[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于索引的面向區(qū)塊鏈輕客戶端的范圍查詢可驗(yàn)證查詢方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910066166.6
• 申請(qǐng)日: 2019-01-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109885615B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方敏;朱燕超;張召;金澈清
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F16/27
• 分類(lèi)號(hào): G06F16/27;G06F16/22;G06F16/2455
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于索引的面向區(qū)塊鏈輕客戶端的范圍查詢可驗(yàn)證查詢方法，包括區(qū)塊索引和層次索引結(jié)構(gòu)生成步驟、全節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)可驗(yàn)證查詢步驟、全節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輔助可驗(yàn)證查詢步驟和輕客戶端進(jìn)行可驗(yàn)證查詢步驟。為支持有效地訪問(wèn)區(qū)塊數(shù)據(jù)和可驗(yàn)證查詢處理過(guò)程，本發(fā)明提出了一種支持可驗(yàn)證查詢的層次索引結(jié)構(gòu)，并提出基于該索引的面向區(qū)塊鏈輕客戶端的范圍查詢可驗(yàn)證查詢方法。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)下全節(jié)點(diǎn)掃描區(qū)塊效率低，全節(jié)點(diǎn)與輕客戶端通信開(kāi)銷(xiāo)大的缺陷，以及解決了在不可信的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)查詢驗(yàn)證困難的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了輕客戶端的可信數(shù)據(jù)查詢驗(yàn)證。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于索引的面向區(qū)塊鏈輕客戶端的范圍查詢可驗(yàn)證查詢方法。

背景技術(shù)

全節(jié)點(diǎn)是擁有完整區(qū)塊鏈賬本的節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)驗(yàn)證以及轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)上的交易和區(qū)塊。由于無(wú)需信任的環(huán)境(開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò))以及區(qū)塊鏈本身的性質(zhì)，每個(gè)全節(jié)點(diǎn)都需要下載并驗(yàn)證所有的區(qū)塊，因此所有區(qū)塊中的所有交易信息都需要經(jīng)過(guò)全節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)證。然后，下載并驗(yàn)證所有區(qū)塊信息會(huì)消耗大量的時(shí)間和資源。例如，完全同步以太坊區(qū)塊鏈至少需要SSD(固態(tài)硬盤(pán))，因?yàn)镠DD(機(jī)械硬盤(pán))跟不上每秒的輸入輸出需求。輕客戶端或者輕節(jié)點(diǎn)是一種連接全節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)與區(qū)塊鏈的交互的軟件，與全節(jié)點(diǎn)不同的是，輕客戶端不需要不停的運(yùn)行，也不需要向區(qū)塊鏈中讀取寫(xiě)入大量的信息，如用戶所使用的手持設(shè)備，輕客戶端通常只存儲(chǔ)了區(qū)塊頭。實(shí)際上，輕客戶端不需要直接與區(qū)塊鏈交互，它們使用全節(jié)點(diǎn)作為中介，依賴(lài)全節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)許多操作。為了執(zhí)行查詢，輕客戶端就需要查詢存儲(chǔ)了所有區(qū)塊數(shù)據(jù)的不可信的節(jié)點(diǎn)。然而，這種查詢下的結(jié)果可能并不正確，因此輕客戶端就必須能夠驗(yàn)證查詢結(jié)果。

為了處理這種情況，比特幣使用Merkle哈希樹(shù)(MHT)提出了簡(jiǎn)單支付驗(yàn)證(SPV)，SPV支持輕客戶端的交易驗(yàn)證，可以確定某個(gè)特定的交易是否在區(qū)塊中，SPV節(jié)點(diǎn)只需下載區(qū)塊頭，而不用下載包含在每個(gè)區(qū)塊中的交易信息。如果通過(guò)掃描所有的區(qū)塊來(lái)查詢數(shù)據(jù)，則重建被訪問(wèn)區(qū)塊的MB-tree根可以方便地驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性。但是，掃描的方法效率太低，例如，對(duì)于范圍查詢，所有的區(qū)塊都要返回給輕客戶端，以保證查詢結(jié)果的完整性和完備性。而且，若一次范圍查詢涉及到的區(qū)塊數(shù)量較多，則會(huì)造成很大的通信開(kāi)銷(xiāo)，導(dǎo)致查詢效率低下，同時(shí)目前已有的區(qū)塊鏈系統(tǒng)并不能實(shí)現(xiàn)豐富的可驗(yàn)證查詢。所以為了支持區(qū)塊鏈中的可驗(yàn)證索引，驗(yàn)證索引結(jié)構(gòu)的提出是非常有必要的。以太坊提出了Merkle PatriciaTree(MPT)，其中每個(gè)區(qū)塊都存儲(chǔ)了一個(gè)可驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的快照。然而，樹(shù)是非常大的，因?yàn)闃?shù)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的變化都被記錄下來(lái)了。而且，MPT僅支持賬戶狀態(tài)的可驗(yàn)證查詢。因此，有必要基于驗(yàn)證結(jié)構(gòu)重新實(shí)現(xiàn)各種可驗(yàn)證查詢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)下全節(jié)點(diǎn)掃描區(qū)塊效率低，全節(jié)點(diǎn)與輕客戶端通信開(kāi)銷(xiāo)大的缺陷，以及解決在不可信的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)查詢驗(yàn)證困難的問(wèn)題，提出了一種基于索引的面向區(qū)塊鏈輕客戶端的范圍查詢可驗(yàn)證查詢方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：

一種基于索引的面向區(qū)塊鏈輕客戶端的范圍查詢可驗(yàn)證查詢方法，該方法包括以下具體步驟：

步驟S1：區(qū)塊索引和層次索引結(jié)構(gòu)生成

此步驟在關(guān)鍵字區(qū)塊時(shí)間戳上構(gòu)造一個(gè)區(qū)塊層B+-tree索引結(jié)構(gòu)，獲取給定查詢時(shí)間范圍內(nèi)包含有查詢交易類(lèi)型的區(qū)塊范圍；并對(duì)不同交易類(lèi)型構(gòu)造位圖索引并對(duì)每一個(gè)區(qū)塊在關(guān)鍵字交易id上構(gòu)造Merkle B-tree(MB-tree)索引，構(gòu)造出一個(gè)由位圖索引和MB-tree索引組成的層次索引結(jié)構(gòu)；具體包括：

步驟A1：全節(jié)點(diǎn)在關(guān)鍵字區(qū)塊時(shí)間戳上構(gòu)造一個(gè)區(qū)塊層B+-tree索引結(jié)構(gòu)，用來(lái)獲取給定查詢時(shí)間范圍內(nèi)的區(qū)塊id；