[发明专利]区块链系统轻量化存储的编码方法、解码方法及节点装置

说明书

本发明提供一种区块链系统轻量化存储的编码方法、解码方法及节点装置。编码存储方法采用在存储账本时，一个区块被添加到账本中后，存储由区块编码产生的码块；其中，使用RS编码器对区块片段进行编码；而后计算码字的哈希值，构建Merkle树，同时生成Merkle证明；最后将码字、Merkle证明和该码字对应区块片段的区块头打包成码块。解码方法中，本节点向其它节点发送解码请求，收到来自其它节点的码块时，先验证码块的码字是否有效，再将其放入码字矩阵中，最后使用编码的逆运算对码字矩阵进行解码恢复区块。节点装置包括用作区块链节点存储库的存储器，用于执行编码存储方法的编码器，用于执行区块解码方法的解码器。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，具体的说，涉及了一种区块链系统轻量化存储的编码方法、解码方法及节点装置。

背景技术

区块链作为一项新兴技术，自问世以来就备受关注，其应用范围不断扩大，涉及金融、供应链、物联网等众多领域。然而，由于区块链技术的本质特性，包括去中心化、可信、安全等，使得其存储和处理数据的代价较高。这对于一些资源有限的设备或应用场景，例如物联网设备、移动端设备等，提出了严峻的挑战。为了解决这个问题，研究人员提出了各种区块链轻量化技术，旨在减少区块链系统的存储、计算和网络负载，从而使得区块链技术能够更广泛地应用到各种场景中。

在区块链中，存储是一个非常重要的问题。在传统的区块链系统中，区块链的去中心化特性决定了所有参与者都需要存储历史交易记录，以便能够验证区块链上的交易合法性。这种方式可以确保区块链的安全性和去中心化性质，但是也导致了存储需求的不断增加。在区块链中，每个区块都会包含一定量的交易信息，而随着交易量的不断增加，数据量也不断增加。例如，比特币区块链的账本数据在2022年就已经超过了400GB，而以太坊的区块链也已经超过了300GB的规模，并且随着区块链的不断增长，这个数字将会继续增加。

为了解决这个问题，一些新的技术已经被提出，例如使用轻量级区块链或分片技术。轻量级区块链是一种设计用于在资源有限的环境下运行的区块链。与传统的区块链不同，轻量级区块链将交易历史记录存储在其他地方，而不是每个节点都存储完整的区块链。这种方法减少了存储需求，但是可能牺牲了一些安全性和去中心化特性。

方案一：基于简易支付验证的轻节点

中本聪在设计区块链时提出了简易支付验证，并由此产生了一类只需少量存储空间的轻节点。轻节点可以参与区块链系统的支付验证，而无需完整的网络节点。轻节点只需保存最长工作量证明链的区块头副本，通过向其他网络节点查询来确认最长的链并获取交易时间戳区块的默克尔分支。如图1所示，轻节点只要保存了区块头，就可以通过全节点提供的“哈希01”和“哈希2”去验证“交易3”是否被包含在区块中。尽管轻节点不能核实交易，但只要网络由诚实的节点控制，这种简化的支付验证方法是可靠的。如果网络被攻击者控制，这种方法就变得脆弱。为了避免攻击者欺骗轻节点，用户可以接受其他网络节点发出的无效区块警告并下载整个区块和被警告的交易以检查一致性。相比于完整节点，轻节点的优点是节省存储空间。轻节点只需要存储最长工作量证明链的区块头副本，相比于完整节点需要存储整个区块链的数据，大大节省了存储空间。

缺陷：大量使用轻节点可能导致区块链的中心化。因为在这种情况下，验证和维护整个区块链的责任将集中在少数全节点上。这些全节点可能会成为攻击者的攻击目标，也会成为监管机构的监管对象，从而对区块链的去中心化和安全性造成威胁。

方案二：区块链剪枝