[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

说明书

本发明公开的一种基于遗传算法的区块链多副本分配和存储方法，属于区块链系统技术领域。本发明实现方法为：通过对区块使用多副本机制进行分配和存储，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；且使用基于遗传算法的多副本分配和存储优化算法，在多重资源约束的条件下，为区块链上的所有区块生成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，生成分配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整体能源损耗；区块链系统会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。

技术领域

本发明涉及一种基于遗传算法的区块链多副本分配和存储方法，属于区块链系统技术领域。

背景技术

区块链账本具有防篡改的特性，因此区块链账本中存储的数据无法被修改和删除，后续的区块只能逐渐被添加进区块链账本中。然而全副本机制，即每个节点均需存储完整的区块链账本，为节点带来极大的存储空间负担，提高了区块链系统中节点的准入门槛。这种存储问题在联盟链中更突出，因为联盟链通常采用吞吐量较高的实用拜占庭容错协议，生成区块的速度更快，对节点的存储空间要求更高。为了改善区块链系统的可拓展性，从技术实现的角度分为以下几种：闪电网络，侧链技术，分片技术和多副本机制。

闪电网络的核心思想是建立交易方的微支付渠道，将小额的交易与大额交易分开。闪电网络允许两个节点在链上锁定一笔钱开启一个支付通道，然后双方可以在链下，即不用通过将交易传输上链的方式进行快速的即时确认的交易，只要每方交易的总额都小于这个锁定的数值。该技术的优势在于大大降低了手续费和确认时间，其缺陷是通道存在上限，可能会暴露用户的比特币钱包资金状况。

侧链技术的核心思想是由一组验证者，把一条链的最新状态提交给一个主链上的智能合约。这些最新状态的检查点可被桥接合约使用，以支持用户的存款和取款。主链和侧链之间的资产转移必须是原子操作，即要么全发生，要么不发生。该技术的优势在于可以让用户访问大量的新型服务，意味着比特币可以在其他区块链上流通，其缺陷是侧链需要有足够的算力或者其他机制保证侧链的可靠和安全。

分片技术是为了解决以太坊扩容问题而提出的技术方案。区块链分片技术是指将原本的单条区块链进行二次拓展，从而突破单个节点的计算能力限制。分片技术的核心思想是将状态、历史、交易分为多个分区，即分片。状态分片是指某个分片内的交易仅限于该分片的状态。历史分片是指每个分片具有自己的交易历史。交易分片是指不同分片负责存储区块链账本的不同部分，但分片内的节点共同维护分片所拥有的账本。分片技术的优势在于有效提升区块链系统的拓展性，其缺陷是跨分片的交易安全性无法得到有效保障。

多副本机制的核心思想是每个区块仅拥有多个副本，而不是和节点数量等同的副本个数。因此，每个节点仅需存储整个区块链账本中的部分数据，可以有效地降低节点的存储负担，从而提高区块链系统的拓展性。然而多副本机制至少存在以下两个关键性挑战。第一是如何根据当前区块链系统的全局状态，如节点之间的通信代价，每个区块在各个节点的查询频率，区块的大小，节点的存储空间余量，来综合考虑生成当前状态下的最佳区块分配方案。第二是寻找最佳区块分配方案是个计算困难问题，在区块数量和节点数量都呈指数增长时，如何在可接受的时间内生成近似解是一大挑战。

发明内容

本发明公开的一种基于遗传算法的区块链多副本分配和存储方法主要解决的技术问题是：通过对区块使用多副本机制进行分配和存储，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；且使用基于遗传算法的多副本分配和存储优化算法，在多重资源约束的条件下，为区块链上的所有区块生成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，生成分配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整体能源损耗；区块链系统会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。