CN109086139A

CN109086139A - 动态分片方法、设备和计算机存储介质

Info

Publication number: CN109086139A
Application number: CN201810926787.2A
Authority: CN
Inventors: 邓琦
Original assignee: Zhaolai Network Technology (shanghai) Co Ltd
Current assignee: Shanghai Youyuan Network Technology Co., Ltd
Priority date: 2018-08-15
Filing date: 2018-08-15
Publication date: 2018-12-25
Anticipated expiration: 2038-08-15
Also published as: CN109086139B

Abstract

本发明提供了一种动态分片方法、设备以及计算机存储介质。动态分片方法包含如下步骤：系统接收到任务，基于预设规则，在系统的根区块中选择一组任务验证节点构成管理所述任务的区片；基于所述一组任务验证节点，选择任一任务验证节点作为任务处理节点，所述任务处理节点的侧链开始扩展；所述任务处理节点管理所述任务，所述侧链随着所述任务进行而不断增长；所述任务完成，对应的任务处理节点的侧链终结，所述区片则自动消失。动态分片设备包含区片建构模块、侧链构建模块、任务管理模块、区片溶解模块。计算机存储介质包含存储在其上的计算机可读程序指令，用于执行动态分片方法。

Description

动态分片方法、设备和计算机存储介质

技术领域

本发明涉及信息技术领域，特别涉及一种动态分片方法和设备。

背景技术

分片技术(Sharding)是以太坊网络的一种增强本身性能的改进方案，你可以把它理解为比特币中的“扩容”，目的很直接就是提升交易速度，只是两者实现的途径不太相同。

相对来说，比特币的扩容的逻辑非常直接，采用交易速度慢直接增大区块容量的方法，让每个周期(约10分钟)记录到区块的交易记录数量变多，那么交易吞吐量自然就上去了。

而Vitalik Buterin认为当前主流区块链网络之所以慢，是因为每一个节点(矿工)要处理全网的每一笔交易，这种低效率的方式必然会造成低下的性能。分片技术的构想是，一笔交易不必发动全网都去处理，只要让网络中的一部分节点(矿工)处理就好了。于是，以太坊网络被划分成很多片，如图1所示，若干任务验证节点构成一片，每个任务验证节点中选取一个任务验证节点作为任务处理节点，同一时间每一分片都可以处理不同的任务，比如交易，这样性能将直线提升。

有一点值得注意的是，区块链技术的重要思想是多中心化，全网都去见证(处理)同一交易，这才具有最高的公信力。而以太坊分片技术，则是牺牲掉一定的多中心化特性来达到高性能的目的。其他主打性能的公有链，比如EOS，本质上都是牺牲一定的多中心化特性。

主流区块链面临的挑战之一是可扩展性，这是性能改进的关键。以太坊力求通过所谓的分片方法来解决可扩展性问题，在这种方法中，分片实质上就是一个“孤岛”(Blockgeek)。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种动态分片方法，用于区块链系统，包含如下步骤：

系统接收到任务，基于预设规则，在系统的根区块中选择一组任务验证节点构成管理任务的区片；

基于所述一组任务验证节点，选择任一任务验证节点作为任务处理节点，任务处理节点的侧链开始扩展；

任务处理节点管理所述任务，侧链随着任务进行而不断增长；

上述任务完成，对应的任务处理节点的侧链终结，区片则自动消失。

进一步，预设规则采用经济相关性排名，所述经济相关性排名包括并行地分别为系统接收的任务和任务验证节点进行排名，并将任务排名和任务验证节点排名的分数进行配对。

进一步，根据经济相关性排名为所述任务选择一组任务验证节点，每个任务被分配到与前一个任务不同的一组任务验证节点。

进一步，经济相关性排名为系统接收的任务进行排名的规则为：

其中，TR_i是第i个因子的等级得分，w_i是第i个因子的权重，n_i是第i个因子的归一化系数。

进一步，上述因子包含：时间紧迫性、计算强度、交易频率、交易规模、所需传播时限、数据要求。

进一步，经济相关性排名为任务验证节点进行排名的规则为：

其中，SNR_j是第j个属性的排名得分，w_j是第j个属性的权重，n_j是第j个属性的归一化系数。

进一步，上述属性包含：一致性、可计算性和确定性。

进一步，任务处理节点的侧链包含系统接收的任务的所有静态和动态信息，以及所述任务带来的知识。

进一步，任务处理节点与系统接收的任务一一对应。

根据本发明再一实施例，提供了一种动态分片设备，用于区块链系统，包括：

区片建构模块，用于根据系统接收到任务，基于预设规则，在系统的根区块中选择任一组任务验证节点构成管理所述任务的区片；

侧链构建模块，用于基于所述任一组任务验证节点，选择任一任务验证节点作为任务处理节点，所述任务处理节点的侧链开始扩展；

任务管理模块，用于通过任务处理节点管理所述任务，所述侧链随着所述任务进行而不断增长；

区片溶解模块，用于在所述任务完成，对应的任务处理节点的侧链终结后，自动消除所述区片。

进一步，还包括：

存储模块，用于存储任务相关的信息；

计算模块，用于为侧链构建模块、任务管理模块提供计算能力。

进一步，预设规则采用经济相关性排名，经济相关性排名包括并行地分别为系统接收的任务和任务验证节点进行排名，并将任务排名和任务验证节点排名的分数进行配对。

经济相关性排名为系统接收的任务进行排名的规则为：

进一步，上述属性包含：一致性、可计算性和确定性。

进一步，任务处理节点与系统接收的任务一一对应。

根据本发明实施例的动态分片方法、设备，区块链系统不需要周期性地“重新分片”，只根据任务而定，此流动性为区块链系统提供了一个“动态”分片特性。

同时，由于“相关性规则”的不可预测性，区片是由任务以高度随机的方式直接形成的；其次，区片的寿命很短，只能持续到任务完成。因此，恶意节点从来没有机会发起攻击，大大提高了系统安全性。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

图1为图示现有技术中的动态分片的体系结构图；

图2为图示根据本发明实施例动态分片方法设备的框图；

图3为图示根据本发明实施例动态分片方法的流程图；

图4为图示现有技术中的动态分片的体系结构图；

图5为图示根据本发明动态分片方法设备的侧链的原理示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。

首先，将结合图2描述根据本发明实施例的动态分片设备，本发明的动态分片设备优选地例如是：计算机、服务器等，以及其他采用动态分片设备的装置或系统。

图2是图示根据本发明实施例的动态分片设备的框图。如图2所示，本发明实施例的动态分片设备1具有区片建构模块11、侧链构建模块12、任务管理模块13以及区片溶解模块14，可以理解的是，图1中为了简化描述仅仅示出了与本发明紧密相关的模块，根据本发明实施例的动态分片设备1还可以包括诸如中央处理器、通信单元、I/O单元的其他组件。

区片建构模块11用于根据系统接收到任务，基于预设规则，在系统的根区块中选择任一组任务验证节点构成管理所述任务的区片。在本实施例中，预设规则采用经济相关性排名，经济相关性排名包括并行地分别为系统接收的任务和任务验证节点进行排名，并将任务排名和任务验证节点排名的分数进行配对。在本实施例中，根据经济相关性排名为所述任务选择一组任务验证节点，每个任务被分配到与前一个任务不同的一组任务验证节点。经济相关性排名的具体规则在下文将具体阐述。

如图2和5所示，侧链构建模块12用于基于上述选择的任一组任务验证节点，选择任一任务验证节点作为任务处理节点，同时，任务处理节点的侧链开始扩展。在本实施例中，任务处理节点与系统接收的任务一一对应。

任务管理模块13用于通过任务处理节点管理所述任务，所述侧链随着所述任务进行而不断增长。在本实施例中，任务处理节点的侧链包含系统接收的任务的所有静态和动态信息，以及所述任务带来的知识，当任务结束后，侧链也将自动终结。

区片溶解模块14用于在任务完成，并且对应的任务处理节点的侧链终结后，自动消除所述区片。

在本实施例中，动态分片设备1还包含存储模块15和计算模块16。具体地，存储模块15用于存储任务相关的信息；具体地，计算模块16用于为侧链构建模块12、任务管理模块13提供计算能力。

如上所述，在根据本发明实施例的动态分片设备1中，通过“相关性规则”，区块链系统不需要周期性地“重新分片”，只根据任务而定，此流动性为区块链系统提供了一个“动态”分片特性。同时，由于“相关性规则”的不可预测性，区片是由任务以高度随机的方式直接形成的；其次，区片的寿命很短，只能持续到任务完成。因此，恶意节点从来没有机会发起攻击，大大提高了系统安全性。

以上结合图2、5描述了根据本发明实施例的动态分片设备1，以下将参照图3～5描述根据本发明实施例的动态分片方法。

图3是图示根据本发明实施例的动态分片设备的动态分片方法流程图。如图3所示，根据本发明实施例的动态分片方法包括如下步骤：

在步骤S1中，如图4所示，系统接收到任务，基于预设规则，在系统的根区块中选择一组任务验证节点构成管理任务的区片。在本实施例中，在每个任务被分配到与前一个任务不同的一组任务验证节点，当然，在系统的任务验证节点的数量很小的时候，不同任务所分配到的各自的一组任务验证节点重叠是可能的。

其中，预设规则采用经济相关性排名，经济相关性排名包括并行地分别为系统接收的任务和任务验证节点进行排名，并将任务排名和任务验证节点排名的分数进行配对。在本实施例中，需要特别强调的是，在第一个任务出现之时，由于样本量尚为0，所说无需采用经济相关性排名，可随机分配一组任务验证节点，即任务处理节点也是随机分配。

式(1)中，TR_i是第i个因子的等级得分，w_i是第i个因子的权重，n_i是第i个因子的归一化系数。通过以下因子评估每个新创建的任务：时间紧迫性、计算强度、交易频率、交易规模、所需传播时限、数据要求。

1、时间紧迫性：任务计时器到期之前任务需要多长时间。

2、计算强度：完成相关任务需要多少计算能力。

3、交易频率：较高的交易频率提高了流动性，并进一步提高交易频率。更高的交易频率允许更快的财富增长，但是，对网络和数据库框架带来更高的需求。

4、交易规模：较大的交易规模改善了流动性，并进一步增加交易规模。较大的交易规模允许财富的快速增长，但是，对网络和数据库框架带来更高癿需求。

5、所需传播时限：在带宽方面更强的传播意味着改善流动性，仅而提高交易频率和规模。更强的传播时限允许财富的快速增长，但是，对网络和数据库框架带来更高的需求。

6、数据要求：完成任务和相关分配所需的数据和数量，更重要的是，数据存储的位置。

随着任务开始积累，它们按上述标准排列。然后，经济相关性排名创建一个任务排名表，其中包含所有任务的地址(侧链的根块)及其排名分数。在本实施例中，当启动新任务时，经济相关性排名会为其添加新条目以及其各自的排名分数。任务排名表驻留在所有任务处理节点中，并且其创建和更新需要由所有任务处理节点通过授权自适应拜占庭容错(DABFT)共识来验证和同步。

进一步，并行地，经济相关性排名基于相同的标准评估任务验证节点的能力。然后，它创建一个任务验证节点排名表，其中包含所有任务验证节点的地址及其排名分数。当新任务验证节点加入时，经济相关性排名将新条目附加到经济相关性排名排名表，并具有其各自的排名分数。经济相关性排名排名表驻留在所有任务处理节点中，并且其创建和更新需要由具有授权自适应拜占庭容错(DABFT)共识的所有任务处理节点进行验证和同步。

经济相关性排名为任务验证节点进行排名的规则为：

式(2)中，SNR_j是第j个属性的排名得分，w_j是第j个属性的权重，n_j是第j个属性的归一化系数。通过以下属性评估每个新创建的任务：一致性、可计算性和确定性。

1、一致性：一旦记录，排名分数不能通过由任务处理节点和任务验证节点支付更多成本来改变。但是，排名分数确实随着任务和任务验证节点的发展而发化。排名分数的调整只能由激励一致性算法(DPoEV)通过授权自适应拜占庭容错(DABFT)共识进行。

2、可计算性。经济相关性排名分数需要立即由激励一致性算法(DPoEV)检索，因此经济相关性排名算法需要低计算复杂度。

3、确定性。经济相关性排名算法应在所有任务验证节点生成相同的结果。

在本实施例中，通过激励一致性算法(DPoEV)可以有效地消除51％工作量(如比特币中的工作证明)或财富积累(如以太坊中的权益证明)攻击癿可能。事实上，它可能能消除任何基于51％算力的攻击。

在步骤S2中，基于所述一组任务验证节点，选择任一任务验证节点作为任务处理节点，任务处理节点的侧链开始扩展。在本实施例中，任务处理节点的侧链包含系统接收的任务的所有静态和动态信息，以及所述任务带来的知识，并且，任务处理节点与系统接收的任务一一对应，从任务的角度来看，任务验证验证节点形成一个分片，而其中任务处理节点是其领袖。因此，任何需要访问信息或评估超级节点增量经济价值的业务应用场景都可以在无低效系统范围搜索的情况下完成，这是因为信息在跟踪任务处理的节点的侧链中很容易获得。

在步骤S3中，如图5所示，任务处理节点管理所述任务，侧链随着任务进行而不断增长。在本实施例中，当任务结束后，侧链也将自动终结。

在步骤S4中，上述任务完成，对应的任务处理节点的侧链终结，区片则自动消失。可见，一旦任务完成，它的相关区片将自动消除，且不需要定期“重新分片”。这种动态分片功能使区块链系统易于扩展，同时进一步提高了效率。

如上所述，在根据本发明实施例的动态分片方法中，通过“相关性规则”，区块链系统不需要周期性地“重新分片”，只根据任务而定，此流动性为区块链系统提供了一个“动态”分片特性。同时，由于“相关性规则”的不可预测性，区片是由任务以高度随机的方式直接形成的；其次，区片的寿命很短，只能持续到任务完成。因此，恶意节点从来没有机会发起攻击，大大提高了系统安全性。

以上，参照图3～5描述了根据本发明实施例的动态分片方法、设备以及计算机存储介质，通过“相关性规则”，区块链系统不需要周期性地“重新分片”，只根据任务而定，此流动性为区块链系统提供了一个“动态”分片特性。同时，由于“相关性规则”的不可预测性，区片是由任务以高度随机的方式直接形成的；其次，区片的寿命很短，只能持续到任务完成。因此，恶意节点从来没有机会发起攻击，大大提高了系统安全性。

一般而言，本公开的各种示例实施例可以在硬件或专用电路、软件、固件、逻辑，或其任何组合中实施。某些方面可以在硬件中实施，而其他方面可以在可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件中实施。当本公开的实施例的各方面被图示或描述为框图、流程图或使用某些其他图形表示时，将理解此处描述的方框、装置、系统、技术或方法可以作为非限制性的示例在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备，或其某些组合中实施。

作为示例，可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件组件或用于执行本文所述的功能的任意组合来实现或执行结合本公开所描述的各种示例性的逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，或者，处理器也可以是任何普通的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其它此种结构。

作为示例，本公开的实施例可以在机器可执行指令的上下文中被描述，机器可执行指令诸如包括在目标的真实或者虚拟处理器上的器件中执行的程序模块中。一般而言，程序模块包括例程、程序、库、对象、类、组件、数据结构等，其执行特定的任务或者实现特定的抽象数据结构。在各实施例中，程序模块的功能可以在所描述的程序模块之间合并或者分割。用于程序模块的机器可执行指令可以在本地或者分布式设备内执行。在分布式设备中，程序模块可以位于本地和远程存储介质二者中。

用于实现本公开的方法的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言编写。这些计算机程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程的数据处理装置的处理器，使得程序代码在被计算机或其他可编程的数据处理装置执行的时候，引起在流程图和/或框图中规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在计算机上、部分在计算机上、作为独立的软件包、部分在计算机上且部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。

在本公开的上下文中，计算机存储介质可以是包含或存储用于或有关于指令执行系统、装置或设备的程序的任何有形介质。计算机存储介质可以是机器可读信号介质或机器可读存储介质。计算机存储介质可以包括但不限于电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、装置或设备，或其任意合适的组合。机器可读存储介质的更详细示例包括带有一根或多根导线的电气连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存储存取器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光存储设备、磁存储设备，或其任意合适的组合。

另外，尽管本发明实施例的动态分片方法以特定顺序被描绘，但这并不应该理解为要求此类操作以示出的特定顺序或以相继顺序完成，或者执行所有图示的操作以获取期望结果。在某些情况下，多任务或并行处理会是有益的。同样地，尽管上述讨论包含了某些特定的实施细节，但这并不应解释为限制任何发明或权利要求的范围，而应解释为对可以针对特定发明的特定实施例的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以整合实施在单个实施例中。反之，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分离地在多个实施例或在任意合适的子组合中实施。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题并不限于上文描述的特定特征或动作。相反，上文描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而被公开的。

Claims

1.一种动态分片方法，用于区块链系统，其特征在于，包含如下步骤：

系统接收到任务，基于预设规则，在系统的根区块中选择一组任务验证节点构成管理所述任务的区片；

基于所述一组任务验证节点，选择任一任务验证节点作为任务处理节点，所述任务处理节点的侧链开始扩展；

所述任务处理节点管理所述任务，所述侧链随着所述任务进行而不断增长；

所述任务完成，对应的任务处理节点的侧链终结，所述区片则自动消失。

2.如权利要求1所述动态分片方法，其特征在于，所述预设规则采用经济相关性排名，所述经济相关性排名包括并行地分别为系统接收的任务和任务验证节点进行排名，并将任务排名和任务验证节点排名的分数进行配对。

3.如权利要求1或2所述动态分片方法，其特征在于，根据经济相关性排名为所述任务选择一组任务验证节点，每个任务被分配到与前一个任务不同的一组任务验证节点。

4.如权利要求2所述的动态分片方法，其特征在于，所述经济相关性排名为系统接收的任务进行排名的规则为：

5.如权利要求4所述的动态分片方法，其特征在于，所述因子包含：时间紧迫性、计算强度、交易频率、交易规模、所需传播时限、数据要求。

6.如权利要求2所述的动态分片方法，其特征在于，所述经济相关性排名为任务验证节点进行排名的规则为：

7.如权利要求6所述的动态分片方法，其特征在于，所述属性包含：一致性、可计算性和确定性。

8.如权利要求1所述动态分片方法，其特征在于，所述任务处理节点的侧链包含系统接收的任务的所有静态和动态信息，以及所述任务带来的知识。

9.如权利要求1所述动态分片方法，其特征在于，所述任务处理节点与系统接收的任务一一对应。

10.一种动态分片设备，其特征在于，包括：

区片建构模块，所述区片建构模块根据系统接收到任务，基于预设规则，在系统的根区块中选择任一组任务验证节点构成管理所述任务的区片；

侧链构建模块，所述侧链构建模块基于所述任一组任务验证节点，选择任一任务验证节点作为任务处理节点，所述任务处理节点的侧链开始扩展；

任务管理模块，所述任务管理模块用于通过所述任务处理节点管理所述任务，所述侧链随着所述任务进行而不断增长；

区片溶解模块，所述区片溶解模块用于在所述任务完成，对应的任务处理节点的侧链终结后，自动消除所述区片。

11.如权利要求10所述动态分片设备，用于区块链系统，其特征在于，还包括：

存储模块，所述存储模块用于存储任务相关的信息；

计算模块，所述计算模块用于为侧链构建模块、任务管理模块提供计算能力。

12.如权利要求10所述动态分片设备，其特征在于，所述预设规则采用经济相关性排名，所述经济相关性排名包括并行地分别为系统接收的任务和任务验证节点进行排名，并将任务排名和任务验证节点排名的分数进行配对。

13.如权利要求12所述动态分片设备，其特征在于，根据经济相关性排名为所述任务选择一组任务验证节点，每个任务被分配到与前一个任务不同的一组任务验证节点。

14.如权利要求12所述的动态分片设备，其特征在于，所述经济相关性排名为系统接收的任务进行排名的规则为：

15.如权利要求14所述的动态分片设备，其特征在于，所述因子包含：时间紧迫性、计算强度、交易频率、交易规模、所需传播时限、数据要求。

16.如权利要求12所述的动态分片设备，其特征在于，所述经济相关性排名为任务验证节点进行排名的规则为：

17.如权利要求16所述的动态分片设备，其特征在于，所述属性包含：一致性、可计算性和确定性。

18.如权利要求10所述动态分片设备，其特征在于，所述任务处理节点的侧链包含系统接收的任务的所有静态和动态信息，以及所述任务带来的知识。

19.如权利要求10所述动态分片设备，其特征在于，所述任务处理节点与系统接收的任务一一对应。

20.一种计算机存储介质，其特征在于，包含存储在其上的计算机可读程序指令，所述计算机可读程序指令用于执行根据权利要求1-9所述的方法。