TWM611076U - 區塊鏈的資料儲存結構 - Google Patents

Abstract

一種區塊鏈的資料儲存結構，其包含一區塊鏈網路、一客戶端主機及一資料儲存結構。該區塊鏈網路其包含複數個區塊鏈伺服器；該客戶端主機其與該區塊鏈網路相連接，該客戶端主機提供一資料；該資料儲存結構其包含一分割模組及一傳送模組，該分割模組以一預定容量為單位，將該資料分割成複數個資料區塊，並建立複數個索引，各該索引分別對應各該資料區塊，且建立一索引表，該索引表對應該複數個索引，該傳送模組將該索引表傳送至該區塊鏈網路，由該複數個區塊鏈伺服器儲存該索引表。本創作藉由該資料儲存結構將該資料分割且建立該索引表，使儲存於該區塊鏈網路的是該索引表，而非該資料，以解決區塊鏈技術處理資料的速度緩慢，不適用大型資料的缺失。

Description

區塊鏈的資料儲存結構

本創作係關於一種區塊鏈技術，尤指一種區塊鏈的資料儲存結構。

區塊鏈(BlockChain)是一種資料的記錄格式，顧名思義就是由區塊(block)與鏈(chain)所組成，區塊是資料儲存的基本單元，記錄了特定時間內各節點全部的交流信息。區塊經由雜湊函式(Hash Function)演算出雜湊值(Hash Value)，各區塊中除了自身的雜湊值之外還具有前一個區塊的雜湊值，以防止資料被竄改，隨著信息交流的擴大，一個區塊與一個區塊相繼接續，形成的結果就叫區塊鏈。

區塊中還具有時間戳記(timestamp)，時間戳記為區塊的建立時間，用來證明區塊的有效性，時間戳記通常是一個字符序列，區塊鏈通過時間戳記確保每一個區塊依時間順序相連接。

區塊鏈技術是由密碼學、數學、演算法及經濟模型所組成，結合點對點(peer-to-peer)網路技術，是整合跨領域技術的一項基礎建設。

區塊鏈結合點對點(peer-to-peer)網路技術建構一區塊鏈網路，該區塊鏈網路中，各節點代表一台電腦，網路中的所有節點都可以互相進行資料傳輸，整個網路沒有任何中心，資料是分散布於各節點而無法 被單一實體掌控，使資料具備安全、透明的特性，避免由單一實體作為中介，會具有交易不透明、監守自盜、且因單一實體的資料備份有限，一旦單一實體的資料備份毀損就會造成資料缺失的問題。區塊鏈一般都是讓所有參與者幫忙備份資料，當資料擁有成千上萬個備份的時候，資料毀損或是被篡改的機率就大大的降低了，因此區塊鏈網路上的資料都是公開透明的、加上區塊鏈的紀錄格式，資料是難以竄改的，竄改資料不能只竄改單一區塊。

區塊鏈網路中，各節點的電腦都視為區塊鏈伺服器，伺服器是指能向網路用戶提供特定服務的軟體和硬體，資料上傳至區塊鏈網路時，資料會於該區塊鏈網路以一個區塊作為代表，區塊將以廣播方式傳遞給區塊鏈網路中其他所有的區塊鏈伺服器，當其他所有的區塊鏈伺服器同意資料為有效後，代表資料的區塊被添加至區塊鏈網路上，且其他所有的區塊鏈伺服器都會備份儲存資料，作為永久且透明的紀錄。

區塊鏈中，因資料須備份儲存至各電腦，資料的處理速度很慢，以太坊(Ethereum，其為區塊鏈的全球開放平台)一秒只能處理15筆交易，而以VISA信用卡公司為例，一秒要處理4000筆資料，高峰時到上萬筆都沒問題。因此區塊鏈技術其即時性及處理速度上相對不佳，不適合大型資料。

習知技術中，有三種利用區塊鏈來儲存資料的結構，第一種，為直接儲存，如第一圖所示，一客戶端主機100係將一資料原封不動直接地傳送至一區塊鏈網路200上，由各區塊鏈伺服器210儲存該資料。第二種，為加密後儲存，如第二圖所示，該客戶端主機100將該資料經加密後成為一加密資料，再將該加密資料及一加密金鑰傳送至區塊鏈網路200上，由 各區塊鏈伺服器210儲存該加密資料及該加密金鑰。然而，上述兩種習知技術，並未考量到所有的區塊鏈伺服器都會備份儲存資料，而導致處理的速度緩慢之問題，若資料的容量十分龐大，以多媒體資料為例，客戶須上傳個人照片至區塊鏈網路來完成交易，會導致客戶須等待的時間十分漫長。為此，第三種，為儲存索引，該客戶端主機100將該資料經雜湊函式(Hash Function)演算出一雜湊值(Hash Value)，將該雜湊值作為一索引，再將該索引傳送至區塊鏈網路200上，由各區塊鏈伺服器210儲存該索引，該資料實質上是儲存於另外設置的一資料庫300內，藉由該索引來指向該資料所在的資料庫位置，雖然第三種結構是將該索引傳送至區塊鏈網路200上，避免將該資料或該加密資料傳送至區塊鏈網路200上，可改善第一種及第二種結構的問題。然而，這三種結構都無法確保資料的隱密性，資料容易外洩，會有資安上的風險。在第一種結構中，所有人都可以透過該區塊鏈網路200取得該資料；在第二種結構中，所有人都可以透過該區塊鏈網路200取得該加密資料及該加密金鑰，在第三種結構中，所有人都可以透過該區塊鏈網路200取得該索引，再透過該索引檢索該資料庫300，即可自該資料庫300取得該資料。

故，如何將上述缺失問題加以改進，乃為本案創作人所欲解決之技術困難點之所在。

有鑑於習用所述，因此本創作在於解決及改善習用所存在之問題與缺失為目的。

為達成以上之目的，本創作係提供一種區塊鏈的資料儲存結構，其包含一區塊鏈網路、一客戶端主機以及一資料儲存結構。該區塊鏈 網路包含複數個區塊鏈伺服器；該客戶端主機與該區塊鏈網路相連接，該客戶端主機提供一資料；該資料儲存結構包含一分割模組及一傳送模組，該分割模組以一預定容量為單位，將該資料分割成複數個資料區塊，並建立複數個索引，各該索引分別對應各該資料區塊，且建立一索引表，該索引表對應該複數個索引，該傳送模組將該索引表傳送至該區塊鏈網路，由該複數個區塊鏈伺服器儲存該索引表。

其中較佳的，該傳送模組將該索引表及該複數個索引傳送至該區塊鏈網路，由該複數個區塊鏈伺服器儲存該索引表及該複數個索引。

較佳的，該分割模組以該預定容量為單位，將該資料分割成該複數個資料區塊，並加密該複數個資料區塊，且建立該複數個索引，各該索引分別對應各該資料區塊。

較佳的，該資料儲存結構包含一合併模組，該合併模組根據該索引表檢索該複數個索引，並根據該複數個索引檢索該複數個資料區塊，且將該複數個資料區塊合併為該資料，而傳送該資料至該客戶端主機。

較佳的，該資料儲存結構包含一協調模組，該協調模組控制該複數個索引及該索引表的傳送位置。

較佳的，該資料儲存結構包含一更新模組，該更新模組於該資料異動時更新對應的該複數個索引及該索引表。

較佳的，該客戶端主機連接一第一資料庫，該第一資料庫儲存該資料。

較佳的，該資料儲存結構連接一或多個第二資料庫，該第二資料庫儲存該複數個資料區塊。

較佳的，該傳送模組連接一集中式資料庫(Centralized Database,CDB)，該集中式資料庫儲存該複數個索引。

較佳的，該傳送模組連接一分散式資料庫(Distributed Database,DDB)，該分散式資料庫儲存該複數個索引。

本創作藉由該資料儲存結構將該資料分割為該複數個資料區塊，使該資料無法直接辨識，可加強資料的安全性，該資料儲存結構連接一或多個第二資料庫，該複數個資料區塊可分別儲存於該多個第二資料庫，分散該複數個資料區塊的儲存位置，再強化資料的安全性，該資料儲存結構還連接一集中式資料庫或分散式資料庫來儲存該複數個索引，且建立該索引表，使儲存於該區塊鏈網路的是該索引表，而非該資料，以解決區塊鏈技術處理資料的速度緩慢，不適用大型資料的缺失，進而達到適用大型資料之目的。

〔習知〕

100:客戶端主機

200:區塊鏈網路

210:區塊鏈伺服器

300:資料庫

〔本創作〕

1:區塊鏈網路

11:區塊鏈伺服器

2:客戶端主機

3:資料儲存結構

31:分割模組

32:傳送模組

33:合併模組

34:協調模組

35:更新模組

41:第一資料庫

42:第二資料庫

43:集中式資料庫

44:分散式資料庫

第一圖係習知第一種區塊鏈儲存資料的結構之示意圖。

第二圖係習知第二種區塊鏈儲存資料的結構之示意圖。

第三圖係習知第三種區塊鏈儲存資料的結構之示意圖。

第四圖係本創作之結構示意圖。

第五圖係資料儲存結構之結構示意圖。

第六圖係係本創作中各資料庫之連接示意圖。

為使 貴審查員方便簡潔瞭解本創作之其他特徵內容與優 點及其所達成之功效能夠更為顯現，茲將本創作配合附圖，詳細說明如下：

請參閱第四圖所示，本創作提供一種區塊鏈的資料儲存結構，其包含：一區塊鏈網路1、一客戶端主機2及一資料儲存結構3。

該區塊鏈網路1設置有複數個電腦主機，該複數個電腦主機分別具有相應的軟體及硬體而形成分散式資料庫，作為複數個區塊鏈伺服器11，供該客戶端主機2儲存資料。

該區塊鏈網路1係基於區塊鏈技術構建的網路，在該區塊鏈網路1中包含複數個網路節點(也可以稱之為區塊鏈節點)，每一個網路節點對應至少一個區塊鏈(也可以視作至少一個電腦主機，該電腦主機以區塊鏈其資料的記錄格式來儲存資料)，每一個區塊鏈上至少包含一個區塊(區塊鏈其資料的記錄格式中所指的區塊)。該網路節點在接收到待儲存的資料時，通過廣播的方式發送給該區塊鏈網路1中的其他網路節點，所以該區塊鏈網路1中的每一個網路節點都儲存了該區塊鏈網路1的全部資料，且各該網路節點上儲存的資料一致。

該客戶端主機2乃透過網路連接該區塊鏈網路1，該客戶端主機2對應一客戶，該客戶可透過該客戶端主機2提供一資料至該區塊鏈網路1。該資料可為多媒體資料、照片資料、音樂資料、程式資料、或文書資料，或其組合，但不以為限。該客戶端主機2與該區塊鏈網路1的連接方式包含直接連接或透過中繼網路、伺服器等網路節點連接皆可。

請參閱第四圖及第五圖所示，該資料儲存結構3介於該區塊鏈網路1與該客戶端主機2之間並分別與兩者連接，該資料儲存結構3包含一分割模組31、一傳送模組32、一合併模組33、一協調模組34及一更新模組35。

本創作有兩種實施樣態，第一種樣態，該分割模組31以一預定容量為單位，將該資料分割成複數個資料區塊，並建立複數個索引，各該索引分別對應各該資料區塊，且建立一索引表，該索引表對應該複數個索引，該傳送模組32將該索引表傳送至該區塊鏈網路1，由該複數個區塊鏈伺服器11儲存該索引表。

第二種樣態，該傳送模組32將該索引表及該複數個索引傳送至該區塊鏈網路1，由該複數個區塊鏈伺服器11儲存該索引表及該複數個索引。

更具體地，該分割模組31以該預定容量為單位，將該資料分割成該複數個資料區塊，而當該資料的容量小於該預定容量時，以一個資料區塊計。該分割模組31並利用一雜湊函式(Hash Function)建立該複數個索引，該雜湊演算法可將不定長度的資料，演算成固定長度的一雜湊值(Hash Value)，該雜湊值通常是用一個短的隨機字母和數字所組成的字串，其具有不可逆(無法逆向演算回原本的數值)的特性，因此可有效的保護資料。該雜湊值是獨一無二的(若不是，則更改雜湊函式再行演算)，因此可作為各該資料區塊的各該索引。而當該索引建立完成後，再利用該雜湊函式(Hash Function)建立該索引表。該索引表係用以檢索該複數個索引，該複數個索引係用以檢索該複數個資料區塊，可找到該複數個資料區塊儲存的位置。該複數個資料區塊儲存的位置並不在該複數個區塊鏈伺服器11中，而是儲存在其他的資料庫中，這是考量到資料處理的速度(區塊鏈技術的資料處理速度不佳)。

第一種樣態，該合併模組33係由該複數個區塊鏈伺服器11 取得該索引表，根據該索引表檢索該複數個索引，並根據該複數個索引檢索該複數個資料區塊，且將該複數個資料區塊合併為該資料，而傳送該資料至該客戶端主機2。第二種樣態，該合併模組33係由該複數個區塊鏈伺服器11取得該索引表及該複數個索引，根據該索引表檢索該複數個索引，並根據該複數個索引檢索該複數個資料區塊，且將該複數個資料區塊合併為該資料，而傳送該資料至該客戶端主機2。

該協調模組34控制該複數個索引及該索引表的傳送位置。該更新模組35於該資料異動時更新對應的該複數個索引及該索引表。更具體地，該協調模組34可控制該複數個索引及該索引表的傳送位置，控制該傳送模組32將該索引表及該複數個索引傳送至該區塊鏈網路1，由該複數個區塊鏈伺服器11儲存該索引表及該複數個索引，或是控制該傳送模組僅將該索引表傳送至該區塊鏈網路1。

第一種樣態，該更新模組35於該資料異動時，利用該雜湊函式演算而更新對應的該複數個索引及該索引表，由該傳送模組將更新後的該索引表傳送至該區塊鏈網路1，該網路節點在接收到更新後的該索引表時，通過廣播的方式發送給區塊鏈網路中的其他網路節點，由該複數個區塊鏈伺服器11儲存更新後的該索引表。第二種樣態，該更新模組35於該資料異動時，利用該雜湊函式演算而更新對應的該複數個索引及該索引表，由該傳送模組將更新後的該索引表及更新後的該複數個索引傳送至該區塊鏈網路1，該網路節點在接收到更新後的該索引表及更新後的該複數個索引時，通過廣播的方式發送給區塊鏈網路中的其他網路節點，由該複數個區塊鏈伺服器11儲存更新後的該索引表及更新後的該複數個索引。

請參閱第六圖所示，此外，該客戶端主機2可連接一第一資料庫41，該第一資料庫41儲存該資料，該第一資料庫41主要是作為備援用。本案考慮到區塊鏈技術的資料處理速度不佳，該資料儲存結構3係連接一或多個第二資料庫42，該第二資料庫42儲存該複數個資料區塊，所以該複數個索引可指向該第二資料庫42(或多個該第二資料庫42)，採用多個該第二資料庫的用意，係將該複數個資料區塊可分別儲存於該多個第二資料庫42，強化資料的安全性。該傳送模組32可連接一集中式資料庫43，該集中式資料43庫儲存該複數個索引，所以該索引表可指向該集中式資料庫43。而且該集中式資料庫43還提供刪除及變更功能，依實際需求可刪除及變更該索引。該傳送模組32亦可連接一分散式資料庫44，該分散式資料庫44儲存該複數個索引，所以該索引表可指向該分散式資料庫44。而且該分散式資料庫44無法刪除及變更該索引。在實際運用上，若該資料為交易資料，則該傳送模組32連接的是該分散式資料庫44，避免該索引被刪除或異動；若該資料為一般性的資料(如照片等多媒體資料)，則該傳送模組32連接的是該集中式資料庫43，可進行該索引被刪除或異動。亦或者，該傳送模組32同時連接該集中式資料庫43及該分散式資料庫44，再依該資料的性質，將相應的該索引儲存至該集中式資料庫43或該分散式資料庫44。在第二樣態中，該傳送模組32將該索引表及該複數個索引傳送至該區塊鏈網路1，由該複數個區塊鏈伺服器11儲存該索引表及該複數個索引，但是若該資料過大導致所產生的該複數個索引過多，則可將部分該索引傳送至該集中式資料庫43或該分散式資料庫44，由該集中式資料庫43或該分散式資料庫44儲存，只是該索引表需相應指向該集中式資料庫43或該分散式資料庫44。

綜上所述，本案的特點及優點如下：

一、將資料分割成複數個資料區塊，使資料無法直接辨識，可加強資料的安全性。

二、將資料切割成複數個資料區塊，複數個資料區塊可分別儲存於多個第二資料庫，再進一步加強資料的安全性。

三、將該資料切割成複數個資料區塊，並利用雜湊函式建立複數個資料區塊的索引，且利用雜湊函式建立索引表，再將索引表傳送至區塊鏈網路，由複數個區塊鏈伺服器儲存索引表，以解決區塊鏈技術處理資料的速度緩慢，不適用大型資料的缺失，進而達到適用大型資料之目的。

以上所論述者，僅為本創作較佳實施例而已，並非用以限定本創作實施之範圍；故在不脫離本創作之精神與範疇內所作之等效形狀、構造或組合之變換，皆應涵蓋於本創作之申請專利範圍內。

1:區塊鏈網路

11:區塊鏈伺服器

2:客戶端主機

3:資料儲存結構

Claims (10)

1. 一種區塊鏈的資料儲存結構，其包含：

   一區塊鏈網路，其包含複數個區塊鏈伺服器；

   一客戶端主機，其與該區塊鏈網路相連接，該客戶端主機提供一資料；以及

   一資料儲存結構，其包含一分割模組及一傳送模組，該分割模組以一預定容量為單位，將該資料分割成複數個資料區塊，並建立複數個索引，各該索引分別對應各該資料區塊，且建立一索引表，該索引表對應該複數個索引，該傳送模組將該索引表傳送至該區塊鏈網路，由該複數個區塊鏈伺服器儲存該索引表。
2. 如申請專利範圍第1項所述之區塊鏈的資料儲存結構，其中該傳送模組將該索引表及該複數個索引傳送至該區塊鏈網路，由該複數個區塊鏈伺服器儲存該索引表及該複數個索引。
3. 如申請專利範圍第1項所述之區塊鏈的資料儲存結構，其中該分割模組以該預定容量為單位，將該資料分割成該複數個資料區塊，並加密該複數個資料區塊，且建立該複數個索引，各該索引分別對應各該資料區塊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之區塊鏈的資料儲存結構，其中該資料儲存結構包含一合併模組，該合併模組根據該索引表檢索該複數個索引，並根據該複數個索引檢索該複數個資料區塊，且將該複數個資料區塊合併為該資料，而傳送該資料至該客戶端主機。
5. 如申請專利範圍第1項所述之區塊鏈的資料儲存結構，其中該資料儲存結構包含一協調模組，該協調模組控制該複數個索引及該索引表的傳送 位置。
6. 如申請專利範圍第1項所述之區塊鏈的資料儲存結構，其中該資料儲存結構包含一更新模組，該更新模組於該資料異動時更新對應的該複數個索引及該索引表。
7. 如申請專利範圍第1項所述之區塊鏈的資料儲存結構，其中該客戶端主機連接一第一資料庫，該第一資料庫儲存該資料。
8. 如申請專利範圍第1項所述之區塊鏈的資料儲存結構，其中該資料儲存結構連接一或多個第二資料庫，該第二資料庫儲存該複數個資料區塊。
9. 如申請專利範圍第1項所述之區塊鏈的資料儲存結構，其中該傳送模組連接一集中式資料庫，該集中式資料庫儲存該複數個索引。
10. 如申請專利範圍第1項所述之區塊鏈的資料儲存結構，其中該傳送模組連接一分散式資料庫，該分散式資料庫儲存該複數個索引。

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