работа. достиг 328,19 гб
 Скачать 0.66 Mb.
|
|
Технология блокчейн состоит из технологии шифрования, одноранговой сети (P2P) и протокола консенсуса, следовательно, представляет собой интегрированную инновацию технологии. Чтобы обеспечить децентрализацию, защиту от несанкционированного доступа и отслеживаемость, Blockchain принимает две меры. (1) Узлы функционально эквивалентны, особенно в публичном блокчейне, где узлы полностью равноправны, а система полностью децентрализована. (2) Каждый узел выполняет три основные функции, включая хранение и запрос данных, проверку транзакций и добычу блоков для обеспечения безопасности данных и согласованности блокчейна. Однако, будучи защитой от несанкционированного доступа и структурой данных только для добавления, Блокчейн должен поддерживать свои бесконечно растущие данные. Соответственно, узлу для хранения данных Blockchain требуется растущий ресурс хранилища. Узлы с ограниченным ресурсом хранения вынуждены выходить из системы Блокчейн, что подрывает характеристику децентрализации и ограничивает применение и развитие Блокчейн. Основная причина — плохая масштабируемость систем хранения Blockchain. Масштабируемость [ 5] — это характеристика организации, системы, модели или функции, описывающая ее способность справляться и хорошо работать в условиях повышенной или расширяющейся рабочей нагрузки или объема работ. Масштабируемость систем хранения Blockchain означает, что узлы могут выполнять основные функции, такие как увеличение объема данных Blockchain, чтобы гарантировать неизменность характеристик Blockchain. В настоящее время плохая масштабируемость систем хранения Blockchain отражается в следующих трех аспектах. Узел с базовыми функциями, называемый полным узлом, должен хранить все данные блокчейна локально, что приводит к чрезмерной избыточности данных и трате огромного количества ресурсов хранения. По состоянию на 29 июня 2021 года общий объем данных Биткойн [ 2 ] достиг 328,19 ГБ [ 6 ]. Около 10 000 онлайновых полных узлов [ 7 ] должны занимать примерно 3,1 ПБ дискового пространства для хранения примерно 330 ГБ данных. Эфириум, официально выпущенный в 2015 году, имеет более серьезную проблему масштабируемости своей системы хранения, чем Биткойн, выпущенный в 2009 году, из-за диверсифицированных данных и большого объема. Общий объем данных Ethereum достиг 232,50 ГБ [ 8 ]. Он претерпел несколько обновлений версии для оптимизации структуры хранения. Ткань Hyperledger [4 ], как представитель разрешенного блокчейна, устанавливает ограничения доступа к узлам, и его объем данных растет медленнее, чем у общедоступного блокчейна. Тем не менее, его объем данных постоянно растет с увеличением объема бизнеса и количества участвующих узлов. Блокчейн использует цепную структуру и согласованный протокол для поддержания своих характеристик защиты от несанкционированного доступа и отслеживаемости. Однако, поскольку данные постоянно добавляются в цепочку, объем данных в конечном итоге достигнет предела хранения полного узла, что вынудит большое количество полных узлов, работающих на оборудовании общего назначения, выйти из системы или преобразоваться в облегченные узлы [ 9 , 10 ]. Облегченный узел хранит только заголовки блоков (см. рис. 1 ), а его функция проверки транзакций понижается до проверки только транзакций, связанных с ним, или платежа. В результате количество полных узлов в системах Blockchain падает, что ослабляет характеристику децентрализации Blockchain [ 11 , 12 ].] и угрожает безопасности данных. Полные узлы с функцией интеллектуального анализа блоков могут упаковывать любую транзакцию в блок, что ухудшает функциональную неравноценность между узлами разных типов. В этой статье сравниваются и анализируются существующие схемы систем хранения на основе блокчейна с точки зрения типов блокчейна, степени децентрализации и надежности данных, а также формализуется их. На этой основе предлагается масштабируемая модель для систем хранения Blockchain (SMBSS), основанная на узле, которая позволяет узлу выполнять основные функции с недорогой системой хранения, одновременно поощряя узлы с достаточными ресурсами хранения хранить больше данных, чтобы повысить доступность данных и, в конечном итоге, преодолеть узкое место в производительности хранилища и фундаментально решить проблему масштабируемости систем хранения Blockchain. Основные вклады этой статьи следуют. Мы делим существующие схемы систем хранения Blockchain на три типа и дорабатываем их с точки зрения подходов к снижению избыточности данных, степени децентрализации и надежности данных, а также проводим количественный анализ избыточности данных для схем. Мы предлагаем SMBSS, масштабируемую модель для систем хранения Blockchain, и проводим экспериментальный анализ ее прототипов, чтобы проверить ее достоверность. Мы указываем будущие направления для масштабируемых систем хранения Blockchain. Оставшаяся часть теста организована следующим образом. Раздел 2 кратко знакомит с логическими и физическими структурами данных блокчейна. В разделе 3 разрабатываются типовые схемы систем хранения Blockchain, предложенные в последние годы. Раздел 4 проводит количественный анализ избыточности данных для схем систем хранения Blockchain и предлагает SMBSS. В разделе 5 выполняется реализация прототипа SMBSS для проверки его достоверности. Мы перечисляем несколько открытых вопросов, касающихся масштабируемых систем хранения Blockchain в разд. 6 и заключить в разд. 7 . Структуры данных блокчейна Блокчейн — это единый связанный список блоков, состоящий из транзакций, идентифицируемых их хэш-значением. Мы вводим логические и физические структуры данных блокчейна в разд. 2.1 и 2.2 соответственно. Логическая структура данных блокчейна Логическая структура данных Blockchain показана на рис. 1 . Блок состоит из заголовка блока и тела блока. Заголовок блока содержит основную информацию о блоке, включая версию, хеш-значение предыдущего блока, хеш-значение текущего блока, зашифрованный корень дерева, одноразовый номер, отметку времени и параметры протокола консенсуса. Тело блока поддерживает все записи транзакций и связанную с ними информацию и организует эти данные в виде дерева шифрования, обычно дерева Меркла [ 13 ] или его вариантов [ 14 , 15 ], чтобы быстро проверить, существует ли транзакция в текущем состоянии. блок [ 16 ]. Блокчейн использует две хеш-структуры, а именно, дерево Меркла и цепную структуру, чтобы гарантировать его антизащитные свойства. Дерево Меркла и его варианты, используемые в блокчейне, включают двоичное дерево Меркла [ 13 ], дерево Патриции Меркла [ 14 ] и дерево ведра Меркла [ 15 ]. По сути, они используют свойство Merkle Tree для проверки целостности данных Blockchain. Блокчейн организует все обработанные транзакции в цепочку блоков, составляющих последовательность действительных транзакций [ 16 ].]. Все блоки связаны друг с другом через хэш-значение предыдущего блока в соответствии с порядком генерации, чтобы сформировать связанный список блоков. Такая структура цепочки позволяет распространять любые изменения транзакций в блоке на все последующие блоки, что облегчает обнаружение любых изменений в истории транзакций. В блокчейне есть два типа моделей данных: модель на основе UTXO и модель на основе учетной записи [ 17 ]. UTXO означает «вывод неизрасходованных транзакций» и является аналогом золота. Набор UTXO — это подмножество выходов транзакций, которые не были потрачены в данный момент. Биткойн использует модель на основе UTXO для отслеживания выходных транзакций, которые не были потрачены и поэтому могут использоваться в качестве входных данных для новых транзакций. Ethereum и Hyperledger Fabric используют модель на основе учетных записей, в которой каждый узел обычно хранит данные о состоянии, сгенерированные транзакциями, выполненными всеми учетными записями, что позволяет узлам легко запрашивать балансы счетов или данные о состоянии. Физическая структура данных блокчейнаДанные блокчейна хранятся на диске в виде файла или базы данных. Первый разбивает данные Blockchain на фрагменты фиксированного размера, что удобно для операции добавления. Последний обычно использует LevelDB или другую нереляционную базу данных [ 18 ] для хранения данных Blockchain, что упрощает выполнение запросов и операций модификации. База данных ключей и значений предпочтительнее для хранения данных индекса, чтобы упростить операции запроса блока/транзакции, где ключ относится к хэшу блока/транзакции, а значение представляет собой указатель на соответствующий файл. Физическая структура данных основных приложений Blockchain резюмируется следующим образом (таблица 1 ). Таблица 1. Физическая структура данных основных приложений блокчейна Полноразмерный стол |