[發明專利]一種基于Merkle樹的區塊鏈數據修改方法

有效

• 申請號: 202011037777.7
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112182105B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 朱國勝;吳夢宇;祁小云
• 申請（專利權）人: 湖北大學;賽爾網絡有限公司
• 主分類號: G06F16/27
• 分類號: G06F16/27;G06F16/23;G06F16/22
• 代理公司: 武漢聚信匯智知識產權代理有限公司 42258
• 代理人: 劉丹

本發明涉及一種基于Merkle樹的區塊鏈數據修改方法。當前區塊鏈的安全依賴于其不可篡改性，但這一特性也使得存入區塊鏈中的錯誤或虛假數據無法刪除或修改。針對該問題，本發明將區塊鏈的區塊體劃分為數據區和擴展區，數據只存入數據區，兩個區單獨構建Merkle樹，將兩棵Merkle樹的根分別存入區塊頭中。對于需要修改的錯誤數據，獲得一定數量節點同意后，在擴展區中重寫該數據并重新構建擴展區的Merkle樹即可。并從數據修改和完整性驗證兩方面進行實驗，實驗結果表明該方案具有較高的可行性。

技術領域

本發明涉及網絡安全技術領域，具體涉及一種基于Merkle樹的區塊鏈數據修改方法。

背景技術

隨著計算機技術和互聯網的不斷發展，數據安全越來越重要。區塊鏈是一種分布式去中心化、不可篡改、高安全性的數據存儲技術，越來越多的區塊鏈項目開始落地，將數據存儲到區塊鏈中確實可以保障數據的完整性和安全性，但正是由于區塊鏈具有不可篡改性，存入區塊中的一些錯誤數據和虛假數據也無法更正和刪除。

目前區塊鏈一個重要的應用場景是產品溯源，溯源數據由各個數據提供部門節點上傳至區塊鏈中，這一般是人工手動錄入的過程，就難免會發生數據輸入錯誤的情況，盡管有其他節點確認機制，但也不能保證數據百分百正確。不管是上的類似以太坊這樣的公鏈還是搭建的私鏈，數據一旦寫入區塊中都是不可更改的，這樣用戶查詢到產品溯源信息很可能就有一部分是錯誤的，而產品溯源本身就要求真實性，所以對區塊鏈數據修改方案的研究是有必要的。

文獻1：任艷麗,徐丹婷,張新鵬,谷大武.可修改的區塊鏈方案[J/OL].軟件學報:1-14[2020-04-27]，公開了一種基于陷門單向函數和新型區塊鏈結構的區塊鏈數據修改方案，通過引入機動因子重構區塊簽名子塊，超過一定閾值的節點同意后便可實現區塊數據的合法修改。該方案雖然在不修改區塊鏈完整性驗證方式的前提下實現了區塊中數據的修改，但是只對采用空間證明(PoSpace)共識機制的這種具有特殊區塊結構的區塊鏈有效，采用工作量證明(PoW)、權益證明(PoS)以及委托權益證明(DPoS)等其他共識機制的區塊鏈則無法通過該方案實現數據修改。

發明內容

本發明的目的是：為了解決上述問題，本發明提出一種基于Merkle樹的區塊鏈數據修改方法。該方法通過加入擴展區的方式實現對區塊鏈數據的修改。將區塊劃分為數據區和擴展區，兩個區分開構建Merkle樹，打包區塊時只將數據寫入數據區，若要修改某個錯誤數據，獲得一定數量節點的同意后在該數據所在區塊的擴展區里重寫該數據即可。

為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案是：

一種基于Merkle樹的區塊鏈數據修改方法，其特征在于，包括：

步驟1，將區塊鏈的區塊體劃分為數據區和擴展區，數據只存入數據區，兩個區單獨構建Merkle樹，將兩棵Merkle樹的根分別存入區塊頭中；

步驟2，對于需要修改的錯誤數據，獲得一定數量節點同意后，在擴展區中重寫該數據并重新構建擴展區的Merkle樹。

進一步的，所述步驟1具體包括如下步驟：

步驟1.1，將區塊體劃分為數據區和擴展區，打包區塊時，將所有數據分別計算哈希值作為葉子節點，葉子節點兩兩配對后再計算哈希值作為父節點，相鄰的兩個父節點再兩兩配對計算哈希值，以此類推，直到只剩一個節點，為根節點，以此來構建Merkle樹1，將Merkle樹1存入數據區；

步驟1.2，擴展區存放只含有根節點的Merkle樹2，該根節點的值和數據區根節點的值相同；

步驟1.3，將兩個根節點值Merkle1_Root和Merkle2_Root存入區塊頭中，并將前一個區塊數據區進行哈希計算得到的哈希值PreHash存入區塊頭中，區塊之間通過PreHash形成前后鏈接關系，由于數據修改只改變擴展區，數據區不變，所以在數據修改后，前后區塊間的鏈接關系不會被破壞。