區(qū)塊鏈在交易可信管理上的研究綜述*

毛湘科 李 超，2 張桂剛，4 張 健 蔚 欣 邢春曉，2，3

（1.清華大學(xué)信息國家研究中心 北京 100084）（2.清華大學(xué)計算機系 北京 100084）（3.清華大學(xué)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院 北京 100084）（4.中國科學(xué)院自動化研究所 北京 100190）

1 引言

2008 年，中本聰發(fā)表了關(guān)于加密數(shù)字貨幣的論文，標志著區(qū)塊鏈技術(shù)的誕生［1］。區(qū)塊鏈是一種通過共識協(xié)議、P2P 網(wǎng)絡(luò)、加密算法和鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等來實現(xiàn)去中心化環(huán)境下數(shù)據(jù)一致性的技術(shù)。在十余年的發(fā)展過程中，區(qū)塊鏈技術(shù)從最初的加密貨幣領(lǐng)域發(fā)展遍及到物聯(lián)網(wǎng)［2］、供應(yīng)鏈［3］、醫(yī)療健康［4］、金融科技［5］等眾多領(lǐng)域。從任何用戶都可以參與的公鏈發(fā)展出需要獲得許可認證的聯(lián)盟鏈。從存儲地之間的轉(zhuǎn)賬交易發(fā)展成了存儲文本、圖片和表格等多種類型的數(shù)據(jù)；從完全的去中心化、脫離監(jiān)管法，發(fā)展成了多中心化和強調(diào)監(jiān)管的重要性。這些發(fā)展趨勢都越來越凸顯區(qū)塊鏈所具備的防篡改、透明和可追溯等特性對交易數(shù)據(jù)的可信管理能力。

區(qū)塊鏈具備與分布式數(shù)據(jù)庫相類似的數(shù)據(jù)存儲管理能力，已經(jīng)有一些學(xué)者就區(qū)塊鏈和分布式數(shù)據(jù)庫在存儲、共識算法和查詢等方面進行了詳細的對比［6］。相比傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫，區(qū)塊鏈在數(shù)據(jù)管理方面最大的優(yōu)勢在于實現(xiàn)了去中心化環(huán)境下對交易的可信管理。區(qū)塊鏈能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的可信管理主要體現(xiàn)在三個方面：1）區(qū)塊鏈的共識協(xié)議、鏈式結(jié)構(gòu)和加密算法確保了去中心化環(huán)境下各節(jié)點間的數(shù)據(jù)的一致性，這是數(shù)據(jù)可信的前提。2）區(qū)塊鏈提供的可驗證查詢方法，確保了不同類型節(jié)點在執(zhí)行查詢訪問結(jié)果的完整性和可信性。3）區(qū)塊鏈上存儲的交易數(shù)據(jù)是透明的、全過程留痕的和可追溯的，任何參與者都可以對交易的真實性進行驗證。

與已有的數(shù)字貨幣、共識協(xié)議、系統(tǒng)架構(gòu)、交易分析等類型的區(qū)塊鏈技術(shù)綜述文章不同，本文的主要工作是從區(qū)塊鏈對數(shù)據(jù)可信管理的角度出發(fā)，對近些年區(qū)塊鏈在數(shù)據(jù)可信管理上相關(guān)的研究工作進行梳理。首先，我們從區(qū)塊鏈的底層實現(xiàn)出發(fā)，對去中心化環(huán)境下提供區(qū)塊鏈實現(xiàn)可信管理的共識協(xié)議算法和ADS進行了簡單的梳理分析。接著，從區(qū)塊鏈進行數(shù)據(jù)管理所需要的最基礎(chǔ)的查詢功能出發(fā)，對區(qū)塊鏈上查詢方法的改進進行了歸納總結(jié)，并且從醫(yī)療數(shù)據(jù)管理、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)溯源三個方面對查詢的應(yīng)用進行了討論。

2 區(qū)塊鏈交易可信管理的基礎(chǔ)

區(qū)塊鏈作為一種去中心化的分布式賬本，共識算法、可驗證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)區(qū)塊鏈對交易可信管理的基礎(chǔ)。

2.1 區(qū)塊鏈共識算法

共識算法是維護區(qū)塊鏈在互不信任的環(huán)境中各節(jié)點間數(shù)據(jù)一致性的基礎(chǔ)，各節(jié)點間數(shù)據(jù)的一致性是交易可信管理的最低要求。在比特幣中，中本聰設(shè)計了基于工作量證明的共識算法（Proof of Work，PoW），通過消耗計算資源解決難題的方式來達成一致共識，是目前區(qū)塊鏈系統(tǒng)中最常用的共識算法。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展和在不同場景下的應(yīng)用，一些新的共識算法也被相繼提出，例如權(quán)益證明（Proof of Stake，PoS）［7］、委托權(quán)益證明（Delegated Proof of Stake，DPoS）［8］和實用拜占庭容錯（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT）［9］算法等。

2.2 可信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

為了實現(xiàn)對區(qū)塊鏈中存儲的交易數(shù)據(jù)進行快速的可信查詢驗證，區(qū)塊鏈在設(shè)計的時候提供了ADS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來對交易進行組織。

1）Merkle Hash Tree

Merkle Hash Tree（MHT）是由密碼學(xué)家Merkle提出來的。MHT 通過樹狀結(jié)構(gòu)把一系列的元素組織起來，通過樹內(nèi)路徑就可以快速完成驗證其中某個元素。

MHT 是一棵由哈希值構(gòu)成的二叉樹，通過對一組有序的數(shù)據(jù)集合進行哈希運算，并將哈希值作為葉子節(jié)點，通過二叉樹的構(gòu)建和哈希運算構(gòu)建MHT。首先將數(shù)據(jù)塊集合D中的所有元素進行哈希運算，得到有序的哈希集合。有序的哈希集合H作為葉子節(jié)點層，按照排序?qū)γ績蓚€相鄰的節(jié)點進行拼接，并進行哈希運算作為兩個節(jié)點的父節(jié)點。自底向上如此返回對每層節(jié)點進行運算，最后得到一個MHT根的值。

2）Merkle Patricia Tree

在以太坊［10］和Hyperledger Fabric［11］等區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，除了包含有交易數(shù)據(jù)的Merkle 根外，還含有針對賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù)的狀態(tài)Merkle根（State Root），以太坊塊頭還含有針對交易執(zhí)行日志的收據(jù)Merkle 根（Receipts Root）。以太坊計算Merkle 根使用的是Merkle Patricia 樹，雖然區(qū)塊中的交易數(shù)據(jù)是不變的，但狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)常改變且數(shù)量眾多，構(gòu)建新區(qū)塊時，MPT 僅需計算在新區(qū)塊中變化了的賬戶狀態(tài)，狀態(tài)沒有變化的分支可直接引用，而無需重新計算整棵樹。在MPT 樹中，包含了擴展節(jié)點、分支節(jié)點和葉子結(jié)點。擴展節(jié)點包含了共同的Key 前綴；分支節(jié)點通常在擴展結(jié)點之后，基于單個16 進制字符的key 前綴實現(xiàn)了樹的分支；葉子結(jié)點包含一個以太坊賬戶狀態(tài)。MPT 樹實質(zhì)上是融合了MHT 和前綴樹，因此其具有查找能力。以一個以太坊賬戶地址為查找路徑，能夠快速地從MPT 根向下查找到葉子節(jié)點中賬戶的狀態(tài)數(shù)據(jù)，這種查找能力是MHT樹所不具備的。

3）Merkle Bucket Tree

在Hyperledger Fabric 中計算狀態(tài)Merkle 根使用的是Merkle Bucket 樹，Merkle Bucket 樹是多叉樹，每個葉子結(jié)點是一個桶，桶中存放的是Key-Value類型的狀態(tài)數(shù)據(jù)集。為新區(qū)塊計算狀態(tài)根時，沒有變化的桶可以被跳過，因而可快速計算狀態(tài)根。Merkle Bucket 樹可通過調(diào)整桶數(shù)和分支樹控制樹的深度和寬度，從而可在不同的性能和資源需求間權(quán)衡。

3 區(qū)塊鏈查詢

區(qū)塊鏈具備與數(shù)據(jù)庫相類似的存儲功能，其也經(jīng)常被用來與分布式數(shù)據(jù)庫進行比較。對于區(qū)塊鏈上交易數(shù)據(jù)的可信管理，離不開數(shù)據(jù)查詢。在比特幣、以太坊和超級賬本三種典型的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，均采用Key-Value 數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行存儲，有限的表達能力限制了這些系統(tǒng)定義更復(fù)雜的查詢。同時，受限于可信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（ADS）所支持的查詢類型，這些系統(tǒng)只支持交易驗證、賬戶狀態(tài)查詢等簡單查詢，無法支持更豐富的可驗證查詢。特別是，區(qū)塊鏈通常為鏈式結(jié)構(gòu)，當(dāng)存儲的交易數(shù)據(jù)量較大時，執(zhí)行復(fù)雜查詢的效率會十分低下，無法滿足大規(guī)模的查詢需求。為了提升區(qū)塊鏈上查詢的可信度、高效性和支持復(fù)雜查詢，已經(jīng)有許多的研究者進行了大量的研究工作。接下來，將從對區(qū)塊鏈的查詢改進和查詢應(yīng)用兩方面分別進行敘述。

3.1 查詢改進

區(qū)塊鏈作為僅追加的鏈式結(jié)構(gòu)，其提供的簡單的查詢功能難以滿足用戶的需求。為了提升查詢的效率，支持更復(fù)雜的查詢類型，許多的研究工作對原有區(qū)塊鏈的查詢方案進行了改進。

受啟發(fā)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提供的豐富查詢功能和區(qū)塊鏈系統(tǒng)的防篡改性，已經(jīng)有一些系統(tǒng)將區(qū)塊鏈和數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢進行了結(jié)合。結(jié)合的方式主要有兩種，一種是在區(qū)塊鏈系統(tǒng)的基礎(chǔ)上融入數(shù)據(jù)庫查詢管理功能，提升區(qū)塊鏈的查詢的效率；另一種是在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上融入?yún)^(qū)塊鏈層，來提升數(shù)據(jù)庫的防篡改性和可信性。

對于第一種結(jié)合的方式，其通常將區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)復(fù)制存儲至數(shù)據(jù)庫中。例如：在EtherQL［12］中，其通過以太坊提供的監(jiān)聽接口將區(qū)塊數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MongDB 數(shù)據(jù)庫中，然后通過MongoDB 提供的查詢功能進行數(shù)據(jù)查詢。在ChainSQL［13］中，其通過在區(qū)塊鏈實現(xiàn)拜占庭協(xié)議，將區(qū)塊鏈和數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，并將所有事務(wù)傳輸?shù)疥P(guān)系型數(shù)據(jù)庫中豐富查詢功能。在EtherQL和ChainSQL等類似系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲在鏈下數(shù)據(jù)庫中并缺少查詢結(jié)果集完整性驗證機制，難以確保數(shù)據(jù)不被篡改，因此對數(shù)據(jù)的可信管理支持不好。在BlockchainDB［14］中，其在區(qū)塊鏈系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提供了一層key-value 的數(shù)據(jù)庫層，其可以通過簡單的put/get方法進行數(shù)據(jù)的獲取和驗證。在FalconDB［15］中，其在區(qū)塊鏈的上層提供了一層數(shù)據(jù)庫層，并在數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的基礎(chǔ)上建立一種ADS來為客戶端提供可信查詢驗證，但是其每個區(qū)塊內(nèi)只能存儲一筆交易會造成存儲資源的浪費。Veritas［16］也在區(qū)塊鏈之上添加了一層可驗證的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)層，并且提供了對SQL 語言的支持。雖然在BlockchainDB、FalconDB和Veritas等系統(tǒng)中提供了交易可信查詢支持，但是存儲數(shù)據(jù)至傳統(tǒng)據(jù)庫中仍然會有數(shù)據(jù)被篡改的風(fēng)險。

對于第二種結(jié)合的方式，每個節(jié)點都管理自己的數(shù)據(jù)庫實例并在其上面執(zhí)行全局排序的事務(wù)。例如：在BigChainDB［17］中，其在MongDB 的基礎(chǔ)上添加了一層區(qū)塊鏈層，每個節(jié)點維護本地的Mong-DB數(shù)據(jù)庫，并且所有的區(qū)塊，交易和原數(shù)據(jù)都存儲在MongDB 中，因此在查詢時可以具備與MongDB相類似的查詢能力。在Blockchain Relational Database［18］中，其將區(qū)塊鏈層與關(guān)系數(shù)據(jù)庫PostgreSQL進行了整合。ChainfyDB［19］提出了在任意與SQL-99兼容的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上添加區(qū)塊鏈層的解決方案。

上述兩種類型的解決方案，都過度地依賴于與其相關(guān)的數(shù)據(jù)庫的能力。然而，這些數(shù)據(jù)庫對于區(qū)塊鏈查詢中常見的區(qū)間范圍查詢，時間范圍查詢和可信查詢等都不能提供良好的支持。

區(qū)塊鏈是建立在不可信環(huán)境下的，當(dāng)用戶獲得查詢結(jié)果時，往往需要驗證其查詢結(jié)果的可信性和完整性。vChain［20］是一個實現(xiàn)了高效可驗證查詢處理算法的系統(tǒng)，其假定用戶節(jié)點并不一定存儲整個區(qū)塊鏈的全部數(shù)據(jù)，而只存儲所有區(qū)塊中的Hash，并且其在每個區(qū)塊中添加了一個額外的AttDigest 字段來對查詢結(jié)果的真實性進行驗證。SEBDB［21］在以太坊的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了一個支持關(guān)系型語義、可信查詢和鏈上鏈下查詢的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫。文獻［22］針對使用一般驗證查詢方法驗證區(qū)塊鏈上的范圍查詢結(jié)果真實性時開銷巨大的情況，提出了一種GEM2-Tree 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，來達到減少gas開銷的目的。文獻［23］和［24］基于信任執(zhí)行環(huán)境（TEE）的Intel SGX來執(zhí)行面向輕節(jié)點可驗證查詢，以解決一般的基于ADS 的可信驗證查詢和驗證對象（VO）所需要的網(wǎng)絡(luò)、存儲和計算開銷。在文獻［25］中，針對混合存儲模型區(qū)塊鏈系統(tǒng)中關(guān)鍵詞可信查詢，設(shè)計了Suppressed Merkle inverted index 和Chameleon inverted index 兩種類型的索引結(jié)構(gòu)來減少維護ADS的gas開銷。

從上述所列舉的文獻，大部分的工作對區(qū)塊鏈上的查詢研究都是圍繞單一類型的交易數(shù)據(jù)和單鏈系統(tǒng)進行的，對于包含多種類型交易數(shù)據(jù)和多條鏈系統(tǒng)的區(qū)塊鏈研究工作較少，這是將來具有挑戰(zhàn)的問題。

3.2 查詢應(yīng)用

區(qū)塊鏈具備的透明性、可追溯性和防篡改性使得區(qū)塊鏈被使用在各種不同的應(yīng)用場景中進行數(shù)據(jù)的可信管理，常見的有醫(yī)療健康數(shù)據(jù)管理、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)溯源等。

3.2.1 醫(yī)療健康數(shù)據(jù)管理

醫(yī)療健康領(lǐng)域信息化技術(shù)的普及，產(chǎn)生了大量的電子醫(yī)療數(shù)據(jù)，如病歷、化驗數(shù)據(jù)、處方等，這些數(shù)據(jù)對于患者的治療，醫(yī)學(xué)研究和新藥研發(fā)都起著至關(guān)重要的作用。但是，受限于患者隱私，數(shù)據(jù)所有權(quán)不明確和數(shù)據(jù)格式不一等問題，難以使得醫(yī)療數(shù)據(jù)在患者、醫(yī)療機構(gòu)和科研機構(gòu)之間進行可信的管理，從而影響數(shù)據(jù)的共享。區(qū)塊鏈的技術(shù)出現(xiàn)為醫(yī)療健康數(shù)據(jù)的可信管理提供了解決方案，因為它允許去中心化的數(shù)據(jù)管理。

已經(jīng)有多個綜述對區(qū)塊鏈在醫(yī)療數(shù)據(jù)的可信管理進行了詳細的歸納總結(jié)［26～29］。現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈進行管理的醫(yī)療數(shù)據(jù)主要有兩種類型，一種是醫(yī)生錄入的信息系統(tǒng)的患者病歷、檢查結(jié)果和處方等文件類型的數(shù)據(jù)。另一類是患者通過智能手環(huán)、血壓計和血糖儀等聯(lián)網(wǎng)健康檢測設(shè)備自測的數(shù)據(jù)。從單個患者的角度出發(fā)，從區(qū)塊鏈上獲取與個人相關(guān)的當(dāng)前健康數(shù)據(jù)、特定時間區(qū)間內(nèi)的健康數(shù)據(jù)和匯總健康數(shù)據(jù)等都離不開區(qū)塊鏈系統(tǒng)上的查詢支持。典型的查詢類型包括但不限于：1）獲取患者在某段時間內(nèi)的診斷記錄。2）查詢某個醫(yī)生在某個特定時間內(nèi)的接診記錄和開具的診斷書等。3）檢索患者的最新診斷結(jié)果。4）根據(jù)某個關(guān)鍵詞進行醫(yī)療記錄的查詢等。

現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈的醫(yī)療數(shù)據(jù)可信管理方法中仍然存在著許多需要解決的問題。例如醫(yī)療數(shù)據(jù)的類型復(fù)雜，包括了文本、表格和圖片等，現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈的系統(tǒng)難以實現(xiàn)精確而高效的查詢，且對于一些關(guān)聯(lián)查詢和語義查詢支持較差。區(qū)塊鏈是公開透明的，所有參與者都可以完全訪問所有數(shù)據(jù)，這顯然不利于對患者隱私的保護，因此在對參與者的訪問權(quán)限進行管理和控制，或者采用零知識證明、同態(tài)加密算法等技術(shù)來解決查詢中的隱私泄露問題。

3.2.2 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)爆炸式的增長。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)異構(gòu)程度高，隱私難以保障和數(shù)據(jù)分散的特點導(dǎo)致了數(shù)據(jù)難以管理的問題。為了更好地管理和利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，基于區(qū)塊鏈技術(shù)對的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理受到了廣泛的關(guān)注。

已經(jīng)有多個綜述文獻對區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理上的應(yīng)用進行了闡述［2，30～33］?；谶@些研究，我們可以發(fā)現(xiàn)區(qū)塊鏈對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的管理已經(jīng)涉及到了智能交通、智慧城市、食品供應(yīng)鏈和智能穿戴設(shè)備等領(lǐng)域，并且已經(jīng)應(yīng)用在了數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)共享等多個不同的階段?？紤]到物聯(lián)網(wǎng)所涉及的數(shù)據(jù)規(guī)模大，完全將數(shù)據(jù)存儲在區(qū)塊鏈上需要大量的存儲空間，同時對于區(qū)塊鏈的吞吐量要求也較高，因此有些工作采用鏈上存儲數(shù)據(jù)摘要，鏈下存儲原始數(shù)據(jù)的方式來減輕區(qū)塊鏈的負擔(dān)。考慮到物聯(lián)網(wǎng)所涉及的范圍較廣，下面以傳感器網(wǎng)絡(luò)為例例舉幾個常見的管理應(yīng)用：1）驗證鏈下存儲的原始數(shù)據(jù)的摘要是否與鏈上存儲的哈希值一致來判斷數(shù)據(jù)是否可信。2）查詢某個傳感器所有的數(shù)據(jù)記錄。3）查詢某個區(qū)域內(nèi)所有傳感器在某個區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄。

盡管已經(jīng)有許多的工作采用區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的管理上做了嘗試，但是仍然有許多需要解決的問題。考慮到物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的差異性巨大，現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈的系統(tǒng)難以實現(xiàn)對多種不同來源的數(shù)據(jù)進行綜合管理。在鏈上和鏈下相結(jié)合的混合型區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，解決復(fù)雜類型查詢和提升大規(guī)模查詢的效率都是需要解決的。

3.2.3 數(shù)據(jù)溯源

數(shù)據(jù)溯源可以視為一種特殊類型的查詢。溯源查詢可以形式化的描述為。P表示查詢的條件，表示查詢的區(qū)間，可以是時間戳或者是區(qū)塊號。如果交易之間存在依賴關(guān)系，則Q返回區(qū)間中與交易TXi存在直接或間接依存關(guān)系的所有交易。如果交易為包含某些屬性的交易數(shù)據(jù)，則Q 返回[f，t]內(nèi)包含該屬性的所有交易。

區(qū)塊鏈上存儲交易數(shù)據(jù)不可篡改、公開透明和全過程留痕的特性使得其能夠完美地適用于數(shù)據(jù)溯源類型的應(yīng)用場景。數(shù)據(jù)溯源作為一種驗證數(shù)據(jù)來源是否可信的方式，對于交易數(shù)據(jù)的可信管理是至關(guān)重要的。已經(jīng)有許多綜述對農(nóng)產(chǎn)品［34］、供應(yīng)鏈［35］和奢侈品［39］等行業(yè)利用區(qū)塊鏈進行溯源的研究進行了總結(jié)概括。區(qū)塊鏈屬于僅追加的鏈式結(jié)構(gòu)，在進行數(shù)據(jù)溯源時，最簡單的做法是從最新的區(qū)塊向前面的區(qū)塊依次進行查找，直到找出所有符合查詢條件的交易數(shù)據(jù)為止。但是，隨著區(qū)塊鏈上的區(qū)塊數(shù)目增多，存儲的交易量變大時，依次查找的方法會變得十分緩慢。為了提升溯源的效率，使用數(shù)據(jù)庫或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對交易進行重構(gòu)成了一種常見的解決辦法。在文獻［36］中，其利用交易數(shù)據(jù)間的依賴關(guān)系，采用有向無環(huán)圖（DAG）對交易進行重構(gòu)，從而將溯源問題轉(zhuǎn)換成DAG 上的搜索問題，大大提升效率。對于結(jié)構(gòu)化的交易數(shù)據(jù)，可以采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來進行數(shù)據(jù)復(fù)制，在確保不被篡改的前提下，直接利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢語言進行溯源查找。對半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化類型的交易數(shù)據(jù)，可以采用信息檢索中構(gòu)建索引的方式加快數(shù)據(jù)查詢等。

4 未來研究挑戰(zhàn)

區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)在可信交易管理上被廣泛的使用。接下來，本文將結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展趨勢和在交易管理上現(xiàn)存的問題，對區(qū)塊鏈技術(shù)在交易可信管理上可能面臨的挑戰(zhàn)進行展望。

設(shè)計面向包含多種類型交易數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)的查詢算法。區(qū)塊鏈系統(tǒng)存儲的交易數(shù)據(jù)日益趨于多樣化，不再是地址之間的轉(zhuǎn)賬交易數(shù)據(jù)。在區(qū)塊鏈上可能同時包含有文本、表格和圖片等多種類型的交易數(shù)據(jù)，但是在現(xiàn)有的區(qū)塊鏈查詢算法中，針對同時包含文本、表格和圖片等交易的區(qū)塊鏈的查詢算法尚未出現(xiàn)。因此，在區(qū)塊鏈技術(shù)被各領(lǐng)域廣泛使用的背景下，設(shè)計出面向包含多種類型交易數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)的查詢算法是亟待解決的問題。

針對多鏈上的數(shù)據(jù)查詢解決方法設(shè)計。隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，單鏈系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足業(yè)務(wù)的需求。在未來的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，必將越來越青睞于多鏈系統(tǒng)，最終會鏈鏈互聯(lián)組成互鏈網(wǎng)。但是，目前的查詢算法還未涉及到多鏈系統(tǒng)中，因此設(shè)計出多鏈系統(tǒng)中的查詢算法也是十分關(guān)鍵的問題。

如何通過外置數(shù)據(jù)庫或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提升復(fù)雜查詢的效率。區(qū)塊鏈屬于鏈式結(jié)構(gòu)，且只具備數(shù)據(jù)追加功能，在執(zhí)行聚合、聯(lián)合和溯源等類型的查詢時，效率低下。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中能較快的執(zhí)行聚合、聯(lián)合類查詢，在圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中能較快速的執(zhí)行溯源查詢。但是，外置的數(shù)據(jù)庫或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不具備防篡改特性，難以確保返回查詢結(jié)果的完整性和可信性。因此，在確保查詢結(jié)果完整可信的前提下，如何利用外置的數(shù)據(jù)庫或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提升查詢的效率是本研究需要解決的重要問題。

如何提升復(fù)雜區(qū)塊鏈系統(tǒng)中大規(guī)模查詢的效率。隨著參與組織以及鏈數(shù)量的增加，參與的用戶也會增加，查詢的請求數(shù)量也會增加。當(dāng)復(fù)雜區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的查詢請求數(shù)量特別大時，在保證返回查詢結(jié)果完整性和可信性的前提下，如何確保查詢的高效性，是需要研究的關(guān)鍵問題。

5 結(jié)語

本文對近期區(qū)塊鏈在可信交易管理上的開展研究工作進行了總結(jié)概括。首先，我們從共識算法、ADS兩方面對區(qū)塊鏈能夠?qū)崿F(xiàn)對交易可信管理的基礎(chǔ)進行了敘述，接著對實現(xiàn)區(qū)塊鏈上交易可信管理的查詢方法從查詢的改進和應(yīng)用兩個方面進行了歸納總結(jié)，然后對未來區(qū)塊鏈在交易可信管理上的挑戰(zhàn)進行了展望。在將來，我們將對第4 節(jié)中提出的挑戰(zhàn)性問題進行解決。