[发明专利]一种基于遗传算法的区块链多副本分配和存储方法

权利要求书

1.一种基于遗传算法的区块链多副本分配和存储方法，依托如下定义，

定义1：区块链账本，指用于存储区块数据的基础设施，本质上是集合了点对点传输、共识机制、密码算法的分布式数据库；

定义2：通道，指由共识节点划分和管理的私有广播域，目的是对通道内的信息进行隔离，从而保证交易的隐私性；

定义3：共识节点，是指每个通道的实际管理者，该节点负责对从其他节点收集而来的交易进行共识，形成一致性排序，并将若干笔交易打包成区块发送给领导者节点；

定义4：领导者节点，是指每个组织中通过强制设置或者动态选举的方式产生的管理者，该节点负责将接受到的批量区块发送给组织内的其他节点；

定义5：跟随者节点，是指每个组织中除领导者节点之外的其他节点，该节点负责将区块存储进本地账本中，以供区块查询和验证使用；

定义6：客户端，是指可向任意跟随者节点发起交易提案或者查询区块请求的终端设备；

定义7：区块缓存器，是指每个跟随者节点用于存储最近被查询区块的存储设备，若区块存储在区块缓存器中，跟随者节点可将该区块直接返回至客户端；

定义8：多副本机制，是指区别与传统区块链系统中的全副本机制的一种存储机制，每个区块仅需被区块链系统中的若干个跟随者节点存储；

其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：通过对区块使用多副本机制进行分配和存储，建立多副本机制区块链系统分配和存储模型，降低区块链中新节点加入的存储空间要求门槛，使得整体区块链系统所需的存储空间减少；

步骤二：基于遗传算法对步骤一建立的多副本机制区块链系统分配和存储模型进行优化，为区块链上的所有区块生成近似最优的分配与存储位置；通过设置精英制度和基于存储节点筛选表的交叉算子和突变算子，遗传算法得到近似最优的分配和存储方案，生成方案后由对应的节点负责实际的存储工作，从而降低区块链系统的总通信代价；

步骤三：在基于遗传算法对步骤一建立的多副本机制区块链系统分配和存储模型进行优化过程中，区块链系统定期地根据全局状态使用遗传优化算法调整区块的分配位置，能够有效提升区块链中区块查询事件的效率。

2.如权利要求1所述的一种基于遗传算法的区块链多副本分配和存储方法，其特征在于：步骤一实现方法为，

首先确定区块分配问题中的目标函数，将整个区块链系统内的总通信代价设置为目标函数；区块分配问题的最终目的是在多资源约束的条件下得到一个使得总通信代价最小的区块分配和存储方案，目标函数如下所示：

式中，x为区块分配节点向量，y为区块分配集合向量，Q(x,y)为计算整个区块链系统内的通信代价的函数；m为区块的数量，n为节点的数量，r为每个区块的副本个数，K为节点组成大小为r的集合数量；i表示第i个区块，j表示第j个节点，N_k表示第k个集合；p_ik表示第i个区块被分配到第k个集合时的通信代价；x_ij的取值仅为0和1，等于1表示第i个区块被分配到第j个节点上，等于0表示不分配；n”表示第k个集合中的节点，n'表示系统内除了n”外的所有节点；c_n'n”表示节点n'和n”之间的通信代价，f_in'表示第i个区块在第n'个节点上的查询频率，s_in'表示第i个区块在第n'个节点上存储所占用的空间；

此外，生成的节点分配和存储方案需要满足以下约束条件；

区块分配约束：x_ij仅能取布尔值，即0或1；且每个区块分配到r个不重复的节点上；

集合约束：每个区块仅能被分配到一个大小为r的集合上；

存储空间约束：每个节点所存储的区块总大小不超过自身的存储空间上限。