Blockchain databases have attracted widespread attention but suffer from poor scalability due to underlying non-scalable blockchains. While blockchain sharding is necessary for a scalable blockchain database, it poses a new challenge named on-chain cross-shard database services. Each cross-shard database service (e.g., cross-shard queries or inter-shard load balancing) involves massive cross-shard data exchanges, while the existing cross-shard mechanisms need to process each cross-shard data exchange via the consensus of all nodes in the related shards (i.e., on-chain) to resist a Byzantine environment of blockchain, which eliminates sharding benefits. To tackle the challenge, this paper presents GriDB, the first scalable blockchain database, by designing a novel off-chain cross-shard mechanism for efficient cross-shard database services. Borrowing the idea of off-chain payments, GriDB delegates massive cross-shard data exchange to a few nodes, each of which is randomly picked from a different shard. Considering the Byzantine environment, the untrusted delegates cooperate to generate succinct proof for cross-shard data exchanges, while the consensus is only responsible for the low-cost proof verification. However, different from payments, the database services' verification has more requirements (e.g., completeness, correctness, freshness, and availability); thus, we introduce several new authenticated data structures (ADS). Particularly, we utilize consensus to extend the threat model and reduce the complexity of traditional accumulator-based ADS for verifiable cross-shard queries with a rich set of relational operators. Moreover, we study the necessity of inter-shard load balancing for a scalable blockchain database and design an off-chain and live approach for both efficiency and availability during balancing.


翻译:区块链数据库已引起广泛关注,但由于底层区块链本身缺乏可扩展性,其扩展能力较差。尽管区块链分片是实现可扩展区块链数据库的必要手段,但它带来了名为链上跨分片数据库服务的新挑战。每个跨分片数据库服务(例如跨分片查询或分片间负载均衡)涉及大量跨分片数据交换,而现有跨分片机制需通过相关分片内所有节点的共识(即链上处理)来处理每次跨分片数据交换,以抵御区块链的拜占庭环境,这抵消了分片的优势。为应对这一挑战,本文提出首个可扩展区块链数据库GriDB,通过设计新型链下跨分片机制实现高效的跨分片数据库服务。借鉴链下支付思想,GriDB将大量跨分片数据交换委托给少数节点处理,每个节点从不同分片中随机选取。考虑到拜占庭环境,这些不可信委托节点通过协作生成跨分片数据交换的简洁证明,而共识机制仅负责低成本的证明验证。然而与支付场景不同,数据库服务的验证具有更多要求(如完整性、正确性、新鲜性与可用性),因此我们引入若干新型认证数据结构。特别地,我们利用共识机制扩展威胁模型,并降低传统基于累加器的认证数据结构复杂度,以支持具有丰富关系运算符的可验证跨分片查询。此外,我们研究了分片间负载均衡对可扩展区块链数据库的必要性,并设计了一种兼顾效率与可用性的链下实时均衡方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

区块链(Blockchain)是由节点参与的分布式数据库系统,它的特点是不可更改,不可伪造,也可以将其理解为账簿系统(ledger)。它是比特币的一个重要概念,完整比特币区块链的副本,记录了其代币(token)的每一笔交易。通过这些信息,我们可以找到每一个地址,在历史上任何一点所拥有的价值。

知识荟萃

精品入门和进阶教程、论文和代码整理等

更多

查看相关VIP内容、论文、资讯等
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
UNITER: Learning UNiversal Image-TExt Representations
Arxiv
23+阅读 · 2019年9月25日
VIP会员
最新内容
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
6+阅读 · 4月23日
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
3+阅读 · 4月23日
美军条令《海军陆战队规划流程(2026版)》
专知会员服务
10+阅读 · 4月23日
《压缩式分布式交互仿真标准》120页
专知会员服务
4+阅读 · 4月23日
《电子战数据交换模型研究报告》
专知会员服务
6+阅读 · 4月23日
《低数据领域军事目标检测模型研究》
专知会员服务
6+阅读 · 4月23日
【CMU博士论文】物理世界的视觉感知与深度理解
专知会员服务
10+阅读 · 4月22日
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员