[发明专利]一种面向区块链分片存储策略的区块数据分配方法

说明书

本发明公开了一种面向区块链分片存储策略的区块数据分配方法。具体针对基于共识单元存储策略提出的最佳区块分配方案；本发明包括以下步骤：1、基于节点的存储容限和访问分布，建立共识单元；2、建立优化模型；3、根据上一步的分配情况计算出共识单元的剩余存储空间，并计算经过分配后共识单元中节点查询i区块需要产生的最小通信花费C_i；再利用贪心算法，得到局部最佳分配；4、重新计算剩余空间，重复第三步，直到共识单元中所有节点的剩余存储空间不够存储任何一个区块。本发明充分利用了共识单元的存储空间，将区块同时分配给多个节点，并考虑实际情况，引入节点访问各区块的概率分布。

技术领域

本发明属于互联网领域，涉及一种面向区块链分片存储策略的区块数据分配方法，具体是针对基于共识单元存储策略提出的最佳区块分配方案。

背景技术

目前，比特币可以说是最成功的区块链应用，它在没有任何集中的组织运营和管理已经运行了近十年；区块链作为比特币的底层技术，自然引起了广泛的关注；区块链由一系列存储某个时间段的交易数据的区块组成，为了实现去中心化，保护数据的安全性，区块链系统中的每个节点存储着整个区块链数据的一个副本，并且以设定的时间间隔将一个新块(包含最新交易数据)同步到链上，因此区块链也被称为分布式仅追加帐本；因此随着时间的流逝，每个节点都将面临严峻的存储挑战。在这里我们基于一种共识单元存储的策略，它将若干节点组织到一个单元中，将整条链的所有区块分配给单元中的节点，让它们共同维护区块链数据，以减少每个节点的存储压力；这里我们提出一种启发式算法GAPG来解决该分配问题，使分配后整个共识单元中每个节点由于查询未存储的区块而产生的通信成本最小；依据各个节点自身存储能力和访问各区块的概率分布，先将一份完整的区块链数据分配存储到节点中；随后，针对共识单元中的剩余存储空间，利用贪心算法得到局部最佳分配，完成部分区块的再分配，直到共识单元中所有节点的剩余存储空间不足以存储任何一个区块。

现有技术文献中，在《2019IEEE 39th International Conference onDistributed Computing Systems,pp.1317-1326,July,2019》上发表的题为“Jidar:AJigsaw-like Data Reduction Approach Without Trust Assumptions for BitcoinSystem(Jidar：一种适用于比特币系统的无需信任假设的类拼图的数据缩减方法)”中；提出如果某些节点想要获取系统中的所有区块数据，它们可以向其他节点询问数据并将所有片段合并为完整的区块数据。但是，方案中需要激励机制来鼓励用户发送数据；另外在在《2019IEEE International Conference on Blockchain,pp.124-131，July，2019》上发表的题为“Blockchain Dividing Based on Node Community Clustering in IntelligentManufacturing CPS(智能制造CPS中基于节点社区聚类的区块链划分)”中，提出了一种基于节点社区聚类的区块链划分策略，是一种在智能制造信息物理系统(CPS)中将节点分为不同组的方法；根据策略将节点添加到不同的组中，每组中的节点维护相同的数据；对于数据同步，同一组内的节点仅需要同步已加入该组的节点的数据，因此策略产生的交叉链接通信数据更少，减轻了系统中的网络压力；但是，方案中缺少对区块数据分配到各组中的方法介绍。

发明内容

针对上述问题，本发明基于共识单元存储的策略，提出了一种启发式算法GAPG来解决该分配问题；为确保共识单元拥有所有的区块数据，先将一份完整的区块链数据分配存储到节点中，这个过程借助二分图的完美匹配完成。接着，计算剩余的节点存储空间，利用贪心算法完成部分区块的再分配，使每个单元在能确保数据的完整性同时，最小化总查询通信成本。

本发明的技术方案是：一种面向区块链分片存储策略的区块数据分配方法，具体步骤包括如下：

步骤(1.1)、基于节点的存储容限和访问分布，建立共识单元；