[發(fā)明專利]一種面向聯(lián)盟鏈的分片內(nèi)數(shù)據(jù)組織管理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010176568.4
• 申請(qǐng)日: 2020-03-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111324613B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 佟興;戚曉冬;張召;金澈清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F16/22
• 分類號(hào): G06F16/22;G06F16/23;G06F16/21;G06F16/2458;G06F16/27
• 代理公司: 上海德禾翰通律師事務(wù)所 31319
• 代理人: 陳艷娟

本發(fā)明提出了一種面向聯(lián)盟鏈的分片內(nèi)數(shù)據(jù)組織管理方法：在分片內(nèi)數(shù)據(jù)組織管理中，將分片內(nèi)數(shù)據(jù)分三層管理，聚集層生成分片內(nèi)所有賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù)的摘要，索引層負(fù)責(zé)對(duì)分片內(nèi)賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù)的索引，數(shù)據(jù)層管理賬戶狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)。聚集默克爾B+樹(shù)支持生成完整性證明，支持?jǐn)?shù)據(jù)的多版本溯源，同時(shí)可以降低現(xiàn)有技術(shù)中存在的讀放大情況；每生成一個(gè)區(qū)塊，就對(duì)新生成的聚集默克爾B+樹(shù)生成快照。當(dāng)對(duì)聚集默克爾B+樹(shù)進(jìn)行更新時(shí)，依據(jù)之前生成的快照對(duì)外提供服務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于區(qū)塊鏈技術(shù)領(lǐng)域，涉及到分片內(nèi)數(shù)據(jù)的組織管理，具體是一種面向聯(lián)盟鏈的分片內(nèi)數(shù)據(jù)組織管理方法及分片增加方法。

背景技術(shù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N由互不信任的多方維護(hù)的不可篡改的分布式賬本，除了具有分布式的特點(diǎn)，同時(shí)也支持拜占庭容錯(cuò)。但區(qū)塊鏈系統(tǒng)在計(jì)算和存儲(chǔ)方面的可擴(kuò)展性較弱，使其不能滿足企業(yè)級(jí)的需求，大大限制了區(qū)塊鏈的發(fā)展。

分片技術(shù)被認(rèn)為是提高區(qū)塊鏈可擴(kuò)展性的解決方法。在基于帳戶模型的區(qū)塊鏈中，分片技術(shù)主要通過(guò)將賬戶數(shù)據(jù)劃分成幾個(gè)部分，每個(gè)部分稱為一個(gè)分片，每個(gè)分片單獨(dú)執(zhí)行，從而提高系統(tǒng)吞吐量。分片劃分之后，劃分到每個(gè)分片中的狀態(tài)數(shù)據(jù)目前主要通過(guò)默克爾樹(shù)或其變體結(jié)合鍵值對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，比如MPT樹(shù)結(jié)合基于LSM樹(shù)的鍵值對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)。但是，這些結(jié)構(gòu)因?yàn)槭窃阪I值存儲(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，會(huì)出現(xiàn)明顯的讀放大情況。

在增加分片時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的重劃分過(guò)程，在數(shù)據(jù)遷移同步的過(guò)程中，系統(tǒng)無(wú)法對(duì)外提供服務(wù)，會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)短暫停機(jī)的情況，降低了系統(tǒng)的可用性。

作為分片內(nèi)賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù)組織的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，首先要可以作為分片內(nèi)賬戶狀態(tài)的索引結(jié)構(gòu)、生成分片內(nèi)賬戶狀態(tài)的摘要、支持賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù)的歷史版本溯源，同時(shí)還應(yīng)該滿足：保證分片之間的負(fù)載均衡、分片劃分時(shí)快速的數(shù)據(jù)遷移、數(shù)據(jù)遷移過(guò)程中提供不停機(jī)的服務(wù)。在現(xiàn)有技術(shù)中，賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)一般被組織為默克爾樹(shù)或其變體的形式，比如MPT、MBT、默克爾B+樹(shù)等。但現(xiàn)有的這些技術(shù)都不能滿足以上這些需求。

默克爾桶樹(shù)(MBT)。MBT由兩部分組成：哈希表和默克爾樹(shù)。哈希表由一系列桶組成，每個(gè)桶包含許多賬戶狀態(tài)(每個(gè)桶內(nèi)賬戶是有序的)。桶的哈希值是上層默克爾樹(shù)的葉子節(jié)點(diǎn)，默克爾樹(shù)的哈希根是所有狀態(tài)的摘要。由于MBT是一棵大小固定的樹(shù)，因此它的高度是一定的，并且從根節(jié)點(diǎn)到桶的路徑上的節(jié)點(diǎn)，可以作為賬戶狀態(tài)的完整性證明。但是，MBT無(wú)法為單獨(dú)的賬戶狀態(tài)提供完整性證明(因?yàn)橐粋€(gè)桶里面有一批賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù))。

默克爾帕特里夏樹(shù)(MPT)是由帕特里夏樹(shù)(Patricia trie)和默克爾樹(shù)的混合物。該結(jié)構(gòu)除了可以計(jì)算摘要外，還可以作為賬戶狀態(tài)的索引，并提供完整性證明。此外，MPT通過(guò)在每個(gè)塊上構(gòu)建全局賬戶狀態(tài)的快照來(lái)存儲(chǔ)賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù)的所有版本。但是，MPT不是一棵平衡的樹(shù)，它的高度可能會(huì)隨著帳戶數(shù)量的增長(zhǎng)而快速增加，這會(huì)導(dǎo)致整體性能下降。同時(shí)MPT的結(jié)構(gòu)是在鍵值存儲(chǔ)區(qū)上實(shí)現(xiàn)的，具有明顯的讀放大的情況。

默克爾B+樹(shù)，作為一種具有出色的I/O性能的平衡結(jié)構(gòu)，可以處理提供完整性證明的可驗(yàn)證查詢。但是，默克爾B+樹(shù)不支持?jǐn)?shù)據(jù)的多版本溯源。因此，上述結(jié)構(gòu)都存在一些缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上面這些結(jié)構(gòu)的存在的這些缺陷，本發(fā)明在分片中設(shè)計(jì)一種用于數(shù)據(jù)管理的聚集默克爾B+樹(shù)(AMB-tree)，如圖12所示，聚集默克爾B+樹(shù)具有出色的讀寫性能，并可以生成全局賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù)的摘要以及提供查詢的完整性證明；每個(gè)分片內(nèi)包含多個(gè)互相之間賬戶地址不連續(xù)的子分片，增加分片時(shí)，每個(gè)分片切分其聚集默克爾B+樹(shù)，僅需切分其中一個(gè)子分片，減少了分片增加時(shí)數(shù)據(jù)的遷移量，同時(shí)這種方法保證在進(jìn)行分片劃分時(shí)分片之間的負(fù)載均衡；聚集默克爾B+樹(shù)支持快速重建，并且每個(gè)分片可以在數(shù)據(jù)同步(遷移)期間服務(wù)不停機(jī)。