基于纠删码的区块链存储优化

摘要

区块链具有去中心化、不可篡改、可追溯以及公开透明等特性,可以解决去中心化网络中节点之间相互不信任的问题,为构建价值互联平台提供了可能.然而,区块链要求每个节点都存储一份完整的数据,以高存储冗余来保证数据的可靠性,给节点带来了巨大的存储压力,降低了存储资源的利用效率,也导致系统的存储可扩展性成为区块链性能的一个瓶颈.采用纠删码来编码存储在区块链中的数据可以有效地减少存储冗余,但存储冗余的减少会降低数据的可靠性,引发数据的重组消耗,提高数据的读取延迟.目前已有研究在区块链编码数据块的存储分配阶段并没有考虑节点间延迟、区块存储位置等因素对数据可靠性和读取延迟的影响.本文在基于纠删码的BFT联盟链中,研究编码数据块的存储数量及存储位置决策问题,以在满足数据可靠性的约束下实现数据存储代价和数据读取性能的平衡.针对编码数据块的存储数量及存储位置决策问题,本文提出了延迟感知的编码数据块分配算法(Latency-aware Encoded data chunks Allocation algorithm,LEA).算法LEA首先求解编码数据块的存储数量及存储位置决策问题的松弛问题以及该松弛问题的对偶问题,然后根据松弛问题及其对偶问题的最优解依次为每个编码数据块确定其存储数量和存储位置,最后调整得到的编码数据块存储分配方案使其满足被松弛的约束条件.理论分析证明,算法LEA是ln 3+2近似算法.仿真环境和真实联盟链系统中的实验结果表明,算法LEA可以有效降低区块链系统的存储冗余,提高系统的存储可扩展性,并实现良好的数据存储代价和数据读取性能的平衡.