CN109542589A - 一种面向区块链智能合约的运行无损的监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种面向区块链智能合约的运行无损的监测系统，用于闭环完成合约的监测过程，包括：合约虚拟机，用于运行智能合约代码，是智能合约的运行环境，内置协同模块，与合约监测器通信，完成二者交互协同工作；合约监测器，在合约虚拟机运行环境之外，与其共同作用，内部部署跟原始合约语义相同的副本合约，副本合约中插桩多个监测模块，内部部署策略器，负责动态插桩策略调整；两个协同模块，分别设置在合约监测器和合约虚拟机中，同步通信必要状态，保证副本合约和实际合约运行状态的一致性及监测数据的准确可靠；在无外界干预情况下，动态监测智能合约运行状态是否正确，实现对于智能合约的智能监测。还公开了相应的监测方法。

Description

一种面向区块链智能合约的运行无损的监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种信息技术的监测领域，特别是涉及一种面向区块链智能合约的运行无损的监测系统及方法。

背景技术

智能合约(smart contract)是先于区块链技术诞生的，早在1997年就被提出，却一直未能得到快速的发展和广泛的应用，缺乏有效的机制保证满足合约的可观察性、可验证性和自强制性。区块链技术的出现成为智能合约发展的巨大推动力，区块链去中心化、不可更改、安全可靠的特征优势可帮助智能合约去除第三方的依赖关系，加大应用范围。智能合约也成为许多区块链应用场景不可或缺的组成部分。

智能合约涉及多方利益，应用于区块链之上，一旦运行就很难更改，因此智能合约的逻辑和运行的正确性，以及执行效率是其实际应用的重要前提条件。

目前智能合约正确性的保障方法表现为：1)合约代码在运行前可正确编译，并可进行用例调试，或是通过更加可靠的形式化方法进行验证；2)合约在运行时出现错误，则需将合约运行立即中断，合约所更改的数据状态进行回滚，系统将运行合约代码与区块链上所保存的合约代码进行对比验证，防止合约被恶意更改。

然而，上述方法无法实时感知合约运行的状态，在合约出现错误时，所提供的错误日志有限，使合约修复复杂化，并且只注重正确性而忽视了合约的运行性能，无法得到合约在执行各个阶段的代码运行时间，使得合约性能提升困难。因此需要进行运行时状态监测及验证。这种方法首先监测系统的运行情况，然后对系统是否符合给定的属性或规范进行判定，该方法可有效改进传统合约在错误修复和性能提升上的不足。

此外，有些应用场景，要求区块链智能合约在执行过程中，不允许监测系统对其进行操作，比如动态内存插桩都是不允许的。这样就对智能合约的状态监测提出了更高的要求，现有的监测方法无法在非侵入监测合约的情况下，保证监测数据的真实可靠。

发明内容

为了解决这些问题，本发明提出一种面向区块链智能合约的运行无损的监测系统及方法，用于闭环完成合约的监测过程，包括：

合约虚拟机，用于运行智能合约代码，是智能合约的运行环境，保证合约执行的独立性和隔离性，所述合约虚拟机内置协同模块，与合约监测器进行通信，完成合约监测器与合约虚拟机的交互协同工作；

合约监测器，在合约虚拟机运行环境之外，与合约虚拟机共同作用，内部部署与原始合约语义相同的副本合约，所述副本合约之中插桩了多个监测模块；

两个协同模块，分别设置在所述合约监测器和合约虚拟机中，所述两个协同模块进行同步通信，互通必要状态，来保证所述副本合约和实际合约运行状态的一致性以及监测数据的准确可靠；

所述合约虚拟机与所述合约监测器通过所述协同模块相互通信，在无外界干预的情况下，利用对副本合约的监测方法可以动态监测所述智能合约运行状态是否正确，实现对于所述智能合约的智能监测。优选的，所述合约监测器还包括策略器，所述策略器用于属性验证分析以及策略调整功能，可将所述合约监测器的监测状态获取并进行验证分析，基于分析结果动态调整对合约代码的插桩策略，同时，将分析结果通过所述两个协同模块反馈给所述合约虚拟机，完成合约监测通信循环，若出现错误，可终止所述智能合约的运行。

优选的，所述面向区块链智能合约的运行无损的监测系统还包括内存数据库以及外存数据库，用于将实时数据与历史数据分开存放，实时数据使用读写性能较好的所述内存数据库进行存放，而历史数据则存储于持久化的所述外存数据库，过期的实时数据再批量转入到所述外存数据库中，减少内存数据库的存储压力，提高实时数据的存储效率，保证所述内存数据库的性能稳定。

优选的，所述面向区块链智能合约的运行无损的监测系统是基于典型区块链架构进行智能合约监测的。

本发明的目的还在于提供一种面向区块链智能合约的运行无损的监测方法，包括步骤：

(1)在智能合约运行前操作人员设置所述合约监测器，即在合约虚拟机运行环境之外，设置一套模拟环境来进行监测工作，里面部署跟原始合约语义相同的副本合约并加以执行，在所述副本合约之中插桩多个监测模块；

(2)在所述合约监测器和合约虚拟机中，各设置一个协同模块，两个协同模块进行同步通信，互通所述合约的状态，以保证所述副本合约和实际合约运行状态的一致以及监测数据的准确可靠；

(3)在所述合约监测器中设置策略器，在智能合约运行过程中，所述策略器首先接收各个阶段所述副本合约的运行状态并进行属性分析及验证，基于验证结果动态调整插桩策略，以期更加灵活高效完成监测过程，同时通过所述协同模块将验证结果反馈给所述合约虚拟机，构造监测通信闭环，保证所述智能合约的正确运行和及时反馈；

(4)通过所述合约虚拟机以及合约监测器多次的迭代通信循环，实现智能合约的智能监测；(5)对所述智能合约的状态信息进行可视化展示，如果发现智能合约存在执行问题，及时进行相应处理，避免产生不必要的损失。

优选的，所述智能合约的运行时信息按照所述智能合约的相关性分为两类：一类是监测状态信息，包括执行时间、当前运行阶段；一类是上下文环境信息，包括系统当时的资源利用率、网络流量。所述运行时信息用于综合反映合约代码的运行状态。

优选的，所述智能合约的运行时信息按照时间分为两类：一类是实时数据，一类是历史数据，所述实时数据要求快速响应，在线给出问题反馈，实时性要求高；所述历史数据通常是用于事后分析，合约运行时所产生的日志的规模和数据库访问的频率随着逻辑复杂化会急剧增加。所述实时数据和历史数据均由所述合约监测器产生，并被存放在内存数据库或外存数据库中，外界可通过访问内存数据库或外存数据库的方式对所述智能合约的运行状态进行分析和查看。

优选的，关于所述智能合约的状态信息的展示采用可视化的方式，通过各类图表表现，所述图表包括条状图、饼状图、kivicat图、timeline图。

采用本发明的有益效果在于：这种场景下，所述监测系统及方法不会对实际执行的合约产生影响，又可通过所述协同模块有效进行合约监测和状态反馈。虽然由于同步误差和运行环境的差异，可能会引起一些结果误差，但是具有不影响运行环境的效果，并且监测机制具有更强的通用性，智能合约的执行过程会经历多个阶段，可实时感知所述合约运行状态，进而提升用户对于所述合约的把控，并为所述合约开发维护人员提供更详细的所述合约性能信息和运行日志。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图表记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

图1为根据本发明实施例的面向区块链智能合约运行无损监测系统结构框架图。

图2为根据本发明实施例的智能合约的监测存储架构图。

具体实施方式

为了使得本发明能够针对其发明要点更加明显易懂，下面将结合附图和实例对本发明作进一步的说明。在下面的描述中阐述了很多细节和具体实例，提供这些实例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明完整形象地传达给本领域的技术人员。虽然本发明能够以很多不同于此的描述的其它方式实施，但是本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做相应的推广，因此本发明不受下面公开的具体实例及具体附图所限制。

参见图1，一种面向区块链智能合约的运行无损的监测系统，用于闭环完成智能合约的监测过程，包括：合约虚拟机，用于运行智能合约代码，是智能合约的运行环境；合约监测器，在合约虚拟机运行环境之外，与合约虚拟机共同作用，内部部署跟原始合约语义相同的副本合约，副本合约之中插桩了多个监测模块，内部还部署策略器，策略器用于属性验证分析以及策略调整功能，可将合约监测器的副本合约监测状态获取并进行验证分析，基于分析结果动态调整对合约代码的插桩策略，同时，将分析结果通过两个协同模块反馈给所述合约虚拟机，完成合约监测通信循环。若出现错误，可终止所述智能合约的运行。策略器包括两个功能：一个是属性验证分析，负责接收监测副本合约的状态信息，并对副本合约状态展开分析，并将分析结果保留用于调整插桩策略，同时通过协同模块完成验证结果到合约虚拟机的反馈；一个是调整动态插桩策略，根据验证分析结果动态改变，以增强灵活性。两个协同模块，分别设置在合约监测器和合约虚拟机中，两个协同模块进行同步通信，互通必要状态，来保证副本合约和实际合约运行状态的一致性以及监测数据的准确可靠；合约虚拟机与合约监测器通过协同模块相互通信，在无外界干预的情况下，利用对副本合约的监测方法可以动态监测智能合约运行状态是否正确，实现对于智能合约的智能监测。参见图2，智能合约的运行时信息按照智能合约的相关性分为两类：一类是监测状态信息，包括执行时间、当前运行阶段等；一类是上下文环境信息，包括系统当时的资源利用率、网络流量等。所述运行时信息用于综合反映合约代码的运行状态。当然智能合约的运行时信息按照时间又分为两类：一类是实时数据，一类是历史数据，所述实时数据要求快速响应，在线给出问题反馈，实时性要求高；所述历史数据通常是用于事后分析，合约运行时产生的日志的规模和数据库访问的频率随着逻辑复杂化会急剧增加。实时数据和历史数据均由所述合约监测器产生，并被存放在内存数据库或外存数据库中，外界可通过访问内存数据库或外存数据库的方式对合约的运行状态进行分析和查看。因此，该系统还包括内存数据库以及外存数据库，用于将实时数据与历史数据分开存放，实时数据使用读写性能较好的内存数据库进行存放，而历史数据库则存储于持久化的外存数据库，过期的实时数据再批量转入到所述外存数据库中，减少内存数据库的存储压力，提高实时数据的存储效率，保证所述内存数据库的性能稳定。

参见图1，智能合约运行无损的监测系统是基于典型区块链架构进行所述智能合约监测。

智能合约的状态信息的展示采用可视化的方式，通过各类图表表现，图表包括条状图、饼状图、kivicat图、timeline图等(包括本领域技术人员可能想到的所有可视化状态信息展示方式，均属于本发明的保护范围)多角度展示，使合约状态的展示更加直观，更易于识别问题，并反馈优化。

采用本实施例的应用场景，所述监测系统及方法不会对实际执行的合约产生影响，又可通过所述协同模块有效进行合约监测和状态反馈。合约监测器中策略器的属性验证、通信反馈以及插桩策略动态调整功能可以集成起来共同发挥作用，虽然由于同步误差和运行环境的差异，可能会引起一些结果误差，但是具有不影响运行环境的效果，并且监测机制具有更强的通用性，智能合约的执行过程会经历多个阶段，可实时感知合约运行状态，进而提升用户对于智能合约的把控，并为智能合约开发维护人员提供更详细的合约性能信息和运行日志。

虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。

Claims (8)

1.一种面向区块链智能合约的运行无损的监测系统，用于闭环完成合约的监测过程，其特征在于包括：

合约虚拟机，用于运行智能合约代码，是智能合约的运行环境，保证合约执行的独立性和隔离性，所述合约虚拟机内置协同模块，与合约监测器进行通信，完成合约监测器与合约虚拟机的交互协同工作；

合约监测器，在合约虚拟机运行环境之外，与合约虚拟机共同作用，内部部署与原始合约语义相同的副本合约，所述副本合约之中插桩了多个监测模块；

两个协同模块，分别设置在所述合约监测器和合约虚拟机中，所述两个协同模块进行同步通信，互通必要状态，来保证所述副本合约和实际合约运行状态的一致性以及监测数据的准确可靠；

所述合约虚拟机与所述合约监测器通过所述协同模块相互通信，在无外界干预的情况下，动态监测所述智能合约运行状态是否正确，实现对于所述智能合约的智能监测。

2.根据权利要求1所述的一种面向区块链智能合约的运行无损的监测系统，其特征在于所述合约监测器还包括策略器，所述策略器用于属性验证分析以及策略调整功能，可将所述合约监测器的监测状态获取并进行验证分析，基于分析结果动态调整对合约代码的插桩策略，同时，将分析结果通过所述两个协同模块反馈给所述合约虚拟机，完成合约监测通信循环，若出现错误，可终止所述智能合约的运行。

3.根据权利要求1所述的一种面向区块链智能合约的运行无损监测系统，其特征在于：还包括内存数据库以及外存数据库，用于将实时数据与历史数据分开存放，实时数据使用读写性能较好的所述内存数据库进行存放，而历史数据则存储于持久化的所述外存数据库，过期的实时数据再批量转入到所述外存数据库中。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种面向区块链智能合约的运行无损的监测系统，其特征在于：所述面向区块链智能合约的运行无损的监测系统是基于典型区块链架构进行智能合约监测的。

5.一种使用如权利要求1-4任一所述的一种面向区块链智能合约的运行无损的监测系统完成的面向区块链智能合约的运行无损的监测方法，包括步骤：

(1)在智能合约运行前操作人员设置所述合约监测器，即在合约虚拟机运行环境之外，设置一套模拟环境来进行监测工作，里面部署跟原始合约语义相同的副本合约并加以执行，在所述副本合约之中插桩多个监测模块；

(2)在所述合约监测器和合约虚拟机中，各设置一个协同模块，两个协同模块进行同步通信，互通所述合约的状态，以保证所述副本合约和实际合约运行状态的一致以及监测数据的准确可靠；

(3)在所述合约监测器中设置策略器，在智能合约运行过程中，所述策略器首先接收各个阶段所述副本合约的运行状态并进行属性分析及验证，基于验证结果动态调整插桩策略，以期更加灵活高效完成监测过程，同时通过所述协同模块将验证结果反馈给所述合约虚拟机，构造监测通信闭环，保证所述智能合约的正确运行和及时反馈；

(4)通过所述合约虚拟机以及合约监测器多次的迭代通信循环，实现智能合约的智能监测；

(5)对所述智能合约的状态信息进行可视化展示，如果发现智能合约存在执行问题，及时进行相应处理，避免产生不必要的损失。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述智能合约的运行时信息按照所述智能合约的相关性分为两类：一类是监测状态信息，包括执行时间、当前运行阶段；一类是上下文环境信息，包括系统当时的资源利用率、网络流量。所述运行时信息用于综合反映合约代码的运行状态。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述智能合约的运行时信息按照时间分为两类：一类是实时数据，一类是历史数据，所述实时数据要求快速响应，在线给出问题反馈，实时性要求高；所述历史数据通常是用于事后分析，合约运行时所产生的日志的规模和数据库访问的频率随着逻辑复杂化会急剧增加。所述实时数据和历史数据均由所述合约监测器产生，并被存放在内存数据库或外存数据库中，外界可通过访问内存数据库或外存数据库的方式对所述智能合约的运行状态进行分析和查看。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：关于所述智能合约的状态信息的展示采用可视化的方式，通过各类图表表现，所述图表包括条状图、饼状图、kivicat图、timeline图。