0829【综述】面向时空数据的区块链研究综述

摘要:时空数据包括时间和空间2个维度,常被应用于物流、供应链等领域。传统的集中式存储方式虽然具有一定的便捷性,但不能充分满足时空数据存储及查询等要求,而区块链技术采用去中心化的分布式存储机制,并通过共识协议来保证数据的安全性。研究现有区块链1.0、2.0和以Block-DAG为代表的3.0体系架构及性能特点,分析三代区块链架构应用于时空数据时的性能支持度、优化方式以及局限性,并对区块链技术在时空数据领域的应用前景﹑存在的问题和未来的研究方向进行展望。
关键词:区块链技术;分布式存储;时空数据;体系架构;Block-DAG架构

【】

笔记：

• 时空数据：
  • 包括时间和空间2个维度；
  • 描述地理信息在时间维度上的变化；
  • 包含时间数据的地理信息数据
  • 时空数据含有空间 、 时间和时空数据的概念, 并捕获数据的空间和时间信息, 处理随着时间变化的空间数据或同一时间点 下的不同空间数据。
  • 时空数据是一种时间 敏感度极高的数据类型， 尤其是物流数据 ， 每时每刻都 在变化。
• 问题：单点集中式存储所带来的问题是存在信息孤岛，大型厂商控制了数据源头,通过封闭数据源,厂商可以发布任意虚假信息来欺骗消费者。
• 时空数据 集中式存储（问题 缺陷）解决方法：时空数据+区块链技术
• 时空数据特殊性：高增长速度；共识协议需要位置证明处理；数据安全存储；数据高校查询
• 区块链1.0 2.0 有限，需要优化
  • 基于区块链1.0 
    • 效率低：使用侧链技术提高效率；闪电网络；
    • 容量小：提出区块扩容架构；
  • 基于区块链2.0  有MPT树形结构改善效率
    • 难以查询历史数据，数据缺乏连贯性：在MPT索引结构节点中增加指针
    • 文 献［ 24 : 针对学籍信息数据集提出了一种时空数据区块链体系架构ECBC
    • 文献 ［ 25 : 针对时空数据区块链查询速度较慢的问题, 提出一种 Ethernity DB 架构 ,

区块链2.0体系架构与区块 链1.0体系架构最显著的区别在于 智能合约,通 过定 义智能合约,用户可以自定义数据交互的形式、时间 和逻辑等，Ethernity DB同样定义了智能合约，用以提升其架构本身的数据交互效率。

• 区块链1.0  比特币

• 区块链体系架 构的关键数据结构包括区块链和区块两部分。
• 区块链1.0---比特币；加密后分布式账簿；内容修改时需要节点依照共识机制进行投票，从而保证数据的安全性和不可修改性。
• 当其他矿工收到广播后,验证信息的有效性,检查该信息是否存在于先前的区块中,如果所有检查均通过,则在当前周期中使用最短时间解决了数学问题的矿工将获得更新区块链的权利,这一过程时长平均为10 min。【比特币网络交易确认时间较长】
• 比特币使用工作量证明（PoW）共识算法来 确保生成新区块,从而保证区块链的稳定增长
• 在早期比 特币用户非常少的情况下, 所有在比特币网络中运行 计算机的客户端都可以看作是一个全节点, 这些节点 保存着整个比特币区块链网络中的数据, 网络中每发生一次交易， 接收到信息的节点会对交易信息的安全 性、 合规性等进行验证 , 验证通过后再广播到全网络 的其他节点, 数据生成后不可以篡改 , 这意味着比特币全节点的数量越多, 比特币区块链网络就越安全。

区块链2.0 以太坊

• 以太坊允许所有区块链技术的开发者在以太坊平台中建立并使用去中心化应用。比特币的交 易机制是确定且无法修改的,而以太坊大幅拓展了 区块链的应用场景。
• 以太坊代表了区块链 2 .0 体系架构 ， 其 MPT索引 结构满足了用户对于查询速率的需求。 
• 提升效率方法，MPT。 以太坊通过一个 MPT( Merk# Patricia Tree)树状结构索引来提升终端用户对于账户余额的查询效率。
• 与以比特币为代表的区块链 1 .0 体系架构相 比, 区块链 2 . 0 体系结构最显著的特点是智能合约

  智能合约是内置在区块 链应用程序中的代码片段,其预先设置了各种规则 和操作, 且触发机制包含在代码中 。 一旦满足触发 条件, 代码将自动根据约定的规则进行执行 。

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区块链3.0 Block-DAG

由以色列耶路撒冷希伯来大学提出；

有向无环图（DAG）是计算机科学领域数据结 构理论中的一个重要概念,由于独特的拓扑结构,DAG通常用于处理动态编程问题,例如最短路径跟 踪、数据压缩等。“有向”意味着网络中存在方向,而且是完全相同的方向，“无环”则表示整个网络结构中没有闭环。