[發(fā)明專利]一種基于共享前綴的以太坊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210480748.0
• 申請(qǐng)日: 2022-05-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115167755A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡曉軍;申兆巖;陳澤豪;張余豪;賈智平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F3/06
• 分類號(hào): G06F3/06
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

本發(fā)明提供了一種基于共享前綴的以太坊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法及系統(tǒng)，包括：獲取以太坊中的賬戶數(shù)據(jù)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)；為樹(shù)形結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)前綴值；基于前綴值，將樹(shù)形結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成一個(gè)二元組；根據(jù)所述二元組中鍵的字典序?qū)ΧM進(jìn)行排序后，依次寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)對(duì)樹(shù)形結(jié)構(gòu)的序列化進(jìn)行優(yōu)化，減少了訪問(wèn)樹(shù)形結(jié)構(gòu)的IO開(kāi)銷，提升了以太坊交易驗(yàn)證、執(zhí)行的速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于以太坊鍵值存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于共享前綴的以太坊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

以太坊內(nèi)部維護(hù)一個(gè)全局狀態(tài)MPT(Merkle Patricia Trie)來(lái)管理賬戶數(shù)據(jù)。對(duì)于建立在以太坊上的面向以太坊分布式應(yīng)用(Decentralization Application，DApp)而言，每一筆交易的上鏈時(shí)都需要得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的確認(rèn)。在完成交易可靠性驗(yàn)證之后，交易在每一個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)中重新執(zhí)行。在這個(gè)過(guò)程中，每一筆交易的驗(yàn)證和執(zhí)行需要多次訪問(wèn)全局狀態(tài)。全局狀態(tài)存儲(chǔ)了以太坊系統(tǒng)中所有的用戶信息以及合約信息，它是一棵樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，類似于字典樹(shù)，其節(jié)點(diǎn)由賬戶地址的一部分構(gòu)成，所有的賬戶信息被儲(chǔ)存在葉子節(jié)點(diǎn)中。

以太坊中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)MPT是一顆樹(shù)形結(jié)構(gòu)，其常駐于內(nèi)存并保存全局賬戶、智能合約等信息。毫無(wú)疑問(wèn)，在內(nèi)存中MPT上的一次訪問(wèn)是能夠充分體現(xiàn)局部性這一特點(diǎn)的。如圖2和圖3所示，針對(duì)MPT的一次訪問(wèn)都會(huì)訪問(wèn)從根節(jié)點(diǎn)(Root Node)到葉子節(jié)點(diǎn)(LeafNode)(所請(qǐng)求的值被保存在Leaf Node上)的一次完整分支，不僅如此，由于樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的索引設(shè)計(jì)，每次相鄰訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn)一定互為父子節(jié)點(diǎn)。然而，由于以太坊全局狀態(tài)的爆炸增長(zhǎng)，MPT已經(jīng)增長(zhǎng)到了一個(gè)非常龐大的地步，因此，內(nèi)存無(wú)法駐留一個(gè)完整的MPT，大部分請(qǐng)求都會(huì)在磁盤(pán)上進(jìn)行。

然而，MPT的存儲(chǔ)方式是將每一個(gè)節(jié)點(diǎn)(Node)轉(zhuǎn)化成一個(gè)二元組(key，value)并插入到數(shù)據(jù)庫(kù)LevelDB中，鍵key和值value的構(gòu)造方式如下：

Key＝Hash(RLP(Node))

Value＝RLP(Node)

這種方式雖然保證了以太坊的數(shù)據(jù)安全，但是無(wú)序的key構(gòu)造方式，使得一次訪問(wèn)中的所有節(jié)點(diǎn)被無(wú)序、離散地存儲(chǔ)到磁盤(pán)的不同位置上。實(shí)際上，二元組的物理布局與LevelDB的內(nèi)部設(shè)計(jì)有關(guān)。LevelDB磁盤(pán)組件被分為多個(gè)層級(jí)，每一個(gè)層級(jí)由多個(gè)SST文件組成，換言之，所有的元組在同一層級(jí)按照其key的字典序升序排列。因此，無(wú)序的哈希構(gòu)造方法決定了由Node轉(zhuǎn)化的二元組在磁盤(pán)上的布局是不連續(xù)的。在最差的情況下，一次針對(duì)MPT的訪問(wèn)需要訪問(wèn)n個(gè)Node，這n個(gè)Node所轉(zhuǎn)化的鍵值對(duì)被存儲(chǔ)到了n個(gè)不同的SST文件中，因此，造成了MPT訪問(wèn)在磁盤(pán)上的局部性的缺失并引發(fā)了大量的IO操作。因此，當(dāng)前的以太坊系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)重拖慢了交易的驗(yàn)證和執(zhí)行速度，進(jìn)而限制了DApp的吞吐量。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于共享前綴的以太坊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法及系統(tǒng)，對(duì)樹(shù)形結(jié)構(gòu)的序列化進(jìn)行優(yōu)化，減少了訪問(wèn)樹(shù)形結(jié)構(gòu)的IO開(kāi)銷，提升了以太坊交易驗(yàn)證、執(zhí)行的速度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種基于共享前綴的以太坊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法，其包括：

獲取以太坊中的賬戶數(shù)據(jù)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)；

為樹(shù)形結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)前綴值；

基于前綴值，將樹(shù)形結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成一個(gè)二元組；

根據(jù)所述二元組中鍵的字典序?qū)ΧM進(jìn)行排序后，依次寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

進(jìn)一步地，所述前綴值的生成方法為列前綴編碼方法，具體的：