[發明專利]一種基于NDN的區塊鏈數據傳輸方法

有效

• 申請號: 202110605940.3
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113328952B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 霍如;伊甸;黃韜;劉韻潔
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04L45/16
• 分類號: H04L45/16;H04L45/02;H04L45/48;H04L45/745;H04L67/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

本發明提出了一種基于NDN的區塊鏈數據傳輸方法，屬于網絡層數據傳輸領域。本發明根據區塊鏈分層體系以及各層之間松耦合的特點，重新設計了命名數據網絡中區塊鏈的網絡層，在區塊鏈節點之間需要進行數據通信時，通過建立一到多個區塊鏈節點間數據傳輸結構(Inter?Blockchain?Node Data TransmissionStructure,IBN?DTS)，利用NDN的分發特性實現數據的快速可靠傳輸，進一步減少區塊鏈節點在節點間數據傳輸和節點本地通信計算處理兩個方面的時延，提高區塊鏈的吞吐量等性能。

技術領域

本發明涉及網絡層數據傳輸領域技術領域，特別涉及一種基于NDN的區塊鏈數據傳輸方法。

背景技術

命名數據網絡(NDN，Named-Data Networking)是一種全新的未來Internet體系結構，其在傳統TCP/IP體系結構上使用數據名稱代替了IP作為細腰，通過命名數據代替了主機，實現了基于數據命名的路由和轉發。NDN網絡具有請求聚合和數據緩存的優良特性，能夠為區塊鏈技術信息提供更好的加速服務并且減輕這個網絡的流量負載。

NDN中有兩類角色，分別為消費者(Consumer)和生產者(Producer)；有兩類包，分別為Interest包和Data包；內容(Content)均由名字(Name)作為標識。消費者若要請求某內容，則產生帶有相應名字的Interest包，通過網絡轉發，到達存有此內容的結點，此結點收到Interest包后，沿著此Interest包的反向路徑返回攜帶相應名字的Data包。因此，NDN采用的是接收者驅動即拉(Pull)機制。

Interest包中包含名稱、篩選器、隨機數和規則字段。名稱決定了興趣包想要獲得的內容，篩選器控制了返回數據包的排序方式、數據發布者的過濾和排除的數據內容過濾等。隨機數用于判斷興趣包是否重復。規則則包括了興趣包的搜索范圍和生存周期等。Data包中包含名稱、元數據、內容和簽名字段。名稱標識了返回的內容信息。元數據展示了內容類型、內容的新鮮程度以及結束塊的ID等。內容部分為具體的數據。簽名保證了數據包的安全可靠。

與傳統IP網絡不同的是，NDN中間節點即路由器具備內容緩存能力(Cache)，每個結點都維護三個模塊，分別是內容存儲(Content Store,CS)、待定Interest表(PendingInterest Table,PIT)、轉發信息庫(Forwarding Information Base,FIB)。

收到Interest包后，路由器首先檢查CS中是否緩存了相應內容，如果有則直接回復Data包，如果沒有則查找PIT，如果PIT已有相應條目，則只記錄收到Interest包的接口而不轉發，如果沒有則依照FIB和轉發策略轉發，并增加相應的PIT條目，或是根據相關信息丟棄Interest包。收到Data包后，路由器根據PIT中相應條目的信息轉發，由于此內容請求已經響應，轉發后路由器將刪除PIT相應條目，并依據緩存策略和相關替換機制決定CS中存儲的內容。顯然，名字在NDN轉發過程中占據著核心地位，通常有層次化和扁平化兩種命名方式，而轉發則基于最長名字前綴匹配。

區塊鏈作為一種分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式最大程度地解決了信任問題，成為構建繼移動互聯網之后新一代價值互聯網的基石。區塊鏈提供了去中心化的分布式解決方案，可以在不可靠的網絡中維護一致且可靠的記錄。

傳統的區塊鏈網絡層建立在TCP/IP的基礎上，但基于TCP/IP的通信對大量數據內容廣播模式的支撐并不充分，存在對多播的支持不足、傳輸大量冗余等問題，對區塊鏈系統的效率和性能帶來了較大影響，也限制了區塊鏈技術的更廣泛應用。