基于链下纠删码分布式存储的区块链数据存储系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114594911A(43)申请公布日2022.06.07(21)申请号202210241887.8(22)申请日2022.03.13(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人孙蓉刘珺王禹博范英杰马淑慧刘景伟裴庆祺(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205专利代理师田文英王品华(51)Int.Cl.G06F3/06(2006.01)G06F11/10(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称基于链下纠删码分布式存储的区块链数据存储系统及方法(57)摘要一种基于链下纠删码分布式存储的区块链数据存储系统及方法，其技术方案为：将区块链模块共识节点的存储功能分离至一个链下存储网络模块，使得共识节点仅保留计算功能以产生区块；负责区块存储的链下存储网络模块，通过编译码模块的纠删码方案和编译码模块纠删码方案对链下存储节点内不存在数据进行实时恢复。本发明在提升区块链节点计算能力的同时，大大降低了系统恢复数据时的单链路数据传输压力和计算的复杂度。具有更低的存储开销和更高的系统运行速率，以及更好的数据完整安全性、低数据恢复带宽、低计算复杂度以及更小的单链路网络传输压力的优点。CN114594911ACN114594911A权利要求书1/2页1.一种基于链下纠删码分布式存储的区块链数据存储系统，包括区块链模块、编译码模块和链下存储网络模块：所述的区块链模块，用于根据节点容错要求所选择共识机制设定L个共识节点数，L≥3；区块链模块全部参数确定后，区块链模块的全部节点通过选择的共识机制达成共识，以在每一个共识节点同步产生一个相同的区块，为编译码模块编码提供数据；所述的编译码模块，用于根据现有的纠删码，用计算机语言描述得到编码子模块和译码子模块，编码子模块用于对区块的编码，译码子模块用于对丢失区块的修复操作；编码子模块将每一个共识节点产生的一个区块均分为k个数据块，利用纠删码中矩阵的线性关系，将均分后的k个数据块混合生成r个校验数据块，将k个数据块和r个校验数据块组成n个编码块，其中，k＞0，r＞0；译码子模块将不存在数据的存储节点收到的编码块，根据译码子模块中规定的矩阵对编码块进行译码，恢复得到存储节点内不存在的数据并存储在该节点内；所述的链下存储网络模块，用于设定存储网络模块内存储节点数量为N，N＞0，在部署本系统时其固有的局域网网段内为每一个存储节点分配一个互不重叠的IP地址；链下存储网络模块将每个编码块按照存储节点IP地址分配给每个存储节点；链下存储网络模块中的每个存储节点同步产生一张表格，记录所有存储节点的IP地址和各个存储节点存储的编码块信息；链下存储网络模块实时监测各个存储节点中每个时刻数据状态，统计不存在数据的存储节点数量，若不存在数据的存储节点总数小于或等于m时，所有不存在数据的存储节点分别调用译码子模块获取该节点译码恢复所需的编码块信息，m表示由纠删码的极大距离可分MDS性质所限定的最大容错值，m＝n‑k；每个不存在数据的存储节点给数据完整的临近存储节点发送编码块请求信息，数据完整的临近存储节点收到该请求信息后，将与请求信息相对应的编码块发送给不存在数据的存储节点。2.根据权利要求1所述存储系统的一种基于链下纠删码分布式存储的区块链数据存储方法，其特征在于，将区块链模块共识节点的存储功能分离至一个链下存储网络模块对数据进行存储，区块链模块仅产生区块数据，根据链下存储网络模块中的纠删码方案，对区块进行编码存储和译码实时修复；该存储方法的具体步骤包括如下：步骤1，选取各模块内部参数：步骤1.1，区块链模块根据节点容错要求所选择共识机制设定L个共识节点数，L≥3；步骤1.2，链下存储网络模块设定链下存储网络模块内存储节点数量为N，N＞0，在部署本系统时其固有的局域网网段内为每一个存储节点分配一个互不重叠的IP地址；步骤2，生成区块：区块链模块全部参数确定后，区块链模块的全部节点通过选择的共识机制达成共识，以在每一个共识节点同步生成一个相同的区块；步骤3，对区块进行编码：步骤3.1，编译码模块根据现有的纠删码，用计算机语言描述得到编码子模块和译码子模块，编码子模块用于对区块的编码，译码子模块用于对丢失区块的修复操作；步骤3.2，编码子模块将每一个共识节点产生的一个区块均分为k个数据块，利用纠删码中矩阵的线性关系，将均分后的k个数据块混合生成r个校验数据块，将k个数据块和r个校验数据块组成n个编码块，其中，k＞0，r＞0；2CN114594911A权利要求书2/2页步骤4，存储编码块：步骤4.1，链下存储网络模块将每个编码块按照存储节点IP地址分配给每个存储节点；步骤4.2，链下存储网络模块中的每个存储节点同