[发明专利]一种可降低区块链存储开销的阶梯式数据存储方法及系统

说明书

本发明公开了一种可降低区块链存储开销的阶梯式数据存储方法及系统，本发明方法包括主节点每隔指定时间t更新计算各个区块的价值密度，并根据价值密度对各个区块进行分级；针对不同分级的区块采用不同开销的存储方式进行存储。本发明对区块信息按照价值进行分类，采取不同的存储策略进行存储，即保证数据的一致性、不可篡改性，又大幅度降低了区块链对于普通节点的存储需求，能够解决区块链技术中区块被大量存储在区块链普通节点导致普通节点的存储开销增加的问题，采用多层次数据阶梯式存储技术，有效解决了区块链在链上存储的开销问题。本发明主要针对联盟链而设计，但同样适用于公有链和私有链。

技术领域

本发明涉及区块链技术，具体涉及一种可降低区块链存储开销的阶梯式数据存储方法及系统。

背景技术

区块链技术在2008年作为比特币的关键数据被中本聪在《比特币：一种点对点的电子现金系统》中提出，其本质是一个去中心化的数据库。通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案，“矿工”验证交易的合法性并通过工作量证明机制将合法交易打包形成区块，后一个区块包含前一个区块的哈希值，链接形成只增的区块链账本，全网中所有普通节点保存区块链账本的一个副本。区块链技术依赖全网中所有普通节点记账，不依赖任何第三方管理机构或硬件设施，只要不能掌握全网51％的普通节点就不能篡改网络中的数据，安全性和可用性都有了明显改善。更重要的，区块链解决了数字世界中脱离第三方的可信问题，不可信的各方可以依赖区块链完成可信交易，在金融、物联网、公共管理等方面有很大的应用前景。

区块链技术被提出以后得到广泛关注，并取得了迅速的发展。以太坊(Ethereum)提供了一个开源的智能合约平台，发布专用的加密数字货币以太币(ether)提供去中心化的以太虚拟机来处理点对点的交易合约。以太坊和区块链代表了公有链，可以被任何人读取、发送交易且能获得有效确认的共识区块。与之相对应的私有链指区块链写入权限仅在一个组织手里，读取权限或者对外开放，或者被任意程度地进行了限制。另外，联盟链共识过程受到预选普通节点控制的区块链(例如，有15个金融机构组成一个共同体，每个机构都运行着一个或者多个普通节点，而且为了使每个区块生效需要获得其中10个机构的确认)。区块链的读取权限可以是任意普通节点、参会者，联盟链被视为“部分去中心化”，典型的有HyperledgerFabric。加入联盟链和私有链中的每个普通节点都要经过许可，未经许可的普通节点不能加入区块链，该类型的区块称为许可链。

区块是区块链的基本结构，由矿工将未被打包的合法交易打包形成去区块。完整区块结构如图1所示，区块头的结构如图2所示。区块头中包含了当前区块的哈希值和前一个区块的哈希值，通过哈希值将各个区块前后链接起来，形成区块链，如图3所示；Merkle树根的哈希值表示存储在区块体中的交易所形成的Merkle树哈希值；时间戳为区块被打包的时间；矿工通过寻找随机数nonce使得区块的哈希满足一定条件(比如小于特定值)完成对区块的“挖矿”；区块链系统可以动态调节挖矿的难度使得出矿时间保持在十分钟左右。

区块链技术迅速发展的同时也面临着许多技术上的挑战，包括巨大的存储开销、交易延迟、数据的隐私特性等，其中存储开销使得存储的可扩展性差，限制了区块链在物联网、金融等领域的应用。以比特币为例，截止2021年1月20日，区块高度达到666,840，完成了607,924,131笔交易，区块总容量约为383.27GB；同时，持币总普通节点数达到了34,214,269，注册地址总数更大并且在不断增长。区块链技术为有效进行验证，每个加入系统的普通节点都需要同步保存所有区块的一个备份，造成了巨大的存储开销和资源浪费。联盟链和私有链同样面临着巨大的存储问题，因此亟需设计一种低开销存储机制来改善存储困境。