[发明专利]一种基于NDN的区块链数据传输方法

说明书

本发明提出了一种基于NDN的区块链数据传输方法，属于网络层数据传输领域。本发明根据区块链分层体系以及各层之间松耦合的特点，重新设计了命名数据网络中区块链的网络层，在区块链节点之间需要进行数据通信时，通过建立一到多个区块链节点间数据传输结构(Inter‑Blockchain‑Node Data TransmissionStructure,IBN‑DTS)，利用NDN的分发特性实现数据的快速可靠传输，进一步减少区块链节点在节点间数据传输和节点本地通信计算处理两个方面的时延，提高区块链的吞吐量等性能。

技术领域

本发明涉及网络层数据传输领域技术领域，特别涉及一种基于NDN的区块链数据传输方法。

背景技术

命名数据网络(NDN，Named-Data Networking)是一种全新的未来Internet体系结构，其在传统TCP/IP体系结构上使用数据名称代替了IP作为细腰，通过命名数据代替了主机，实现了基于数据命名的路由和转发。NDN网络具有请求聚合和数据缓存的优良特性，能够为区块链技术信息提供更好的加速服务并且减轻这个网络的流量负载。

NDN中有两类角色，分别为消费者(Consumer)和生产者(Producer)；有两类包，分别为Interest包和Data包；内容(Content)均由名字(Name)作为标识。消费者若要请求某内容，则产生带有相应名字的Interest包，通过网络转发，到达存有此内容的结点，此结点收到Interest包后，沿着此Interest包的反向路径返回携带相应名字的Data包。因此，NDN采用的是接收者驱动即拉(Pull)机制。

Interest包中包含名称、筛选器、随机数和规则字段。名称决定了兴趣包想要获得的内容，筛选器控制了返回数据包的排序方式、数据发布者的过滤和排除的数据内容过滤等。随机数用于判断兴趣包是否重复。规则则包括了兴趣包的搜索范围和生存周期等。Data包中包含名称、元数据、内容和签名字段。名称标识了返回的内容信息。元数据展示了内容类型、内容的新鲜程度以及结束块的ID等。内容部分为具体的数据。签名保证了数据包的安全可靠。

与传统IP网络不同的是，NDN中间节点即路由器具备内容缓存能力(Cache)，每个结点都维护三个模块，分别是内容存储(Content Store,CS)、待定Interest表(PendingInterest Table,PIT)、转发信息库(Forwarding Information Base,FIB)。

收到Interest包后，路由器首先检查CS中是否缓存了相应内容，如果有则直接回复Data包，如果没有则查找PIT，如果PIT已有相应条目，则只记录收到Interest包的接口而不转发，如果没有则依照FIB和转发策略转发，并增加相应的PIT条目，或是根据相关信息丢弃Interest包。收到Data包后，路由器根据PIT中相应条目的信息转发，由于此内容请求已经响应，转发后路由器将删除PIT相应条目，并依据缓存策略和相关替换机制决定CS中存储的内容。显然，名字在NDN转发过程中占据着核心地位，通常有层次化和扁平化两种命名方式，而转发则基于最长名字前缀匹配。

区块链作为一种分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式最大程度地解决了信任问题，成为构建继移动互联网之后新一代价值互联网的基石。区块链提供了去中心化的分布式解决方案，可以在不可靠的网络中维护一致且可靠的记录。

传统的区块链网络层建立在TCP/IP的基础上，但基于TCP/IP的通信对大量数据内容广播模式的支撑并不充分，存在对多播的支持不足、传输大量冗余等问题，对区块链系统的效率和性能带来了较大影响，也限制了区块链技术的更广泛应用。