[发明专利]一种可验证数据结构的建立方法及多维聚合查询方法

说明书

本发明公开了一种可验证数据结构的建立方法，其结合密码学累加器和Merkle树；所述密码学累加器指的是基于某个数据集合生成一个摘要值，根据这个摘要值可以验证该集合上常见操作，如集合的交、并、差等的结果。本发明先对属性值进行拓展，然后利用密码学累加器对扩展属性值的有序列表进行计算获得累加器值，最后在累加器值上构建Merkle树，从而保证累加器值的可验证。通过这种方法，本发明还提出了一种基于本发明数据结构的可验证多维聚合查询方法，用户可以根据区块头中的Merkle树根和Merkle路径来验证累加器值，并根据累加器值来验证聚合查询的结果，从而在区块链系统上支持可验证的聚合查询。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，涉及一种可验证查询技术，具体是一种可验证数据结构的建立方法及多维聚合查询方法。

背景技术

区块链是一种面向互不可信环境的多方共同维护的分布式账本，具有去中心化、不可篡改、历史数据可追溯等特点。然而，作为一种去中心化的拜占庭容错的分布式系统，区块链系统对链上数据的聚合查询支持较弱，严重制约了区块链系统的应用场景，难以满足用户对于丰富查询的需求。

由于拜占庭节点的存在，如果用户直接委托某一个全节点进行数据的聚合查询，用户无法根据简单的Merkle树验证查询结果的正确性和完整性。所以目前的方法只有用户自己维护一个节点存储区块链上所有数据，然后在本地进行数据的查询。然而，随着链上数据的不断增加，维护一个支持存储和查询节点的成本越来越大，这对于用户而言往往是无法负担的。

因此，为了增加区块链系统对于可验证聚合查询的支持，有必要提出一种通过可验证数据结构进行多维聚合查询的方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种结合密码学累加器和Merkle树的可验证数据结构的建立方法，及通过所述可验证数据结构进行多维聚合查询的方法，借助密码学累加器可以对集合进行验证的性质，所建立的可验证数据结构通过巧妙地将密码学累加器和Merkle树相结合，有着一次建立，便能支持验证任意维度上的任何聚合查询操作的特点，实现了轻节点对于区块数据的可验证多维聚合查询，数据结构建立所需时间和空间均随着属性值维度的增加而线性增加。轻节点向任意全节点委托聚合查询，如SUM，MAX，MIN，COUNT等常见的聚合函数，全节点根据事先生成的可验证数据结构向轻节点返回查询结果和证明。轻节点只需根据区块头中保存的Merkle树根即可验证查询结果的正确性和完整性。相较于其他的多维可验证聚合查询结构，如需要对支持的属性值维度两两建树的Merkle-B树，有着更高效的时间和空间成本，更加适合区块链这种系统本身储存成本就较大的场景；与同样基于密码学累加器的vChain[2]相比,两者支持的查询操作不同。本发明主要针对聚合查询的结果进行验证，而vChain则针对可验证的布尔类型范围查询。

本发明提出了一种可验证数据结构的建立方法，在拓展属性值计算获得的累加器序列上构建Merkle树，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1、对每个区块储存的属性值进行拓展，所述拓展后的属性值包括列号、属性值、交易号等；所述列号，属性值，交易号等按顺序前后连接；

步骤2、根据拓展属性值计算相应的累加器序列；

步骤2中，进一步可以包括以下子步骤：

步骤2-1：将每列的拓展属性值按照属性值大小进行排序，获得交易对应的排序列表；

步骤2-2：对交易的排序列表的每个前缀集合中所有交易对应的所有拓展属性值计算累加器值，获得对应的累加器序列；

步骤3、将密码学累加器和Merkle树相结合，在不同列的累加器序列上，构建Merkle树，获取可验证数据结构；

步骤3中，进一步可以包括以下子步骤：

步骤3-1：将步骤2-2中累加器序列上的每个累加器值结合该集合的左右边界属性值以及列号和交易号求哈希；