[發明專利]基于余數系統與RAFT算法的區塊鏈存儲優化方法

在審

• 申請號: 202011102633.5
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112365247A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 高鎮;梅昊娟;趙明;楊晉生
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06Q20/06
• 分類號: G06Q20/06;G06F11/14;G06Q40/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明屬于數字通信、區塊鏈技術領域，為實現區塊鏈數據的快速更新，簡單高效地大幅度減少區塊鏈存儲數據量，本發明，基于余數系統與RAFT算法的區塊鏈存儲優化方法，步驟如下：選取位寬為b的n個余數基；利用余數系統并行計算的特點，各節點只需并行更新本地余數即完成數據的更新；基于擴展的中國剩余定理CRT II和共識算法Raft的混合檢錯糾錯；在恢復數據的過程中，通過使用基于CRT II和Raft算法的混合檢錯糾錯方案，將整個余數系統分成了多個二基余數系統，將Raft算法確定的兩個余數加在余數系統中作為冗余基，根據溢出判定定理判斷是否存在惡意數據。本發明主要應用于區塊鏈場合。

技術領域

本發明屬于數字通信、區塊鏈技術領域，涉及基于余數系統與RAFT算法的區塊鏈存儲優化方法。

背景技術

自從2008年比特幣的出現，區塊鏈技術開始進入人們的視野,并引起了極大的關注。從狹義上講,區塊鏈是一種時序數據區塊，相互連接組成一種鏈式結構,用密碼學方式來確保分布式賬本的不可篡改和不可偽造。從廣義上講,區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構驗證與存儲數據、利用分布式節點共識算法生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約編程和操作數據的一種全新分布式基礎架構與計算范式。區塊鏈技術具有去中心化、去信任化、可追溯、不可篡改、可編程和集體維護等特性。區塊鏈技術在金融、醫療、教育、食品溯源等領域得到廣泛的關注和應用。

目前，區塊鏈最大的問題之一是節點存儲量過大。截至2018年末，以太坊區塊鏈數據規模超過110GB，比特幣數據規模超過190GB。存儲問題成為制約區塊鏈發展的關鍵瓶頸。現在區塊鏈學者提出了不少解決區塊鏈存儲問題的方法。

區塊鏈存儲容量可擴展模型中是由東北大學賈大宇等人提出的區塊鏈的存儲容量可擴展模型，在該模型中利用分布式存儲方法提出了一種數據副本分配策略，將一條完整的區塊鏈分成若干部分，分布存儲在系統中，如圖1所示。模型中節點有三種角色，每個節點可以同時擁有兩種或是三種身份：用戶節點、存儲節點和驗證節點。論文中建立了兩條新的區塊鏈，分別為P(Position)鏈和POR(Proofs of Reliability)鏈。P鏈保存在用戶節點中，記錄數據各個副本被保存在存儲節點的位置。POR鏈保存在驗證節點中，記錄各個存儲節點的可靠性評價。在數據存儲時，模型先對區塊進行加密，根據每個區塊的時效性計算出需要保存的副本數，而后訪問驗證節點，依據驗證節點提供的存儲節點可靠性信息，選取合適的存儲節點存儲區塊數據，最后將存儲節點位置信息返回給用戶節點，保存在P鏈中。數據讀取時與數據存儲過程相反，用戶節點訪問本地存儲的P鏈，找到目標區塊的存儲節點位置，存儲節點將保存的數據返回給用戶節點，最后解密數據，得到原始數據。這種模型雖然一定程度上減少區塊鏈存儲容量，但是導致大部分數據集中存儲在某些節點，弱化了區塊鏈的去中心化特點。

迷你區塊鏈是由三個核心組件構成的總稱，核心組件包括有迷你區塊鏈、賬戶樹、證明鏈。迷你區塊鏈通過三個核心組件構建了一條丟棄了舊交易信息的區塊鏈，并使用賬戶樹總結所有地址的余額信息，保證資產所有權。在迷你區塊鏈中，將所有非空地址的余額存儲在被稱為“賬戶樹”的結構中，交易就不需要歷史交易信息。當交易時，賬戶的輸入輸出都不指向其余交易，而且指向賬戶樹的地址。但是迷你區塊鏈也并不存儲完整的區塊鏈數據，僅能將交易信息追溯到已存的完整區塊部分。對于舊交易信息的驗證，迷你區塊鏈無法驗證其真實性。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在實現區塊鏈數據的快速更新，簡單高效地大幅度減少區塊鏈存儲數據量。為此，本發明采取的技術方案是，基于余數系統與RAFT算法的區塊鏈存儲優化方法，步驟如下：

1)選取位寬為b的n個余數基，對賬戶數據進行取余操作，得到的余數位寬不超過b，記n個余數基為Q＝{m₁,m₂,…,m_n}，區塊鏈中每個節點從Q中隨機選擇一個模數存儲在本地，則每個節點存儲一個模數與其對應的余數；