[发明专利]一种混合存储区块链环境下的时空关键字查询方法

说明书

本发明针对链上链下混合存储区块链的时空关键字查询问题，提出了一种混合存储区块链环境下的时空关键字查询方法，涉及计算机区块链查询技术领域；首先，针对查询语义较弱，构建按属性分类且赋予语义的区块链模型CSBM，为区块内的事务划分属性类型并添加语义；其次，针对查询效率较低，构建基于B²F‑BKM结构的链上两级索引结构，该结构能够对所有区块和事务进行索引，有效提升查询效率；最后，针对通信开销较大，设计链上链下时空关键字查询方法，通过遍历B²F‑BKM结构进行链上条件查询，然后根据连接属性值进行链上链下数据连接查询，相比传统查询方法减少了不必要的通信开销；经试验证明本发明索引具有良好稳定性，查询效率大幅提升并且通信开销明显降低。

技术领域

本发明属于计算机区块链查询技术领域，尤其涉及一种混合存储区块链环境下的时空关键字查询方法。

背景技术

近年来，随着比特币等数字加密货币的日益普及，其底层技术——区块链技术，现已成为当下社会关注的焦点。本质上，区块链可以看做是一种分布式数据库，具有去中心化、不可篡改、可追溯以及数据透明等特性，能够很好地解决供应链等场景中多个参与方之间的信任问题。时空数据是供应链、物联网等领域常见的数据表现形式，随着区块链在以上场景的应用，大量时空数据存储到区块链上。时空关键字查询即以时间、空间和关键字作为查询条件，查找符合条件的所有信息，在以上场景应用广泛。

当前常用的区块链存储模式为链上链下混合存储模式，链上存储可供多方共享的操作事务，链下则存储各方的隐私数据。在该模式下进行时空关键字查询时，需要返回链上链下数据连接后的结果。由于现有的查询方法大多在块内使用B+树索引，对于搜索空间为多维的时空关键字查询，查询效率较低。并且现有方法在查询时需要读取链下连接表中全部数据进行连接，导致大量的通信开销，影响用户体验。因此，研究混合存储区块链环境下的时空关键字查询方法具有重要意义。

以现实场景为例，在供应链场景中，多个参与方将其生产信息、物流信息和销售信息等公开透明的存储在区块链上，供多方数据共享和协同处理，链下则存储各个参与方的隐私数据。当用户发送图中所示时空关键字查询Q时，需要将链上链下满足查询条件的事务通过连接属性连接后返回给查询用户。现有查询方法需要根据块内每个属性列的B+树索引分别查询，对查询结果取交集得到符合查询条件的所有事务，然后读取链下连接表中的所有数据到区块链上进行连接，最后将连接后的结果返回给查询用户。这种查询方式的缺陷主要在于以下三个方面：

第一，查询语义较弱。虽然区块链上的事务包含多种属性，但现有的区块链平台通常采用key-value或赋予语义的形式存储事务。key-value模式不支持选择、连接等关系型查询，无法根据属性名查询事务；赋予语义的存储模式需要为每个属性列构建单独的索引，无法按照属性类型合并索引。

第二，查询效率较低。链上事务包含时间、空间及关键字等属性，分布在各个区块中。现有的区块链查询方法，大多通过在区块内使用B+树索引来避免遍历所有事务，但该结构对于搜索空间为多维的时空关键字查询，查询效率低。

第三，通信开销较大。由于查询时需要同时获取链上和链下的数据，现有的方法需要读取链下连接表中的全部数据进行连接，当链下数据量非常大而需要连接的结果很少时，会产生大量不必要的通信开销。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明设计一种混合存储区块链环境下的时空关键字查询方法。

一种混合存储区块链环境下的时空关键字查询方法，具体步骤如下：

步骤1：构建按属性分类且赋予语义的区块链模型即CSBM；