CN111596862B - 一种区块链历史交易数据自主优化方法及*** - Google Patents

一种区块链历史交易数据自主优化方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种区块链历史交易数据自主优化方法及***,方法包括:依次清理交易输出和交易输入;清理交易,将得到的交易哈希值替代原本完整交易数据存储于区块中;构建Merkle树,最后得到存在于区块头中的Merkle根;清理区块,若本区块内的所有交易均被清理,则删除区块体,采用本发明方法优化的区块链***包括至少一个经过清理的区块。本发明通过对交易和区块进行自主优化清理,经过清理的区块存储的是交易哈希值,不存储计算过程中的中间的哈希值,其他节点对本区块进行验证时,直接根据交易哈希值进行Hash计算并进行验证Merkle根等后续操作,能够缩减区块链历史数据,减少了清理的通信和交易成本,提高数据处理效率。

Description

一种区块链历史交易数据自主优化方法及***
技术领域
本发明涉及区块链领域,尤其涉及一种区块链历史交易数据自主优化方法及***。
背景技术
区块链是一种全新的分布式基础架构与计算范式,利用有序的链式数据结构存储数据,利用共识算法更新数据,利用密码学技术保障数据安全。在基于区块链的交易中,确保交易的数据安全和客户的隐私是区块链能够进一步发展的必要条件。为此,密码学技术尤其是公钥密钥学在区块链中得到了广泛的应用。
随着区块链中交易的日益频繁和区块链应用的大规模普及,区块的信息量将持续增加。目前的区块链采用链式结构进行存储,矿机将父区块的哈希值进行存储和其他信息打包到当前区块中,当前区块在网络中进行蔓延、接受、验证,最终完成该区块的共识。区块链在验证时依赖于父区块,父区块又依赖于上一级的父区块,如果整个区块链中之前的数据被篡改,则会导致父区块异常,致使后续本矿机上的共识无法完成。随着时间的推移,交易数据会无限增长,每个交易会占用一定空间,区块链会变得无限大,对存储空间的要求越来越高。另外,区块链体积过大的问题同时造成了区块的完整数据同步困难。
虽然扩容可以解决区块容量过小而造成交易拥堵情况严重的问题,但扩容并没有办法减少信息总量。隔离见证、闪电网络等解决的其实都是“交易慢”的问题,而不是数据越来越多的问题。传统的集中化的数据***中,持续增大的数据可以采用分割、转储等手段进行解决,以传统的交易型***为例,由于***中的核心设计理念是保存账户的最终状态,只需要把历史的交易过程数据移到其他专门的存储设备上,主机数据库保存账户的最新状态和最近一段时间的交易记录即可。但是区块链由于具有分布式、去中心的、链式存储和不可篡改的特性,使其无法像传统数据库那样对数据进行转储和分割。
申请公布号为CN105741095A的发明专利公开了一种区块链动态压缩存取方法,在数字货币钱包运行过程中通过内嵌压缩函数对新区块进行动态压缩;在读取新区块时通过内嵌解压函数对压缩的区块进行解压,在保证不损坏数据的前提下使得区块数据容量变小,节省存储空间;此方案通过区块的压缩来达到区块链数据容量变小的目的,虽然通过压缩使区块所占空间减小,但是实质上整个区块链中的数据量并未减少,解压之后仍然占用同样的存储空间;因此,该方案并不能从本质上解决区块链数据随着时间的推移存储过大的问题;
综上,目前均是采用区块压缩、转存的方法来缩小区块数据所占用的存储空间,这种方法实质上并没有减少整个区块链***中的数据量,因此无法从本质上有效解决区块链数据随着时间的推移存储过大的问题。
发明内容
技术目的:为解决上述技术问题,本发明提供了一种区块链历史交易数据自主优化方法及***,其通过对交易和区块进行自主优化清理,能够可大量缩减区块链历史数据,且无需新增专用于清理的交易,各成员可以线下完成,减少了清理的通信和交易成本。
技术方案:为实现上述技术目的,本发明采用了如下技术方案:
一种区块链历史交易数据自主优化方法,其特征在于,包括步骤:
S1、依次清理交易输出和交易输入:根据每个交易输入查找对应的交易输出,对所述交易输出进行清理,然后对所述交易输入进行清理;
S2、清理交易:对经过步骤S1的清理的交易进行清理,计算交易输入和交易输出的组合的哈希值,作为得到数据优化后的用于标示所述完整交易的交易哈希值,将得到的交易哈希值替代原本完整交易数据存储于区块中;
S3、构建Merkle树:重复步骤S1-S2,计算本区块内一个以上交易的交易哈希值,计算每两个交易哈希值的组合的哈希值,构建Merkle树;如果一个区块内的交易数量为单数,则计算最后一个叶子节点的哈希值,或将最后一个叶子节点复制一份凑成双数,交易或交易哈希值作为区块体,最后得到的树节点作为区块头中的Merkle根;
S4、清理区块:判断本区块内的所有交易是否均被清理,若是,则对区块进行清理,删除Merkle树;若否,则保留交易或交易哈希值作为带有区块体的区块。
优选地,所述步骤S3中,区块体只存储交易数据,不存储计算得到的中间哈希值。
优选地,所述步骤S3中,区块链***包括至少一个经过清理的区块,所述区块在清理之前包括区块头和区块体,区块体以Merkle树的形式存储本区块内经过清理的交易集合,所述区块经过清理后为仅包括区块头的结构。
优选地,所述步骤S1中,交易输入在清理之前包括输入资金在本交易中的序号、输入资金在其来源交易中的ID、输入资金在其来源交易中作为输出资金的序号、用于取用输入资金的数字签名和用于取用输入资金的公钥;
所述交易输出在清理之前包括输出资金在本交易中的序号、输出资金的转入地址和输出资金数额。
优选地,所述步骤S1中,对交易输入进行清理时,对除输入资金在本交易中的序号外的内容组合计算哈希值获得交易输入哈希值,交易输入经过清理后包括输入资金在本交易中的序号和交易输入哈希值;
对交易输出进行清理时,对输出资金的转入地址和输出资金数额的组合计算获得交易输出哈希值,交易输出经过清理后包括输出资金在本交易中的序号和交易输出哈希值。
一种用于执行区块链历史交易数据自主优化方法的区块链历史交易数据自主优化***,其特征在于:所述区块链***包括至少一个区块,所述区块包括区块头,区块头中存有Merkle根,Merkle根用于标示本区块经过清理的交易,原始的交易在清理之前包括交易输入和交易输出,对原始的交易进行清理时包括对交易输入和交易输出分别进行清理,经过清理的交易以交易哈希值的形式替代原始的交易存储在区块中;交易哈希值经过清理的交易通过对经过交易清理的交易输入、对应的经过清理的交易输出的组合计算哈希值获得。
优选地,所述步骤S3中,区块链***包括至少一个经过清理的区块,所述区块在清理之前包括区块头和区块体,区块体以交易或交易哈希值的形式存储本区块内经过清理的交易集合,所述区块经过清理后为仅包括区块头的结构。
优选地,所述区块头中还存有版本号、上一区块哈希值、目标区块哈希值、时间戳和随机数。
优选地,所述区块链***中,至少一个区块为包括区块体和所述区块头的结构,区块体以交易或交易哈希值的形式存储本区块内的交易集合,区块头中存储对应Merkle树的Merkle根。
有益效果:由于采用了上述技术方案,本发明具有如下技术效果:
(1)可大量缩减区块链历史数据;
(2)历史交易数据的清理无需通过新增专用于清理的交易,各成员可以线下完成,减少了清理的通信和交易成本;
(3)所有区块链成员可以根据自身对存储的要求,选择清理、不清理、部分清理自身的历史交易数据;
(4)清理历史交易数据后,搜索有用交易的速度可以得到提高。
附图说明
图1为本发明中交易的结构图;
图2为优化第n笔输出后交易的结构图;
图3为优化第m笔输入后交易的结构图;
图4为整个Tx的输入输出都被清理后的结构图;
图5为区块与交易的关系。
具体实施方式
***说明
优化前交易Tx的结构如图1所示。图1中,InN表示某笔输入资金在本Tx中的序号,大小为1字节;TxID表示某笔输入资金在其来源所在的Tx的ID,一般可取TxID=Tx的哈希值,大小为32字节;N表示某笔输入资金在其来源所在的Tx中作为输出资金的序号,大小为1字节;Txs表示取用某笔输入资金的数字签名,大小为32字节;PK表示取用某笔输入资金的公钥,大小为33字节;OutN表示某笔输出资金在本Tx中的序号,大小为1字节;Dest表示某笔输出资金的转入地址,一般是钱包的形式,大小为34字节;Value表示某笔输出资金的数额,大小为8字节。
交易中还包括表示交易数据结构版本的版本号,大小为4字节;以及设定本交易生效(被记入区块链)的时间,大小为4字节。
以一个输入一个输出的交易为例,交易Tx的总大小为150字节。
其中,交易Tx的哈希值即TxID的具体生成方式如下:
先分别计算m个输入,n个输出的哈希值。
以第m笔输入和第n笔输出为例,计算HInm=Hash(TxIDm||Nm||Txsm||PKm),HOutn=Hash(Destn||Valuen)。
分别对每个输入和每个输出计算相应的HIn和HOut后,得到如图4所示的Tx,对此时的Tx计算Hash函数得到Tx的哈希值。
优化情况一:对于每个交易输入,找到其对应的输出并进行清理。
步骤一:将该输出改为Hash,缩短了输出的内容。
以第n笔输出为例,计算HOutn=Hash(Destn||Valuen),优化第n笔输出后Tx的结构如图2所示。
输出资金的转入地址Dest为34字节,Value为8字节,以SHA256算法为例,经过计算之后得到的长度为32字节,则优化所缩短的长度为10字节。对于整个Tx来说,以一个输入一个输出的150字节的交易为例,优化比例为6.67%。
步骤二:将该输入改为Hash,缩短了输入的内容。
以第m笔输入为例,计算HInm=Hash(TxIDm||Nm||Txsm||PKm),优化第m笔输入后Tx的结构如图3所示。
TxID为32字节,N为1字节,数字签名为32字节,公钥为33字节,以SHA256算法为例,经过计算之后得到的长度为32字节,则优化所缩短的长度为66字节。对于整个Tx来说,以一个输入一个输出的150字节的交易为例,优化比例为44%。
优化情况二:对Tx进行清理。
对于某个Tx,若其输入、输出均被清理,则对Tx进行清理。此时Tx结构如图4所示。清理方式:将整个Tx改为TxID。
TxID的长度为32字节。对于整个Tx来说,以一个输入一个输出的150字节的交易为例,优化所缩短的长度为118字节,优化比例为78.67%。
优化情况三:对区块进行清理。
区块与交易的关系如图5所示,包括版本号,大小为4字节;父区块哈希值,大小为32字节;时间戳,大小为4字节;随机数,大小为4字节;目标哈希,大小为4字节;Merkle根,大小为32字节。
(1)如果区块体中二叉树的某个节点的2个分支的Tx均变成了TxID,则这2个TxID变为1个哈希值,计算方式与计算Merkle根的过程中的流程类似。即对TxID1和TxID2进行清理,变为Hash12,Hash12=Hash(TxID1||TxID2)。
(2)对于某个区块,若该区块的Tx均被清理,则对该区块进行清理,将该区块的“区块体”部分全部去掉,仅剩区块头,缩短了区块的内容。
一个区块大小为1MB。对“区块体”部分进行清理后,区块大小为80字节,优化比例为99.99%。
上述3种情况,用哈希值替换原有内容后,验证时直接采用该哈希值,而无需对该哈希值再计算哈希值。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种区块链历史交易数据自主优化方法,其特征在于,包括步骤:
S1、依次清理交易输出和交易输入:根据每个交易输入查找对应的交易输出,对所述交易输出进行清理,然后对所述交易输入进行清理;
S2、清理交易:对经过步骤S1的清理的交易进行清理,计算交易输入和交易输出的组合的哈希值,作为得到数据优化后的用于标示所述交易的交易哈希值,将得到的交易哈希值替代原本交易数据存储于区块中;
S3、构建Merkle树:重复步骤S1-S2,计算本区块内一个以上交易的交易哈希值,计算每两个交易哈希值的组合的哈希值,构建Merkle树;如果一个区块内的交易数量为单数,则计算最后一个叶子节点的哈希值,或将最后一个叶子节点复制一份凑成双数,交易或交易哈希值作为区块体,最后得到的树节点作为区块头中的Merkle根;
S4、清理区块:判断本区块内的所有交易是否均被清理,若是,则对区块进行清理,删除Merkle树;若否,则保留交易或交易哈希值作为带有区块体的区块。
2.根据权利要求1所述的一种区块链历史交易数据自主优化方法,其特征在于:所述步骤S3中,区块体只存储交易数据,不存储计算得到的中间哈希值。
3.根据权利要求1所述的一种区块链历史交易数据自主优化方法,其特征在于:所述步骤S3中,区块链***包括至少一个经过清理的区块,所述区块在清理之前包括区块头和区块体,区块体存储本区块内经过清理的交易集合,所述区块经过清理后为仅包括区块头的结构。
4.根据权利要求1所述的一种区块链历史交易数据自主优化方法,其特征在于:所述步骤S1中,交易输入在清理之前包括输入资金在本交易中的序号、输入资金在其来源交易中的ID、输入资金在其来源交易中作为输出资金的序号、用于取用输入资金的数字签名和用于取用输入资金的公钥;
所述交易输出在清理之前包括输出资金在本交易中的序号、输出资金的转入地址和输出资金数额。
5.根据权利要求4所述的一种区块链历史交易数据自主优化方法,其特征在于:所述步骤S1中,对交易输入进行清理时,对除输入资金在本交易中的序号外的内容组合计算哈希值获得交易输入哈希值,交易输入经过清理后包括输入资金在本交易中的序号和交易输入哈希值;
对交易输出进行清理时,对输出资金的转入地址和输出资金数额的组合计算获得交易输出哈希值,交易输出经过清理后包括输出资金在本交易中的序号和交易输出哈希值。
6.一种用于执行权利要求1所述方法的区块链历史交易数据自主优化***,其特征在于:所述区块链***包括至少一个区块,所述区块包括区块头,区块头中存有Merkle根,Merkle根用于标示本区块经过清理的交易,原始的交易在清理之前包括交易输入和交易输出,对原始的交易进行清理时包括对交易输入和交易输出分别进行清理,经过清理的交易以交易哈希值的形式替代原始的交易存储在区块中;经过清理的交易通过对经过交易清理的交易输入、对应的经过清理的交易输出的组合计算哈希值获得。
7.根据权利要求6所述的一种区块链历史交易数据自主优化***,其特征在于:所述步骤S3中,区块链***包括至少一个经过清理的区块,所述区块在清理之前包括区块头和区块体,区块体以交易或交易哈希值的形式存储本区块内的交易集合,所述区块经过清理后为仅包括区块头的结构。
8.根据权利要求6所述的一种区块链历史交易数据自主优化***,其特征在于:所述区块头中还存有版本号、上一区块哈希值、目标区块哈希值、时间戳和随机数。
9.根据权利要求6所述的一种区块链历史交易数据自主优化***,其特征在于:所述区块链***中,至少一个区块为包括区块体和所述区块头的结构,区块体以交易或交易哈希值的形式存储本区块内的交易集合,区块头中存储对应Merkle树的Merkle根。
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