：
针对多个分区中的每个分区，均确定当前分区在预设时段内的查询率；
根据所述查询率确定所述当前分区中的区块副本的副本数量。
8.一种区块链管理系统，其特征在于，所述系统的应用底层为ICN网络，所述系统的中间层包括存储结构和区块副本管理策略结构；其中：
所述存储结构，用于确定对区块链进行社区划分后的多个分区和各所述分区中的超级节点，并通过与所述超级节点相关联的虚拟链对区块数据进行索引；所述虚拟链的链式结构中至少包括每个所述分区中的区块副本的副本信息；
所述区块副本管理策略结构，用于当多个所述分区之间相互访问时，确定每个所述分区中的区块副本的副本数量，并确定对每个所述分区中的任一区块副本进行删除的删除损失、以及所述超级节点的负载能力；将所述删除损失和所述超级节点的负载能力进行加权求和，得到所述分区的分区状态；所述超级节点包括当前超级节点和相邻超级节点；判断所述当前超级节点对应的副本数量是否大于所述相邻超级节点对应的副本数量；若是，则通过预设的字段结构和所述当前超级节点对应的分区状态，创建初始交互消息，并将所述初始交互消息转发至所述相邻超级节点；根据所述相邻超级节点对应的分区状态，对所述初始交互消息进行更新，得到候选交互消息；在所述当前超级节点接收到所述候选交互消息时，根据预设的字段信息，对所述超级节点关联的虚拟链进行更新；所述字段信息至少用于标识块删除阶段、被删除的区块副本的目标副本号、分区删除区块副本时的丢失状态和分区是否参与了协作过程；更新后的虚拟链用于对区块数据进行新的索引。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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