一种支持时间范围和属性范围复合查询的区块链索引方法技术

本发明专利技术公开了一种支持时间范围和属性范围查询的区块链索引方法，包括基于区块序号及区块创建时间的B+树索引和基于交易属性的层次索引。基于区块序号及区块创建时间的B+树索引以区块序号、区块创建时间为健，以区块地址指针，加速了基于区块序号或交易时间的区块查询。基于交易属性的层次索引包括第1层位图索引和第2层B+树索引，第1层索引依据交易属性基于位图索引可快速查找到交易所在的区块，第2层索引依据交易属性基于区块内的B+树索引可进一步在区块内快速查找到具体的交易。本发明专利技术加速了基于交易时间与交易属性的范围查询与复合查询，从而解决了区块链系统基于交易时间与交易属性查询效率低效的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种支持时间范围和属性范围复合查询的区块链索引方法
本专利技术属于区块链
，尤其涉及基于区块链索引的区块数据与交易数据的查询技术，特别是一种支持时间范围和属性范围复合查询的区块链索引方法。
技术介绍
区块链系统通常将一批交易打包进区块，然后以区块为单位对这些交易进行共识、存储及执行。在数据结构上，区块链实质是一个以区块为结点的链表，每个区块中主要包含交易数据、前块哈希及元数据。区块中的交易数据是前一区块创建后到当前区块创建时，系统中发起的所有交易。针对每个区块都可计算出一个哈希值，其被称为区块哈希或区块ID。通过在区块中包含前一区块的哈希，即可以前块哈希为指针把各个孤立的区块链接起来。以区块为单位组织交易数据，并以区块哈希作为指针将孤立的区块按时间顺序链接在一起，一方面保证了交易数据的不可篡改性，另一方面也实现了交易数据的可追溯性。为了方便新块的追加操作，区块链数据通常以日志文件的方式进行存储。目前区块链系统提供的索引机制，仅支持基于区块序号(高度)、区块哈希的区块数据检索及基于交易哈希的交易数据检索。以交易数据检索为例，索引的健是交易哈希，值是区块链文件名和交易位于区块链文件中的地址偏移量。因为并不支持基于交易时间、交易属性(如交易金额、交易类型等)的索引，所以当需要基于具体的交易时间、交易属性查询交易时，就会特别繁琐低效。例如查询交易金额大于500且小于1000的交易，其需要从区块链的第1个区块开始，把每个区块中的每个交易都反序列化，并逐个比较判断各个交易的属性是否满足查询条件，直至最后一个区块。区块链在数据结构上实质是一个以区块为结点的链表，因而整个查询过程与链表查询类似。如果需要基于多种交易属性的复合查询，如查询在某交易时间段内且交易金额在某范围的所有交易，查询过程就会更为复杂低效。相对于已经相当成熟且快速的数据库索引相比，目前的区块链系统尚缺乏完善高效的索引方案。为了克服现有区块链系统基于交易时间与交易属性查询低效的问题，本专利技术提出了一种支持时间范围和属性范围复合查询的区块链索引方法，实现了基于交易时间与交易属性的高效查询。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有区块链系统基于交易时间与交易属性查询低效的问题，提出了一种支持时间范围和属性范围复合查询的区块链索引方法，实现了基于交易时间与交易属性的高效查询。实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种支持时间范围和属性范围复合查询的区块链索引方法，该方法包括基于区块序号及区块创建时间的B+树索引和基于交易属性的层次索引。所述基于区块序号及区块创建时间的B+树索引实现了基于区块序号或交易时间到区块存储地址的快速查询；所述基于交易属性的层次索引实现了基于交易属性到交易存储地址的快速查询；具体包括以下步骤：步骤1：构建基于区块序号及区块创建时间的B+树索引步骤A1：采集新的区块数据，分别提取4个参数：区块序号/区块高度、区块创建时间、区块所在的区块链文件名和区块位于区块链文件中的地址偏移量；步骤A2：新建B+树结点，结点中健的格式为“blockNum,timestamp”，其中blockNum为区块序号，timestamp为区块创建时间；结点中指针的格式为“blockfile_offset”，其中blockfile为区块所在的区块链文件名，offset为区块位于区块链文件中的地址偏移量；分别填入步骤A1采集的4个参数；步骤A3：基于新结点中健的blockNum部分，并依照B+树结点插入算法插入该新结点至B+树，以持续更新整颗B+树索引；步骤2：构建基于交易属性的层次索引步骤B1：采集新的区块数据，提取新区块的所有交易中索引所需的属性值及相应交易的存储地址；步骤B2：基于新的交易属性值，更新第1层位图索引，该索引依据交易属性确定了包含指定交易属性值的每个交易所在的区块；步骤B3：基于新的交易属性值，更新第2层B+树索引，该索引为每个区块单独构建，其依据交易属性确定了被查询交易的存储地址。所述步骤B2中第1层位图索引的更新包括如下步骤：步骤B21：基于新区块中的交易属性值采样并维护位图索引所需的等深直方图(equi-depthhistogram)的平衡，直方图的每个桶(bucket)代表了交易属性其中的一个取值范围，所有桶所代表的互不相交的取值范围合在一起，即覆盖了该属性的所有取值；步骤B22：追加表达新区块中交易属性取值范围的位向量新行到位图索引；位图索引为区块链中的每个新区块分别维护一个位向量，位向量的长度等于直方图的桶数；位向量的第i位为1时，表明该区块含有一些交易，这些交易属性的取值位于直方图第i个桶对应的属性取值范围；第i位为0时，表明该区块中所有交易的交易属性取值，都不位于直方图第i个桶对应的属性取值范围。其中，步骤B21所述的等深直方图伴随新区块的产生，周期地采样区块中的交易属性值，并持续维持等深直方图的平衡。其中，步骤B22所述的位图索引的位向量也可直接表示离散值的取值，如交易属性为“交易类型”时，位向量的第i位可直接表示该区块中是否含有编码值为i的交易类型。所述步骤B3中第2层B+树索引的更新包括如下步骤：步骤B31：针对新区块中每个交易数据，分别提取索引所需的3个参数：交易属性值、交易所在的区块链文件名和交易位于区块链文件中的地址偏移量；步骤B32：新建B+树结点，结点中的健为交易属性；结点中的指针的格式为“blockfile_offset”，其中blockfile为交易所在的区块链文件名，offset为交易位于区块链文件中的地址偏移量，分别填入步骤B31所采集的3个参数；步骤B33：基于新结点中健的具体取值，依照B+树结点插入算法插入新结点至B+树，以持续更新整颗B+树索引。本专利技术的有益效果包括：基于区块序号及区块创建时间的B+树索引既可按区块序号查询也可按交易时间查询。基于区块序号查询时，可仅利用结点中健的blockNum部分。基于交易时间查询时，可仅利用结点中健的timestamp部分。所以该索引可分别加速4种类型的查询：基于区块序号或其范围查询相应区块的存储地址；基于区块序号或其范围查询相应区块的创建时间；基于时间范围查询相应区块的存储地址；基于时间范围查询相应区块的序号。基于交易属性的层次索引加速了基于交易属性或其范围的交易查询。该索引层次共分为2层，第1层位图索引确定了包含指定交易属性值的交易所在的区块；针对由第1层索引所获得的区块，第2层索引基于每个区块的B+树索引进一步确定了被查询交易的存储地址。基于交易属性的层次索引具有以下优点：伴随着新区块的产生，仅需针对新区块追加索引信息，已有索引结构不需删除和修改，即第1层位图索引只需添加新行以表达新区块中的交易在交易属性上的取值分布，第2层B+树索引只需添加B+树以在新区块中基于交易属性值快速查找到交易的存储位置；当依据查询条件查询到的结果集为空时，只需用到第1层位图索引，无需用到第2层B+树索引，因而当查询结果集为空时，基于该层次索引的查询非常高效。结合基于区块序号及区块创建时间的B+树索引和基于交易属性的层次索引可实现基于时间范围和属性范围的复合查询。附图说明图1是本专利技术涉及的基于区块序号及区块创建时间的B+树索引示意图；图2是本专利技术涉及的基于交易属性的层次索引示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支持时间范围和属性范围复合查询的区块链索引方法，其特征在于，包括基于区块序号及区块创建时间的B+树索引和基于交易属性的层次索引；所述基于区块序号及区块创建时间的B+树索引实现了基于区块序号或交易时间到区块存储地址的快速查询；所述基于交易属性的层次索引实现了基于交易属性到交易存储地址的快速查询；具体包括以下步骤：步骤1：构建基于区块序号及区块创建时间的B+树索引步骤A1：采集新的区块数据，分别提取4个参数：区块序号/区块高度、区块创建时间、区块所在的区块链文件名和区块位于区块链文件中的地址偏移量；步骤A2：新建B+树结点，结点中健的格式为“blockNum, timestamp”，其中blockNum为区块序号，timestamp为区块创建时间；结点中指针的格式为“blockfile_offset”，其中blockfile为区块所在的区块链文件名，offset为区块位于区块链文件中的地址偏移量；分别填入步骤A1采集的4个参数；步骤A3：基于新结点中健的blockNum部分，并依照B+树结点插入算法插入该新结点至B+树，以持续更新整颗B+树索引；步骤2：构建基于交易属性的层次索引步骤B1：采集新的区块数据，提取新区块的所有交易中索引所需的属性值及相应交易的存储地址；步骤B2：基于新的交易属性值，更新第1层位图索引，该索引依据交易属性确定了包含指定交易属性值的每个交易所在的区块；步骤B3：基于新的交易属性值，更新第2层B+树索引，该索引为每个区块单独构建，其依据交易属性确定了被查询交易的存储地址。...

【技术特征摘要】
1.一种支持时间范围和属性范围复合查询的区块链索引方法，其特征在于，包括基于区块序号及区块创建时间的B+树索引和基于交易属性的层次索引；所述基于区块序号及区块创建时间的B+树索引实现了基于区块序号或交易时间到区块存储地址的快速查询；所述基于交易属性的层次索引实现了基于交易属性到交易存储地址的快速查询；具体包括以下步骤：步骤1：构建基于区块序号及区块创建时间的B+树索引步骤A1：采集新的区块数据，分别提取4个参数：区块序号/区块高度、区块创建时间、区块所在的区块链文件名和区块位于区块链文件中的地址偏移量；步骤A2：新建B+树结点，结点中健的格式为“blockNum,timestamp”，其中blockNum为区块序号，timestamp为区块创建时间；结点中指针的格式为“blockfile_offset”，其中blockfile为区块所在的区块链文件名，offset为区块位于区块链文件中的地址偏移量；分别填入步骤A1采集的4个参数；步骤A3：基于新结点中健的blockNum部分，并依照B+树结点插入算法插入该新结点至B+树，以持续更新整颗B+树索引；步骤2：构建基于交易属性的层次索引步骤B1：采集新的区块数据，提取新区块的所有交易中索引所需的属性值及相应交易的存储地址；步骤B2：基于新的交易属性值，更新第1层位图索引，该索引依据交易属性确定了包含指定交易属性值的每个交易所在的区块；步骤B3：基于新的交易属性值，更新第2层B+树索引，该索引为每个区块单独构建，其依据交易属性确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵奇峰，朱燕超，张召，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31