[發(fā)明專利]一種面向時空數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈架構(gòu)及范圍查詢處理方法

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• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN113901142A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁琳琳;華亞洲;李思思;陳澤;張翰林
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧大學(xué)
• 主分類號: G06F16/27
• 分類號: G06F16/27;G06F16/22;G06F16/2455;G06F16/248
• 代理公司: 沈陽杰克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 羅瑩

1.一種面向時空數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈架構(gòu)及范圍查詢處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：依據(jù)節(jié)點(diǎn)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的作用劃分節(jié)點(diǎn)類別；

所述的節(jié)點(diǎn)類別如下：

用戶節(jié)點(diǎn)：用于產(chǎn)生時空數(shù)據(jù)；

輔助節(jié)點(diǎn)：用于收集用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)布到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的時空數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲在時空數(shù)據(jù)池中的緩沖區(qū)中；

共識節(jié)點(diǎn)：用于將產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)存儲到區(qū)塊鏈中；在構(gòu)建新區(qū)塊時，共識節(jié)點(diǎn)向輔助節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)獲取請求，從輔助節(jié)點(diǎn)獲取時空數(shù)據(jù)后將其存儲到區(qū)塊鏈中；

全節(jié)點(diǎn)：用于為存儲時空數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈的完整數(shù)據(jù)副本，并響應(yīng)用戶節(jié)點(diǎn)的查詢請求，將符合查詢條件的時空數(shù)據(jù)返回給用戶節(jié)點(diǎn)；

步驟2：對產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)，即用戶節(jié)點(diǎn)處理并簽名確認(rèn)，然后將時空數(shù)據(jù)發(fā)布到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，由其中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步處理；

步驟3：從區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中獲取時空數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到一定峰值范圍(1M-2M)時，將時空數(shù)據(jù)存儲在基于四叉樹及單鏈表存儲結(jié)構(gòu)的區(qū)塊中，并在塊頭中引入所存時空數(shù)據(jù)的時間范圍及空間范圍，之后將區(qū)塊通過對多個前向區(qū)塊的引用存儲到區(qū)塊鏈中；

步驟4：給出要查詢時空數(shù)據(jù)的時間及空間維度范圍，在構(gòu)建的區(qū)塊鏈中利用區(qū)塊頭中存儲的時空范圍進(jìn)行時空數(shù)據(jù)的范圍查詢，并返回查詢結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向時空數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈架構(gòu)及范圍查詢處理方法，其特征在于，所述的輔助節(jié)點(diǎn)包括超級輔助節(jié)點(diǎn)和普通輔助節(jié)點(diǎn)；

所述的超級輔助節(jié)點(diǎn)：負(fù)責(zé)與共識節(jié)點(diǎn)以及用戶節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交互；一方面，收集用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)布到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的時空數(shù)據(jù)并存儲到時空數(shù)據(jù)池的緩沖區(qū)中；另一方面，響應(yīng)共識節(jié)點(diǎn)的請求，將時空數(shù)據(jù)池中緩沖區(qū)內(nèi)的時空數(shù)據(jù)返回給共識節(jié)點(diǎn)；

所述的普通輔助節(jié)點(diǎn)：用于維護(hù)時空數(shù)據(jù)池，作用為每當(dāng)時空數(shù)據(jù)池中的數(shù)據(jù)發(fā)生改變后，普通輔助節(jié)點(diǎn)通過與其他輔助節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步通信，從而保證了時空數(shù)據(jù)池中的數(shù)據(jù)狀態(tài)的一致性。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向時空數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈架構(gòu)及范圍查詢處理方法，其特征在于，在所述步驟2中，具體步驟為：

首先，當(dāng)用戶節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生時空數(shù)據(jù)后，由用戶節(jié)點(diǎn)對時空數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化處理，將時空數(shù)據(jù)處理成格式為{keyi,timei,spacei,other attributes,signs}的數(shù)據(jù)；其次，用戶節(jié)點(diǎn)對處理后的時空數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名確認(rèn)并將簽名確認(rèn)后的時空數(shù)據(jù)發(fā)布到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，signs為用戶的簽名信息；最后，輔助節(jié)點(diǎn)收集用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)布到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的時空數(shù)據(jù)，并利用簽名方的公鑰對簽名信息進(jìn)行合法性檢查，將通過檢查的時空數(shù)據(jù)按照其時間順序，依次存儲在時空數(shù)據(jù)池中的緩沖區(qū)中，簽名信息不合法的時空數(shù)據(jù)將會被丟棄。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向時空數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈架構(gòu)及范圍查詢處理方法，其特征在于，在所述步驟3中，具體步驟為：

步驟3.1：共識節(jié)點(diǎn)根據(jù)本地保存的路由信息，與超級輔助節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，向超級輔助節(jié)點(diǎn)發(fā)出獲取時空數(shù)據(jù)請求；

步驟3.2：超級輔助節(jié)點(diǎn)在收到共識節(jié)點(diǎn)請求后，首先將其加入請求隊列，然后超級輔助節(jié)點(diǎn)檢查時空數(shù)據(jù)池中的緩沖區(qū)，查看是否存在不為空的緩沖區(qū)，若是，則將緩沖區(qū)中的時空數(shù)據(jù)按照請求隊列的順序發(fā)送給共識節(jié)點(diǎn)，否則進(jìn)入等待裝狀態(tài)，直到緩沖區(qū)中的時空數(shù)據(jù)不為空；

步驟3.3：共識節(jié)點(diǎn)收到超級輔助節(jié)點(diǎn)返回的時空數(shù)據(jù)后，依據(jù)時空數(shù)據(jù)的時間及空間維度，將其存儲在基于四叉樹及單鏈表存儲結(jié)構(gòu)的區(qū)塊中，并且為了便于時空數(shù)據(jù)查詢，在塊頭引入所存數(shù)據(jù)的時間范圍及空間范圍；

步驟3.4：共識節(jié)點(diǎn)通過低難度POW算法進(jìn)行隨機(jī)數(shù)求解，找到符合要求的隨機(jī)數(shù)后，共識節(jié)點(diǎn)將新產(chǎn)生的區(qū)塊通過對多個前向區(qū)塊的引用存儲到區(qū)塊鏈中，從而整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)形成一種有向無環(huán)圖(DAG)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；之后共識節(jié)點(diǎn)將全網(wǎng)廣播新區(qū)塊，其他共識節(jié)點(diǎn)及全節(jié)點(diǎn)根據(jù)廣播消息更新本地區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。