[发明专利]快速验证的区块链结构及其生成系统、验证方法

说明书

本发明提供了一种快速验证的区块链结构及其生成系统、验证方法，所述快速验证的区块链结构的生成规则如下：对于除初始区块外的每个区块，均包含前一个区块的哈希值；对当前区块前一个区块的高度进行S‑分解，若分解结果中包含系数为2的项，则在当前区块中添加额外的区块哈希数据，所加的区块哈希数据为以系数为2的项的系数置1后所代表的数为高度的区块哈希值。本发明具有高可拓展性：由于本方案将传统的链状区块链结构改进，成为树状的区块链结构，树状结构有众多优异的特性，在验证优化方面只是本方案的一个应用，未来基于该方案的结构，结合树结构的研究，能够进行更多的科研创新。

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，具体地，涉及一种快速验证的区块链结构及其生成系统、验证方法。

背景技术

区块链是2008年由中本聪提出并在比特币中首先实现的一种数据结构。区块链中的数据元是一个个记录用户数据的区块，传统的结构是在每个区块中记录前一个区块的哈希值，从而形成一种一个接一个的链状结构，这也是目前国际上在多种数字货币中应用最广泛的区块链结构。区块链基于不同共识机制，实现了不可篡改性、去中心化的分布式记账机制已被广泛认同，并被广泛地应用于各种数字货币、智能合约等方面。它为分布式系统实现各节点之间可信、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

区块链的区块中包含有一个头部，一个区块主体，在区块主体中记录的是区块链的用户数据，而区块的头部则是记录区块链验证所需要的信息，根据不同的共识机制区块头中记录的信息有所不同，但作为传统的区块链结构，区块头中都会记录区块主体数据的哈希值用于校验区块主体的数据，会记录和共识机制相关的信息，用于校验区块的记账权问题，以及前一个区块数据的哈希值，防止之前区块的数据被篡改，从而构成区块链的链状结构。

在区块的验证过程中，一个节点需要验算区块主体数据的哈希值与区块头是否匹配，验算区块头中的前一个区块哈希与前一个区块数据是否匹配，以及验算区块头是否符合共识机制的要求，通过这一系列的验算工作才能确认一个区块与前一个区块连接的合法性，如果发现了数据的哈希值与记录的哈希值不匹配，这就引发了一个错误，则节点将不认可这两个区块的连接性。由于哈希函数的不可逆性、抗碰撞性等优异的特性，当节点将前一个区块的哈希值写入区块后，这个区块就是对于前一个区块的确认，通过区块的链状连接，最新的区块实际上是对整个区块链数据的确认，从而，节点在得到最新的区块的时候，实际上确定了整个区块链的数据，从而他人无法对区块链上的任何数据进行篡改。

区块链的链状设计依赖哈希函数的特性，其具有非常高的可靠性。但是区块链的结构从设计之初就缺乏高效的验证方式，传统的验证工作需要节点获得整个区块链的全部数据，然后逐个去验证区块与区块之间的连接性，这不可避免地导致了验证工作的繁杂，迄今为止仍然没有合适的方式实施安全的简化验证，在大部分的数字货币中，仍旧利用传统的区块链结构，这不可避免地影响到了区块的验证工作，其中包括新节点获得最新区块、根据最新区块验证过去的区块等工作，而这些验证工作是在区块链的使用中会频繁遇到的基本工作。

现有的区块链结构:

传统的链状结构:

区块链的链状结构设计之初，没有考虑到为区块的验证工作进行简化，而目前为止区块链的验证方式大部分还是使用传统的验证方式，虽然有一些方法试图改进区块链的验证，但在效果和安全方面没有办法能够兼顾，其主要措施包括：

1)设置检查点

为了简化验证的工作，一些区块链应用会由一些特殊节点来产生名为检查点的区块，当其他节点在验证区块的过程中遇到检查点时，基于对这些特殊节点的信任来相信这些检查点区块，从而简化验证。

2)添加更多的过去区块哈希值

区块的验证工作都是基于一个区块中记录的前一个区块的哈希值，通过在区块中添加更多的区块哈希值，可以以更大的跨度验证两个区块的连接性，从而简化验证。

现有技术的缺点: