[发明专利]基于状态树的交易数据存储方法、系统、装置及P2P网络

说明书

本发明涉及一种基于状态树的交易数据存储方法，包括：于区块链节点的内存中，构建与某一区块的状态树对应的增量树，该增量树与该状态树具有相同的MPT数据结构；当发生交易状态改变时，将新增交易状态数据写入该增量树；当该增量树满时，以该增量树为中间树，并生成空的增量树继续进行新增交易数据写入操作，同时将该中间树并入该状态树，以更新该状态树。本发明通过减少维护最新的数据的树的大小，减少了树的深度，因此减少了任意键值写入时需要修改的节点数目以及最近写入的键值读取时需要读取的节点数目。

技术领域

本发明属于互联网技术领域，具体涉及一种区块链系统中交易状态数据的存储方法及系统。

背景技术

在区块链的重要应用平台——以太坊中，所有交易执行后的世界状态被表示为键值对。为了能够给轻节点提供证明，这些表示状态的键值对以状态树的方式存储在LeveIDB数据库中，状态树具有MPT数据结构(Merkle Patricia Trie)。随着交易数据量的增大，状态树的深度也随之增加，因此每次键值对的更新都会导致数据库里多个键的更新，从而使性能下降。

以MPT(Merkle Patricia Trie)树的数据结构存储世界状态并为轻节点提供证明在使用账户模型的区块链系统中是常见做法。MPT树是一种加密认证数据结构，融合了Merkle树和Trie树(前缀树)两种数据类型的优点。图1是现有技术的MPT状态树示意图。如图1所示，MPT树包括很多树节点，有4种类型，其中树节点A、E是分支节点，树节点B、D、F、G是叶节点，树节点C是扩展节点，还有一种空节点，简单的表示空图1中未显示。通常情况下，表示状态的所有键值对被存储在一整棵状态树中，状态树的每个树节点ID为将它子节点ID和它自己存的值编码之后哈希得到的哈希值。这样，状态树的任意键值的变化都会导致根节点的哈希值变化，因此根节点的哈希值确定了一个唯一的世界状态。

当已知某个世界状态对应的根节点的哈希值时，如果需要提供某个键值对在这个状态树里的证明，可以提供从根节点到该键对应的树节点这个路径上所有树节点的兄弟节点的哈希值。通过用这些兄弟节点的哈希值按上述算法重新计算从该树节点到根节点上所有树节点的哈希值，如果计算出的根节点的哈希值与已知的哈希值相同，则说明该键对应的值确实为给定的值。

随着世界状态里的键值对数量增加，状态树里的树节点数目也会增多，因此状态树的平均深度也会随之增加。读写一个键值对的需要的数据库读写次数与该键值对所在树节点的深度相同，因此在数据库性能成为瓶颈时，状态树的深度越深，区块链系统的性能就会越差，具体表现为吞吐量下降和延迟上升。

发明内容

为提升区块链系统的性能，本发明提出了一种交易数据存储方法，通过增加中间缓存树的方式，分别存储交易的历史数据与新增数据，从而提高区块链系统的吞吐量，并减小系统延迟。

具体来说，本发明的交易数据存储方法包括：于区块链节点的内存中，构建与某一区块的状态树对应的增量树，该增量树与该状态树具有相同的MPT数据结构；当发生交易状态改变时，将新增交易状态数据写入该增量树；当该增量树满时，以该增量树为中间树，并生成空的增量树继续进行新增交易数据写入操作，同时将该中间树并入该状态树，以更新该状态树。

本发明所述的交易数据存储方法，其中仅当需要该区块的当前世界状态时，获取当前该增量树的根哈希值delta hash、该中间树的根哈希值intermidiate hash及该状态树的根哈希值snapshot hash，以三元组(delta hash,intermidiate hash,snapshothash)为该当前世界状态。

本发明所述的交易数据存储方法，还包括：按当前的该增量树、该中间树和该状态树的顺序进行键值检索，并在检索到目标值后返回该目标值并结束该键值检索。

本发明所述的交易数据存储方法，其中将该中间树并入该状态树前，持久化存储该状态树为历史状态树。