CN112947868B - 四分支链式结构金融区块链存储方法 - Google Patents
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Abstract
一种四分支链式结构金融区块链存储方法，首先构建四分支链式结构金融区块链三元账本结构，数据存储在四分支链式结构的区块体中，根据不同的存储环境采用三元模式进行数据存储：全聚合存储、多单元存储、全分割存储，通过数据分流并行存储，提高数据存储效率。其次构建四分支链式结构存储模型，包括自由竞争链式结构、串行集中链式结构、Z字回形链式结构、并行平均链式结构，以四种链式结构为载体进行数据存储。再次，建立四分支链式结构安全性判识机制，判定链式结构所处安全状态。最后，调整各分支链中间过渡状态，建立四分支链式结构区块链头部静态轮换机制，使四分支链间平稳过渡。本***在数据存储速率、通信开销方面均具有很大优势。
Description
技术领域
本发明属于区块链数据存储领域，特别涉及区块链存储***设计，具体涉及一种四分支链式结构金融区块链存储方法设计。
背景技术
区块链是一种采用高效密码学原理进行大数据可信化存储的新型信息处理模式，由于其具有安全可信、可回溯、去中心化等特性，近年来与区块链技术相关的应用愈加广泛。区块链在链上进行交易数据存储，受交易规模影响，其存储数据量庞大，交易数据规模变化快，区块链数据实时产量增长迅速，导致现有区块链数据存储速率难以跟上数据实时产出速率，也不能稳定适应数据量的增长，并且单链模式在复杂分类场景下的关联存储效率低下。例如，在金融活动区块链***中，各金融企业的记账速度差距大，银行及证券交易所每秒可产生近万笔交易，单链模式下区块链记账速度多为每秒数十笔，明显滞后于交易产生速度，数据信息过度堆积在网络中，造成网络拥堵、停滞。
现有区块链在数据存储上主要存在以下问题：区块链数据存储模式由于可靠的高效密码学等原理成为研究热点，但近些年来区块链信息增长迅速，现有区块链存储模式难以实时跟上区块链数据产生速率，由此导致的一系列区块链网络停滞，区块链稳定性下降等。并且，区块链信息增长迅速，如没有长期稳定的区块链模式，容易导致区块链分叉，算力分流。因此，构建一种高效存储与集成的区块链结构很有必要。
因此，设计一种实时有效的金融领域区块链集成优化存储***，对金融大数据安全存储及溯源查询具有重要意义。
发明内容
为了解决现有金融领域区块链存储***的不足，本发明提供一种面向金融大数据的四分支链式结构金融区块链存储方法设计。能够有效地进行金融实体及金融活动的数据存储。
为了实现上述目的，本发明创造采用了如下技术方案：四分支链式结构金融区块链存储方法，其特征在于，其步骤为：
步骤1构建四分支链式结构金融区块链三元账本结构；
步骤2构建四分支链式结构存储模型；
步骤3建立四分支链式结构安全判识机制；
步骤4建立四分支链式结构区块链头部静态轮换机制。
步骤1中所述的构建四分支链式结构金融区块链三元账本结构，包括如下步骤：
步骤1-1全复制存储结构：
每条完整回溯到创世区块的子链称为一个存储单元，每个节点在存储交易信息时，都需存储至少一条完整的存储单元；区块链中对各子链进行动态管理，以及提供区块链全局视图的管理节点，这些节点记录下整个多叉树区块链所有的账本，节点根据各个子区块链的状态，动态的选择获利最大的子区块链条；信息在网络通过洪泛法进行网络传播时，采用该存储结构的节点同步所有节点产出的信息；
步骤1-2多单元存储结构：
负责记录区块链子链数据的存储节点，定期对节点内部的存储数据进行更新，节点存储本地节点产生的数据信息，提供了存储子链的局部视图，且根据有限账本的数量动态选择其它节点存储，节点持续选择单存储单元或多存储单元进行数据存储，但更换存储单元进行数据存储时，必须同步更新所要存储的链条，信息在网络通过洪泛法进行网络传播时，采用该存储结构的节点只同步所需要链条的信息；
步骤1-3全分割存储结构：
对记账环境要求最低情况下，每个节点记录自己所要的唯一单元账本，采用全分割存储结构的节点，只能提供所在存储子链的单一视图，区块链其它链式结构的视图无法提供，且信息在网络通过洪泛法进行网络传播时，节点只负责同步存储更新本链条信息。
步骤2中所述的构建四分支链式结构存储模型，包括如下步骤：
步骤2-1自由竞争链式结构设计：
实现自由竞争链式结构：该结构每条子链经过分支后是相互独立，子链只在本链条上打包信息，不与其它链条进行交互，新加入记账的节点自由选择两种存储方案，一种是节点根据地址ChainIp来主动选择子链，另一种是***动态分配记账链条；***默认使整体区块链子链长度一致，把新加入且选择了默认***的节点分配到节点较少的区块子链进行记账。
步骤2-2串行集中链式结构设计：
实现串行集中链式结构：该结构链式结构经过分支后，各支链节点在信息存储过程中将诚实算力集中起来，集中后总算力对支链的同一高度区块打包顺序从左到右依次进行，等当前高度所有子链打包完毕后进入下一高度进行打包，加入该链式结构的节点会强制按照这一规则进行打包；
步骤2-3Z字回形链式结构设计：
实现Z字回形链式结构：该链式结构经过分支，各支链区块在信息存储过程中按照以下规则进行：该结构集中各支链算力对区块进行由左到右，由上到下依序打包，各子链每一层区块除了记录本链条父区块哈希值外，记录上一层兄弟区块的兄弟哈希值，同一层子链上区块依次从左到右进行创建，等本层区块数据存储完毕后，进入下一层最左边的子链区块创建过程，然后同一层子链上区块依次从左到右进行创建；
步骤2-4并行平均链式结构设计
实现并行平均链式结构：该链式结构经过分支，各支链区块在信息存储过程中按照以下规则进行：并行平均链式结构分叉后各子链除了记录本链条上一个区块父哈希值，还需要记录上一层区块的综合哈希值，等上一层所有区块无序打包完毕后进入下一层。
步骤3中所述的建立四分支链式结构安全判识机制，包括如下步骤：
步骤3-1自由竞争安全判识机制：
区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p，当p不大于安全状态值s即判定为安全状态；
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示：
即：
其中，p1＝1-q1，通过恶意攻击时恶意节点所处的状态，得到恶意节点攻击成功率，
其中λ＝(q1/p1)*z，整理后得最终恶意算力攻击成功几率；
最后根据攻击成功几率p是否小于综合评定的安全状态值s，判断该链式结构所处安全状态；
步骤3-2串行集中安全判识机制：
区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p，当p不大于安全状态值s即判定为安全状态；
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示：
即：
通过恶意攻击时恶意节点所处的状态，得到恶意节点攻击成功率，
其中λ＝q*z/p，整理后得：
[(z+1-n)/n]&表示为取大于(z+1-n)/n的最小整数；
最后攻击成功几率p小于综合评定的安全状态值s，则认为该链式结构处于安全状态；
步骤3-3Z字回形安全判识机制：
区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p，当p不大于安全状态值s即判定为安全状态；
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示：
综合恶意攻击时恶意节点所处的状态，得恶意节点攻击成功率；
整理得：
如最后攻击成功几率p小于综合评定的安全状态值s，则认为该链式结构处于安全状态；
步骤3-4并行平均安全判识机制：
区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p,当p不大于安全状态值s即判定为安全状态；
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示：
其中，p1＝1-q1；综合恶意攻击时恶意节点所处的状态，得恶意节点攻击成功率；
其中λ＝q1*z/p1，整理得：
如最后攻击成功几率p小于综合评定的安全状态数值s，则认为该链式结构处于安全状态。
步骤4中所述的建立四分支链式结构区块链头部静态轮换机制，具体为：
在四分支链式结构金融区块链存储方法中，各种链式结构联合构成一个整体，区块头部在由一种链式结构轮换过渡到另一种链式结构时，相应的头部信息会自适应轮换，为简化区块头部信息，将版本号、Merkel树根、随机数nonce、时间戳、创建难度字段信息省略，只保留与分支链相关的头部Domain、Up、Down、ChainIP、Brohash、Stage、Allhash字段；初始区块首先经并行平均链式结构分叉，之后各子链分别通过Z字回形链式结构、自由竞争链式结构、串行集中链式结构进一步分叉，最终实现四分支链的平稳过渡如表1所示。
表1头部信息轮换表
本发明创造的有益效果：
本发明设计一种四分支链式结构金融区块链存储方法，首先构建四分支链式结构金融区块链三元账本结构，数据存储在四分支链式结构的区块体中，根据不同的存储环境采用三元模式进行数据存储：全聚合存储、多单元存储、全分割存储。其次构建四分支链式结构存储模型，包括自由竞争链式结构、串行集中链式结构、Z字回形链式结构、并行平均链式结构，以四种链式结构为载体进行数据存储。再次，建立四分支链式结构安全性判识机制，判定链式结构所处安全状态。最后，调整各分支链中间过渡状态，建立四分支链式结构区块链头部静态轮换机制，使四分支链间平稳过渡。上述***，具有提升区块链数据存储速率，降低网络负载的优点。
附图说明
图1四分支链式结构金融区块链三元账本结构示意图。
图2四分支链自由竞争结构示意图。
图3四分支链串行集中结构示意图。
图4四分支链Z字回形结构示意图。
图5四分支链并行平均结构示意图。
图6四分支链区块头部信息更新示意图。
图7四分支链区块过渡模式示意图。
图8四分支链式结构数据存储效率对比示意图
图9四分支链式结构查询效率对比示意图。
图10四分支链式结构确认延迟对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明创造实施例中的附图，对本发明创造实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明创造一部分实施例，而不是全部的实施例。
步骤1构建四分支链式结构金融区块链三元账本结构。按照数据存储的全复制、多单元、全分割进行数据单元存储。
步骤1-1全复制存储结构
每条完整回溯到创世区块的子链称为一个存储单元，每个节点在存储交易信息时，都需存储至少一条完整的存储单元。区块链中对各子链进行动态管理，以及提供区块链全局视图的管理节点，这些节点记录下整个多叉树区块链所有的账本，节点可根据各个子区块链的状态，动态的选择获利最大的子区块链条。信息在网络通过洪泛法进行网络传播时，采用该存储结构的节点同步所有节点产出的信息。
步骤1-2多单元存储结构
节点存储本地节点产生的数据信息，提供了存储子链的局部视图，且根据有限账本的数量动态选择其它节点存储，节点可持续选择单存储单元或多存储单元进行数据存储，但更换存储单元进行数据存储时，必须同步更新所要存储的链条，信息在网络通过洪泛法进行网络传播时，采用该存储结构的节点只同步所需要链条的信息。
步骤1-3全分割存储结构
对记账环境要求最低情况下，每个节点记录自己所要的唯一单元账本，采用全分割存储结构的节点，只能提供所在存储子链的单一视图，区块链其它链式结构的视图无法提供，且信息在网络通过洪泛法进行网络传播时，节点只负责同步存储更新本链条信息。
步骤2构建四分支链式结构存储模型，包括自由竞争链式结构、串行集中链式结构、Z字回形链式结构、并行平均链式结构，在四种特征结构链基础上进行数据存储
步骤2-1自由竞争链式结构设计
实现自由竞争链式结构。该结构每条子链经过分支后是相互独立，子链只在本链条上打包信息，不与其它链条进行交互。新加入记账的节点可自由选择两种存储方案，一种是节点根据地址ChainIp来主动选择子链，另一种是***动态分配记账链条。***默认使整体区块链子链长度一致，把新加入且选择了默认***的节点分配到节点较少的区块子链进行记账。
步骤2-2串行集中链式结构设计
实现串行集中链式结构。该结构链式结构经过分支后，各支链节点在信息存储过程中将诚实算力集中起来，集中后总算力对支链的同一高度区块打包顺序从左到右依次进行，等当前高度所有子链打包完毕后进入下一高度进行打包，加入该链式结构的节点会强制按照这一规则进行打包，且该结构也具备较为良好的兼容性。
步骤2-3Z字回形链式结构设计
实现Z字回形链式结构。该链式结构经过分支，各支链区块在信息存储过程中按照以下规则进行，为抵消算力分配到多链而产生的算力安全问题，该结构集中各支链算力对区块进行由左到右，由上到下依序打包。各子链每一层区块除了记录本链条父区块哈希值外，记录上一层兄弟区块的兄弟哈希值，同一层子链上区块依次从左到右进行创建，等本层区块数据存储完毕后，进入下一层最左边的子链区块创建过程，然后同一层子链上区块依次从左到右进行创建；
步骤2-4并行平均链式结构设计
实现并行平均链式结构。该链式结构经过分支，各支链区块在信息存储过程中按照以下规则进行，恶意节点对该结构进行恶意攻击，需要耗费过大的算力资源，该结构针体现出良好的防御效果。并行平均链式结构分叉后各子链除了记录本链条上一个区块父哈希值，还需要记录上一层区块的综合哈希值，等上一层所有区块无序打包完毕后，就进入下一层。
步骤3建立四分支链式结构安全判识机制，分别对自由竞争链式结构、串行集中链式结构、Z字回形链式结构、并行平均链式结构进行安全性判定，判定运行环境可行性。
步骤3-1自由竞争安全判识机制
自由竞争链式结构在网络中遇到恶意节点恶意攻击，继而导致双花问题。区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p,当p不大于安全状态值s即判定为安全状态。
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示。
即:
其中，p1＝1-q1。综合恶意攻击时恶意节点所处的状态，得恶意节点攻击成功率。
其中λ＝(q1/p1)*z，整理后得最终恶意算力攻击成功几率。
最后根据攻击成功几率p是否小于综合评定的安全状态值s，判断该链式结构所处安全状态。
具体过程如下：
(1)在自由竞争链式结构中取n条分支链(假设n＝2),算力占比为q(假设q取0.01，0.05，0.1，0.2)的恶意节点对支链进行攻击，此时诚实算力已确认区块数为z(假设z取1，3，5，7，9，11，13，15，17)，该链式结构安全状态数值为s(假设s为0.01)，判断链式结构的安全状态。
(2)将上述步骤得到的攻击成功几率与安全状态值s对比后，得到如下表格。
表1：自由竞争链安全状态表
(3)根据表格的最终计算结果，当攻击成功几率小于安全状态值s时，则此链式结构处于安全状态，即安全状态数量+1，表中对安全状态数进行统计，并分析得到，恶意算力占比越大，相应符合要求的安全状态数越少，确认区块数越多，链式结构的安全系数越高，自由竞争链式结构必须在符合安全状态的环境中实现。
步骤3-2串行集中安全判识机制
串行集中链式结构在网络中遇到恶意节点恶意攻击，继而导致双花问题。区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p,当p不大于安全状态值s即判定为安全状态。
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示。
即：
综合恶意攻击时恶意节点所处的状态，得恶意节点攻击成功率。
其中λ＝q*z/p，整理后得：
[(z+1-n)/n]&表示为取大于(z+1-n)/n的最小整数。
最后攻击成功几率p小于综合评定的安全状态值s，则认为该链式结构处于安全状态。
具体过程如下：
(1)在串行集中链式结构中取n条分支链(假设n＝2),算力占比为q(假设q取0.01，0.05，0.1，0.2)的恶意节点对支链进行攻击，此时诚实算力已确认区块数为z(假设z取1，3，5，7，9，11，13，15，17)，该链式结构安全状态数值为s(假设s为0.01)，判断链式结构的安全状态。
(2)将上述步骤得到的攻击成功几率与安全状态值s对比后，得到如下表格。
表2：串行集中链安全状态表
(3)根据表格的最终计算结果，当攻击成功几率小于安全状态值s时，则此链式结构处于安全状态，即安全状态数量+1，表中对安全状态数进行统计，并分析得到，恶意算力占比越大，相应符合要求的安全状态数越少，确认区块数越多，链式结构的安全系数越高，串行集中链式结构必须在符合安全状态的环境中实现。
步骤3-3Z字回形安全判识机制
Z字回形链式结构在网络中遇到恶意节点恶意攻击，继而导致双花问题。区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p,当p不大于安全状态值s即判定为安全状态。
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示。
综合恶意攻击时恶意节点所处的状态，得恶意节点攻击成功率。
整理得：
如最后攻击成功几率p小于综合评定的安全状态值s，则认为该链式结构处于安全状态。
具体过程如下：
(1)在Z字回形链式结构中，恶意节点恶意攻击成功几率与分叉数n无关，任意取n条分支链,算力占比为q(假设q取0.01，0.05，0.1，0.2)的恶意节点对支链进行攻击，此时诚实算力已确认区块数为z(假设z取1，3，5，7，9，11，13，15，17)，该链式结构安全状态数值为s(假设s为0.01)，判断链式结构的安全状态。
(2)将上述步骤得到的攻击成功几率与安全状态值s对比后，得到如下表格。
表3：Z字回形链安全状态表
(3)根据表格的最终计算结果，当攻击成功几率小于安全状态值s时，则此链式结构处于安全状态，即安全状态数量+1，表中对安全状态数进行统计，并分析得到，恶意算力占比越大，相应符合要求的安全状态数越少，确认区块数越多，链式结构的安全系数越高，Z字回形链式结构必须在符合安全状态的环境中实现。
步骤3-4并行平均安全判识机制
并行平均链式结构在网络中遇到恶意节点恶意攻击，继而导致双花问题。区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p,当p不大于安全状态值s即判定为安全状态。
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示。
其中，p1＝1-q1。综合恶意攻击时恶意节点所处的状态，得恶意节点攻击成功率。/>
其中λ＝q1*z/p1，整理得：
如最后攻击成功几率p小于综合评定的安全状态数值s，则认为该链式结构处于安全状态。
具体过程如下：
(1)在并行平均链式结构中取n条分支链(假设n＝2),算力占比为q(假设q取0.01，0.05，0.1，0.2)的恶意节点对支链进行攻击，此时诚实算力已确认区块数为z(假设z取1，3，5，7，9，11，13，15，17)，该链式结构安全状态数值为s(假设s为0.01)，判断链式结构的安全状态。
(2)将上述步骤得到的攻击成功几率与安全状态值s对比后，得到如下表格。
表4：并行平均链安全状态表
(3)根据表格的最终计算结果，当攻击成功几率小于安全状态值s时，则此链式结构处于安全状态，即安全状态数量+1，表中对安全状态数进行统计，并分析得到，恶意算力占比越大，相应符合要求的安全状态数越少，确认区块数越多，链式结构的安全系数越高，并行平均链式结构必须在符合安全状态的环境中实现。
步骤4建立四分支链式结构区块链头部静态轮换机制。在链间结构进行更换时，需制定统一规则对相应变换状态进行约束，区块头部信息执行静态轮换机制，协调链间平稳过渡。
在四分支链式结构金融区块链存储方法中，各种链式结构联合构成一个整体。区块头部在由一种链式结构轮换过渡到另一种链式结构时，相应的头部信息会自适应轮换。为简化区块头部信息，将Merkel树根、随机数nonce、时间戳等字段信息省略，只保留与分支链相关的头部Domain、Up、Down、ChainIP、Brohash、Stage、Allhash字段。如图7初始区块首先经并行平均链式结构分叉，之后各子链分别通过Z字回形链式结构、自由竞争链式结构、串行集中链式结构进一步分叉，最终实现四分支链的平稳过渡如表5所示。
表5：头部信息轮换表
实施例1：
为了能够更好的测试本发明四分支链式结构金融区块链存储方法在区块链中数据存储的效率，作为本发明的一个实例，我们搭建了20集群节点的实验环境，各节点主机内存8GB、CPU主频为3.5GHz、硬盘容量1TB；软件环境为Ubuntu 16.04***；CodeBlocks17.12、MinGW 4.8.4开发环境；NPM：3.10.10；NodeJS：v6.10.2；Truffle：2.0.8；TestRPC：3.0.5。20台安装TestRPC的主机节点NodeDB，其中，在Truffle框架内运行智能合约每个NodeDB自动生成10个node交易账户，每个NodeDB负责管理并与10个node进行信息交互。设置基本区块的容量为0.1M，通过修改记账规则，修改区块头部状态信息等，同时通过Migrations部署合约，建立四分支链结构金融区块链存储***实验环境。根据实验的运行结果和数据，与隔离认证存储和BitcoinXT存储方式进行对比。
本实验在人工模拟交易的数据集上运行，将节点产生的交易账户信息传输到区块链测试网络，对原始数据进行提取处理，经过四分支链存储方式得到小规模数据集上的真实实验结果数据集。整个处理的流程主要分为以下几个部分：
(1)数据预处理：原始的交易数据经过预处理，包含所关联的有效数字签名、规范交易语法、交易索引等，将其它多余属性删除，只保留实验相关测试数据集，在区块链打包入块前，符合要求的交易信息才能入链。
(2)四分支链式结构存储方式：在数据预处理后，保留对相关数据信息进行前后哈希锚定、随机数运算等基础上，对区块链网络上信息集执行分支链式结构存储方式，执行后的数据集正常入链。
(3)真实数据集查询：基于数据预处理和四分支链式结构存储方式后的数据集，根据四分支链结构区块链存储***的的四阶段处理策略获取数据集，实际查询存储数据集，最后返回查询结果。
通过真实数据集上的实验数据，对比三种策略的数据存储速率、查询效率和确认延迟，评估四分支链结构存储的执行效率。
数据存储速率对比
实验时，隔离认证存储方式通过主链区块增加与witness结构签名信息量相等的体积0.1M实现，Bitcoin XT存储方式将记录的区块体积设置为0.8M，四分支链式结构存储方式将区块体容量设置为0.4M，且使用三叉树结构进行数据存储。统计实验数据后得到图8的实验数据。如图8所示，采用隔离验证存储方式的区块链数据存储速率不大于220笔/秒，采用Bitcoin XT存储方式的区块链记录数据存储速率不大于700笔/秒，而使用四分支链式结构存储方式的区块链数据存储速率不小于400笔/秒，不大于1200笔每秒。所以，四分支链式结构存储方式在数据存储速率上明显高于隔离见证存储方式和Bitcoin XT存储方式。
查询效率对比
实验时，记账数据总存储量相同，隔离验证存储方式和Bitcoin XT存储方式使用单链形式进行数据存储，四分支链存储侧策略通过三叉树链式结构进行数据存储。如图9所示，采用隔离验证方式进行查询所耗费的时间明显高于四分支链式结构存储方式和Bitcoin XT方式，查询时间在0～60s间，采用Bitcoin XT存储方式，查询时间在0～20s间，四分支链存储策略通过三叉树链式结构降低查询高度，查询时间稳定在0～15s。综合来看，四分支链式结构存储方式最优。
确认延迟对比
实验时，三种存储方式均采用POW工作量证明，各方式每条单链区块产生速率相等。通过实验得到图10，对于单笔交易的确定时间，三种存储方式大致相等，由于隔离见证存储方式的区块体存储的交易信息最少，导致交易信息写入区块体和验证交易签名的时间最短，即隔离见证方式确认时间略低于其它两种存储方式，随着确定交易量的增加，确认时间主要与交易记录的写入速率有关，隔离见证存储方式确认时间明显大于Bitcoin XT存储方式，四分支链式结构存储方式明显低于其它两种存储方式，即在确认时间上，四分支链式结构存储方式<Bitcoin XT<隔离见证。
Claims (4)
1.四分支链式结构金融区块链存储方法，其特征在于，其步骤为：
步骤1构建四分支链式结构金融区块链三元账本结构；包括：1-1全复制存储结构、1-2多单元存储结构、1-3全分割存储结构；
步骤2构建四分支链式结构存储模型；包括：步骤2-1自由竞争链式结构设计、步骤2-2串行集中链式结构设计、步骤2-3Z字回形链式结构设计、步骤2-4并行平均链式结构设计；
步骤3建立四分支链式结构安全判识机制；
步骤3-1自由竞争安全判识机制：
区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p，当p不大于安全状态值s即判定为安全状态；
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示：
即：
其中，p1＝1-q1，通过恶意攻击时恶意节点所处的状态，得到恶意节点攻击成功率，
其中λ＝(q1/p1)*z，整理后得最终恶意算力攻击成功几率；
最后根据攻击成功几率p是否小于综合评定的安全状态值s，判断该链式结构所处安全状态；
步骤3-2串行集中安全判识机制：
区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p，当p不大于安全状态值s即判定为安全状态；
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示：
即：
通过恶意攻击时恶意节点所处的状态，得到恶意节点攻击成功率，
其中λ＝q*z/p，整理后得：
[(z+1-n)/n]&表示为取大于(z+1-n)/n的最小整数；
最后攻击成功几率p小于综合评定的安全状态值s，则认为该链式结构处于安全状态；
步骤3-3Z字回形安全判识机制：
区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p，当p不大于安全状态值s即判定为安全状态；
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示：
综合恶意攻击时恶意节点所处的状态，得恶意节点攻击成功率；
整理得：
如最后攻击成功几率p小于综合评定的安全状态值s，则认为该链式结构处于安全状态；
步骤3-4并行平均安全判识机制：
区块链支链分叉数为n，算力占比q的恶意节点与单条支链上诚实算力竞争，区块链安全状态数值为s，成功追及z个区块的可能性为p,当p不大于安全状态值s即判定为安全状态；
攻击者赶上诚实链条z个区块的概率，如下所示：
其中，p1＝1-q1；综合恶意攻击时恶意节点所处的状态，得恶意节点攻击成功率；
其中λ＝q1*z/p1，整理得：
如最后攻击成功几率p小于综合评定的安全状态数值s，则认为该链式结构处于安全状态；
步骤4建立四分支链式结构区块链头部静态轮换机制。
2.根据权利要求1所述的四分支链式结构金融区块链存储方法，其特征在于，步骤1中所述的构建四分支链式结构金融区块链三元账本结构，包括如下步骤：
步骤1-1全复制存储结构：
每条完整回溯到创世区块的子链称为一个存储单元，每个节点在存储交易信息时，都需存储至少一条完整的存储单元；区块链中对各子链进行动态管理，以及提供区块链全局视图的管理节点，这些节点记录下整个多叉树区块链所有的账本，节点根据各个子区块链的状态，动态的选择获利最大的子区块链条；信息在网络通过洪泛法进行网络传播时，采用该存储结构的节点同步所有节点产出的信息；
步骤1-2多单元存储结构：
负责记录区块链子链数据的存储节点，定期对节点内部的存储数据进行更新，节点存储本地节点产生的数据信息，提供了存储子链的局部视图，且根据有限账本的数量动态选择其它节点存储，节点持续选择单存储单元或多存储单元进行数据存储，但更换存储单元进行数据存储时，必须同步更新所要存储的链条，信息在网络通过洪泛法进行网络传播时，采用该存储结构的节点只同步所需要链条的信息；
步骤1-3全分割存储结构：
对记账环境要求最低情况下，每个节点记录自己所要的唯一单元账本，采用全分割存储结构的节点，只能提供所在存储子链的单一视图，区块链其它链式结构的视图无法提供，且信息在网络通过洪泛法进行网络传播时，节点只负责同步存储更新本链条信息。
3.根据权利要求1所述的四分支链式结构金融区块链存储方法，其特征在于，步骤2中所述的构建四分支链式结构存储模型，包括如下步骤：
步骤2-1自由竞争链式结构设计：
实现自由竞争链式结构：该结构每条子链经过分支后是相互独立，子链只在本链条上打包信息，不与其它链条进行交互，新加入记账的节点自由选择两种存储方案，一种是节点根据地址ChainIp来主动选择子链，另一种是***动态分配记账链条；***默认使整体区块链子链长度一致，把新加入且选择了默认***的节点分配到节点较少的区块子链进行记账；
步骤2-2串行集中链式结构设计：
实现串行集中链式结构：该链式结构经过分支后，各支链节点在信息存储过程中将诚实算力集中起来，集中后总算力对支链的同一高度区块打包顺序从左到右依次进行，等当前高度所有子链打包完毕后进入下一高度进行打包，加入该链式结构的节点会强制按照这一规则进行打包；
步骤2-3Z字回形链式结构设计：
实现Z字回形链式结构：该链式结构经过分支，各支链区块在信息存储过程中按照以下规则进行：该结构集中各支链算力对区块进行由左到右，由上到下依序打包，各子链每一层区块除了记录本链条父区块哈希值外，记录上一层兄弟区块的兄弟哈希值，同一层子链上区块依次从左到右进行创建，等本层区块数据存储完毕后，进入下一层最左边的子链区块创建过程，然后同一层子链上区块依次从左到右进行创建；
步骤2-4并行平均链式结构设计：
实现并行平均链式结构：该链式结构经过分支，各支链区块在信息存储过程中按照以下规则进行：并行平均链式结构分叉后各子链除了记录本链条上一个区块父哈希值，还需要记录上一层区块的综合哈希值，等上一层所有区块无序打包完毕后进入下一层。
4.根据权利要求1所述的四分支链式结构金融区块链存储方法，其特征在于，步骤4中所述的建立四分支链式结构区块链头部静态轮换机制，具体为：
在四分支链式结构金融区块链存储方法中，各种链式结构联合构成一个整体，区块头部在由一种链式结构轮换过渡到另一种链式结构时，相应的头部信息会自适应轮换，为简化区块头部信息，将版本号、Merkel树根、随机数nonce、时间戳、创建难度字段信息省略，只保留与分支链相关的头部Domain、Up、Down、ChainIP、Brohash、Stage、Allhash字段；初始区块首先经并行平均链式结构分叉，之后各子链分别通过Z字回形链式结构、自由竞争链式结构、串行集中链式结构进一步分叉，最终实现四分支链的平稳过渡。
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