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账户型区块链可扩展存储模型

张栩豪 牛保宁 弓婷

张栩豪, 牛保宁, 弓婷等 . 账户型区块链可扩展存储模型[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(4): 708-715. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0638
引用本文: 张栩豪, 牛保宁, 弓婷等 . 账户型区块链可扩展存储模型[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(4): 708-715. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0638
ZHANG Xuhao, NIU Baoning, GONG Tinget al. Account-based blockchain scalable storage model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(4): 708-715. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0638(in Chinese)
Citation: ZHANG Xuhao, NIU Baoning, GONG Tinget al. Account-based blockchain scalable storage model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(4): 708-715. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0638(in Chinese)

账户型区块链可扩展存储模型

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0638
基金项目: 

国家自然科学基金 62072326

山西省重点研发计划 201903D421007

详细信息
    通讯作者:

    牛保宁, E-mail: niubaoning@tyut.edu.cn

  • 中图分类号: TP315

Account-based blockchain scalable storage model

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 62072326

Key R & D Plan of Shanxi Province 201903D421007

More Information
  • 摘要:

    区块链数据持续线性增长,最终导致单个节点无法提供足够的存储资源,产生存储可扩展性问题。轻节点模型虽然极大地降低了对存储资源的需求,但是也导致全节点减少、去中心化程度降低,威胁区块链网络的安全。账户型区块链尚未有成熟的可扩展存储方案提出。考虑到状态数据的使用频率远远高于区块数据,提出一种基于账户型区块链的可扩展存储模型(SSMAB)。SSMAB以完全冗余的方式保存状态数据,保证其交易验证功能;以分片方式存储区块数据,降低冗余度;采用经济激励机制,在保证数据可用性的前提下,减少存储的消耗。实验结果表明:SSMAB模型能够保证数据的可靠性与可用性,将存储数据量降低到全节点模型的13%。

     

  • 图 1  SSMAB节点框架

    Figure 1.  SSMAB node framework

    图 2  EFN节点可靠性

    Figure 2.  EFN node reliability

    图 3  分片可用性

    Figure 3.  Shard availability

    图 4  交易验证时间

    Figure 4.  Transaction verification time

    图 5  区块平均生成时间

    Figure 5.  Average block generation time

    图 6  每秒交易次数

    Figure 6.  Transactions per second

    图 7  存储量对比

    Figure 7.  Storage comparison

    图 8  价格与备份数量关系

    Figure 8.  Relationship between price and number of backups

    表  1  区块链存储方案

    Table  1.   Blockchain storage scheme

    分类 解决方案 适用区块链类型 方案不足
    全节点+轻节点 比特币SPV[1]、以太坊[2, 12] 交易型/账户型区块链 轻节点不能独立对交易进行验证
    全节点+增强型轻节点 ESPV[7] 交易型区块链 不能对区块打包
    普通节点+种子节点 ZILLIQA[5] 账户型区块链 节点存储压力较大
    弹性存储 ElasticChain[6] 交易型/账户型区块链 无法保证区块可用性
    事务切分 Rchain[10]、隐私数据分片[11] 交易型/账户型区块链 对节点协同性要求较高,增加事务复杂度
    分片 CUB[8]、RapidChain[9] 账户型区块链 交易验证查询频繁,网络开销较大
    下载: 导出CSV

    表  2  符号含义

    Table  2.   Description of symbols

    符号 含义
    Pr 单节点可靠性
    Tw 单节点故障时间
    t 请求响应固定时间
    Pse 相同副本节点全部故障的概率
    Na 区块链中所有节点的数量
    Nm 持有相同副本的节点数量
    s 序号,表示Nm个以内的节点
    Tsw Nm个节点中第s个节点的平均故障时长
    Pa P2P系统可用性
    Ds 单分片数据量
    Da 区块数据总量
    Ci 分片变动价格
    Cb 分片基准价格
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-16
  • 录用日期:  2021-01-17
  • 网络出版日期:  2022-04-20

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