CN115052001B - 联盟链的可扩展性解决方法、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种联盟链的可扩展性解决方法、系统及介质，涉及区块链技术领域，该方法包括：创建主链步骤：由多个机构组成一个联盟链网络，每个机构分别部署一个主节点用于主链的验证与出块；侧链扩展步骤：将智能合约以任意分配方式分为多个部分，为每个部分的合约提供一条侧链，在主节点有剩余计算资源的情况下，由主节点维护侧链；跨链通讯步骤：侧链与侧链之间有通讯需求，通过主链作为中间桥梁传输跨链信息。本发明能够大幅优化联盟链tps，充分使用联盟链节点计算资源，让联盟链系统可以横向扩展。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，具体地，涉及一种联盟链的可扩展性解决方法、系统及介质。
背景技术
联盟链通常是由若干个机构共同参与管理的区块链，每个机构都运行着一个或多个节点，其中的数据只允许系统内不同的机构进行读写和发送交易，并且共同来记录交易数据。参与到区块链系统中的每个节点都是经过许可的，未经许可的节点是不可以接入到区块链系统中。联盟链通过损失去一些中心化来获得了更高的性能和安全性，已经能够支撑起一些简单的业务了，但如果要大规模普及区块链技术，现有的性能还是远远不够的，除了单纯的纵向加强性能外，联盟链更需要的是横向扩展；另外，联盟链需要多个节点维护，但大多数情况下联盟链根本无法将机器的计算资源充分利用起来，造成资源的浪费。
公开号为CN113746637A的发明专利，公开了一种适用于联盟链且具有高可扩展性的SEGBFT共识算法，包括以下步骤：第一步，改进的Propose阶段；第二步，改进的Pre-Prepare阶段；第三步，改进的Prepare阶段；第四步，改进的Reply-Prepare阶段；第五步，改进的Pre-Commit阶段；第六步，改进的Commit阶段；第七步，改进的Reply-Commit阶段；第八步，改进的Reply阶段。
现有技术中存在以下缺陷：现有的提高可扩展性技术都是以纵向扩展为主要方向，这种方案无法随着业务的需求持续扩展，不管纵向扩展到多大的tps，都存在着一个性能的天花板，到了最大值就无法继续增强性能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种联盟链的可扩展性解决方法、系统及介质。
根据本发明提供的一种联盟链的可扩展性解决方法、系统及介质，所述方案如下：
第一方面，提供了一种联盟链的可扩展性解决方法，所述方法包括：
创建主链步骤：由多个机构组成一个联盟链网络，每个机构分别部署一个主节点用于主链的验证与出块；
侧链扩展步骤：将智能合约以任意分配方式分为多个部分，为每个部分的合约提供一条侧链，在主节点有剩余计算资源的情况下，由主节点维护侧链；
跨链通讯步骤：侧链与侧链之间有通讯需求，通过主链作为中间桥梁传输跨链信息。
优选地，所述侧链扩展步骤具体包括：将应用所需要用到的智能合约以任意分配方式分为多个部分，为每个部分的合约提供一条侧链，在主节点有剩余计算资源的情况下，由主节点维护侧链；
否则，通过机构间沟通并达成共识的方式，让多数机构增加节点数量，由新增的节点维护新侧链或者为已有节点分担压力。
优选地，所述跨链通讯步骤包括：跨链通讯通过主链作为中间桥梁传输跨链信息，在侧链A中发起对侧链B的跨链交易，生成回执交易发送到维护侧链B的节点上，同机构的侧链A的节点通过rpc方式将回执交易发送给维护B侧链的节点并将其上链，跨链交易需要至少两个区块才能完成。
优选地，在侧链A生成回执交易时会将回执交易同时发送给主链节点，将该回执交易存储到主链，侧链启动时会检查前N个区块是否有跨链交易，并在主链查找其对应的回执交易；如果没有，则重新发送到主链和对应侧链。
第二方面，提供了一种联盟链的可扩展性解决系统，所述系统包括：
创建主链模块：由多个机构组成一个联盟链网络，每个机构分别部署一个主节点用于主链的验证与出块；
侧链扩展模块：将智能合约以任意分配方式分为多个部分，为每个部分的合约提供一条侧链，在主节点有剩余计算资源的情况下，由主节点维护侧链；
跨链通讯模块：侧链与侧链之间有通讯需求，通过主链作为中间桥梁传输跨链信息。
优选地，所述侧链扩展模块具体包括：将应用所需要用到的智能合约以任意分配方式分为多个部分，为每个部分的合约提供一条侧链，在主节点有剩余计算资源的情况下，由主节点维护侧链；
否则，通过机构间沟通并达成共识的方式，让多数机构增加节点数量，由新增的节点维护新侧链或者为已有节点分担压力。
优选地，所述跨链通讯模块包括：跨链通讯通过主链作为中间桥梁传输跨链信息，在侧链A中发起对侧链B的跨链交易，生成回执交易发送到维护侧链B的节点上，同机构的侧链A的节点通过rpc方式将回执交易发送给维护B侧链的节点并将其上链，跨链交易需要至少两个区块才能完成。
优选地，在侧链A生成回执交易时会将回执交易同时发送给主链节点，将该回执交易存储到主链，侧链启动时会检查前N个区块是否有跨链交易，并在主链查找其对应的回执交易；如果没有，则重新发送到主链和对应侧链。
第二方面，提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：让联盟链拥有横向扩展的能力，不会因为链的性能不可变而导致总体业务发展受限；充分利用起了机器的计算资源。
1、本发明通过将共识算法中成员最小单位从节点改为机构，大幅降低了每个区块的共识时间，分片技术中每个区块需要通过全体节点的验证才可以上链，而本发明仅需要全体机构各出一个节点进行验证即可，解决了分片技术中需要全体验证者节点验证区块导致tps受限的问题；
2、本发明通过将单个应用拆分为多个部分并为每个部分开启一条侧链的方式做到了交易的并发执行，又有侧链间的跨链方案保证了每条侧链间的通信，开发者可以通过合理的合约架构设计将应用分为多个部分，平均分配总体tps，充分利用机器的计算资源，在单位时间内处理更多交易，解决了联盟链节点计算资源无法充分使用的问题；
3、本发明通过低廉的跨链成本和共识算法的最小单位重新定义，让单个应用有了横向扩展的可能性，解决联盟链系统无法横向扩展的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明整体流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种联盟链的可扩展性解决方法，将多链技术以一种更合适的方式应用到了联盟链场景中，让联盟链拥有更强的可扩展性。本方案改变了统计验证者的方式，从节点为单位变为机构为单位，以该方式为基础，将侧链和分片技术应用到了联盟链中，并取得比传统侧链、分片更好的效果。
联盟链一般为多个机构组成，每个机构可提供单个或者多个节点，而拥有多个节点的机构作恶成功的可能更高，所以在平等关系的联盟链中不应有节点数差距较大的情况；如果某个机构需要更多的监管效率，可在共识算法中增加投票权重即可。单点故障问题：运行多个节点除了更高的监管效率还能解决人们对单点故障的担心，不过区块链本身就是一个防单点故障的系统，除非该机构拥有大于f，即总节点数的2/3个节点，否则机构的单个节点故障和全部节点故障都是没有太大区别的，所以本发明支持联盟链中单个机构仅需要单个节点的理念。
1、概念转化：多节点到多机构。现有区块链将节点作为单位进行区块的验证，例如3f+1个节点的网络中，每个区块都需要至少2f+1个节点的验证才能通过。在本发明中，将验证区块的基础单位变为了机构，每个机构可能有多个节点，但区块的验证不以节点数量为准，而是基于机构的数量做验证，例：在3f+1个机构组成的网络中，每个机构都有10个节点，总结点数为30f+10，按传统的方式，验证则需要20f+6个节点参与，而本发明仅需要每个机构提供一个验证节点即可完成验证，节点数：2f+1，降低了区块共识的负担。
2、侧链的使用：1.单节点扩展：联盟链处理大量交易时通常只使用了部分的cpu资源，这时如果将应用分为多个部分，每个部分单独使用一条侧链运行，就可以充分使用本机计算资源，而因为验证节点不变，所以安全性也不会受到影响。2.多节点扩展：机构间可以经过商讨，增加节点数量以提高tps。将应用分为多个部分之后即可并行处理，这时只要网络中多个机构增加节点即可增加侧链数量，提高tps。
本发明提供的一种联盟链的可扩展性解决方法，参照图1所示，具体流程包括：
创建主链步骤：由多个机构组成一个联盟链网络，每个机构部署一个节点用于主链的验证与出块，这些节点称为每个机构的主节点。
侧链扩展步骤：将应用所需要用到的智能合约以任意分配方式分为多个部分，为每个部分的合约提供一条侧链，在主节点的计算资源还有剩余的情况下，由主节点维护侧链；否则，通过机构间沟通并达成共识的方式，让多数机构增加节点数量，由新增的节点维护新侧链或者为已有节点分担压力，例：主节点计算能力为11条链，主节点维护10条侧链与一条主链，现有新增一条侧链的需求，经过机构间的共识，新增了节点，新增节点可以接过6条侧链的维护任务也可以仅维护新增的那条侧链。
跨链通讯步骤：侧链与侧链之间有通讯需求，通过主链作为中间桥梁传输跨链信息。
该步骤具体地，将一个应用中的多个功能分为了多个部分部署在多条侧链上，必定会有链与链之间的通讯需求。跨链通讯通过主链作为中间桥梁传输跨链信息，在侧链A中发起对侧链B的跨链交易，生成回执交易发送到维护侧链B的节点上，同机构的链A节点通过rpc等方式将回执交易发送给维护B侧链的节点并将其上链，所以跨链交易需要至少两个区块才能完成。
安全性：本方案基于bft共识的联盟链，bft共识中有3f+1个节点，需要确保有2f+1个诚实节点才能保证其安全性。跨链如何基于bft的基础保证安全性？在本发明中验证单位从节点升级到了机构，我们可以从机构的角度看，当链A的跨链交易成功后，该交易必定通过了2f+1个诚实机构的承认，那回执交易能够成功，如果诚实节点不足2f+1，那整个网络的安全性就已经没有保障了，所以在bft算法的基础上，该跨链方案是安全的。节点大范围断电如何保证第二笔交易成功？在诚实机构大于2f+1时网络是安全的，但是在大范围断电的情况下是有可能遗漏跨链交易中的回执交易的。所以在侧链A生成回执交易时会将回执交易同时发送给主链节点，将该回执交易存储到主链，侧链启动时会检查前N个区块是否有跨链交易，并在主链查找其对应的回执交易，如果没有，则重新发送到主链和对应侧链。
本发明实施例提供了一种联盟链的可扩展性解决方法、系统及介质，大幅优化联盟链tps，充分使用联盟链节点计算资源，让联盟链系统可以横向扩展。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (7)
1.一种联盟链的可扩展性解决方法，其特征在于，包括：
创建主链步骤：由多个机构组成一个联盟链网络，每个机构分别部署一个主节点用于主链的验证与出块；
侧链扩展步骤：将智能合约以任意分配方式分为多个部分，为每个部分的合约提供一条侧链，在主节点有剩余计算资源的情况下，由主节点维护侧链；
跨链通讯步骤：侧链与侧链之间有通讯需求，通过主链作为中间桥梁传输跨链信息；
所述侧链扩展步骤具体包括：将应用所需要用到的智能合约以任意分配方式分为多个部分，为每个部分的合约提供一条侧链，在主节点有剩余计算资源的情况下，由主节点维护侧链；
否则，通过机构间沟通并达成共识的方式，让多数机构增加节点数量，由新增的节点维护新侧链或者为已有节点分担压力。
2.根据权利要求1所述的联盟链的可扩展性解决方法，其特征在于，所述跨链通讯步骤包括：跨链通讯通过主链作为中间桥梁传输跨链信息，在侧链A中发起对侧链B的跨链交易，生成回执交易发送到维护侧链B的节点上，同机构的侧链A的节点通过rpc方式将回执交易发送给维护B侧链的节点并将其上链，跨链交易需要至少两个区块才能完成。
3.根据权利要求2所述的联盟链的可扩展性解决方法，其特征在于，在侧链A生成回执交易时会将回执交易同时发送给主链节点，将该回执交易存储到主链，侧链启动时会检查前N个区块是否有跨链交易，并在主链查找其对应的回执交易；如果没有，则重新发送到主链和对应侧链。
4.一种联盟链的可扩展性解决系统，其特征在于，包括：
创建主链模块：由多个机构组成一个联盟链网络，每个机构分别部署一个主节点用于主链的验证与出块；
侧链扩展模块：将智能合约以任意分配方式分为多个部分，为每个部分的合约提供一条侧链，在主节点有剩余计算资源的情况下，由主节点维护侧链；
跨链通讯模块：侧链与侧链之间有通讯需求，通过主链作为中间桥梁传输跨链信息；
所述侧链扩展模块具体包括：将应用所需要用到的智能合约以任意分配方式分为多个部分，为每个部分的合约提供一条侧链，在主节点有剩余计算资源的情况下，由主节点维护侧链；
否则，通过机构间沟通并达成共识的方式，让多数机构增加节点数量，由新增的节点维护新侧链或者为已有节点分担压力。
5.根据权利要求4所述的联盟链的可扩展性解决系统，其特征在于，所述跨链通讯模块包括：跨链通讯通过主链作为中间桥梁传输跨链信息，在侧链A中发起对侧链B的跨链交易，生成回执交易发送到维护侧链B的节点上，同机构的侧链A的节点通过rpc方式将回执交易发送给维护B侧链的节点并将其上链，跨链交易需要至少两个区块才能完成。
6.根据权利要求5所述的联盟链的可扩展性解决系统，其特征在于，在侧链A生成回执交易时会将回执交易同时发送给主链节点，将该回执交易存储到主链，侧链启动时会检查前N个区块是否有跨链交易，并在主链查找其对应的回执交易；如果没有，则重新发送到主链和对应侧链。
7.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤。
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