CN109408551B - 数据查询方法及系统、共识方法及系统、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数据查询方法及系统、共识方法及系统、设备和存储介质，区块链网络的各节点分别存储有每个区块的默克尔树，以及对应于每个区块的默克尔树的全局索引表，上述版本的版本号为区块高度，该数据查询方法包括：接收查询指令；其中，查询指令包括所查询的第一区块高度；根据第一区块高度在全局索引表中查找目标数据。本发明通过为默克尔树配置相对应的、以区块高度为版本号的全局索引表，并通过所查询的区块高度在全局索引表中查找目标数据，实现了通过一次读操作即可完成对区块链中默克尔树叶子节点数据的查询，从而大幅提升了系统的数据读取性能。

Description

数据查询方法及系统、共识方法及系统、设备和存储介质

技术领域

本申请涉及区块链技术领域，具体涉及一种数据查询方法及系统、共识方法及系统、设备和存储介质。

背景技术

当前区块链系统的数据读写的解决方案中，通常会利用默克尔树(Merkle Tree)的结构，例如比特币的系统中通过默克尔树进行spv验证、以太坊的系统中通过默克尔前缀树(Merkle Patricia Tree，简称MPT)进行数据的读写，等等。

当前通过默克尔树进行数据查询的缺陷在于，查询一笔交易的数据需要通过多次读操作来完成，例如，对于一颗20层的默克尔树，查询一个叶子节点的数据需要进行20次读操作来完成，导致数据查询的效率仅为普通数据库的查询效率的1/20，对于每秒能完成10万次读操作的系统，每秒仅能读取5000笔交易的数据，大幅限制了系统的读取性能。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种通过一次读操作即可完成区块链中交易数据查询的数据查询方法及系统、共识方法及系统、设备和存储介质。

第一方面，本发明提供一种数据查询方法，区块链网络的各节点分别存储有每个区块的默克尔树，以及对应于每个区块的默克尔树的全局索引表，该全局索引表以区块高度为版本号，上述方法包括：

接收查询指令；其中，查询指令包括所查询的第一区块高度；

根据第一区块高度在全局索引表中查找目标数据。

第二方面，本发明提供一种数据查询系统，配置于区块链网络的节点中，节点包括第一数据存储单元和第二数据存储单元；

第一数据存储单元配置用于存储每个区块的默克尔树；

第二数据存储单元配置用于存储对应于每个区块的默克尔树的全局索引表；

该全局索引表以区块高度为版本号；

该数据查询系统包括接收单元和查询单元；

接收单元配置用于接收查询指令；其中，查询指令包括所查询的第一区块高度；

查询单元配置用于根据第一区块高度在全局索引表中查找目标数据。

第三方面，本发明还提供一种共识方法，包括：

通过上述数据查询方法查找交易所需的业务数据；

根据业务数据和交易构建最新版本的默克尔树；

根据最新版本的默克尔树更新全局索引表，将最新版本的默克尔树的根节点哈希打包至区块中进行共识；

根据最新版本的默克尔树或更新后的全局索引表更新所存储的每个区块的默克尔树。

第四方面，本发明还提供一种共识系统，包括查找单元、构建单元、第一存储单元、共识单元和第二存储单元；

查找单元配置用于通过上述数据查询系统查找交易所需的业务数据；

构建单元配置用于根据业务数据和交易构建最新版本的默克尔树；

第一存储单元配置用于根据最新版本的默克尔树更新全局索引表；

共识单元配置用于在第一存储单元更新完全局索引表后将最新版本的默克尔树的根节点哈希打包至区块中进行共识；

第二存储单元配置用于根据最新版本的默克尔树或更新后的全局索引表更新所存储的每个区块的默克尔树。

第五方面，本发明还提供一种设备，包括一个或多个处理器和存储器，其中存储器包含可由该一个或多个处理器执行的指令以使得该一个或多个处理器执行根据本发明各实施例提供的方法。

第六方面，本发明还提供一种存储有计算机程序的存储介质，该计算机程序使计算机执行根据本发明各实施例提供的方法。

本发明诸多实施例提供的数据查询方法及系统、共识方法及系统、设备和存储介质通过为默克尔树配置相对应的、以区块高度为版本号的全局索引表，并通过所查询的区块高度在全局索引表中查找目标数据，实现了通过一次读操作即可完成对区块链中默克尔树叶子节点数据的查询，从而大幅提升了系统的数据读取性能；

本发明一些实施例提供的数据查询方法及系统、共识方法及系统、设备和存储介质进一步通过在全局索引表中只记录默克尔树新增或修改的叶子节点，从而大幅降低了为多版本默克尔树配置全局索引表所带来的数据冗余；

本发明一些实施例提供的共识方法及系统、设备和存储介质通过根据查询全局索引表得到的数据构建最新版本的默克尔树，并将根节点哈希打包共识，实现了无需对全局索引表进行共识即可确保全局索引表的安全性；同时还通过在更新完全局索引表后即打包区块进行共识，而无需等待更新完所存储的每个区块的默克尔树后再打包共识，大幅提升了共识过程中打包区块的速度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中多版本默克尔树与全局索引表的对应关系示意图。

图2为本发明一实施例提供的一种数据查询方法的流程图。

图3为本发明一实施例提供的一种共识方法的流程图。

图4为本发明一实施例提供的一种数据查询系统的结构示意图。

图5为本发明一实施例提供的一种共识系统的结构示意图。

图6为本发明一实施例提供的一种设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

在本实施例中，区块链网络的各节点分别存储有每个区块的默克尔树，以及对应于每个区块的默克尔树的全局索引表，上述默克尔树和全局索引表以区块高度H为版本号。

具体地，在本实施例中，上述默克尔树具体配置为默克尔状态树(Merkle StateTree)，高度配置为20层，存储在节点本地的键值(key-value)数据库中，全局索引表存储在节点本地的另一数据库中；在更多实施例中，可根据实际需求将默克尔树配置为本领域常用的其它不同类型的默克尔树、不同高度、存储在节点本地的本领域常用的其它不同类型的数据库中，还可以将默克尔树和全局索引表存储在同一数据库中，均可实现相同的技术效果。

图1为本发明一实施例中多版本默克尔树与全局索引表的对应关系示意图。以下结合图1，以高度为3层的默克尔二叉状态树与全局索引表的对应关系为例，对本发明方案中多版本默克尔树与全局索引表的对应关系进行详细阐述。

如图1所示，在区块高度H＝8的区块中记录了版本号为8的默克尔二叉状态树的根节点哈希H₁₂₃₄；对应地，各节点本地数据库中记录有默克尔二叉状态树的4个叶子节点和3个索引节点，并通过全局索引表记录K₁-K₄在版本号1-8的变化过程。其中，K₁-K₄为4个账户，V₁-V₄为该4个账户的余额，H₁-H₄为(K₁,V₁)-(K₄,V₄)的哈希值。

当区块高度H＝9的区块打包了一笔K₄账户进行支付(或收款)、余额由V₄变为V₄′的交易时；相对应地，节点本地的kv数据库新增一个叶子节点H₄′，并新增相对应的索引节点H₃₄′和根节点H₁₂₃₄′，其中，H₄′为(K₄,V₄′)的哈希值；存储全局索引表的数据库在全局索引表中新增版本号为9的记录(K₄,V₄′)。

由此可知，本发明通过为所存储的每个区块的默克尔树配置对应的全局索引表，将多层立体的树结构转化为了平面的表结构，从而使得数据查询的性能优化具备可行性。以下结合图2详细介绍本发明提供的数据查询方法。

图2为本发明一实施例提供的一种数据查询方法的流程图。如图2所示，在本实施例中，本发明提供一种数据查询方法，包括：

S12：接收查询指令；其中，查询指令包括所查询的第一区块高度；

S14：根据第一区块高度在全局索引表中查找目标数据。

相较于传统的根据默克尔树的根节点哈希逐层查找、直至查找到对应数据的叶子节点的查询方法，本发明提供的数据查询方法无需对默克尔树进行查找，而只需直接对全局索引表进行查找。

具体地，在本实施例中，全局索引表如图1所示，在每个版本中只记录当前版本的默克尔树中新增或修改的叶子节点，例如在图1中，版本9中只记录修改的叶子节点(K₄,V₄′)，而不再重复记录未发生修改的叶子节点(K₁,V₁)、(K₂,V₂)和(K₃,V₃)。

在步骤S12中，接收查询指令，例如，查询H＝83的版本中，K₃账户的余额；

在步骤S14中，在全局索引表中查询H＝83的版本中是否记录有K₃账户的余额：

是，则返回查找到的目标数据；

否，则通过数据库的指针向前滑动，查询H＝82的版本中是否记录有K₃账户的余额，循环直至查找到目标数据，该循环查找过程只需一次读操作即可完成。

在另一实施例中，全局索引表还可以在每个版本中记录当前版本的默克尔树的所有叶子节点，例如在图1中，版本9中除了记录修改的叶子节点(K₄,V₄′)外，还记录未发生修改的叶子节点(K₁,V₁)、(K₂,V₂)和(K₃,V₃)。

该实施例与上述全局索引表只记录当前版本的默克尔树中新增或修改的叶子节点的实施例的区别在于，在步骤S14中可以直接查找到目标数据，但需要在全局索引表中记录较多的冗余数据。

上述实施例通过为默克尔树配置相对应的、以区块高度为版本号的全局索引表，并通过所查询的区块高度在全局索引表中查找目标数据，实现了通过一次读操作即可完成对区块链中默克尔树叶子节点数据的查询，从而大幅提升了系统的数据读取性能；

并在其中一些实施例中进一步通过在全局索引表中只记录默克尔树新增或修改的叶子节点，从而大幅降低了为多版本默克尔树配置全局索引表所带来的数据冗余。

图3为本发明一实施例提供的一种共识方法的流程图。如图3所示，在本实施例中，本发明还提供一种区块链网络中的节点所执行的共识方法，包括：

S22：通过上述数据查询方法查找交易所需的业务数据；

S24：根据业务数据和交易构建最新版本的默克尔树；

S26：根据最新版本的默克尔树更新全局索引表，将最新版本的默克尔树的根节点哈希打包至区块中进行共识；

S28：根据最新版本的默克尔树或更新后的全局索引表更新所存储的每个区块的默克尔树。

具体地，同样以图1所示的默克尔树和全局索引表为例，当前区块高度H＝8，收到一笔K₄账户进行支付的交易：

在步骤S22中，根据上述图2所示的数据查询方法查找到K₄账户的余额V₄；

在步骤S24中，根据查找到的余额V₄和交易支付的款项计算出交易后的余额V₄′，在内存中构建最新版本H＝9的默克尔树；

在步骤S26中，根据步骤S24所构建的最新版本的默克尔树更新节点本地数据库中的全局索引表，并在写完全局索引表后，将最新版本的默克尔树的根节点哈希H₁₂₃₄′打包至区块中进行共识；

其中，若节点本地存储的全局索引表被篡改导致交易前的余额V₄不正确，则计算出的交易后的余额V₄′、最新版本的默克尔树的根节点哈希H₁₂₃₄′均不正确，从而导致打包的区块无法通过共识；因此，该方法可以保障节点本地存储的全局索引表无需通过共识，但只有根据正确的全局索引表所生成的区块可以通过共识；

在步骤S28中，可以与步骤S26中全局索引表的更新同步进行每个区块的默克尔树的更新，将内存的数据写到节点本地数据库中；也可以在更新完全局索引表之后，根据更新后的全局索引表更新每个区块的默克尔树。

上述实施例通过根据查询全局索引表得到的数据构建最新版本的默克尔树，并将根节点哈希打包共识，实现了无需对全局索引表进行共识即可确保全局索引表的安全性；同时还通过在更新完全局索引表后即打包区块进行共识，而无需等待更新完每个区块的默克尔树后再打包共识，大幅提升了共识过程中打包区块的速度。

图4为本发明一实施例提供的一种数据查询系统的结构示意图。图4所示的数据查询系统可对应执行图2所示的方法。

如图4所示，在本实施例中，本发明提供一种数据查询系统10，配置在区块链网络的节点20中，节点20中配置有第一数据存储单元201和第二数据存储单元202；

第一数据存储单元201配置用于存储每个区块的默克尔树；

第二数据存储单元202配置用于存储对应于每个区块的默克尔树的全局索引表；该全局索引表以区块高度为版本号；

数据查询系统10包括接收单元101和查询单元103；

接收单元101配置用于接收查询指令；其中，查询指令包括所查询的第一区块高度；

查询单元103配置用于根据第一区块高度在全局索引表中查找目标数据。

图4所示系统的查询原理可参照图2所示的方法，此处不再赘述。

图5为本发明一实施例提供的一种共识系统的结构示意图。图5所示系统可对应执行图3所示的方法。

如图5所示，在本实施例中，本发明还提供一种共识系统30，配置在节点20中，包括查找单元301、构建单元303、第一存储单元305、共识单元307和第二存储单元309。

查找单元301配置用于通过上述数据查询系统10查找交易所需的业务数据；

构建单元303配置用于根据业务数据和交易构建最新版本的默克尔树；

第一存储单元305配置用于根据最新版本的默克尔树更新全局索引表；

共识单元307配置用于在第一存储单元305更新完全局索引表后将最新版本的默克尔树的根节点哈希打包至区块中进行共识；

第二存储单元309配置用于根据最新版本的默克尔树或更新后的全局索引表更新每个区块的默克尔树。

图5所示系统的运行原理可参照图3所示的方法，此处不再赘述。

图6为本发明一实施例提供的一种设备的结构示意图。

如图6所示，作为另一方面，本申请还提供了一种设备600，包括一个或多个中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM603中，还存储有设备600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。

以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。

特别地，根据本公开的实施例，上述任一实施例描述的方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。

作为又一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例的装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，该程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的方法。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这根据所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以通过执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以通过专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，各所述单元可以是设置在计算机或移动智能设备中的软件程序，也可以是单独配置的硬件装置。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种共识方法，其特征在于，区块链网络的各节点分别存储有每个区块的默克尔树，以及对应于所述每个区块的默克尔树的全局索引表，所述全局索引表以区块高度为版本号，所述方法包括：

根据所查询的交易所需的业务数据所对应的第一区块高度在所述全局索引表中查找所述业务数据；

根据所述业务数据和所述交易构建最新版本的默克尔树；

根据所述最新版本的默克尔树更新所述全局索引表，将所述最新版本的默克尔树的根节点哈希打包至区块中进行共识；

根据所述最新版本的默克尔树或更新后的全局索引表更新所述每个区块的默克尔树。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全局索引表在每个版本中只记录当前版本的默克尔树中新增或修改的叶子节点；

所述根据所述第一区块高度在所述全局索引表中查找目标数据包括：

在所述第一区块高度的版本查找目标数据：

若未查找到，则在上一版本查找目标数据，循环当前步骤直至查找到目标数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全局索引表在每个版本中记录当前版本的默克尔树的所有叶子节点。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述默克尔树为默克尔状态树，存储在键值(key-value)数据库中。

5.一种设备，其特征在于，所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1-4中任一项所述的方法。

6.一种存储有计算机程序的存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。

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