(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210524126.3 (22)申请日 2022.05.13 (71)申请人 北京邮电大 学 地址 100876 北京市海淀区西土城路10号 (72)发明人 龙元臻泰　陆月明　郭子裕　 王东滨　韩道岐　 (74)专利代理 机构 北京永创新实专利事务所 11121 专利代理师 周长琪 (51)Int.Cl. H04L 9/06(2006.01) H04L 9/32(2006.01) H04L 9/40(2022.01) (54)发明名称 一种面向物联网的区块链数据存储扩展模 型构建方法 (57)摘要 本发明公开了一种面向物联网的区块链数 据存储扩展模型构建方法， 属于区块链技术领 域。 本发明方法包括： 构建区块链存储分层模型， 在物联网边缘节点部署轻量节 点， 对交易请求进 行验证， 缓存交易请求， 完成区块交易顺序共识， 对交易执行结果进行验证， 为物联网中边缘设备 提供低延 迟的区块链上链服务； 选择物联网中存 储和计算资源充沛的节点担任存储节 点， 负责交 易执行和存储区块链账本； 构建P2P分布式数据 存储系统卸载区块链历史数据。 本发 明有效解决 了物联网场景中区块链历史账本不可删除和不 断增长的数据存储负载之间矛盾， 有效解决面向 物联网环境中区块链存储不断增长带来的负载 压力， 提升了区块链存储扩展性和新节点扩展的 效率。 权利要求书2页 说明书9页 附图6页 CN 114915404 A 2022.08.16 CN 114915404 A 1.一种面向物联网的区块链数据存 储扩展模型构建方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1)建立区块链存储分层模型， 该模型包括轻量层和存储层； 轻量层负责收集交易 数据， 对交易进行共识， 对 执行结果进 行验证； 存储层负责交易历史数据和状态数据的扩展 存储； 步骤2)构建轻量节点， 包括： (2.1)依据物联网的网络结构， 将属于同一地理范围的网络分区中的本地节点组成一 个一主多从的簇， 主节点作为轻量节点； (2.2)轻量节点收集交易请求， 包括： 轻量节点收集所在网络分区的物联网设备发出的 交易请求， 验证发送者的身份是否合法， 检查交易请求中地址是否合法， 检查交易是否存在 重播行为， 将通过检查的交易请求加入到轻量节点的交易池中缓存； (2.3)轻量节点进行交易共识， 包括： 若轻量节点的交易池中交易请求量达到共识协议 的最大时延或者区块最大交易量上限， 轻量节点从本地交易池中提取交易ID， 根据交易ID 和共识协议对区块中交易请求按照时间顺序排序后打包成共识请求列表， 广播给其他轻量 节点； 轻量节点将共识一 致的交易请求打包， 生成模拟执 行区块， 并发送给存 储节点； 步骤3)构建存 储节点， 包括： (3.1)预先通过配置文件设置物联网中哪些物理节点作为存 储节点； (3.2)存储节点接收到区块后， 验证轻量节点身份以及区块中交易请求的数字签名， 验 证通过后， 调用本地智能合约执行交易； 所述智能合约的输入是状态数据读集合和交易请 求txi， 输出是状态数据写集合和状态码， 所述读集合{stateread}记录交易txi中已提交的状 态键值， 所述写集合{statewrite}记录交易txi更新的状态键值， 所述状态码记录交易txi执 行结果的状态； (3.3)存储节点对执行 区块中的有序交易， 依次以q个交易一组， 分组计算向量承诺值， 构建向量承诺树； q为正整数； 对交易txi， 存储节点分别使用{statewrite}和{stat eread}中的 状态键值计算向量承诺值， 得到证明信息φwrite和φread； (3.4)存储节点使用私钥对 〈φread,Cold,φwrite〉 进行签名生成证明φsig， 向轻量节点返 回执行结果resu ltexec＝<txi,{stateread},{statewrite},φsig>； 其中Cold表示在交易txi执行 之前的向量承诺树的根 值； 存储节点将轻量节点验证通过的区块的状态数据以及状态码上传到区块链中存 储； 步骤4)轻量节点对执 行结果进行验证， 包括： 所述轻量节点保存最近K个区块中最新状态数据及其向量承诺树， 对存储节点发来的 执行结果， 根据本地存储的对应区块的向量承诺树， 验证交易的读集合中的数据， 基于读集 合重新执行交易生成新的向量承诺值， 验证交易的写集合以及存储节点的执行结果； 当验 证通过时， 轻量节点将更新本地的向量承诺树， 缓存最 新的状态数据； K为 正整数； 步骤5)存 储节点通过P2P分布式数据存 储系统对区块链数据卸载 备份。 2.根据权利 要求1所述的方法， 其特征在于， 所述的步骤(2.3)中， 网络中其他轻量节点 收到共识请求后， 先验证请求者的身份证书 是否合法， 验证共识请求中交易序列号、 创建时 间戳是否在有效期范围内， 当验证成功后， 将返回共识成功的响应消息给发出共识请求的 轻量节点， 并在响应消息中附上自己的签名。 3.根据权利 要求1所述的方法， 其特征在于， 所述的步骤(3.3)中， 存储节点对每个区块权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114915404 A 2计算一个向量承诺树， 向量承诺树的分支数为q， 每个分支表示不同的key前缀， key表示状 态数据的键； 每个叶子节点对应一个交易， 首先对每个交易计算摘要， 然后根据摘要计算向 量承诺值； 存 储节点以递归方式构建向量承诺树， 父节点是其子节点的向量承诺值。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述的步骤4中， 轻量节点基于滑动窗口维 持过去K个区块的状态数据和向量承诺树， 当收到存储节点执行结果后， 将过去第K+1个区 块从窗口中清除， 删除超出窗口范围内的区块的状态数据和向量承诺树验证信息 。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述的步骤5 中， 存储节点对区块链的历史 数据进行分片切割， 对分片进 行对称加密， 将加密以后的数据存储到 分布式部署的P2P存储 系统中， 并对各个分片的数据建立路由表。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114915404 A 3