区块链时空数据的去中心化索引构建与查询方法

本发明涉及区块链数据管理领域，具体涉及一种区块链时空数据的去中心化索引构建与查询方法。

背景技术：

1、区块链作为一种去中心化、不可篡改的分布式账本技术，已经从数字货币扩展到物联网、医疗健康、供应链及司法存证等越来越多的应用领域，构建安全、透明和可信的去中心化平台，在多方协作中发挥着构建信任的重要作用。在产品追溯、供应链金融、环境监测及车联网等众多典型应用场景中，大量时空数据被记录到区块链上，成为多方协作中不可篡改的重要特征。但整体而言，现有应用对链上时空数据挖掘利用不足，缺乏高效的时空数据查询方法是一个重要原因。

2、区块链账本由交易区块之间链接而成，提供交易数据的顺序访问，而区块链上时空数据查询是从区块链账本中筛选出符合查询条件的一组带有时间和空间特征的交易数据。例如，查询“t时间l位置上发生的区块链交易”以及“在时间t或者时间范围[t1，t2]内，空间范围或位置l上最近的k个区块链交易”。由于这类数据查询要求构建较为复杂的时空关联关系，满足对区块链上时空数据的挖掘利用需要，使得查询结果呈现出时间与空间的顺序性和聚集性，而区块链受限于区块间的顺序链接方式，尚无法有效构建较为复杂的时空关联关系。因此，这对当前采用链式账本存储的区块链往往具有挑战性。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、针对上述不足，本发明的主要目的在于提供了一种区块链时空数据的去中心化索引构建与查询方法，该方法有效解决现有区块链时空数据查询中链上检索效率低、链下检索安全性差的问题。

3、(二)技术方案

4、为了实现上述目的，本发明第一方面，提供了一种区块链时空数据的去中心化索引构建与查询方法，包括：将区块链时空数据进行编码，得到编码结果；组合编码结果与区块链时空数据，生成前缀表达；在分布式网络环境中，根据前缀表达与分布式网络节点之间的距离划分索引分片，并构建去中心化索引网络；在索引分片中，构建前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引，根据前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引的哈希运算结果，预设区块链时空数据的空间位置；响应于用户发起的区块链时空数据查询请求，根据查询请求确定对应的索引分片，在索引分片内查找到与区块链时空数据查询请求相对应的预设数据空间位置。

5、上述方案中，还包括：响应于用户发起的区块链时空数据查询请求；将查询请求编码，并计算请求编码的结果与去中心化索引网络节点的距离；根据距离确定与区块链时空数据查询请求对应的索引分片，在区块链时空数据查询请求对应的索引分片内查找索引数据，根据索引数据查找到与区块链时空数据查询请求相对应的预设数据空间位置；根据预设数据空间位置，获取区块链上的时空数据交易信息。

6、上述方案中，将区块链时空数据进行编码，得到编码结果，包括：将区块链时空数据作为索引数据源，通过希尔伯特曲线将区块链时空数据进行曲线编码，得到区块链时空数据的编码序列；将编码序列划分，并通过地理信息编码算法计算，得到编码结果。

7、上述方案中，在分布式网络环境中，根据前缀表达与分布式网络节点之间的距离划分索引分片，并构建去中心化索引网络，包括：利用分布式哈希表建立分布式网络，其中，分布式网络包括多个网络节点；计算每一分布式网络节点与前缀表达的距离，根据距离划分索引分片，其中，索引分片包括多个；根据多个索引分片，构建去中心化索引网络。

8、上述方案中，计算每一分布式网络节点与前缀表达的距离，根据距离划分索引分片，包括：确定分布式网络中每一节点的节点id；计算每一节点id与前缀表达的异或距离；根据异或距离，划分索引分片。

9、上述方案中，在索引分片中，构建前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引，根据前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引的哈希运算结果，预设区块链时空数据的空间位置，包括：根据前缀表达建立布谷鸟共轭根，并产生区块交易数据指纹信息；根据前缀表达、布谷鸟共轭根以及区块交易数据指纹信息建立共轭布谷鸟的时空索引，其中，共轭布谷鸟的时空索引包括前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引；根据前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引的哈希运算结果，预设区块链时空数据的空间位置。

10、本发明第二方面，提供了一种区块链时空数据的去中心化索引构建与查询装置，装置包括：编码模块，用于将区块链时空数据进行编码，得到编码结果；前缀表达生成模块，用于组合编码结果与区块链时空数据生成前缀表达；去中心化索引网络构建模块，用于在分布式网络环境中，根据前缀表达与网络节点之间的距离划分索引分片并构建去中心化索引网络；区块链时空数据的空间位置预设模块，用于在索引分片中，构建前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引，根据前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引的哈希运算结果，预设区块链时空数据的空间位置；区块链时空数据查询模块，用于响应于用户发起的区块链时空数据查询请求，根据查询请求确定对应的索引分片，在索引分片内查找到与区块链时空数据查询请求相对应的预设数据空间位置。

11、上述方案中，区块链时空数据的空间位置预设模块包括索引分片，索引分片包括空间索引树、布谷鸟过滤器与时间布谷鸟双向索引，其中，区块链时空数据包括空间数据和时间数据；空间索引树，用于使相同或相近的空间数据被存储到同一索引树；布谷鸟过滤器，用于作为共轭布谷鸟的时空索引的共轭根，以及时间复杂度的快速时空数据标记查询，并获取存储区块交易地址；时间布谷鸟双向索引，用于将布谷鸟哈希表与数组结合完成对时间的索引，以及提供快速随机和顺序的双向查询。

12、上述方案中，共轭布谷鸟的时空索引的共轭根可以同时表示空间与时间索引结果。

13、本发明第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述方法。

14、(三)有益效果

15、本发明实施例的技术方案，至少具有以下有益效果：

16、建立时空数据的索引结构和去中心化网络分片划分，实现将相近的时空索引数据划分到相同的索引分片，在分片内建立时空索引结构，使得区块链上时空数据查询从链上直接时空查询转换为去中心化索引查询，提高查询效率和安全性。

17、实现在不改变原有区块链存储结构的基础上，构建可信任去中心化时空数据查询方法，满足区块链上时空数据的查询需求。

技术特征：

1.一种区块链时空数据的去中心化索引构建与查询方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的区块链时空数据的去中心化索引构建与查询方法，其特征在于，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的区块链时空数据的去中心化索引构建与查询方法，其特征在于，所述将区块链时空数据进行编码，得到编码结果，包括：

4.根据权利要求1所述的区块链时空数据的去中心化索引构建与查询方法，其特征在于，所述在分布式网络环境中，根据所述前缀表达与分布式网络节点之间的距离划分索引分片，并构建去中心化索引网络，包括：

5.根据权利要求4所述的区块链时空数据的去中心化索引构建与查询方法，其特征在于，所述计算每一所述分布式网络节点与所述前缀表达的距离，根据所述距离划分索引分片，包括：

6.根据权利要求1所述的区块链时空数据的去中心化索引构建与查询方法，其特征在于，在所述索引分片中，构建前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引，根据所述前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引的哈希运算结果，预设所述区块链时空数据的空间位置，包括：

7.一种区块链时空数据的去中心化索引构建与查询装置，其特征在于，所述装置包括：

8.根据权利要求7所述的一种区块链时空数据的去中心化索引构建与查询装置，其特征在于，区块链时空数据的空间位置预设模块包括索引分片，所述索引分片包括空间索引树、布谷鸟过滤器与时间布谷鸟双向索引，其中，所述区块链时空数据包括空间数据和时间数据；

9.根据权利要求8所述的一种区块链时空数据的去中心化索引构建与查询装置，其特征在于，所述共轭布谷鸟的时空索引的共轭根可以同时表示空间与时间索引结果。

10.一种电子设备，包括：

技术总结
本发明提供一种区块链时空数据的去中心化索引构建与查询方法，包括：将区块链时空数据进行编码，得到编码结果；组合编码结果与区块链时空数据，生成前缀表达；在分布式网络环境中，根据前缀表达与分布式网络节点之间的距离划分索引分片，并构建去中心化索引网络；在索引分片中，构建前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引，根据前缀树空间索引与时间布谷鸟双向索引的哈希运算结果，预设区块链时空数据的空间位置；响应于用户发起的区块链时空数据查询请求，在索引分片内查找到预设数据空间位置。该方法实现在不改变原有区块链存储结构的基础上，构建可信任去中心化时空数据查询方法，满足区块链上时空数据的查询需求。

技术研发人员：王轶,李俊杰,周喜,马玉鹏,赵凡,王保全,韩云飞
受保护的技术使用者：中国科学院新疆理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10