[发明专利]一种面向物联网的区块链数据存储扩展模型构建方法

说明书

本发明公开了一种面向物联网的区块链数据存储扩展模型构建方法，属于区块链技术领域。本发明方法包括：构建区块链存储分层模型，在物联网边缘节点部署轻量节点，对交易请求进行验证，缓存交易请求，完成区块交易顺序共识，对交易执行结果进行验证，为物联网中边缘设备提供低延迟的区块链上链服务；选择物联网中存储和计算资源充沛的节点担任存储节点，负责交易执行和存储区块链账本；构建P2P分布式数据存储系统卸载区块链历史数据。本发明有效解决了物联网场景中区块链历史账本不可删除和不断增长的数据存储负载之间矛盾，有效解决面向物联网环境中区块链存储不断增长带来的负载压力，提升了区块链存储扩展性和新节点扩展的效率。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，涉及一种面向物联网(Internet of Things，简称IoT)的区块链数据存储扩展模型构建方法。

背景技术

近年来，随着信息化基础设施的快速建设与物联网设备的蓬勃发展极大扩展了物联网的服务范畴。许多学者将区块链技术引入到物联网中，用于解决物联网中设备集中化管理、物联网数据共享、数据安全、访问控制、设备接入等问题。但是传统的区块链模型主要针对加密货币或者互联网应用场景，而物联网中设备数量大、异构性强、计算和存储等资源有限，一些区块链需要一定的算力支持交易共识和加密计算，物联网下的数据将远远大于现有互联网数据体量，对于区块链的上链效率和吞吐量都提出更高的要求。

传统的区块链模型为了保证不可篡改性，不支持删除历史数据。随着数据量的上升，区块数据存储负载将成为系统的瓶颈。将面临的挑战包括了：①当新节点加入到区块链网络中需要下载大量的数据，以保持和区块链的数据同步，不利于新节点的扩展；②数据量的增加将会提升区块链节点的负担，存储空间有限的节点将会退出区块链网络，从而破坏了区块链的去中心化特性；③区块链中的每个节点都参与计算和存储，导致了数据冗余和资源浪费。

物联网与区块链技术融合中，若是将区块链部署在远离物联网的云端上，物联网应用只是作为区块链的客户端，并不参与区块链事务，区块链的运作不受物联网设备控制，将导致物联网和区块链之间存在信任隔阂，访问区块链接口存在较大的时延。因此，当前区块链技术无法与物联网场景进行高效融合，面向物联网环境中时存在区块链存储负载压力大、节点接入效率低、存储扩展性差等问题。

发明内容

针对当前区块链技术无法与物联网场景进行高效融合，为了帮助区块链技术在物联网环境成功落地，本发明提出了一种面向物联网的区块链存储扩展模型构建方法，通过解耦区块链中共识和数据存储提升区块链的扩展性，使得各个模块独立优化。对边缘节点上的历史账本数据进行存储卸载，基于向量承诺树保证存储数据完整性，同时向量承诺还可压缩验证信息，使得边缘节点只需要存储定量的证明信息，就能实现与保持完整账本数据相同的效果，从而有效解决区块链技术于物联网深度融合过程中边缘节点存储压力大、节点接入效率低、存储扩展性差等问题。

本发明提出的一种面向物联网的区块链数据存储扩展模型构建方法，包括如下步骤：

(1)建立区块链存储分层模型，包括轻量层和存储层；轻量节点负责收集交易数据，对交易进行共识，对执行结果进行验证；存储节点负责交易历史数据和状态数据的存储；

(2)构建轻量节点。依据物联网的网络结构，将属于同一地理范围的网络分区中的本地节点组成一个一主多从的簇，主节点作为轻量节点。所述轻量节点实现如下：

(2.1)轻量节点收集所在网络分区的物联网设备发出的交易请求，验证发送者的身份是否合法，检查交易请求中地址是否合法，检查交易是否存在重播行为，防止造成资源浪费和遭受恶意攻击。轻量节点检查通过的交易请求会被加入到轻量节点的交易池中进行缓存，方便后续快速提取交易和及时响应客户端请求。